Processi produttivi, il futuro è nell’automazione

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Conveyor belt transporting crates with fresh eggs
L’automazione sta diventando una presenza fissa all’interno delle aziende alimentari, perché in grado di fornire ripetibilità delle operazioni, flessibilità produttiva, controllo totale della linea, tracciabilità, maggiore sicurezza igienica. Il tutto con risparmi nei costi energetici e di gestione della produzione.

Sensori, attuatori intelligenti, sistemi di supervisione con software applicativo per elaborazioni dati (SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition), sistemi PLC (Programmable Logic Controller) e DCS (Distributed Control Systems), sistemi gestionali informatici integrati ERP (Enterprise Resource Planning) ed EMAS (Expressway Monitoring Advisory System), sistemi di visione: le nuove tecnologie per automazione e il controllo di processo sono sempre più utilizzate nelle aziende alimentare medio grandi per migliorare l’efficienza delle macchine e delle linee produttive. Nelle realtà minori è ancora forte il contributo umano, anche se la tendenza sta cambiando. Strumentazioni che aiutano la sicurezza alimentare dal punto di vista igienico, la tracciabilità, la ripetibilità delle operazioni e la flessibilità produttiva nei cambi formato e nelle ricette, dovuta alle rotazioni, fluttuazioni di domanda, picchi stagionali o promozioni speciali, stanno diventando una realtà consolidata in campo alimentare. L’automazione e il controllo di processo diventano fondamentali nell’assicurare la tracciabilità, la conservazione dei dati, per risalire ad eventuali anomalie e non conformità, garantire la catena del freddo. Il grado di automazione dipende molto, oltre dalla dimensione delle aziende anche dal settore produttivo. Nell’industria casearia ad esempio sono ancora molte le lavorazioni prettamente manuali. Nella produzione della pasta e più in generale nella lavorazione dei cereali, l’automazione è invece avanzata grazie all’utilizzo di dosatori, pastorizzatori, miscelatori, essiccatori. Lo stesso avviene nel settore bakery dove si utilizzano: impastatrici, forno di cottura a tunnel, trasportatori per teglie con dispositivi di carico e scarico, torri per il raffreddamento dei prodotti, stazioni per lo smodellaggio dei prodotti e carico nei blister, dosatori con dosaggio controllato da microprocessori in base a parametri impostati dall’operatore, doratori e zuccheratori con la quantità di prodotto distribuito regolata da un sistema elettronico, stegliatori con la configurazione della testata a ventose che varia a seconda del tipo di prodotto da trattare, trasportatori alimentatori del confezionamento flow pack ecc.

Svariate possibilità
Quando si parla di sistemi di automazione per l’industria alimentare e delle bevande, non si può non tenere presente i sistemi di controllo intelligenti, composti da valvole di processo, sensori, regolatori di portata. Alcuni esempi applicativi riguardano la filtrazione, il controllo degli scambiatori di calore, degli sterilizzatori e delle autoclavi, gli impianti CIP (clean-in-place) o SIP (steam-in-place): sistemi ormai di comune utilizzo in campo alimentare. Sono sempre di più le aziende che si affidano alla robotica e all’automazione che sono in grado di ottimizzare i processi produttivi, velocizzare e rendere precisi i diversi e numerosi controlli necessari nella produzione alimentare moderna. L’intelligenza artificiale consente alle aziende di ottenere processi produttivi automatizzati alto performanti, precisi e ad alto rendimento, con numerosi controlli in continuo, basati sui sistemi di visione. Essi consentono di avere sotto controllo 24 ore al giorno la qualità, l’identificazione e la tracciabilità dei prodotti. Ne sono un esempio le termocamere di piccole dimensioni che possono essere posizionate ovunque e utilizzate per ispezionare la sigillatura delle confezioni o misurare la temperatura senza contatto, trasmettendo i dati in tempo reale. Anche la tecnologia RFID (Radio Frequency Identification) serve all’identificazione e alla tracciabilità del prodotto. Essa utilizza dispositivi (trasponder) in grado di memorizzare informazioni, protette o modificabili, che interagiscono con un sistema di lettura/scrittura. Consente un’identificazione del prodotto a distanza senza bisogno di un contatto visivo con il lettore. La tecnologia RFID è modulabile sulle esigenze dell’azienda: quando per esempio il valore economico dell’alimento da tracciare è contenuto e il tag è a perdere, l’identificazione può essere fatta sul lotto sia esso un cartone o un pallet e non sul singolo prodotto. Anche l’utilizzo di diverse bande di frequenza va incontro all’esigenza di flessibilità della produzione, così come la possibilità di utilizzare a pieno la tecnologia RFID in modalità mobile, grazie a Cloud, tablet e smartphone. I sistemi di controllo danno la possibilità all’azienda, attraverso un’unica piattaforma, di condividere programmi, ricette e altre variabili tra le diverse aziende del gruppo. Ci sono sistemi che migliorano la qualità della produzione di un processo evitando costi di rilavorazione o di eliminazione dei prodotti difettosi o che non soddisfano il livello di qualità prestabilito. Questi sistemi si basano sulla misurazione delle variabili che indicano la qualità del prodotto non a fine linea, quando diventa impossibile arginare un eventuale problema, ma durante il processo produttivo per sapere se il prodotto in lavorazione rientra nelle specifiche prestabilite. Il contenimento dei costi è uno dei vantaggi dei sistemi dia automazione e di processo. Possono essere utilizzate soluzioni che registrano in tempo reale i dati di consumo come elettricità, acqua, aria e gas che vengono raccolti dai PLC che a loro volta li forniscono al sistema informativo gestionale. La sfida per l’automazione è anche fornire una produttività elevata con un minore consumo di energia delle macchine, ad esempio grazie a regolazioni intelligenti. I sistemi di automazione possono essere integrati nell’infrastruttura IT aziendale, grazie a software su misura di reportistica, analisi e ottimizzazione delle performance produttive.

