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Roboter greifen in die Lebensmittelverarbeitung ein

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Aufgrund von Variablen in der Lebensmittelindustrie, wie Produktgröße und -form, ist die letzte Grenze der Robotik die Lebensmittelverarbeitung

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Die Verarbeitung von Lebensmitteln in großen Mengen stellt Roboter und Cobots seit jeher vor viele Probleme und hinkt anderen Branchen hinterher. Lebensmittel haben eine Vielzahl von Formen und Größen und können empfindlich sein. Diese Variablen können eine Herausforderung darstellen, wenn ein Roboter versucht, einen Gegenstand zu greifen. Für empfindliche Lebensmittel gelten oft strenge Qualitätsanforderungen, was das Greifen noch schwieriger macht (z. B. Erdbeeren).

Der Anteil der nicht-automobilen Roboterbestellungen an den nordamerikanischen Gesamtbestellungen beträgt mittlerweile 58 %. Laut der Association for Advancing Automation (A3) stieg der Absatz allein in der Lebensmittel- und Konsumgüterbranche im Jahr 2021 gegenüber 2020 um 29 %.

"Immer mehr Branchen haben erkannt, dass die Robotik dazu beitragen kann, den Produktivitätsrückgang umzukehren und sich wiederholende Aufgaben zu übernehmen, die menschliche Arbeitskräfte nicht wollen. Der Einsatz von Robotern und Automatisierung ist nicht länger eine Frage der Wahl", sagt Jeff Burnstein, Präsident von A3. "Es ist jetzt ein absolutes Gebot. Wir sind seit langem davon überzeugt - und die Anwender bestätigen es immer wieder -, dass Roboter den Unternehmen helfen, wettbewerbsfähig zu bleiben und letztlich mehr Arbeitsplätze zu schaffen, um ihr Wachstum zu bewältigen."

Sowohl Roboter als auch Cobots werden in der primären und sekundären Lebensmittelverarbeitung auf unterschiedliche Weise eingesetzt, teilt A3 mit. Einige gängige und neue Anwendungen sind:

Pflücken und Platzieren von Obst und Gemüse

Robotisches Schneiden und Zerteilen von Meeresfrüchten oder Rindfleisch

Robotische Dosierung für die Kuchendekoration

Reinigungsroboter zur Aufrechterhaltung einer sicheren Arbeitsumgebung

Vision-geführte Sortierroboter für Produkte

Palettieren und Depalettieren (Verpacken)

Einige Roboter können sogar Pizzas ohne menschliches Zutun zubereiten.

Cobots

Im Gegensatz zu Industrierobotern arbeiten kollaborative Roboter neben dem Menschen. Sie ersetzen ihn nicht. Cobots sind leicht zu programmieren, so dass sich Lebensmittel- und Getränkehersteller schnell auf neue Produkte und Lieferanforderungen einstellen können. Kollaborative Roboterarme können umprogrammiert, verschoben und neu eingesetzt werden, so dass selbst kleinere Anlagen auf derselben Grundfläche mehrere Linien betreiben oder von der Produktion zur Verpackung wechseln können

Cobots sind in der Regel einfacher zu programmieren als typische Industrieroboter, da sie auch von Nichtfachleuten programmiert werden können und für eine schnelle Implementierung bevorzugt werden. Sie werden unter anderem in den Bereichen Materialhandhabung, Montage, Materialentnahme, Qualitätskontrolle und Lebensmittelverpackung eingesetzt.

End-of-Arm-Werkzeuge

Laut A3 ist einer der wichtigsten Fortschritte in der Robotertechnologie für die Lebensmittelverarbeitung die Einführung fortschrittlicherer Greifer. Heute gibt es weiche Greifer, die empfindliche Lebensmittel wie Obst und Gemüse schnell und dennoch schonend handhaben können. Andere Arten von Greifern, wie z. B. Vakuumgreifer, haben sich ebenfalls als vielversprechend bei der Handhabung empfindlicher oder unregelmäßig geformter Gegenstände erwiesen. Viele fortschrittliche Greifer sind mit einer robusten Bildverarbeitungstechnologie ausgestattet, die den Roboterarm führt und Abweichungen in der Produktform kompensieren kann. Dies führt zu größerer Genauigkeit und Konsistenz bei der Verarbeitung.

Cobots verwenden Greifer, ob Vakuumgreifer, pneumatische Greifer, hydraulische Greifer oder servoelektrische Greifer, um Gegenstände zu handhaben. Der Vakuumgreifer verwendet einen Saugnapf aus Gummi oder Polyurethan zum Aufnehmen von Gegenständen und bietet ein hohes Maß an Flexibilität.

Wir wollten die Sichtweise eines Robotik-Anbieters einholen, um zu erfahren, wie die Robotik in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt wird. Nigel Smith, Präsident von TM Robotics, sprach mit uns über dieses Thema.

FE: Die Einführung von Robotern in der Lebensmittelindustrie war nicht einfach, da Lebensmittel von Natur aus unterschiedliche Formen, Größen usw. haben. Wie wurden Roboter/Cobots in letzter Zeit in der F&B-Verarbeitungsindustrie eingesetzt?

