Dr inż. Jan Barczyk Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Dr inż. Jan Barczyk Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska

2 Plan prezentacji: 1) Preferencje robotów 2) Problemy robotyzacji przemysłu spożywczego 3) Przykłady: robot w rzeźni robot w browarze robot w fabryce czekolady 4) Podsumowanie

3 Główne preferencje robotów do ich stosowania w przemyśle spożywczym: możliwość chwytania grupowego duża prędkość działania łatwość paletyzacji współpraca robota z systemami wizyjnymi wielozadaniowa obsługa stanowiska łatwość przeprogramowywania zadań możliwość pracy w niskich temperaturach.

4 Duża prędkość działania umożliwia ciągłą współpracę z szybkimi liniami produkcyjnymi /s 2 m/s czas cyklu 0,3-0,7 s /s /s przyspieszenia 3,5 g

5 Przestrzeń robocza duża lub mała, zależnie od wymagań procesu produkcyjnego. od 515 mm od 120 mm od 800 mm do 2185 mm do 1200 mm do 1600 mm

6 Maksymalne obciążenie umożliwia przenoszenie obiektów o różnej masie. 2,5 kg 1 kg 1 kg 20 kg 50 kg 3 kg

7 Bardzo wysoka powtarzalność umożliwia realizowanie zadań z najwyższą dokładnością. ± 0,05 mm 0,03 mm ± 0,1 mm

8 Możliwość realizacji chwytania grupowego przyspiesza proces produkcyjny, np. pakowanie produktów.

9 Chwytanie grupowe

10 Chwytanie grupowe

11 Możliwość grupowego chwytania produktów o miękkiej i nieregularnej powierzchni.

12 Łatwość przeprogramowywania realizowanych zadań. Zmienność produktu (kształtu, wymiarów, typu opakowania itp.) zwykle nie wymaga wprowadzania zmian mechanicznych lecz tylko programowych. Programowo realizuje się różne rodzaje zamówień na ten sam typ wyrobu lub zestawy produktów. Podczas krótkich serii wyrobu korzystać można z biblioteki programów. Współczesne oprogramowanie robotów jest przyjazne dla użytkownika.

13 Wielozadaniowa obsługa stanowiska Do ramienia robota mogą być mocowane urządzenia realizujące różne funkcje Roboty mogą być wyposażone w system automatycznej wymiany chwytaków i narzędzi

14

15 Zdolność systemu zrobotyzowanego do obsługi wielu różnych produktów

16

17 Najwięcej zastosowań robotów w przemyśle spożywczym dotyczy pakowania i paletyzacji, gdyż są to procesy najbardziej zbliżone do już zrobotyzowanych w innych gałęziach przemysłu. Najczęściej do pojemników pakowanych jest w jednym cyklu kilka produktów, niekiedy kilkanaście produktów.

18 Korzyści wynikające z robotyzacji pakowania: oszczędność kosztów pakowania optymalne wykorzystanie przestrzeni wzrost wydajności zapewnienie ciągłości produkcji zwiększenie niezawodności systemu pakowania minimalizacja cyklu pracy zwiększenie elastyczności pakowania precyzyjne wykonywanie operacji pakowania delikatne chwytanie wyrobów zwiększenie jakości produktu realizacja zadań niewykonalnych dla człowieka wykonywanie uciążliwych dla człowieka zadań.

19

20 Kinematyka robotów pakujących przegubowa Motoman SCARA Kuka równoległa Adept

21 Łatwość pakowania.

22 Łatwość pakowania.

23 Łatwość pakowania. Na linii zastosowano dwa roboty FlexPicker i system wizyjny PickMaster z jedną kamerą dla każdego robota. Analiza obrazu umożliwia wyznaczenie współrzędnych (pozycji i zorientowania) chwytanego obiektu i wygenerowanie odpowiednich sygnałów sterujących do robota.

24 Niektórzy producenci robotów przemysłowych oferują roboty specjalnie zaprojektowane do paletyzacji/depaletyzacji, wyposażone między innymi w skanery kodów paskowych, identyfikujące produkty oraz systemy wizyjne o różnorodnych możliwościach (np. rozpoznawania zorientowania pakowanych produktów lub zapełnienia palety). Dostępne są również specjalistyczne oprogramowania, umożliwiające optymalne upakowanie palety na różnych warstwach.

25 Łatwość paletyzacji i depaletyzacji.

26

27 Łatwość paletyzacji i depaletyzacji. Roboty mogą pobierać paletę, układać na niej zgodnie z programem produkty, oddzielać warstwy palety płytami tekturowymi a nawet owijać palety folią.

