Ya sea que los miembros del equipo estén enfermos por el coronavirus o que su planta necesite ayuda con el distanciamiento social, los robots pueden tomar el relevo
FUENTE: www.foodengineeringmag.com
Si alguna vez podría utilizar la ayuda de la robótica, probablemente sería ahora. Ya sea que solo necesite algunas «manos» adicionales debido a que los miembros del equipo están enfermos en casa o si desea implementar el distanciamiento social, los robots en los lugares correctos podrían ayudarlo a salir de un aprieto.
Los robots son cada vez mejores en las aplicaciones de alimentos y bebidas, por varias razones:
- Capacidades de visión mejoradas
- Nuevas capacidades para soportar temperaturas y productos químicos de limpieza agresivos
- Diseños higiénicos
- Flexibilidad para adaptarse a aplicaciones, recetas y rendimiento cambiantes
- Capacidad para trabajar de forma segura entre personas.
- Pinzas sensibles como manos humanas
- Inteligencia artificial, fomento del aprendizaje automático
- Robótica especializada para manejar tareas difíciles y repetitivas
Si bien hay algunas aplicaciones de robótica que aún esperan ser perfeccionadas, especialmente en el área de manipulación de proteínas, puede encontrar robots para cada trabajo; por ejemplo, en la línea ABB Robotics, robots de brazo articulado de 4 y 6 ejes, robots delta, SCARA (brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo) y robots colaborativos, también conocidos como cobots.
Los robots más especializados pueden adoptar la forma de funciones de celda dedicadas, como el corte / recorte de canales de cerdo o la celda de cocción de APRIL Robotics («Robot Chef») o sistemas cartesianos, que normalmente funcionan en un plano XY (a veces 2,5 dimensiones) y a menudo son utilizado en sistemas de pórtico o apilamiento de paletas. En este artículo, veremos algunas soluciones robóticas prácticas que pueden ayudarlo a superar la crisis de COVID-19 y describiremos algunas herramientas para ayudarlo a ser más competitivo tanto ahora como en el futuro.
Cómo COVID-19 ha remodelado el pensamiento sobre robótica
“Si bien COVID es el mayor catalizador individual para el cambio en la industria en una generación, el bloqueo global no ha iniciado nuevas tendencias por sí solo”, dice Joe Chudy, vicepresidente y gerente general de ABB. «Ha acelerado las tendencias existentes, como la reubicación, tener líneas de producción más flexibles y capaces de hacer frente a cambios significativos en la demanda, o procesar sin contacto humano».
Desde el inicio de la pandemia de COVID-19, los procesadores de alimentos y bebidas han mostrado un creciente interés por ver cómo la robótica puede ayudar a abordar su necesidad de distanciar a los humanos en sus instalaciones, dice James Cooper, director ejecutivo de cuentas globales de FANUC América. Estas aplicaciones son muy variadas y están realmente abiertas a la consideración, al igual que cualquier aplicación realizada por humanos.
Los clientes de ABB están viendo la necesidad de acelerar la adopción de la robótica y la automatización para proteger la salud de los empleados y mejorar la continuidad del negocio, con negocios cada vez más enfocados en la flexibilidad y la simplicidad (de instalación y uso), dice Chudy. Donde los robots se habían utilizado tradicionalmente para procesos más simples como la carga de paletas, los procesadores están buscando tareas de mayor valor en la etapa inicial, por ejemplo, preparar los alimentos, con un enfoque en la trazabilidad, la seguridad alimentaria y la higiene.
Antes de COVID-19, la idea era que para aumentar la producción del proceso, un fabricante simplemente agregaba más personas a una línea.
«En el mundo de COVID-19, esto simplemente no es posible, por lo que los fabricantes de alimentos deben buscar soluciones alternativas para garantizar que puedan seguir funcionando y, en algunos casos, la robótica puede ayudarlos a aumentar la productividad y mantener a las personas seguras», dice Jake Norman. jefe de ventas e innovación en APRIL Robotics de OAL.
“OAL (Olympus Automation Ltd.) ha automatizado con éxito la fabricación de sopas y productos de salsa complejos con nuestro sistema de fabricación de alimentos APRIL Robotics”, añade Norman. Con un solo operador, se pueden preparar diferentes sopas y salsas a tasas de hasta 13,000 libras / hora. Esa única persona ahora es responsable de cargar el sistema con materias primas y el resto del proceso es completamente automático, lo que garantiza que exista un distanciamiento social y reduce la dependencia de los fabricantes de la mano de obra. Esto incorpora la automatización de tareas complejas que incluyen pesaje, dosificación de líquidos, mezcla, calentamiento, pasteurización y limpieza.
