Toepassingen voor industriële robots nemen snel toe

Steeds meer fabrikanten ontwikkelen specifiek voor de voeding

Tot voor kort gingen robotica en voeding niet echt samen. Behalve bij pick-and-placetaken kwamen robots niet in het stuk voor. Misschien ook niet verwonderlijk, aangezien ze nooit fundamenteel ontworpen waren voor deze veeleisende sector. De laatste jaren zetten echter steeds meer fabrikanten in op robots specifiek gemaakt om met voeding te werken.

Vele uitdagingen ...

Ondanks het algemene succes van de voedingsindustrie, zijn deze bedrijven de slechtste van de klas wanneer het op robotiseren aankomt. Zo berekende men dat er wereldwijd in de automotive tot tien keer meer robots worden ingezet, terwijl de totale output daar iets lager ligt dan bij de voeding.

Deze achterstand kent enkele goede redenen. Zo is er uiteraard het belang van voedselveiligheid en hygiëne, waarbij er vaak gewerkt wordt met bijtende reinigingsmiddelen. Men werkte vroeger meestal met beschermhoezen die konden vervangen worden, maar rvs en inox zijn meer doortastende oplossingen die in de lift zitten.

Het verwerken van natuurlijke en dus onregelmatige vormen is in het bijzonder een uitdaging

De werkomstandigheden zijn eveneens een moeilijke factor: vriestemperaturen, een hoge vochtigheid, productresten en stof. Daarnaast moeten de robots natuurlijke objecten verwerken: deze zijn vaak onregelmatig van vorm en bovendien in veel gevallen flexibel en vervormbaar. Dit vereist speciale instrumenten en instellingen.

Robotiseren heeft ook heel wat implicaties. Niet alleen de cel zelf moet geoptimaliseerd zijn, de aanvoer moet erop afgestemd zijn: dus niet te snel of te traag producten aanvoeren. De cyclustijd en het aantal van de robots spelen hierbij een cruciale rol. Robotisering vergt dus het evalueren en eventueel aanpassen van het volledige productie- en logistieke proces, wat een grote investering vraagt.

Zeker in een sector met traditioneel kleine winstmarges doet dit veel bedrijven twijfelen. Het gebrek aan interne kennis over robotica en de vrees dat het personeel niet mee wil in deze technologische transitie zijn ook redenen om toch maar de status quo te behouden.

... maar ook opportuniteiten

Toch valt er ook binnen de voeding heel wat winst te halen bij een doordachte implementatie van robots. Tot nu toe worden robots vooral aan het begin en het einde van de processen ingezet: behandeling van grondstoffen en het stapelen van verpakkingen. Interne logistiek is dus de meest logische toepassing, waarbij men hoopt sneller tussen verschillende eindproducten te kunnen wisselen. Binnen de productieprocessen ligt dit moeilijker: daar is het gebrek aan flexibiliteit de meest voorkomende reden om niet te robotiseren.

Toch neemt de directe interactie tussen robots en voeding sterk toe de laatste tijd, vooral door het gebrek aan technisch geschoold personeel. Wie meer wil produceren met hetzelfde aantal werknemers, zoekt al snel zijn heil in robots. Dit personeel wordt dan elders ingezet: zelden vervangen robots daadwerkelijk mensen. Het personeel wordt best zo vroeg mogelijk betrokken bij het robotiseringsproces: dit vergt immers ook de nodige opleidingen en participatie.

Door het toepassen van robots in kwaliteitscontrole, receptdosering, productplaatsing of garnering kan een kleinere foutmarge worden bereikt in het productieproces en het eindproduct. Zo kan de variatie die inherent is aan menselijk werk deels overkomen worden. Minder derving in de productie is doorgaans ook een gevolg van robotisering, omdat de achterliggende systemen – bijvoorbeeld camera's en AI – efficiënter kunnen detecteren welke producten slecht zijn en welke toch geschikt zijn voor productie of verkoop. Dit zorgt ook voor minder verspilling.

Mentaliteitsshift

Een voornaam probleem is steeds de aard van de beschikbare robots geweest. Deze waren immers nooit fundamenteel ontworpen voor toepassingen binnen de voeding, maar waren bedoeld voor assemblagetaken of het palletiseren van reeds verpakte producten. Rechtstreeks contact met voeding was dus een bijkomend iets, waar men bij het ontwerp nooit rekening mee hield.

De groeiende interesse in robotica vanuit de voedingsindustrie heeft verschillende fabrikanten er echter toe aangezet om zich op deze sector te focussen, om zo oplossingen op maat van foodbedrijven te produceren. Het resultaat is een sterke toename van het aantal geschikte robots op de markt en in de praktijk. Waar een aanzienlijke groep bedrijven een paar jaar geleden nog twijfelde aan het nut van foodrobots, zijn nu bijna alle bedrijven ermee bezig; toch minstens op conceptueel vlak.

Robots waren vroeger nooit fundamenteel ontworpen voor toepassingen binnen de voeding

Het aantal hygiënische oplossingen neemt sterk toe: afwasbare grijpervormen, open kasten om vuilophoping te voorkomen, persluchtinstallaties met speciale filters om contaminaties te vermijden, interne luchtcirculatie om naden van de robot af te sluiten ... Enkel een IP69-classificatie kunnen voorleggen, is doorgaans niet meer voldoende; zeker wanneer er met sterke chemicaliën wordt gewerkt om te reinigen. Uiteraard moeten ook de afscherming en de nodige veiligheidsoplossingen volgen, net als de gebruikte smeermiddelen.