28 Współpraca robota z systemami wizyjnymi. Systemy wizyjne umożliwiają śledzenie i odpowiednie uchwycenie obiektów przemieszczających się na taśmie produkcyjnej,

29 Współpraca robota z systemami wizyjnymi. oświetlenie przenośnik kamera czujniki pomiar ruchu analiza obrazu robot pomiar położenia członów robota układ sterowania operator

30 Współpraca robota z systemami wizyjnymi. System wizyjny TrueView firmy ABB umożliwia pobieranie obrazu 3D za pomocą jednej kamery i zmiennego oświetlenia. Oprogramowanie przetwarza obraz i wysyła informacje do układu sterowania robota.

31 Praca robota w niskich temperaturach. KR PA Arctic 4 osie udźwig 180 kg zasięg 3200 mm dokładność 0,05 mm temperatura do minus 30 0 C

32 W przemyśle spożywczym występują problemy nie spotykane w dotychczas robotyzowanych gałęziach przemysłu, utrudniające wdrażanie robotów. W szczególności wymienić należy: różnorodne właściwości produktu higieniczne warunki pracy specyficzne wymagania dla robota.

33 różnorodne właściwości produktu Specyficzne właściwości produktu powodują, że dla każdego produktu trzeba stosować systemy rozpoznawania i odpowiednie narzędzia lub chwytaki oraz trudno jest go chwytać i przenosić. Robot musi być przystosowany do pracy z wieloma produktami, różniącymi się np. kształtem, wymiarami lub masą.

34 W przemyśle spożywczym produkty znacząco różnią się nie tylko kształtem i wymiarami lecz również strukturą (na przykład mogą być miękkie lub kruche). Jednocześnie w żadnej gałęzi przemysłu nie występuje tak ogromna, tak różnorodna oferta produktów jak w przemyśle spożywczym. Trudnym problemem jest również chwytanie zamrożonych artykułów spożywczych, gdyż warstwa szronu na powierzchni znacząco zmienia warunki uchwycenia.

35 higieniczne warunki pracy Higieniczne warunki pracy zrobotyzowanego stanowiska wymagają mycia zimną (40 0 C) i ciepłą (82 0 C) wodą ze środkami czyszczącymi i dezynfekującymi. Roboty przeznaczone do zastosowań w przemyśle mięsnym muszą być wodoszczelne, mieć gładkie powierzchnie łatwe do czyszczenia, do zmywania wodą i środkami chemicznymi, odporne na korozję i nie wprowadzać zanieczyszczeń.

36 KUKA Adept ABB Wszyscy znaczący producenci robotów oferują specjalne wykonania, tzw. cleanroom robots są to roboty z napędem elektrycznym, ze specjalnymi pokryciami powierzchni elementów konstrukcyjnych lub wykonane ze stali nierdzewnej. Roboty mające bezpośredni kontakt z artykułami spożywczymi spełniają wymagania norm w zakresie ochrony przed pyłem i wodą (IP54) oraz zabezpieczenia przed porażeniem prądowym (IP67), są pyłoszczelne i bryzgoszczelne (IP65).

37 specyficzne wymagania dla robota Roboty przeznaczone do stosowania w przemyśle spożywczym powinny spełniać szczególne wymagania realizowanych tu procesów technologicznych, między innymi dysponować : dużą prędkością działania, umożliwiającą ciągłą współpracę z szybkimi liniami produkcyjnymi, np. roboty realizujące 60 i więcej cykli na minutę, zmywalnością robot powinien być wodoodporny, aby dla zachowania odpowiednich warunków sanitarnych można go umyć, małymi wymiarami robot powinien zajmować mało miejsca (nie więcej niż człowiek) ze względu na ograniczenia przestrzenne.

38

39 robot w rzeźni Pierwsze prace nad zbudowaniem maszyny do automatycznego strzyżenia i rozbioru owiec rozpoczęto w 1991 roku w Nowej Zelandii, gdzie każdego roku usuwa się skóry z kilku milionów zwierząt.

40 Potrzeba robotyzacji w przemyśle mięsnym wynika z: niedoboru i wysokiej rotacji pracowników ręczna praca w rzeźni jest trudna, monotonna, nieatrakcyjna i ryzykowna; w wielu krajach podkreśla się, że brak jest młodych pracowników, a siła robocza się starzeje; konieczności zastąpienia człowieka w żmudnych procesach rozbioru tusz i przetwórstwa; podkreśla się, że rosną koszty szkód wyrządzanych przez niedoświadczonych pracowników konieczności zapewnienia konkurencyjności w produkcji robotyzacja umożliwia zwiększenie wydajności, szybszą reakcję na potrzeby klientów, obniża koszty wytwarzania niezbędności zapewnienia warunków higienicznych i bezpieczeństwa żywności.

41 robot w rzeźni Roboty przeznaczone dla przemysłu mięsnego spełniać powinny następujące kryteria: odporność na kurz i wodę, w szczególności na mycie kwasami i płynami czyszczącymi odporność na korozję gładkie powierzchnie łatwe do czyszczenia, brak zewnętrznego okablowania prędkość większa niż 2 m/s nie powinny być źródłem zanieczyszczeń (eliminacja skażeń bakteryjnych) ciągła praca na dwie zmiany dziennie w wilgotnym środowisku minimalny poziom hałasu.

