新冠疫情对食品和饮料行业自动化的影响

没有什么是比解决劳动力问题更痛苦的事情了，所以每当这样的时候，如何节省劳动力的技术就变得受人青睐。

冠状病毒疫情更是激发或加速了食品与饮料加工商们对自动化的兴趣。工人们在工作中生病或担心得病，这种恐惧在许多情况下是完全合理的。无论是现在还是未来，自动化都被视为应对这种恐惧的最佳方式之一。
冠状病毒疫情揭示了人力劳动的诸多弱点，特别是在生产和供应链如何处理需求变化方面，自动化可能会缓解这些弱点，因此它引起或增强了生产商们的兴趣。

机器视觉检测软件供应商Neurala的首席执行官马克斯·范思哲(Max Versace)表示：“通常，人们对自动化、机器人和人工智能（尤其是制造业）的态度是觉得它们是魔鬼，”因为它们抢占了许多制造业的工作岗位。“但当流行性疾病突然来袭时，我们会发现，企业自身的自动化水平还是太低了。”而食品饮料生产企业对自动化的要求有多种形式，大致可以分为两大类：劳动力和灵活性。

劳动力是最显著、最引人注意的问题，至少在疫情的早期阶段是这样。工人们不断感染，特别是在肉类和家禽加工厂，这些加工厂又迅速成为当地社区的感染源头。在实际病例和对疾病的恐惧之间，生产商们却找不到足够的人来为他们的工厂配备人手。

疫情造成的需求变化增加了对既快速又灵活的自动化的需求（照片由Beckoff自动化公司提供）

疫情期间，消费者的需求也形成了很大的变化，因此灵活性也发挥了作用。在某些情况下，由于食品储藏室的库存，生产商们不得不增加某些突然需求旺盛的主流产品的产量。在其他情况下，当需要单一服务和其他库存货物时，这需要更高的包装转换率。

美国银行全球商业银行的西食、农业和葡萄酒行业总经理Ben Maddox认为，疫情在一定程度上改变了一些原本就已经存在的自动化势头。

“总的来说，在疫情发生之前，食品饮料行业就一直在向自动化发展了。” Ben Maddox说，“我想说的是，从灵活性的角度来看，它大大加速了自动化过程。”

西门子数字工业软件（Siemens Digital Industries Software）消费品和零售副总裁 Suzanne Kopcha 指出，自动化在节省劳动力和灵活性方面的潜力因行业而异。“例如，肉类加工包括从屠宰和解剖到切片的高度手工操作，其自动化程度较低。而肉类加工业中的包装已经包括可以使用自动化系统。”Kopcha 说。 相比之下，巧克力生产通常采用全自动生产线。 “但这里的包装自动化程度较低，尤其是季节性活动产品，比如万圣节巧克力南瓜。对于特定包装来说，大量的手工工作是必须的。”

棘手的决定

确定工厂运营的哪些方面最适合自动化是生产商们需要做出的最棘手、最具挑战性的决定之一。 每一个工厂都不一样，几乎有无限的变数。也就是说，在做决定时，既要考虑需求和可用设备的种类，也有一些可适用的一般原则。

实际上，尤其是在自动化水平相对较低的工厂中，追求容易实现的目标是首要选择。这意味着需要可以快速实施并显示快速回报的解决方案。波士顿咨询集团（Boston Consulting Group）农业企业合伙人兼全球负责人 Decker Walker 表示：“将自动导引车和机械手臂融入到加工、分拣、视觉检查和异物检测过程中，都是我们看到的很好例子。”

罗克韦尔自动化（Rockwell Automation）公司的iTRAK采用自主动力部件来独立移动装载件。

应用制造技术公司（Applied Manufacturing Technologies）系统工程总监 Mark McGinnis表示，要确定潜在自动化的投资回报率，需要考虑三个因素。他说：“产量、人体工程学和质量是帮助确定自动化投资回报率的三个主要因素。”显然，随着产量的增加，对自动化的需求也会增加。“如果工厂实行两班倒，就应该认真考虑自动化。如果是三班倒，那就太晚了。”

人体工程学有很多方面：更换部件是否太重，以至于不能合理地要求工人搬起来？零件或工具是否因空间限制而过度储存？无论是在运行过程中或正常操作过程中，还是在清洁和维护的过程中，工人是否需要反复弯腰？这些迹象表明，一台自动化设备的加入可能会带来很多益处。

至于质量，自动化可以带来操作的一致性，但其最大的挑战是处理不一致的产品。如果产品形状不规则或有其他变化，自动化操作的局限性就很难保持产品的一致性。在这种情况下，通常需要更复杂的视觉系统，配合复杂的机械臂末端工具（如橡胶夹或真空杯），来定位和分类产品、检测缺陷以及执行其他操作。