NS: Im Vergleich zu traditionellen Robotertypen stecken kollaborative Roboter noch in den Kinderschuhen, daher ist es nicht überraschend, dass es in der Lebensmittelverarbeitung weniger gibt als in anderen Branchen. Aufgrund des hohen Drucks in der Lebensmittelverarbeitung - schnelle Produktion, geringer Ausschuss und minimale Ausfallzeiten - bleiben die meisten Betriebe bei den ihnen bekannten und vertrauten Robotertypen, seien es SCARA-, kartesische oder 6-achsige.

Eines der wertvollsten Merkmale von Robotern für die Lebensmittelverarbeitung ist ein geeignetes Bildverarbeitungssystem, um die Schwierigkeiten beim Umgang mit unregelmäßig geformten Teilen zu bewältigen. Der TSVision3D von Shibaura Machine ist ein gutes Beispiel dafür, wie man dies bewerkstelligen kann. Die Technologie verwendet mehrere Kameras, um die Sicht des Roboters zu verbessern, so dass er die Form eines Gegenstandes erkennen kann, um ihn auf die effektivste Weise aufzunehmen. Wichtig für lebensmittelverarbeitende Betriebe ist, dass dies auch für uneinheitliche Gegenstände wie Obst und Gemüse möglich ist.

FE: Aufgrund des Arbeitskräftemangels und der Pandemie scheint es, dass immer mehr F&B-Hersteller auf Roboter und/oder Cobots zurückgreifen, um ihre Aufgaben zu erfüllen. Glauben Sie, dass dies ein aktueller Trend oder die Welle der Zukunft ist?

NS: Roboter und Automatisierung werden seit langem eingesetzt, um die Produktion in allen Arten von Fertigungsumgebungen zu verbessern, und ihre Beliebtheit wird in absehbarer Zeit nicht nachlassen.

Wir wissen, dass Roboter in der Kommissionierung, beim Schneiden und Zerteilen von Fleisch und Käse, beim Reinigen und Sortieren sowie bei der Ausgabe in der Bäckereiherstellung eingesetzt werden. Welche anderen Anwendungen gibt es in der Lebensmittelverarbeitung?

NS: Es gibt bereits eine Fülle von potenziellen Anwendungen für Roboter in der Lebensmittelverarbeitung. In der Tat gibt es nur wenige Anwendungen, die nicht mit einer Art von Automatisierung robotisiert werden können. TM Robotics arbeitet mit mehreren Originalgeräteherstellern (OEMs) auf der ganzen Welt zusammen, um einzigartige Roboterlösungen für Anwendungen wie das Auftragen von Tomatenmark auf Pizza, das Verpacken von Käse in Schalen, das Schneiden von Kuchen und das Dekorieren von Torten zu entwickeln, um nur einige der einzigartigen Anwendungen zu nennen, an denen wir beteiligt waren.

Gibt es Bereiche in der F&B-Verarbeitung (oder -Verpackung), in denen keine Roboter oder Cobots eingesetzt werden, dies aber der Fall sein sollte?

NS: Einer der offensichtlichsten Vorteile von Robotern ist, dass sie Menschen von potenziell gefährlichen Aufgaben entlasten. In der Lebensmittelverarbeitung gibt es mehrere Anwendungen, die eine Gefahr für die Sicherheit der Mitarbeiter darstellen könnten. Diese zu automatisieren, sollte die erste Anlaufstelle sein.

Welche Faktoren sind ausschlaggebend dafür, dass ein F&B-Hersteller seine Produktion mit Robotern/Cobots ausstattet?

NS: Der wichtigste Entscheidungsfaktor vor der Investition in Roboter ist die potenzielle Kapitalrendite. Nehmen wir an, Sie planen den Einsatz von zwei SCARA-Robotern. Die Roboter werden drei Schichten pro Tag, sechs Tage pro Woche und 48 Wochen im Jahr im Einsatz sein. Für die gleiche Arbeit werden normalerweise zwei Bediener pro Schicht benötigt, was sechs Bedienern entspricht, um den gleichen Durchsatz in einer Arbeitswoche zu erreichen.

Legt man das Durchschnittsgehalt eines Produktionsmitarbeiters von 40.000 Dollar pro Jahr als Beispiel zugrunde, so würde der Wegfall dieser Aufgaben die Arbeitskosten um 180.000 Dollar pro Jahr senken. Aber auch mit einem Roboter wird die menschliche Arbeitskraft nicht vollständig eliminiert. Eine gute Faustregel für die Schätzung der Arbeitskosten an der Seite eines Roboters sind 25 % der aktuellen Kosten, was das Gesamtbudget für Arbeitskräfte auf 45.000 $ pro Jahr reduziert. Ziehen Sie diese Zahl von den Gesamtkosten für die Anschaffung eines Roboters ab, und Sie haben eine geschätzte Kapitalrendite für das erste Jahr. Natürlich dauert es bei den meisten Roboterinvestitionen einige Jahre, bis sie sich amortisiert haben.

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