Les applications des robots industriels augmentent rapidement

De plus en plus de fabricants développent des produits spécifiques pour l'alimentation

Jusqu'à récemment, la robotique et l'alimentation ne faisaient pas vraiment bon ménage. À l'exception des tâches de préparation de commandes, les robots n'étaient pas pris en compte. Ce n'est peut-être pas surprenant, car ils n'ont jamais été conçus pour ce secteur exigeant. Ces dernières années, cependant, de plus en plus de fabricants investissent dans des robots spécialement conçus pour travailler avec des produits alimentaires.

De nombreux défis...

Malgré le succès global de l'industrie alimentaire, ces entreprises sont à la traîne en matière de robotisation. Par exemple, il a été calculé qu'au niveau mondial, l'industrie automobile utilise jusqu'à 10 fois plus de robots, alors que sa production globale est légèrement inférieure à celle de l'industrie alimentaire.

Ce retard a quelques bonnes raisons. Bien sûr, il y a l'importance de la sécurité alimentaire et de l'hygiène, qui impliquent souvent l'utilisation de nettoyants corrosifs. Auparavant, on travaillait surtout avec des housses de protection qui pouvaient être remplacées, mais l'acier et l'inox sont maintenant considérés comme de meilleures solutions et gagnent en popularité.

Le traitement des formes naturelles et donc irrégulières est particulièrement difficile

Les conditions de travail sont également un facteur difficile: températures glaciales, humidité élevée, résidus de produits et poussière. En outre, les robots doivent traiter des objets naturels: ceux-ci ont souvent une forme irrégulière et sont, dans de nombreux cas, flexibles et déformables. Cela nécessite des outils et des réglages spéciaux.

La robotisation a également de nombreuses implications. Non seulement la cellule elle-même doit être optimisée, mais l'alimentation doit être ajustée en conséquence: par exemple, les produits ne doivent pas arriver trop rapidement ou trop lentement. Le temps de cycle et le nombre de robots jouent un rôle crucial à cet égard. La robotisation exige donc d'évaluer et éventuellement d'adapter l'ensemble du processus de production et de logistique, ce qui nécessite un investissement important.

Dans un secteur où les marges bénéficiaires sont traditionnellement faibles, de nombreuses entreprises hésitent. Le manque de connaissances internes en matière de robotique et la crainte que le personnel ne veuille pas accompagner cette transition technologique sont autant de raisons de maintenir le statu quo.

... mais aussi des opportunités

Néanmoins, l'industrie alimentaire a également beaucoup à gagner d'une implémentation réfléchie des robots. Jusqu'à présent, les robots étaient surtout déployés au début et à la fin des processus: manipulation des matières premières et empilage des emballages. La logistique interne est donc l'application la plus logique, l'objectif étant de passer plus rapidement d'un produit final à l'autre. C'est plus difficile dans les processus de fabrication, où le manque de flexibilité est la principale raison de ne pas robotiser.

Néanmoins, l'interaction directe entre les robots et les denrées alimentaires a considérablement augmenté ces derniers temps, principalement en raison du manque de personnel techniquement qualifié. Ceux qui veulent produire plus avec le même nombre de travailleurs se tournent rapidement vers les robots. Le personnel est alors déployé ailleurs: il est rare que les robots remplacent réellement les personnes. Le mieux est d'impliquer le personnel dans le processus de robotisation le plus tôt possible: en effet, tout cela nécessite sa formation et sa participation.  

L'utilisation de robots pour le contrôle de la qualité, le dosage des recettes, le placement des produits ou la garniture permet de réduire la marge d'erreur dans le processus de production et le produit final. Ainsi, certaines des variations inhérentes au travail humain peuvent être surmontées. La réduction du gaspillage dans la production est généralement aussi une conséquence de la robotisation, car les systèmes sous-jacents - par exemple les caméras et l'intelligence artificielle - peuvent détecter plus efficacement les produits qui sont mauvais et ceux qui sont encore aptes à la production ou à la vente. Cela permet également de réduire les déchets.

Changement de mentalité

L'un des principaux problèmes a toujours été la nature des robots disponibles. En effet, ceux-ci n'ont jamais été conçus pour des applications alimentaires, mais plutôt pour des tâches d'assemblage ou de palettisation de produits déjà emballés. Le contact direct avec les aliments était donc un élément secondaire, qui n'a jamais été pris en compte lors de la conception.

Toutefois, l'intérêt croissant de l'industrie alimentaire pour la robotique a incité plusieurs fabricants à se concentrer sur ce secteur, afin de produire des solutions sur mesure pour les entreprises alimentaires. Il en résulte une forte augmentation sur le marché et sur le terrain du nombre de robots adaptés. Alors qu'il y a quelques années encore, un groupe important d'entreprises doutait de l'utilité des robots alimentaires, aujourd'hui, presque toutes les entreprises travaillent avec eux, du moins sur le plan conceptuel.