Los requisitos de distanciamiento social están interrumpiendo el diseño de las líneas de procesamiento y empaque, dice Kristian Hulgard, gerente general de OnRobot, América.
“En estos casos, estamos viendo interés en usar brazos robóticos pequeños y / o colaborativos en lugar de trabajadores humanos para ayudar a mantener los requisitos de distanciamiento.Los procesadores de alimentos y bebidas están más interesados en nuestra Soft Gripper y en nuestras pinzas de vacío, que encuentran muchos usos en las operaciones de envasado y paletizado ”.
Combine estas necesidades con, quizás, el requisito más importante: los robots deben ser intuitivos y fáciles de usar, configurar y programar, ya que los expertos en robótica no suelen estar disponibles en el sitio.
La gente enferma no puede trabajar
Además del distanciamiento social que proporciona la robótica en la aplicación anterior, el impulso por la automatización es mayor con diferentes justificaciones y ROI, dice Sam Collup, director de ventas de Cantrell-Gainco Group. Pero una razón principal para emplear la robótica es reducir la dependencia del trabajo manual calificado, que ha sido un problema con las personas que se enferman.
“Hemos notado los efectos que tiene COVID-19 en la forma en que los procesadores de alimentos y bebidas miran la fabricación”, dice Cory Knight, ingeniero de automatización del segmento de alimentos y bebidas de Festo. «Hemos visto una mayor atención en varias aplicaciones donde prevalece el trabajo manual».
Algunas de esas áreas incluyen el empaquetado y la inspección de productos como carnes crudas y cocidas, productos lácteos y confitería. A veces la solución es tan simple como automatizar una tarea manual, como rotar el producto o la caja 90 grados o verificar que el equipo de envasado esté funcionando correctamente con el uso de visión artificial. Otras veces, las soluciones son más complejas como la automatización de la carga de materias primas y la descarga de productos terminados.
Muchos procesadores de alimentos y bebidas están alternando equipos para reducir la exposición en un intento de mitigar la interrupción de la producción debido a enfermedades de los trabajadores, dice Laura Studwell, gerente de marketing de la industria de empaque de Omron Automation Americas.
«Hemos visto un aumento sustancial en el interés por la robótica, desde el procesamiento hasta el empaque e incluso en el almacenamiento».
Upstream, en la etapa de manipulación primaria, muchas empresas de alimentos y bebidas buscan robots paralelos o de recogida y colocación. El robot paralelo de acero inoxidable IP69K de Omron es adecuado para entornos con estrictos regímenes de lavado. En los segmentos de carne, aves de corral y agricultura, existe un mayor interés en el robot paralelo aprobado por el USDA de Omron, que ayuda a cumplir con las regulaciones de equipos del USDA.
Pero la enfermedad de los trabajadores no solo afecta el procesamiento, dice Studwell.También afecta a los trabajadores que manejan aplicaciones de almacenamiento, como la recolección de contenedores y la entrega a las estaciones de trabajo. «También estamos viendo interés en la robótica integrada, como nuestro manipulador móvil (MOMA), que es una combinación de tecnologías colaborativas y móviles».
“Hemos visto un aumento constante en la necesidad de que la robótica reemplace la manipulación manual”, dice Naomi Holdvogt, directora de marketing, robótica de ProMach y final de línea, Quest Industrial. El llenado de bandejas, cuencos o recipientes bivalvos de uno o varios compartimentos son procesos muy manuales. La robótica segura para los alimentos puede proporcionar una solución automatizada para cada una de estas aplicaciones, dice Holdvogt. Cuando se automatiza con robótica, como el llenado y el pick-and-place, esos toques desaparecen y se niega cualquier problema de contaminación viral.
Reemplazar las tareas repetitivas humanas por la automatización, ya sea robótica o tradicional, ha sido una tendencia durante mucho tiempo, y la pandemia solo está acelerando estas tendencias en curso, dice Didier Saussereau, gerente de productos de empaque de Sidel.Si bien las aplicaciones de paletizado se han manejado mediante la robótica tradicional, las soluciones de paletizado cobóticas se están abriendo camino en muchas líneas de envasado por sus ventajas de asequibilidad, seguridad y compacidad.