自动化和包装

包装往往是食品或饮料工厂自动化程度最高的部分。这是一种高速、迭代的操作，通常适合由机器来完成。然而，有几个因素会阻碍包装自动化的发展。其中之一是由于它太普遍了，而使许多生产商忽略了该系统是否存在升级的必要。

Beckhoff自动化公司包装行业经理Mark Ruberg表示：“包装设施的大量自动化已经存在一段时间了。如果产线上的自动化包装设施已经存在超过10年，那么通过更新设备就有提高生产率的可能性。”
另一个复杂的情况是，由于货物库存的增长或客户对定制箱或托盘装载的需求，包装模式激增。在这种情况下，人们倾向于保持尽可能多的手工操作。

罗克韦尔自动化公司(Rockwell automation) CPG区域行业经理Steve Mulder表示，这就是为什么包装机和托盘机等生产线末端包装机具有很高的自动化潜力的原因之一。“我们看到，随着时间的推移，当你进入包装、生产线末端和物流领域时，自动化程度会逐步下降。当客户需要更专业的装载，那么在工厂中创建这些装载就变得越来越普遍，因为你不会希望在仓库或配送中心分拆和重新包装它们。”

“我们开始看到原本在配送中心手工处理的工序现在被转移回制造工厂中，进入生产线。”Mulder说。

快速还是灵活?

在操作过程中，特别是在包装中，经常需要在灵活性和高产能之间做出选择。这一问题在疫情期间变得更加严重，而且为了满足日益增长的需求，当时加工商不得不在不同货物库存之间快速转换。
几十年来，设备制造商通过引入自动转换系统（通常使用伺服电机来重新定位机器部件），在灵活性与产能的二分法上取得了进展。但是伺服驱动的转换很昂贵，而且在任何情况下，转换将产生多个货物库存而造成时间损失。残酷事实就是，一台机器可以容纳的尺寸越多，它执行单一任务时的速度就越慢。

Mulder举了一个纸箱制造商的例子，其间距为12到15英寸。间距必须适应纸箱的宽度加上额外的几英寸。如果某个新客户想要更大的纸箱，那么纸箱制造商就必须要有18英寸的间距。如果输送机以恒定的最大速度运行，更宽的节距将减慢设备的运转，这也将增加小纸箱的填充时间。

值得一提的是，无论是从它们能够识别的产品种类，还是从它们如何与其他设备协调的角度来看，视觉系统正在变得越来越完善。而协作机器人在设计时就被限制了活动范围和速度，使它们能够在工人附近安全地工作。
其他新兴技术有可能给加工和包装带来另一个维度的便利性。其中之一就是所谓的无带输送机，它是一种依靠自主动力部件来提供有效载荷的物料搬运系统。

罗克韦尔公司（Rockwell）在其iTrak材料搬运系统上配置了这样的机器组件，Mulder将其称为“独立推车”。他们虽然使用的线圈虽然与电动机内部相似，但更扁平，用它来制造一个电磁场，与轨道相互作用来推动部件。其结果是，这台机器可以改变其材料处理的瞬时时间，根据需要加速和减速。

Beckhoff公司也有类似的开发。它的XTS和XPlanar运输系统通过磁力“悬浮”的瓦片来运载有效载荷。它们使用XTS沿着物理轨道行驶，使用XPlanar使其更加自由。

无带式输送机有可能缓解食品公司在疫情期间，特别是在疫情之后面临的最棘手的问题之一：无接触模式。例如，如果动物尸体独立地，无接触地沿着切割线移动，而不是绑在皮带上或挂在链子上，理论上它们可以从一个站点加速运输到另一个站点，然后根据需要减速或停止。

更严重疫情的到来?

在AIB International公司做的一项调查中，78%的食品和饮料企业高管表示，他们正在积极为未来一场全球疫情做准备，30%的人预计未来4年内还会发生一次，50%的人预计未来10年内会发生一次。“我相信，企业都会讨论并考虑对包括未来疫情在内的意外情况采取适当的应对措施。”美国银行的Maddox说，“从我们多年来与客户的交流来看，这种情况已经在发生，并将继续下去。不同的是，我们已经有了一个真实的例子作为基础，并能够在未来的规划中加以参考。随着企业继续投资用于多种用途的机械设备，我预计未来几年资本支出将会增加。”

即使在无法保持距离的地方，自动化仍然有潜力节省劳动力，尤其是新一代自动化技术。人工智能可以在一个过程中处理和比较数十个变量，将它们与导致产品缺陷的偏差联系起来。实际上，它们能比人类更快地找到问题的根源。工业物联网（IIoT）为设备监控和维护开辟了新的前景，在更少人为干预的情况下实现实时警戒。换句话说，疫情给了生产商们额外的动力，让他们在已经自动化的道路上走得更远。

来源：荣格-《国际食品加工及包装商情》


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