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I sistemi robotizzati
I sistemi robotizzati sono spesso impiegati in attività in cui per questioni di sicurezza o pesantezza del lavoro stesso, è difficile utilizzare manodopera. La gestione automatizzata dei prodotti viene realizzata tramite macchine che trasformano, prelevano, confezionano, movimentano diverse tipologie di prodotti. Questi sistemi robotizzati sono facilmente integrabili nelle linee produttive con cui possono dialogare attraverso applicativi mirati. Il trasferimento della tecnologia robotica al settore del bakery ad esempio ha prodotto molteplici soluzioni. I sistemi robotizzati possono ad esempio prelevare un numero elevato di prodotti, anche diversi, come muffin, cup-cake, biscotti, dalla teglia, variarne le posizioni e le distanze durante il trasferimento in modo da raggiungere la configurazione richiesta dal packaging, depositandoli nel packaging stesso. Il packaging può variare (sacchetti o vassoi in plastica o in cartoncino, disimpilati o formati da attrezzature accessorie) consentendo la flessibilità produttiva. Il tutto con possibilità di rapidi cambio formato. Anche nella logistica, l’automazione occupa un posto di rilievo: dalla lavorazione al deposito al trasporto delle materie prime e dei prodotti finali, dalla pallettizzazione alla consegna. Aziende alimentari, piccola o media distribuzione possono dover utilizzare pallet misti, con molteplici codici e i magazzini di distribuzione logistica possono trovarsi in difficoltà a gestire pallet complessi che, in alcuni casi vengono assemblati manualmente. Rispetto alla pallettizzazione a strato, i nuovi sistemi di picking sono flessibili e studiati per diverse tipologie di prodotto, prelevando anche il singolo collo. La flessibilità si ritrova anche nella realizzazione dei pallet eterogenei.

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Taglio ad ultrasuoni robotizzato
I sistemi di taglio e porzionatura sono stati ingegnerizzati per poter operare tagli su prodotti alimentari, a temperatura ambiente o refrigerati, di diverse forme (rotondi, quadrati, rettangolari) e consistenza con il minimo scarto di prodotto. Questi sistemi hanno livelli di sanitizzazione elevati, con possibilità di auto-pulitura delle lame. Il tipo di taglio è completamente programmabile. Le forti velocità di oscillazione (anche 20mila periodi/secondo) consentono di tagliare il prodotto con una minima deformazione dello stesso dovuta alla bassissima pressione della lama, una minima produzione di sfrido di taglio e una inferiore aderenza del prodotto alla lama, garantendo una qualità estetica del taglio maggiore. Diversi assi di movimento, di avanzamento prodotto, verticale di taglio e di rotazione della lama, sono programmati a distanza dal pannello operatore in modo da poter selezionare la velocità di taglio, il numero di spicchi nel caso prodotti rotondi, distanze tra i tagli per prodotti rettangolari, per un cambio formato rapido. Alcuni sistemi di taglio ad ultrasuoni garantiscono una maggiore flessibilità grazie all’utilizzo di più lame contemporaneamente.

Confezionamento con robot ad alta efficienza
L’impiego di robot ad alta efficienza, guidati da visione artificiale, nella fase di confezionamento sia esso primario che secondario permette di aumentare la produttività, abbattendo i costi e migliorando la competitività. Sistemi robotizzati si occupano del confezionamento primario con confezionatrici in flowpack, incartatrici, termoformatrici, incartonatrici ed astucciatrici. I robot riescono ad individuare, orientare e depositare nella macchina confezionatrice anche prodotti che arrivano alla rinfusa, grazie al sistema di sistema di visione che guida l’azione del robot. Inoltre, mediante sensori ottici, è possibile l’eliminazione dei pezzi non conformi (vuoti, di dimensione scorretta, non adeguatamente distanziati). Anche il packaging secondario e fondo linea utilizza i robot con visione artificiale. Ne sono un esempio le isole di inscatolamento di prodotti con incarto flowpack o in arrivo in fila singola ad alta velocità. I sistemi sono in grado di effettuare il ciclo completo, dalla formatura della scatola al suo riempimento, dal controllo dell’integrità alla chiusura delle confezioni.

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