Robotyzacja: Roboty w mleczarni

Zrobotyzowanie monotonnych i męczących zadań pozwala zakładom produkcyjnym zwiększyć efektywność pracy, produktywność, przekierować pracowników to bardziej wymagających zadań. Ponadto zastosowanie zrobotyzowanych rozwiązań pozwala zachować ciągłości produkcji i nieprzerywanie łańcucha produkcji. Roboty używane do realizowania powtarzalnych zadań sprawdzają się np. przy pakowaniu produktów. Przykładem mogą być współpracujące z personelem ramiona robotyczne w dziale produkcji, obróbki czy dystrybucji z zachowaniem jakości produkcji, specjalne powłoki robotów są projektowane w taki sposób, aby zminimalizować ilość osadzającego się pyłu czy kurzu, odciążają pracowników od wykonywania powtarzalnych, nużących i niebezpiecznych zadań, a także stają się niezwykle pomocne w środowisku produkcyjnym pracując w warunkach wysokiej czy też niskiej temperatury. Operatorzy stają się dyspozycyjni do wykonywania zadań bardziej angażujących czy wymagających.

Zaletą robotyzacji jest powtarzalność pracy, niezmienność wyników przy określonych ustawieniach, a także płynność pracy. Ramiona robotyczne są programowalne, można je ustawić tak, aby wykonywały różne zadania z zadaną częstotliwością. W przypadku większej sezonowości produkcji na dany wyrób, takie maszyny mogą pracować zapewniając nieprzerwaną produkcję. Roboty współpracujące nazwane są cobotami, wykorzystuje się je do paletyzacji, pakowania, załadunku, rozładunku. Roboty stosowane są także do przeprowadzania testów i kontroli. Te ostatnie są niezbędne do wykrywania uszkodzonych opakowań i wyrobów niespełniających norm z jakichkolwiek względów. Roboty stosowane do testów sprawdzają się w kontroli wyrobów o różnych wolumenach produkcji. Takie rozwiązanie pozwala na:

• automatyczne, zrobotyzowane sterowanie,
• obsługę czytników kodów, czytników tekstu czy symboli,
• integrację z zewnętrznymi systemami kontroli jakości oraz czujnikami,
• sterowanie podajnikami i transporterami elementów do i z maszyny, 
• kontrolę jakości z użyciem czujnika siły,
• wizyjną kontrolę jakości produktów przy wykorzystaniu techniki 2D/3D w pełnym kolorze,
• realizację dowolnych czynności kontrolnych przeprowadzanych na stanowisku testowym w oparciu o zainstalowane na końcu ramienia robota narzędzia.

Wdrażanie rozwiązań z zakresu automatyki i robotyki jest specyficzne ze względu na dostosowywanie ich do potrzeb danego zakładu produkcyjnego. Wiąże się to z przedstawieniem koncepcji robotyzacji, zaplanowanie poszczególnych etapów pracy, która ma zostać zrealizowana i wdrożona na terenie danego zakładu. Istotne na tym początkowym etapie jest zebranie jak największej ilości danych procesowych, zaznajomienie się z miejscem instalacji, ocena możliwości wdrożenia poszczególnych rozwiązań wraz z rozważaniami teoretycznymi. Podczas tego etapu analizowany jest czas cyklu, sposoby chwytania elementów, ruchy robota, pojemność buforów materiałowych, integracja z istniejącym parkiem maszynowym i urządzeniami zewnętrznymi. Przy doborze rozwiązań automatycznych i robotycznych w sytuacjach, w których niezbędna jest weryfikacja przyjętych założeń planowania i układania koncepcji robotyzacji oraz gdzie istnieje wskazanie ku temu, aby przeprowadzić testy założeń, sprawdzenia wydajności, poprawności chwytania, metodologii podawania, symulacja pracy staje się niezbędna i stanowi dodatkowe źródło informacji o procesie i obszarach, w których konieczne jest doprecyzowanie działania urządzeń. Źródłem wiedzy jest przede wszystkim przyszły użytkownik planowanych wdrożeń. Warto włączyć do opracowywania koncepcji osoby bezpośrednio związane i odpowiedzialne za kierowanie procesem produkcyjnym, zaznajomione szczegółowo ze stosowaną technologią, specyfiką pracy z daną technologią, wiedzą praktyczną i doświadczeniem w kontekście prowadzonych prac. Warto zapewnić udział personelu z kadry zarządzającej, kadry odpowiedzialnej za bezpieczeństwo produkcji czy serwisowanie sprzętu. Całościowe podejście do wdrożenia planowanej koncepcji, poprawność obliczeń, analizy czy kalkulacja kosztów w kontekście osiągniętych celów i związanych z tym zysków pozwala na akceptację projektu i skierowanie go do realizacji.