Bovendien leveren steeds meer integratoren een complete lijn met geïntegreerde robotica af, waardoor alles geoptimaliseerd is. De meerprijs wordt al snel gecompenseerd door de efficiëntere werking, waarbij de aanvoer best zo weinig mogelijk variatie kent.

Concrete toepassingen

Pick-and-place

De absolute klassieker blijft het oppikken en gericht plaatsen van voedingswaren. Dankzij de implementatie van camera's en artificiële intelligentie nemen de concrete toepassingen wel toe. Vaak gaat het nog steeds om het plaatsen van producten in een verpakking, maar robots kunnen nu vooral een meer diverse aanvoer aan. De variatie in de natuurlijke producten kan dankzij AI gecompenseerd worden, omdat het systeem op basis van ingeleerde beelden van bijvoorbeeld een stuk vis kan deduceren dat het bij een filet met een ietwat andere afmeting daadwerkelijk om hetzelfde product gaat.

De camera is niet alleen nodig om het behandelen van verschillende vormen mogelijk te maken, maar ook om überhaupt te weten waar de producten zich bevinden. In veel gevallen zullen er variaties zijn in de ligging en de ruimte tussen de producten. Camera's weten wanneer wat te grijpen en kunnen er ook voor zorgen dat de in serie geschakelde robots elkaar aanvullen en uiteindelijk alles opgepikt hebben. Zo kan de eerste robot waarschijnlijk niet alles zelf grijpen: de tweede raapt dan de gevallen steken op, enzovoort. Zo kan de totale productiesnelheid de potentiële bottleneck van de cyclustijd van de individuele robot overwinnen.

Wat de gebruikte technieken betreft, gaat het vaak om deltarobots met zuignappen om bijvoorbeeld koekjes op te tillen en soms om (knik)armrobots met grijpers die zo het product vastnemen. Hierbij zijn er soms erg specifieke grijpers nodig, afgestemd op het product. Zo zijn zalmfilets sterk vervormbaar, waardoor de grijper genoeg grip moet hebben zonder het product te beschadigen. Cobots worden in toenemende mate gebruikt voor pick-and-place, maar bijna uitsluitend om verpakkingen of dozen te vullen. Dit kan enkel bij productielijnen waar de snelheid en capaciteit lager liggen. Het voordeel van de cobot is vooral de kleine voetafdruk, maar afspuitbaarheid en snelheid blijven voorname problemen voor echte foodtoepassingen.

In zekere zin bij pick-and-place te plaatsen, is het assembleren van voedingsproducten. Zo bestaan er installaties waarbij verschillende robots elk een stuk van een brochette aanvullen op een spies, om zo een afgewerkt product te maken. Ook het samenstellen van bijvoorbeeld sandwiches is mogelijk.

Snijden en portioneren

Het gebrek aan personeel is met name voor specialistische functies zoals uitbeners een groot probleem geworden. Dit maakt het inzetten van robots op dergelijke taken interessant, zelfs als de technologische uitdaging nog relatief groot is. Tegenwoordig zijn er al heel wat opties om robots vlees te laten verwerken, zelfs in combinatie met artificiële intelligentie.

Dergelijke systemen zijn bovendien vrij eenvoudig in te passen in productielijnen en zijn in staat uiteenlopende taken te verrichten. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor dynamische werkomgevingen met doorlopend veranderende werkprocessen. Naast de verhoogde efficiëntie, kunnen robots zorgen voor een meer consistente kwaliteit. De toegevoegde waarde van AI is de (veel) grotere mate van variabiliteit, maar ook het herkennen van afwijkingen.

Robots kunnen ook heel wat producten met grote precisie snijden. Hiervoor maakt men steeds meer gebruik van ultrasoon snijden. Hierbij trilt het mes aan zeer hoge frequenties (bv. 20 tot 40 kHz) om het voedsel doormidden te klieven. De voordelen zijn legio: de messen slijten langzamer, het product is perfect gescheiden en er blijven geen etensresten aan het mes plakken. Dit verbetert de productkwaliteit en vermindert stilstand voor onderhoud of reiniging.

Schoonmaken

Schoonmaken en veiligheidsinspecties staan doorgaans laag op de robotica-agenda van voedingsbedrijven. Nochtans zijn dit juist zaken waarmee men werknemers kan ontlasten. Een bijkomend voordeel is dat deze robots geen complete ommezwaai in het productieproces vereisen: ze kunnen doorgaans vrij eenvoudig geïmplementeerd worden. Uiteraard moeten deze robots waterbestendig zijn en ook bestand zijn tegen eventuele reinigingsproducten die ze gebruiken.

Een robot kan van kop verwisselen om over te schakelen van bewerking van de voeding op het schoonmaken van de installatie waar ze deel van uitmaakt. Zo is een vrij naadloze overgang mogelijk tussen productie en reiniging. Kwaliteitsinspecties, maar ook inspecties van de installatie en de algemene hygiëne, behoren eveneens tot de opties.

Met medewerking van Jansen Techniek, Promation, Rabobank en Stäubli