Роботизация пищевой промышленности: как мы автоматизировали упаковку кондитерских изделий и увеличили производительность линии на 55%

Почему упаковка кондитерских изделиий - идеальная точка входа в роботизацию

Разберем на примере простых изделий. Батончики, будь то мюсли, протеиновые или детские фруктовые, обладают несколькими характеристиками, делающими их крайне удобными для автоматической обработки. Во-первых, это стандартная геометрия - прямоугольник с допусками в пару миллиметров. Во-вторых, высокая скорость потока: современные печи и экструдеры выдают до 200-300 изделий в минуту, и поддерживать такой темп вручную физически невозможно. В-третьих, упаковка здесь - это монотонные, повторяющиеся операции, от которых персонал устаёт уже к середине смены, что ведёт к пересорту и повреждениям.

Добавим сюда санитарные требования. Пищевое производство не прощает компромиссов: оборудование должно выдерживать мойку под давлением, быть выполнено из нержавеющей стали и исключать накопление загрязнений. Именно поэтому мы уделяем особое внимание выбору материалов и степени защиты роботов на всех узлах, контактирующих с продуктом.

Специфика роботизации пищевых производств

Прежде чем перейти к кейсу, зафиксируем ключевые принципы, которыми мы руководствуемся при проектировании пищевых роботизированных линий.

• Материалы исполнения и защита. Корпуса роботов, захваты и конвейерные элементы, которые находятся в непосредственной близости от продукта, изготавливаются из пищевой нержавеющей стали. Все электрические соединения герметизированы, а приводы закрыты кожухами. Это даёт возможность проводить санитарную обработку линии без демонтажа оборудования.

• Бережное обращение с продуктом. Батончик - продукт хрупкий. При неправильном усилии сжатия он крошится, ломается или деформируется упаковка. Мы применяем вакуумные захваты с регулируемым усилием и мягкие силиконовые накладки, которые не оставляют следов на поверхности. Контроль усилия сжатия встроен в алгоритм управления манипулятором.

• Скорость и точность. Когда линия выдаёт 200 батончиков в минуту, один универсальный робот не справляется. Мы используем комбинацию из нескольких промышленных манипуляторов, работающих параллельно. Каждый робот выполняет до 80-90 циклов укладки в минуту, что при синхронной работе двух-трёх устройств полностью перекрывает потребности скоростной линии. Для групповой укладки треев в короба оптимальны SCARA-роботы, а на финишных операциях паллетирования - коллаборативные манипуляторы.

• Интеграция с техническим зрением. В пищевой промышленности критически важно отбраковывать дефектные изделия до того, как они попадут в упаковку. Трещина, скол, неправильная форма, нечитаемая дата - всё это выявляют камеры высокого разрешения с алгоритмами машинного обучения, установленные непосредственно над конвейером.

Типовые решения для упаковки кондитерских изделий

В зависимости от архитектуры линии мы используем комбинации нескольких классов роботов.

Промышленные манипуляторы. Это основа скоростной укладки. Два или три робота устанавливаются над конвейером и синхронно забирают батончики с движущейся ленты, распределяя их по треям или ячейкам. Благодаря современным контроллерам и лёгким захватам каждый манипулятор выполняет до 90 циклов в минуту. В паре они способны обслуживать линию производительностью до 180-200 изделий в минуту, гарантируя стабильность темпа вне зависимости от усталости персонала.

SCARA-роботы. Когда треи с батончиками заполнены, их нужно сгруппировать и уложить в гофрокороба. Здесь уже не нужна феноменальная скорость, зато важна точность позиционирования и компактность. SCARA отлично справляются с этой задачей: они занимают минимум места и легко встраиваются в существующую линию без капитальной перестройки.

Коллаборативные манипуляторы. Финальный этап - укладка коробов на паллету. Мы часто применяем коботов, потому что они могут работать без защитных ограждений, бок о бок с операторами. Это экономит площадь и упрощает интеграцию в цех.

Системы технического зрения. Мы устанавливаем их на трёх контрольных точках: сразу после выхода батончика с печи, после укладки в трей и перед закрытием короба. Отбраковка происходит автоматически сбросом в отдельный лоток.

AMR. Автономные мобильные роботы доставляют пустую тару и увозят готовые паллеты на склад. Их маршруты синхронизированы с ритмом линии через общую систему управления, что исключает простои.

Кейс: автоматизация линии упаковки батончиков-мюсли

Теперь перейдём к конкретному проекту, который мы реализовали для производителя здорового питания.

