Продукти за автоматизация и дигитализация в опаковъчния сектор

ТехнологииСпециален брой: Пакетиране и складова техника • 05.07.2021

  • Съвременните средства за автоматизация позволяват на модулен принцип (чрез входно-изходни интерфейси) към опаковъчните линии лесно и бързо да се добавят различни функционални модули

  • Модерните цехове в бранша все по-масово инвестират в различни сензорни технологии, измервателни средства, човеко-машинни интерфейси и устройства за контрол на движението, за да постигнат ефективно управление на цялостния процес

  • С помощта на усъвършенстван софтуер за управление роботизираните системи могат проактивно да осъществяват мониторинг на опаковъчните процеси и незабавно да се адаптират към промени в работните параметри

 

За да отговори на изискванията на четвъртата индустриална революция за по-динамично, устойчиво и интелигентно производство, опаковъчната промишленост постепенно се трансформира във все по-високотехнологичен отрасъл с помощта на средствата за автоматизация и дигитализация. В сегмента навлиза богат спектър от иновативни решения за оптимизиране на ефективността, гъвкавостта и производителността, включително сензори, роботика, телеметрия, човеко-машинни интерфейси, ИКТ, платформи за киберсигурност, мониторинг и контрол, управление на движението и т. н.

В допълнение към стриктните изисквания по отношение на качество и проследимост в концепцията за Industry 4.0, налице са и строги стандарти по линия на сигурността и безопасността. Автоматизацията и роботизацията поначало се въвеждат именно, за да освободят човека от тежките, опасни и повторяеми задачи в опаковъчния сектор. В допълнение се постига и значителна оптимизация на оперативните разходи в дългосрочен план. И макар съвременните високоавтоматизирани машини и линии за пакетиране да са в пъти по-умни, продуктивни и интуитивни за управление в сравнение с предшествениците си от преди няколко десетилетия, модерният свят не спира да поставя нови и все по-сериозни предизвикателства пред отрасъла. С непрекъснатите процеси на глобализация и нарастване на населението на планетата към безупречното продуктово качество и високата производствена ефективност на оборудването в сегмента се добавят и изисквания за устойчивост, екологосъобразност и икономия на суровини и ресурси. Така възниква още по-ново поколение автоматизирано и роботизирано опаковъчно оборудване, снабдено с по-интелигентни сензори, усъвършенствано машинно зрение и подобрени софтуерни възможности, изкуствен интелект, периферни изчислителни способности и опции за облачна свързаност, което да покрие стандартите на дигиталните фабрики в началото на третото десетилетие на XXI в.

 

Роля на средствата за автоматизация

За да се оползотвори целият наличен потенциал на оборудването в един опаковъчен цех, експертите препоръчват всички процеси и етапи да бъдат интегрирани в единна система. С помощта на модерните и надеждни информационни и комуникационни технологии, които конституират внедряването на Industry 4.0, опаковъчните машини могат да бъдат свързани помежду си, както и към ERP/MOM платформа, и управлявани ефективно и централизирано. Интегрираните средства за мониторинг на състоянието и енергиен мениджмънт в такива платформи спомагат за допълнителна оптимизация на енергийната ефективност и експлоатационните разходи, повишавайки рентабилността на опаковъчните процеси. Сред останалите налични възможности на интегрираните платформи са измервателните технологии и инструментите за моделиране и симулация, които позволяват гъвкав и плавен опаковъчен процес от началната до крайната му точка. Автоматизираните линии за пакетиране с дигитализирано управление могат да пълнят различни по съдържание, големина, форма и материал опаковки и контейнери, да ги затварят или запечатват, етикетират и маркират с необходимата информация напълно самостоятелно, без нужда от човешка намеса.