Kompleksowy projekt stanowiska zrobotyzowanego albo bardziej złożonych rozwiązań zawiera zazwyczaj:

• projekt elektryczny, wraz z połączeniem komponentów, oznaczeniami, zastosowanymi materiałami,
• projekt mechaniczny, wraz ze szczegółowymi rysunkami wymiarowymi poszczególnych elementów,
• rozrysowany układ stanowiska,
• analizę bezpieczeństwa, wraz ze środkami zapewniającymi bezpieczeństwo oraz prawidłową eksploatację danego stanowiska,
• wyliczenia czasu pracy poszczególnych komponentów procesów składających się na wdrożeniowe stanowisko zrobotyzowane,
• pozorowanie ruchów robotów, napędów liniowych i pozostałych elementów wykonawczych
• spis wszystkich komponentów oraz elementów eksploatacyjnych,
• projekty graficzne interfejsu.

Na etapie projektu warto pamiętać, aby ustalić szczegółowe założenia dotyczące programu pracy stanowiska, budowę programu, wraz z opcjami oraz szczegółowym wykazem elementów obsługiwanych przez dane stanowisko. Zakończenie projektu skutkuje prezentowaniem ustaleń, omówieniem, zatwierdzeniem i rozpoczęciem kompletowania materiałów celem realizacji. Zatwierdzony projekt jest realizowany poprzez przygotowanie aplikacji za pomocą integratora, kompletowane są poszczególne elementy wyposażenia stanowiska, wraz z ewentualnym wytworzeniem indywidualnych elementów dedykowanych danemu rozwiązaniu i projektowi, następnie montowane jest stanowisko, testowany montaż w kwestii poprawności działania elementów mechanicznych i elektrycznych. Następny etap realizacji przedsięwzięć związanych z wdrożeniem rozwiązań zautomatyzowanych to współpraca z programistami, którzy mając do dyspozycji projekt danego stanowiska przystępują do programowania robota, sterowników, panelu graficznego celem umożliwienia i ułatwienia obsługiwania.

Kolejnym krokiem po zainstalowaniu i zaprogramowaniu komponentów oraz uruchomieniu stanowiska jest weryfikacja poprawności funkcjonowania i pracy. Urządzenie poddawane jest szeregom prób i testów w zależności od powierzonych zadań do realizacji przez robota. Sprawdzane jest czy stanowisko osiąga zadowalające wydajności, czy funkcjonuje poprawnie i bez błędów.

W późniejszych etapach następuje także szkolenie stanowiskowe, które ma na celu:

• zaznajomienie operatora ze specyfiką pracy urządzenia,
• naukę prawidłowego reagowania na komunikaty,
• instruowanie z zasad poprawnego i zgodnego z zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy korzystania z pomocy robota,
• wdrożenie w podstawową obsługę stanowiska.

Wykonuje się tzw. factory acceptance test, kluczowych testów i symulacji niezbędnych do uzyskania sprawnej instalacji, uruchomienia stanowiska w miejscu docelowym, w środowisku pracy sprzętu. Na tym etapie możliwe jeszcze jest wprowadzanie różnego rodzaju modyfikacji, ewentualnego przeprogramowania urządzenia. Po pozytywnym zaliczeniu testów urządzenie jest montowane. Ważne, aby zapewnić dobrą organizację pracy i skoordynować obecność osób odpowiedzialnych za przeprowadzenie montażu, jak i odbiorcy przedmiotu zamówienia. Konieczne jest dopasowanie prac montażowych do produkcji w zakładzie, aby nie doprowadzić do całkowitej dezorganizacji linii.

Wyzwanie stanowi także integracja stanowiska roboczego z istniejącymi już urządzeniami tj. zaprogramowane już sterowniki, czujniki, sygnałami z pozostałych maszyn, które biorą udział w procesie, a których integracja z robotem jest kluczowa dla wydajności i poprawności realizowanych zadań. Wszelkie czynności związane są z dążeniem do przeprowadzenia rozruchu próbnego z wykorzystaniem docelowych produktów, które mają już zostać bezpośrednio obsługiwane przez dane zrobotyzowane stanowisko. Na tym etapie następuje koordynacja pracy, kontrola połączeń, testy awaryjne i testy pracy. W momencie, gdy stanowisko z robotem osiągnie zaakceptowaną funkcjonalność, bezpieczeństwo działania i właściwą wydajność, przystępuje się do szczegółowej współpracy z działem utrzymania ruchu, z kadrą pracowniczą pracującą na poszczególnych zmianach, celem zapewnienia właściwego, pełnego przeszkolenia pracowniczego. Całość prowadzonych prac i szkoleń ma skutkować osiągnięciem prawidłowej eksploatacji stanowiska, robotów czy poszczególnych komponentów w sposób prosty i czytelny. Kolejnym etapem po zakończeniu serii szkoleń i instruowania kadry pracowniczej pod okiem specjalistów i fachowców posiadających specjalistyczną wiedzę i umiejętności w zakresie bezpiecznej i prawidłowej obsługi zrobotyzowanego stanowiska będącego przedmiotem wdrożenia, jest moment ostatecznego, finalnego odbioru SAT.