Autrefois, les robots n'étaient jamais fondamentalement conçus pour des applications dans le domaine alimentaire

Le nombre de solutions hygiéniques augmente rapidement: formes de pinces lavables, boîtiers ouvertes pour éviter l'accumulation de saletés, systèmes d'air comprimé avec filtres spéciaux pour éviter les contaminations, circulation d'air interne pour sceller les joints du robot... Il ne suffit généralement plus de présenter un indice de protection IP69, surtout lorsque des produits chimiques puissants sont utilisés pour le nettoyage. Il est évident que le blindage et les solutions de sécurité nécessaires doivent également suivre, tout comme les lubrifiants utilisés.

En outre, de plus en plus d'intégrateurs proposent une ligne complète avec robotique intégrée, ce qui optimise l'ensemble. Le coût supplémentaire est rapidement compensé par une opération plus efficace, sachant qu'il vaut mieux avoir le moins de variation possible dans l'approvisionnement.

Applications concrètes

Pick-and-place

Le grand classique reste le prélèvement et le placement ciblé de denrées alimentaires. Toutefois, grâce à l'utilisation de caméras et de l'intelligence artificielle, les applications concrètes se multiplient. Il s'agit encore souvent de placer des produits dans des emballages, mais les robots peuvent désormais gérer une offre plus diversifiée. La variation des produits naturels peut être compensée grâce à l'IA. En effet, sur base des images d'un morceau de poisson qu'il a apprises, le système peut déduire qu'un filet de taille légèrement différente est en fait le même produit.

La caméra est nécessaire non seulement pour permettre la manipulation de différentes formes, mais aussi pour savoir où se trouvent les produits. Dans de nombreux cas, l'emplacement et l'espace entre les produits varient. Les caméras permettent de savoir quand saisir quoi et de s'assurer que les robots connectés en série se complètent et finissent par tout saisir. Par exemple, il est peu probable que le premier robot puisse tout saisir lui-même: le second ramasse alors ce qui n'a pas pu être saisi, et ainsi de suite. Ainsi, la vitesse de production globale peut surmonter le goulot d'étranglement potentiel que constitue le temps de cycle du robot individuel.

Quant aux techniques utilisées, il s'agit souvent de robots delta dotés de ventouses pour soulever des biscuits, par exemple, et parfois de robots à bras (articulés) dotés de pinces qui saisissent le produit. Cela nécessite parfois des pinces très spécifiques adaptées au produit. Par exemple, les filets de saumon sont très déformables, de sorte que la pince doit avoir suffisamment de prise sans endommager le produit. Les cobots sont de plus en plus utilisés pour le pick-and-place, mais presque exclusivement pour remplir des paquets ou des boîtes. Cela ne peut se faire que sur des lignes de production où la vitesse et la capacité sont moins élevées. L'avantage du cobot réside principalement dans son faible encombrement, mais la lavabilité et la vitesse restent des problèmes importants pour les véritables applications alimentaires.

Dans un certain sens, l'assemblage de produits alimentaires se situe au niveau du pick-and-place. Il existe par exemple des installations où plusieurs robots enfilent chacun un morceau sur une broche pour former une brochette. L'assemblage de sandwichs, par exemple, est également possible.

Découpe et portionnage

Le manque de personnel est devenu un problème majeur, en particulier pour les fonctions spécialisées telles que le désossage. C'est pourquoi il est intéressant d'utiliser des robots pour ces tâches, même si le défi technologique reste relativement élevé. Aujourd'hui, il existe déjà de nombreuses options de robots pour la transformation de la viande, même en combinaison avec l'intelligence artificielle.

Ces systèmes s'intègrent assez facilement dans les chaînes de production et sont capables d'effectuer une grande variété de tâches. Ils conviennent donc particulièrement bien aux environnements de travail dynamiques où les processus de travail changent constamment. Outre une efficacité accrue, les robots peuvent garantir une qualité plus constante. La valeur ajoutée de l'IA réside dans le degré de variabilité (beaucoup) plus élevé, ainsi que dans la reconnaissance des écarts.

Les robots peuvent également découper de nombreux produits avec une grande précision. Pour ce faire, ils utilisent de plus en plus la découpe par ultrasons. La lame vibre à très haute fréquence (par exemple 20 à 40 kHz) pour couper l'aliment en deux. Les avantages sont nombreux: les lames s'usent moins vite, le produit est parfaitement séparé et aucun résidu alimentaire ne colle à la lame. La qualité du produit s'en trouve améliorée et les temps d'arrêt pour l'entretien ou le nettoyage sont réduits.

Nettoyage

En général, lorsqu'elles envisagent la robotique, les entreprises alimentaires ne pensent guère au nettoyage et aux inspections de sécurité. Pourtant, ce sont précisément ces tâches qui peuvent être utilisées pour soulager les travailleurs. Un autre avantage est que ces robots ne nécessitent pas un arrêt complet du processus de production: ils peuvent généralement être mis en œuvre assez facilement. Bien entendu, ces robots doivent être résistants à l'eau et aux produits de nettoyage utilisés.

Un robot peut changer de tête pour passer du traitement des aliments au nettoyage de l'usine dont il fait partie. Cela permet une transition relativement fluide entre la production et le nettoyage. Les contrôles de qualité, ainsi que les inspections de l'installation et de l'hygiène générale, font également partie des options.

En collaboration avec Jansen Techniek, Promation, Rabobank et Stäubli