Опаковъчното оборудване от ново поколение позволява на предприятията в сегмента да имплементират решения за интелигентно пакетиране и да реализират редица конкурентни предимства. Машините от този усъвършенстван клас са информационно и комуникационно опосредствани, разполагат с възможности за мрежова свързаност, мониторинг и диагностика в реално време и в прогнозен план, оборудвани са с модерни технологии за безопасност и позволяват бърза и лесна интеграция в съществуваща опаковъчна платформа. С помощта на автоматизирани пакетажни решения компаниите в отрасъла могат да оптимизират производителността и ефективността на бизнеса си, своевременно да се адаптират към динамични промени в пазарното търсене, включително към разширяване на продуктовите асортименти, въвеждане на нови разфасовки на съществуващи артикули и т. н. Автоматизацията помага на предприятията да компенсират и негативните ефекти от застаряващата или неквалифицирана работна сила, както и да редуцират сложността на опаковъчните процеси, тяхната продължителност и оперативните разходи.

Опаковъчната индустрия до голяма степен е зависима от времетраенето на работните цикли. Капацитетът на една пакетажна линия, измерван например в брой опаковани единици за минута, изисква бързи и мощни системи за управление и съответните мрежови комуникации, които да обезпечат надеждната им работа. Друг важен аспект е тясната интеграция между отделните машини и линии и безупречната синхронизация на дейността им.

Съвременните средства за автоматизация позволяват на модулен принцип (чрез входно-изходни интерфейси) към опаковъчните линии лесно и бързо да се добавят различни функционални модули. Повишаването степента на автономност на оборудването позволява и по-икономичната му работа, като е важно същевременно да се осигури и безкомпромисната му безопасност. Най-общо, дигитализацията в пакетирането се въвежда на три нива – при системите за първично, вторично и третично опаковане. В първия случай (особено в ХВП), машините са в директен контакт с пакетираните продукти и често изискват специален санитарен дизайн и специфични процедури за почистване и стерилизация. Целта е осигуряване на максимална скорост и производителност в съчетание с максимална достъпност на оборудването, което на практика означава минимални престои и прекъсвания.

На фаза вторично пакетиране редуцирането на престоите е от още по-ключово значение, а гъвкавостта се осигурява посредством съвременни средства за комуникация и свързаност. Безопасността се обезпечава с помощта на различни устройства, включително сензори, релета и превключватели за работен режим. В края на опаковъчната линия, където обикновено се извършва палетизиране, водещ приоритет е ефективността. Сигурността на персонала и оборудването се гарантира например посредством светлинни бариери и портали. В случай на неизправност пък се разчита на интелигентни решения за диагностика и визуализация, които асистират на операторите и техническите екипи в процеса по идентифициране, локализиране и отстраняване на проблема.

 

Технологични възможности

Повечето пакетажни линии функционират в интеграция с цялостния производствен процес на даден продукт, като обикновено са разположени в края му. Обикновено се залага на бързи автоматизирани пълначни станции в комбинация с високофункционални затварящи или запечатващи автомати, етикетиращи и маркиращи системи, автоматични палетизиращи механизми и устройства за третично опаковане със стреч фолио. Важно е да се гарантира бързина и надеждност на отделните задачи, както и сигурност и стабилност на финално пакетирания продукт с цел обезпечаване на последващата му безопасност по време на транспортните, складови и дистрибуционни дейности.

Модерните цехове в бранша все по-масово инвестират в различни сензорни технологии, измервателни средства, човеко-машинни интерфейси и устройства за контрол на движението, за да постигнат ефективно управление на цялостния процес. Благодарение на Internet of Things (IoT) сензорите и полевите устройства придобиват интелигентни функции, които позволяват на опаковъчното оборудване да “опознава”, “разбира” и “взаимодейства” с обектите в работната среда. За разлика от сензорните технологии от предишно поколение, впрегнати основно в събирането на данни и генерирането на прости информационни масиви с цел елементарно вземане на решения, умните съвременни сензорни решения днес могат още да обработват, интерпретират и преобразуват в ценен бизнес актив събраната информация, за да осигурят автономното функциониране на интелигентните опаковъчни машини. Тази технология не просто подобрява ефективността на процесите, но разкрива възможности и за изцяло нови приложения в областта на комуникациите от типа “машина-към-машина”, “машина-към-инфраструктура” и “машина-към-оператор”, налагайки дигитализацията като основна и единствена посока на развитие в сегмента през настоящото десетилетие.