Pero cuando se trata de otras aplicaciones, la necesidad de robótica está aumentando debido al mayor nivel de complejidad que enfrentan los sitios de fabricación, agrega Saussereau. El número creciente de productos / referencias / SKU o canales de distribución está obligando a los propietarios de marcas a entregar la producción en tiradas más cortas con cambios más frecuentes. La robótica está ayudando no solo a simplificar el equipo en sí (eliminando muchas piezas de repuesto mecánicas utilizadas en las soluciones tradicionales), sino también a simplificar las operaciones de cambio, haciéndolas completamente automáticas o muy fáciles de realizar por un solo operador, la mayoría de las veces sin cualquier herramienta requerida.
Las ausencias de los empleados y el distanciamiento social debido a COVID-19 han despertado el interés en implementar robots colaborativos para llenar los vacíos, literalmente hablando, según Joe Campbell, gerente senior de desarrollo de aplicaciones de Universal Robots, EE. UU.
“Nuestros cobots y productos auxiliares están diseñados para permitir una fácil implementación de cobots en todo tipo de aplicaciones, desde empaque y paletizado hasta pick and place, y cuidado de máquinas. Nuestros robots son fáciles de mover, de programar y se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones. Para los productores que se ven obligados a implementar reglas de distanciamiento social en líneas empaquetadas, los cobots ofrecen una forma de garantizar el cumplimiento del distanciamiento y una forma de mantener los niveles de producción independientemente de la escasez de mano de obra ”.
El levantamiento pesado o la velocidad y la precisión describen dos tipos de robots de Kawasaki Robotics. Según Samir Patel, director senior de ingeniería robótica, tanto la serie R como la serie Y son adecuadas para aplicaciones de alimentos y bebidas y pueden manejar cargas útiles de 3 a 1500 kg. La serie R son robots articulados, es decir, tienen enlaces mecánicos conectados por juntas rotativas motorizadas, y operan en un espacio de trabajo esférico alrededor de su base. Manejan cargas útiles de 3 a 80 kg y tienen un alcance de 620 a 2100 mm. Los robots de la serie Y (delta o araña) están diseñados para recoger y colocar productos alimenticios con guía visual a velocidades de aproximadamente 100 selecciones por minuto, se montan en una estructura aérea y utilizan lubricantes aptos para alimentos.
COVID-19 y diseño higiénico
Para operar en la industria alimentaria, el equipo debe cumplir con los requisitos de diseño higiénico y ser capaz de soportar productos químicos de limpieza agresivos a temperaturas elevadas. Entonces pregunté: ¿Hay algo específico del coronavirus que tenga un impacto en el diseño del robot?
“FANUC ha aumentado el número de robots que se ofrecen teniendo en cuenta la seguridad alimentaria y las consideraciones de diseño higiénico”, dice Cooper. Ciertamente, la pandemia de COVID-19 ha aumentado el interés en la implementación de robots con estas consideraciones de diseño.
“Muchos en la industria confían en los 10 estándares de diseño sanitario de los Institutos Estadounidenses de la Carne, dice Collup del Grupo Cantrell-Gainco. “Esperaría un impulso adicional en esta dirección no solo para los productos listos para comer, sino también para los productos listos para cocinar. Uno de los cambios de diseño más fáciles es incorporar marcos, soportes y rodillos no tubulares para eliminar un refugio de crecimiento bacteriano. En Cantrell-Gainco utilizamos estos estándares en el diseño de nuestros equipos y modificamos otros equipos OEM que distribuimos para cumplir con estos requisitos para ciertos clientes.Algunos de nuestros socios OEM ahora ofrecen un diseño higiénico mejorado como opción.Creo que este se convertirá en el nuevo estándar requerido por los clientes de América del Norte ”.
¿Cómo se mantiene el equipo robótico libre de gérmenes? Kosuke Matsumoto, ingeniero senior de Mayekawa Robot Products, responde: “HAMDAS y WANDAS ya están equipados con un dispositivo de esterilización con alcohol para su cuchillo-robot. La esterilización periódica minimiza la contaminación. Estamos planeando agregar una función de rociado de alcohol periódico a la superficie de contacto con la carne de la máquina, así como una opción de mantenimiento remoto debido a la restricción de viajes al extranjero con COVID-19 ”.