Исходная ситуация. Линия по производству злаковых батончиков проектной мощностью 200 штук в минуту фактически работала на 120-130 из-за узкого места на участке упаковки. Десять человек в три смены вручную укладывали батончики в треи, проверяли качество, закрывали треи и упаковывали их в короба. Операции были монотонными, персонал уставал, из-за чего страдало качество: часть треев уходила с незаполненными ячейками, часть батончиков повреждалась при укладке. Текучесть на участке достигала 40% в год, а OEE линии держался на уровне 72%.

Задача заказчика:

Автоматизировать участок от выхода батончиков с печи до паллетирования готовых коробов. Целевые показатели: поднять OEE до 88% и выше, сократить персонал на участке, исключить повреждения продукта и пересорт.

Наше решение:

Мы спроектировали линию, в основе которой - связка из промышленных манипуляторов, SCARA-роботов и коллаборативных устройств.

Три промышленных манипулятора, установленных над конвейером, забирают батончики с движущейся ленты и укладывают их в треи. Каждый робот отвечает за свой ряд ячеек. Скорость работы - 85 захватов в минуту на машину, что в сумме даёт 255 укладок в минуту с запасом под пиковые нагрузки. Вакуумные захваты с мягкими силиконовыми насадками исключают повреждение продукта, а встроенный контроль усилия не даёт раздавить хрупкий батончик.

Сразу за манипуляторами расположена камера технического зрения. Она сканирует каждый трей и сравнивает картинку с эталоном. Если ячейка пуста или батончик лежит неровно - трей автоматически сбрасывается на ремонтную линию, где оператор поправляет укладку. Это позволило сократить ручной контроль до минимума.

Далее SCARA-робот забирает заполненные треи и укладывает их в гофрокороба. Он ориентирует треи в шахматном порядке для максимальной плотности упаковки и аккуратно опускает в короб, избегая ударов. Производительности одного SCARA-робота хватает на обслуживание всей линии.

Готовые короба по конвейеру поступают на участок паллетирования. Здесь коллаборативный робот снимает короба с конвейера и укладывает их на паллету по заданной схеме, автоматически чередуя слои с прокладочными листами. Робот работает без ограждений, а встроенные датчики безопасности моментально останавливают его при появлении человека в рабочей зоне.

Вся линия синхронизирована через единый контроллер, который обменивается данными с MES-системой заказчика. Это даёт сквозную прослеживаемость: от номера партии батончика до номера паллеты.

Ход внедрения:

Мы начали с технологического аудита, в ходе которого провели точные замеры скоростей, геометрии продукта и совместимости материалов. Затем построили цифровую модель линии и протестировали на ней все сценарии. Монтаж оборудования занял две недели и проводился с частичной остановкой линии - на время пусконаладки одна смена работала в ручном режиме, вторая уже на роботах. После отладки мы вышли на проектную мощность в течение трёх недель.

Результаты

Через полгода работы линии мы зафиксировали:

• Производительность выросла со 120 до 186 батончиков в минуту.

• OEE поднялся с 72% до 89%.

• Количество персонала на участке сократилось с 10 до 3 операторов.

• Повреждения продукта снизились до нуля.

• Окупаемость проекта составила 15 месяцев.

Преимущества нашего подхода

Мы сформулировали несколько принципов, с помощью которых у нас получается добиться высоких результатов.

• Тестируем на реальном продукте. До поставки оборудования мы берём образцы батончиков заказчика и отрабатываем захваты на стенде. Это исключает сюрпризы на этапе пусконаладки.

• Проектируем под санитарные нормы с первого дня. Не адаптируем стандартных роботов, а изначально выбираем модели в пищевом исполнении и корпусами из нержавеющей стали.

• Даём гарантию на интеграцию. После запуска мы ведём удалённый мониторинг линии и оперативно реагируем на любые отклонения.

Заключение

Роботизация упаковки в пищевой промышленности - это не дань моде, а экономически оправданный шаг. Кейс с батончиками доказывает, что даже на сверхскоростных линиях можно достичь предсказуемого качества и быстрой окупаемости, если подойти к проекту системно.

Если вы производите кондитерские изделия, снеки или другую штучную продукцию - давайте обсудим ваш проект. Инжиниринговое подразделение компании OnlyRobots готово провести аудит линии и показать, как роботизация повысит маржинальность вашего бизнеса.

Направляйте ваши запросы на почту info@onlyrobots.ru и наши технические специалисты свяжутся с вами для обсуждения деталей.

Вы можете ознакомиться с полным ассортиментом роботов на сайте OnlyRobots.