Сред водещите технологични тенденции в бранша в контекста на Industry 4.0 е и изкуственият интелект, който също допринася значително за масовото популяризиране на умните опаковъчни решения. Освен в дейности като сортиране, етикетиране, подготовка за рециклиране (в кръговите производства) и складова автоматизация, AI базираните платформи и машинното обучение намират отлично приложение във визуалната инспекция. Освен с усъвършенствана процесорна мощ, интелигентните AI системи за опаковъчната промишленост все по-често разполагат и с инструменти за триизмерна визуализация, които позволяват прецизна инспекция, надзор на пакетажните процеси, точно позициониране на продуктите и етикетите и изрядни процедури по качествен контрол.

В допълнение към IoT и AI на помощ на предприятията в отрасъла идват и други иновативни технологии като облачните изчисления, радиочестотната идентификация, машинно-четимата маркировка, технологиите за обработка на големи обеми данни (Big Data), Bluetooth, електронните средства за комуникация в близкото поле (NFC) и т. н. Така освен процесите по пакетиране самите опаковки могат да станат интелигентни по своята същност. Всеки един продукт в умна опаковка може да бъде още по-лесно проследяван по време на жизнения му цикъл, осигурявайки както на крайния потребител, така и на производителя добавена стойност в множество аспекти.

 

Роботизация на отрасъла

Модерните изцяло автоматизирани опаковъчни машини в повечето случаи могат да бъдат класифицирани като пакетажни роботи. Техните основни функции са да намалят времетраенето на опаковъчния процес, да разширят капацитета му (по отношение на повторяемост, товароносимост), да подобрят точността и безопасността му и да реализират икономии от разходи за труд.

Според тяхното приложение роботите в опаковъчната промишленост могат да бъдат pick-and-place (pick-and-pack) системи, позициониращи, подреждащи и сортиращи роботи, пълначни и пакетажни автомати, палетизатори и т. н. Спрямо клиентския отрасъл на пазара са достъпни специализирани решения за: хранително-вкусовата промишленост, производството на напитки, фармацевтичната, козметичната и химическата индустрия, електрониката, логистиката, складовата дейност и дистрибуцията и др. Що се отнася до технологията за захващане, най-популярни са моделите крайни устройства тип щипки или челюсти и вакуумните грипери.

Актуално маркетингово проучване прогнозира, че пазарът на роботизирани решения за опаковъчната индустрия ще се разширява устойчиво в периода до 2027 г., отчитайки комбиниран годишен темп на растеж от над 14%. Водещи клиентски сегменти, според пазарните анализатори, ще са ХВП и производството на напитки, тъй като в тези сектори роботизацията води до най-сериозни икономии на разходи в дългосрочен план чрез повишаване на ефективността, редуциране загубите на суровини и ресурси и т. н.

Пандемията от коронавирус също е сред двигателите на растеж за този пазар, тъй като все повече компании в двата бранша са склонни да инвестират в модерни средства за автоматизация, които покриват новите по-строги хигиенни изисквания към индустрията. По отношение на технологията за захващане, най-търсени в ХВП са моделите с вакуумни хващачи, които позволяват ефективно и деликатно манипулиране с крехки хранителни продукти като яйца, печива, плодове и зеленчуци и др.

В зависимост от нивата на организация на опаковъчните процеси в една фабрика производителите могат да изберат да инвестират в множество отделни машини или в обща интегрирана линия. Палетизиращите роботи обикновено се интегрират в края на процеса, като могат да бъдат и самостоятелни работни станции. Колкото по-голяма по мащаб е пакетажната линия, толкова повече потенциал за автоматизация е налице, като все по-търсени стават т. нар. мултифункционални опаковъчни роботи, които изпълняват последователно няколко задачи. Една типова конфигурация на автоматизирана пакетираща линия с няколко отделни процеса включва например автоматизирана система за запечатване на вторичните опаковки, шестосен робот за подреждане (стековане) на готовите единици и тяхното последващо палетизиране, а също и мобилен робот или самонасочващо се автономно превозно средство (AGV), което да транспортира опакованите палети към следващата точка.

