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食品工业与自动化壁垒作斗争

来源:国际食品加工及包装商情 发布时间:2020-08-27 527
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从理论上讲,自动化可以解决许多食品和饮料行业的问题。但为什么自动化没有得到更多的应用?

从理论上讲,自动化可以解决许多食品和饮料行业的问题。但为什么自动化没有得到更多的应用?


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显然,各种形式的自动化应该能够帮助解决行业面临的许多挑战,包括一直存在的和新兴的挑战,例如充足的人员配置、保持质量和安全性、让产品走出国门、满足对单品的需求。但食品作为一个工业部门,在采用自动化方面历来相对落后,而且这种情况没有好转的迹象。


食品加工咨询专家指出了可能减缓采用自动化的各种因素,如食品和饮料的生产特性、软硬件的费用和不确定性。但专家们补充道,克服这些担忧是不可避免的,也是至关重要的。


CapitalOne商业银行的食品、饮料和农业综合企业投资部常务董事ColinGuheen表示:“自动化实际上是保持竞争力的长期投资,是企业变得更好的生命线。”


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机器人是最常用于包装的,其应用于加工的潜力也正在增加。

照片:Apex运动控制


Guheen认为,简单的惯性是一个强大的障碍,特别是在一个以快节奏、开门见山的思维运作的行业。


“自动化领域的资金支出只是冰山一角,”他说,“你需要在团队管理和成员过去做事的方式中支付文化开支。你有机会成本——在某些时候,它会让事情慢下来,然后才加快速度,这样你就能从自动化中得到回报。还有就是人们不愿改变的惯性成本。”


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随着夹持器变得越来越复杂,并且能够更轻 柔地处理产品,机器人在加工过程中的应用 潜力越来越大。

            照片:Apex运动控制


可能最大的阻碍是,无论何时何地,每当引入新的、复杂的技术时,人们总是会感到恐惧:这种恐惧不会起作用,或者至少不会像宣传的那样起作用。与此密切相关的是对于停工期和工人培训的担忧。


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将设备安置在轮式滑道上是一种简化过程自动 化的方法。

 照片: Unifiller提供


系统集成商ApexMotionControl的所有者和创始人RobAntonides表示:“在任何时候,一项新技术,甚至是现有的成熟技术,被提议应用到现有的产品中时,总会有一些问题和顾虑浮出水面。”Antonides提到诸如初始费用、停机时间和培训问题等因素可能是症结所在。


“除非感兴趣的人亲眼看到设备在运行,而不是在一个视频或一张图片上,否则人们总会有些不情愿。”Antonides说,“这就是为什么了解客户的具体要求、关注点和需求十分的重要。是速度、一致性、原料浪费,还是劳动力短缺?”


循序渐进


这就是为什么自动化经常发生在初级阶段,像处理器,尤其是中小型处理器有着很大的需求。这就是Unifiller等设备供应商将他们的充填机、储存器和其他烘焙加工设备安装在轮子上的原因。


“Unifiller机器是模块化的,也就是说,它们可以单独工作,也可以被装配/集成到一个更大的系统中(就像拼图的碎片一样)。”Unifiller的市场总监SoniaBal说,“对于我们的许多客户来说,我们的设备也随着他们一起成长。他们可能在生产可控的情况下最初先购买了一台独立的储存器,但从那时起,他们的生产需求增加了,他们可能还要进一步增加一台泵、传感器、附件和一台输送机,以创建一条全自动的成型生产线。”


尽管如此,零碎的自动化通常要付出长期的代价。一个接一个地消除瓶颈是很好的,但这会形成一个很难协调或改进的拼凑而成的系统。


施耐德电气(SchneiderElectric)的自动化软件包EcoStruxure总监LukeDurcan说:“全面采用自动化的一个主要障碍是,食品和饮料工厂往往是棕色地带,随着时间的推移,自动化方面的投资会出现在小范围内,以解决特定的使用案例或瓶颈问题。”


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包装,作为一种高速、离散的操作,是自动化 最有可能应用之处。

 图片:欧盟自动化


他补充道:“企业最终会遇到许多不同的供应商和一些并不一定是集成的技术。”最大的问题是难以收集数据,这些数据可能对管理软件有用,如企业资源规划系统或制造执行系统。


包装自动化


在许多食品和饮料工厂,自动化在包装方面的发展进程远远超过食品加工。这主要是因为包装是一个高速、离散的装配过程,具有多个重复步骤,且易于自动化。


然而,即使是包装,自动化也经常遇到障碍。在任何一家食品工厂中,最令人恼火的情况之一就是包装机发生故障,迫使生产停止或者在上游某个点积累足够的产能,以争取时间让包装机恢复运转。


因为许多包装机执行精确、精细的任务,其中一些情况是不可避免的,例如在薄膜卷材传动时保持适当的张力,就很容易出问题。但PMMI市场开发部副总裁JorgeIzquierdo表示,有两个因素加剧了这个问题:许多包装机械的使用时间和厚度减小或不如以前坚固的包装材料的出现。


几十年来,包装的趋势一直是将薄膜、瓶壁和其他材料变薄,部分是为了省钱,但主要是作为一种方式来反击对包装作为污染和浪费来源的批评。回收材料也在激增,特别是像瓦楞纸箱这样的二次包装。但这给包装设备尤其是旧设备带来了问题,Izquierdo解释到。


他说:“在处理设备中的材料方面,这会产生很多问题。在许多情况下,你需要适应新材料,而现用的机器不一定是针对这些材料设计的。”


设备制造商正试图进行改进,但这并不容易。“我们正在解决这个问题,但还没有完全解决。材料的更新变化速度比以往任何时候都要快,当新材料出现时,设备制造商和终端用户都需要进行学习。”