SAT (ang. Site Acceptance Test) oraz FAT (Factory Acceptance Test) to bardzo istotne testy, które dobrze udokumentowane mogą mieć wpływ na końcową walidację. Jest to szereg badań kontrolno-odbiorczych, które mają na celu zapewnienie, że odbierane urządzenie bądź obiekt są zgodne z wymogami jakościowymi, a wszystkie parametry odpowiadają tym w umowie i są z nią zgodne. Z racji specyfiki branży automatyki i robotyki rekomendowana jest regularna współpraca z serwisem i realizowanie przeglądów zgodnie z terminarzem i zaleceniami producenta wraz z regularną wymianą elementów zużywających się, ewentualnym serwisowaniem poszczególnych części.

Dobrą praktyką jest nadzór nad planową eksploatacją, regeneracją robotów czy wsparcie techniczne z różnych powodów, co więcej warto zaplanować także przedział czasowy związany z ewentualnymi remontami, aby zminimalizować możliwe kolidowanie ewentualnych prac serwisowych z bieżącą produkcją.

Nie należy zapominać, że przemysł spożywczy jest szczególny pod względem reżimu sanitarnego. Produkcja musi odbywać się w higienicznych warunkach, roboty muszą ułatwiać zachowanie wysokiego standardu higieny, eliminację zanieczyszczeń z ich powierzchni oraz muszą być odporne na dezynfekcję. Producenci robotów oferują tzw. „cleanroom robots”. Roboty takie mają napęd elektryczny, obudowa takich urządzeń jest wykonana ze specjalnych powierzchniowych elementów konstrukcyjnych chroniących robot i jednocześnie umożliwiających przeprowadzenie procesu dezynfekcji. Niektóre elementy wykonywane są ze stali nierdzewnej, czasem stosuje się specjalne pokrowce, w zależności od specyfiki danego rozwiązania i potrzeb w produkcji. Również trudne warunki, w których pracują roboty wymagają specjalnego przygotowania maszyn. Takim wymagającym środowiskiem pracy są na przykład chłodnie, w których panuje niska temperatura – odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne mają zapewnić ciągłość i niezawodność pracy robotów.

Do typowych zadań, którymi obciąża się roboty zalicza się procesy pakowania bezpośrednio do opakowań jednostkowych tj. tacki, pojemniki, kubeczki oraz do pakowania nimi opakowań zbiorczych, a także układanie wypełnionych opakowaniami jednostkowymi kartonów w stosy na paletach.

Paletyzacja to nic innego jak proces grupowania wyrobów tego samego typu, o tych samych wymiarach, wadze, w większe ilości do pojemników zbiorczych, kartonów czy kontenerów. Takie podejście bardzo ułatwia składowanie, przechowywanie, transport, magazynowanie, wyładunek i dalszą dystrybucję. Roboty specjalnie projektowane do tego typu zadań są dodatkowo wyposażane na przykład w skanery kodów paskowych, które identyfikują produkty, a także systemy wizyjne o różnorakich możliwościach i zastosowaniach, co więcej powstało także oprogramowanie, które dodatkowo pomaga zaoszczędzić czas programowania oraz obliczenie optymalnego ułożenia produktów w warstwach na palecie. Możliwości przysposobienia robotów do prac w produkcji jest bardzo dużo i wciąż powstają nowe zastosowania i projekty wspomagające rozwiązania z zakresu robotyki i automatyki. Niewątpliwą zaletą związaną z robotyzacją przemysłu spożywczego oprócz korzyści związanych ze wzrostem wydajności produkcji, szybkością, dokładnością jest fakt braku zagrożeń chorobowych ze strony robotów. Jako urządzenia dokładnie czyszczone nie stanowią zagrożenia z powodu różnych chorób, infekcji, a także są do dyspozycji w każdej chwili. Niewątpliwie czynnik ludzki znajduje się wśród źródeł występowania różnorodnych zakażeń w zakładach produkcyjnych. Ponadto dzięki zastosowaniu robotów, człowiek został odsunięty od trudnych i niebezpiecznych zadań, eliminując tym samym zagrożenie wypadkiem.

Zabiegi związane z czyszczeniem i konserwacją robotów to nieodzowna część planowania produkcji, podobnie jak serwis i regularne przeglądy, ponadto przy zakupie dobrze jest zwrócić uwagę na dostępność części zapasowych do danej maszyny, często brak odpowiedniej części skutkuje przestojem i może narazić na straty dział produkcji. Warto pomyśleć także o systemach diagnostycznych, prewencyjnych, które sprawują pieczę nad pracą maszyny, monitorują jej stan, zużycie danych elementów itp.