Т. нар “picking-and-packing” процеси, при които е необходимо повдигането на различни обекти и поставянето им в опаковъчен контейнер, са сред пакетажните операции, които изцяло подлежат на роботизиране. При наличието на разнородни (по големина, форма, структура, твърдост и т. н.) продукти, с които роботът или манипулаторът трябва да боравят, е препоръчително да се избере специален мултифункционален хващач, който да позволи ефективното и надеждното им захващане. Вакуумните грипери с многофункционален дизайн на вендузите са сред най-търсените решения за такива приложения.

Роботизирано оборудване може да се добави не само в края на опаковъчния процес, но и в началните му етапи. Депалетизиращи роботи, автомати за отваряне на вторични контейнери и опаковки, товарни, позициониращи и други обслужващи автоматизирани системи намират широко приложение в подготовката на основните продукти, които подлежат на последваща вторична преработка, пълнене, запечатване, етикетиране, палетизиране и увиване със стреч фолио.

 

Пазарни иновации

Сред най-интересните и иновативни разработки на пазара на автоматизирано опаковъчно оборудване са цялостните роботизирани линии за палетизиране и депалетизиране, които с помощта на софтуер с интелигентни функции могат напълно автономно да обработват различни опаковки и контейнери с различни схеми на подреждане и да ги поставят директно на система от модулни конвейерни ленти, които да ги придвижат към следващата станция на пакетиращата линия.

Транспортните ленти са специално проектирани да работят както с унифицирани опаковъчни единици, така и с нестабилни стекове или нестандартни обекти.

Мониторингът, управлението и визуализацията на цялостния процес се извършват посредством специализиран за приложението HMI терминал със сензорен екран, който позволява още бърза диагностика на проблеми в реално време и разполага с множество допълнителни функции за регулиране на скоростта, посоката, натоварването на системата от конвейери и работата на роботите.

Новост на пазара е и специализираният софтуер за роботизирани приложения, с чиято помощ вече не е необходимо да се изучават сложни и специфични езици за програмиране на опаковъчни роботи. Софтуерните пакети от този тип позволяват на операторите да въведат желаните последователности от операции чрез стандартен програмируем логически контролер в единна програмна среда. На принципа на “add-on” функционалността към базовата версия на софтуера могат да бъдат добавяни различни модули с инструменти в зависимост от приложението на робота.

С помощта на усъвършенстван софтуер за управление роботизираните системи могат проактивно да осъществяват мониторинг на опаковъчните процеси и незабавно да се адаптират към промени в работните параметри. Свързването на няколко робота и/или автоматизирани машини в обща мрежа позволява такава своевременна адаптация не само към собствената работа, но и към тази на останалите колаборативни единици в системата, както и към поведението на операторите в умната фабрика.

Важен аспект от синергията между отделните роботи и работни станции в опаковъчните линии в Industry 4.0 са стандартизираните комуникационни интерфейси. Производителите на опаковъчно оборудване успяват да изпреварят много от конкурентите си в останалите сегменти, като още преди повече от десетилетие въвеждат стандартизирания език PackML (Packaging Machine Language) за дигитална комуникация между различни машини и системи в пакетажни приложения. Той осигурява общ интерфейс и оперативна съвместимост между цялото оборудване в мрежата. Така най-новите продукти в сегмента обикновено фабрично разполагат с PackML интерфейс, който позволява бързото и лесното им интегриране и въвеждане в експлоатация в интегрирани Industry 4.0 опаковъчни линии, базирани на стандарта.

Друга иновация, която обещава завинаги да трансформира пазара на опаковъчни решения в посока към цялостна дигитализация, са мобилните HMI терминали с възможност за отдалечено управление. Те могат да разполагат със съвременни функции като гласово и речево разпознаване, сензори за движение, платформи за виртуално симулиране и добавена реалност. Различни периферни устройства могат да бъдат свързани чрез съответния порт. Най-модерните продукти в сегмента позволяват с помощта на мобилно или десктоп приложение с функциите на SCADA софтуер всяко съвместимо преносимо или стационарно устройство – смартфон, таблет, лаптоп, настолен компютър или команден панел на машина – да се превърне в HMI терминал за опаковъчна линия.

 

ЕКСКЛУЗИВНО
Top