自动化包装的另一个障碍是对灵活性的需求。随着客户对单品的需求越来越多,必须调换材料,并且必须经常在机器设置中进行调整。即使使用伺服电机,这仍然很难自动实现,尤其是初级包装。


Izquierdo说,如果终端用户愿意付费,自动化可以为转换提供帮助。“在某些情况下,在一定的价格水平下,所能提供的灵活性是有限的。如果想要的自动化程度越高,设备的成本就越高。”


他建议终端用户不要寻求完全自动化的转换,而是寻找一个可以以他们愿意支付的价格来减少所需体力劳动的最佳点。“我们正在努力在价格和快速转换之间找到一个很好的平衡,也许不是所有的转换都是自动完成的,但是转换的时间大大缩短了。”


机器人及其他


由于几个原因,加工通常被认为是自动化方面不如包装领域富有成效的一个领域。许多加工操作都是面向成批处理的,自动化带来的收益是不存在的,它并不能比手工劳动节省多少钱。即使有收益的潜力,一些适合包装的自动化也不适合加工。


其中最主要的是机器人技术。虽然机器人已经进入了一些加工环节,特别是材料处理方面,如取放,但它们也有一些在加工中存在困难的方面。


也许最令人生畏的是处理。机器人的机械臂及其抓取器非常适合抓取包裹,尤其是像箱子这样坚固的包裹。但对于需要轻柔、消毒处理的未包装产品,机器人面临着更大的问题。


不过,工业自动化设备供应商欧盟自动化公司市场总监JonathanWilkins表示,夹持器技术正在改进,目前夹持器能够处理越来越多的产品。


“展望未来,柔性机器人将能够执行当前机器无法完成的任务,”Wilkins说,“现在抓取器已被用来小心处理精致的产品。众所周知,机器人在处理水果和蔬菜时很难避免损伤。柔性抓取技术的最新发展意味着机器人现在可以在不造成损伤的情况下处理易损伤食品,甚至可以抓取水果和蔬菜的各个部分,例如生菜叶。”


卫生是另一个问题。加工区域通常使用高压或腐蚀性液体,可能比包装线更需要冲洗。没有人愿意让昂贵的机器面临这种风险,而机器人正是世界上最昂贵的设备之一。


但是,机器人也可以像其他类型的设备一样,进行安全冲洗。最近在亚特兰大举行的国际生产和加工博览会上,发布了一系列用于高压卫生的安全冲洗机器人。


设计用于加工领域的机器人手臂通常涂有硅涂层,以便进行更柔性的操作。即使这样的机器人也可以设计成能承受冲洗,Wilkins说:“机器人制造商已经消除了与硅覆盖物有关的任何问题,因为它们使机器人外壳更加光滑,具有更高的防护等级且没有松动的电线。”


尽管机器人的改进提高了其应用于加工领域的潜力,但在可预见的未来,更成熟的设备和技术可能更具可行性。


工业系统集成商MaliskoEngineering的总裁兼首席执行官SteveMalyszko说:“连续式和批量加工行业一直在寻找各种方法来实现同样的目标,即提高速度、精度、重复性和一致性,并将其应用于机器人技术。”


“为实现这些目标,在加工过程中应用的解决方案有仪器仪表、自动终端控制元件、变频驱动器/伺服电机、磅秤、分析设备等,能够同时和反复地控制多个变量和工艺装置的控制器,这种方式可减少操作员的干预,同时需要保持全天候运行。”


人与机器


无论一个工厂以何种方式,或多大程度上实现自动化,仍然存在人为因素。工人必须操作、监控设备或与设备进行交互,重要的是工作人员务必做好准备。


也许最重要的因素是态度。只要有机器在做人类曾经做过的事情,一些人就会对这个过程感到不满。如果一个工人有意或无意地让机器无法正常工作,那么它将无法正常运转。


控制集成商ECSSolutions的加工专家JohnParraga说:“操作员可以决定一个新自动化系统的成功与否,倾听他们的需求有时比倾听其他系统利益相关者更重要或同样重要。”这意味着需要从一开始就让他们有一种主人翁意识,即询问他们如何操作当前或以前的系统,以及他们希望新系统有何不同。


Parraga说:“尽管系统设计师对所需的内容和新系统的外观有很好的了解,但听取操作员的意见也很重要。通过这一简单的步骤,操作员感到有权影响最终设计,那么他们也会支持所有操作员的入职培训活动。”


这些入职培训活动至关重要。如果必须操作的人不知道自己在做什么,那么世界上最先进、最高效的设备将毫无用处。随着自动化程度的提高,操作员培训不足(或根本没有)是最大的障碍之一。


不幸的是,有一些因素使公司无法接受足够的培训。如果运行预算变得捉襟见肘,可能使有能力培训他人的操作员和技术支持人员忙于机器操作。员工流动也会加剧这个问题,因为新员工必须不断接受培训。


此外,精密新设备的培训材料和程序也是设备制造商的职责之一。Malyszko说,采购商应警惕那些通过跳过培训或忽略培训以降低出价的OEM厂商。


他说:“花足够的钱,留出适当的时间来培训操作人员以及从技术上支持工作人员掌握当前的自动化技术,可以为公司和工厂的效率、安全和工作满意度带来巨大的收益。”


整个自动化也是如此。一方面要保持日常运行,另一方面又要计划对流程进行全面整改,但这对于长远的成功来说是很有必要的。


CapitalOne的Guheen表示:“如今遇到困难的公司基本上都回避自动化,并且在实施过程中回避与客户协作。你会发现,如今存在一些问题更加严重的设施,因为它们被过于专注于让生产顺利进行,以至于它们永远无法发挥价值,也无法通过努力将其提升到一个新的水平。”






作者:PanDemetrakakes,SeniorEditor


本文摘自FoodProcessing杂志


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