Independientemente del tiempo que el COVID-19 sobreviva en las superficies, muchos procesadores de alimentos están recurriendo a regímenes de lavado más estrictos con presiones y temperaturas de lavado más altas, así como productos químicos más agresivos, dice Studwell de Omron. Con muchos tipos de patógenos que causan enfermedades más allá del nuevo coronavirus, es fundamental incorporar equipos y componentes (acero inoxidable y con clasificación IP69K con superficies redondeadas e inclinadas) que puedan resistir el lavado.
El diseño limpio, dice Saussereau de Sidel, significa que no hay zonas de retención ni superficies planas que acumulen polvo o suciedad. Pero las opciones higiénicas deben adaptarse a las aplicaciones y los equipos. “Por ejemplo, el cobot que integramos en nuestra versión CoboAccess_Pal M tiene una clasificación IP67 con una superficie fácil de limpiar, lo que permite su uso en entornos sanitarios. También incluye grasa de grado alimenticio NSF H1 para uso en espacios donde existe la posibilidad de contacto accidental con alimentos ”.
Un enfoque adicional que protege un robot y facilita la limpieza se basa en la tecnología de recubrimiento. Holdvogt de Quest Industrial explica: Qleen Coat Robotic Coating es el recubrimiento robótico patentado de Quest desarrollado mientras trabajaba en la industria alimentaria y observaba los efectos de las prácticas de limpieza en el acabado estándar de fábrica. Quest aplica el recubrimiento después de que el robot se ensambla mientras está en su fábrica. Este sistema usa varios polímeros diferentes que ayudan a resistir el daño de los procesos de limpieza que usan ácidos fuertes, bases, etc. Este recubrimiento, combinado con el método de limpieza sugerido por Quest, no solo protege el acabado, sino que también le da al robot un brillo brillante y de calidad. Los usuarios finales obtienen la comodidad de saber que están ejecutando un sistema limpio.
Visión e IA
Los sistemas de visión artificial ofrecen velocidad, precisión y repetibilidad más allá de la capacidad humana, lo que los convierte en herramientas importantes para las tareas de inspección, medición y verificación, dice Campbell de Universal Robots. Los avances recientes en la visión personalizable incluyen soluciones que se pueden cambiar fácilmente y adaptar a las necesidades individuales.
La mayoría de las empresas de robótica tienen visión e inteligencia artificial integradas en sus máquinas, por lo que los usuarios no tienen que mezclar y combinar o construir desde cero.FANUC ofrece una amplia gama de tecnologías de visión integradas, dice Cooper, que incluyen 2D y 3D para productos estacionarios y móviles. Los sistemas actuales permiten que un robot agarre un objeto basándose en su forma 3D, no en su contorno bidimensional. La IA puede detectar productos fuera de lo normal, por ejemplo, si falta una rebanada de pepperoni en una pizza.
“En el nivel más simple, los productores de alimentos y bebidas deben asegurarse de que su proceso satisfaga las necesidades de los consumidores, los reguladores y los proveedores”, dice Chudy de ABB. El aprendizaje automático y la IA ofrecen garantías al tiempo que aumentan la calidad, la eficiencia, la productividad y la sostenibilidad. Los beneficios de la IA no se limitan al control de calidad, sino que también incluyen un potente seguimiento del proceso y una mayor responsabilidad.
Las herramientas de aprendizaje profundo, como las redes neuronales, ahora están saliendo a la luz ya que proporcionan un método poderoso para detectar productos variables una vez que la red ha sido entrenada, dice Knight de Festo. Algunos ejemplos incluyen la detección y clasificación de madurez de frutas y verduras antes y después de la cosecha, la inspección de la calidad de las bandejas de alimentos, la clasificación de magro a grasa en el procesamiento de carne cruda y la inspección de la calidad de las barras de chocolate.
En las máquinas deshuesadoras de cerdo de Mayekawa, Matsumoto dice que un sistema de visión basado en rayos X adquiere la información necesaria para hacer cortes precisos a medida que varía cada pieza de cerdo. El sistema de visión proporciona la información para que la robótica ajuste los pares según sea necesario en tiempo real.
“Recientemente lanzamos OnRobot Eyes, un sistema de visión 2.5D flexible que proporciona información de profundidad para objetos apilados y objetos de diferentes alturas”, dice Hulgard de OnRobot. Eyes es un sistema de visión flexible y adaptable que permite a los usuarios clasificar, recoger y colocar fácilmente artículos no estructurados con alta confiabilidad utilizando cualquier brazo robótico. La calibración de una imagen y el reconocimiento de piezas toman solo unos minutos y la programación es intuitiva y rápida.