42 robot w rzeźni Po dostarczeniu tuszy na stanowisko dokonywane są pomiary. Stosuje się laserowe systemy pomiarowe 3D, które w trzech wymiarach generują dokładne dane całej powierzchni tuszy. Obliczone współrzędne są wysyłane do sterownika robota, który oblicza odpowiednią trajektorię cięcia. Dokładną topografię tuszy uzyskuje się dzięki współpracy skanera laserowego, kamery oraz systemu wizyjnego.

43 robot w rzeźni Roboty mogą być wyposażone w okrągłe noże, piły i inne typowe oraz specjalistyczne narzędzia stosowane w rzeźni Nóż z podwójnym ostrzem w jednym z zastosowań robocie KUKA obrabia 9 tusz w ciągu minuty. Dodatkowe wyposażenie sterylizuje ostrza po każdym cięciu.

44 robot w rzeźni Linia uboju MPS F-line, pracuje z wydajnością 1270 świń na godzinę. Na linii zastosowano roboty modułowe, przystosowane do konkretnych operacji takich jak: wstępne cięcie, otwarcie brzucha, usunięcie odbytu i wnętrzności, odcięcie ryja, usuniecie płata słoniny, podział i oznakowanie.

45 robot w rzeźni

46 robot w rzeźni

47 robot w rzeźni

48 robot w rzeźni

49 robot w browarze Dużo robotów stosowanych jest obecnie w browarach do realizacji takich zadań jak: wyjmowanie pustych butelek z pojemników, załadowania pojemników butelkami z piwem, paletyzowania skrzynek itp. W porównaniu z konwencjonalnymi maszynami pakującymi stanowisko zrobotyzowane zajmuje mniej miejsca, jest wielozadaniowe i wydajniejsze. Najczęściej robot wyposażony jest w chwytak pneumatyczny, tak zaprojektowany aby uchwycić komplet butelek niezbędnych do zapełnienia pojemnika. Robot daje się również tak zaprogramować, aby przenoszenie pustych butelek odbywało się z prędkością nie powodującą uderzanie się butelek.

50 robot w browarze Robot KUKA KR 150 wyposażony w uchwyty pneumatyczne w ciągu jednej godziny (w 9-sekundowym cyklu) załadowuje do skrzynek około butelek.

51 robot w browarze KUKA w browarze

52 robot w browarze

53 robot w browarze Zrobotyzowane stanowisko paletyzowania w browarze Bosman Szczecin

54 robot w fabryce czekolady 1985 pierwsze zastosowanie robota w przemyśle cukierniczym do przenoszenia cukierków 1987 zastosowanie robotów SCARA na linii pakowania ciastek 2004 w firmie cukierniczej Pepperidge pracuje 95 robotów różnego typu 2005 ponad 1000 robotów Adept jest w eksploatacji na całym świecie, głownie słodycze i pieczywo

55 robot w fabryce czekolady 1 robot Adept Cobra podający wkłady dla czekoladek 2 roboty Adept Quattro układające czekoladki 3 system wizyjny ACE PackXpert 4 robot Adept Cobra przenoszący wkłady z czekoladkami do bombonierek

56 robot w fabryce czekolady

57 robot w fabryce czekolady Robot Fanuc chwyta pojedyncze ciasteczka i wkłada je do pojemnika podobne zdanie realizuje robot ABB

58 Zastosowanie robotów typu SCARA firmy EPSON do dekorowania tortów

59 Chwytanie pojedynczych ciastek Układanie opakowanych ciastek

60 Czynnikiem sprzyjającym robotyzacji jest fakt, że producenci artykułów spożywczych starają się unikać kontaktu człowieka z żywnością, gdyż pracownicy są potencjalnym źródłem skażeń w fabrykach. Robotyzacja przemysłu spożywczego umożliwia polepszenie jakości w higienicznych i powtarzalnych warunkach technologicznych oraz uzyskanie korzystnych efektów ekonomicznych także dzięki zwiększeniu produkcji, redukcji kosztów pracy ludzkiej. Zastosowanie systemów wizyjnych zapewnia, że zrobotyzowana produkcja jest całkowicie kontrolowana, obiektywnie identyfikowana i jest łatwo adaptowalna do zmiennych warunków.

61 Podstawowe korzyści z robotyzacji przemysłu mięsnego polegają na osiąganiu: w pełni automatycznego działania, eliminującego uciążliwe ręczne operacje i wytężoną pracę a także poprawiającego warunki bezpiecznej pracy (eliminacja wypadków np. podczas cięcia) wyższej efektywności następuje zwiększenie wydajności, są niższe koszty personelu, ale można również pozyskać kilka procent więcej mięsa niż przy ręcznym cięciu, jeżeli robot tnie dokładnie wzdłuż krzywizny kręgosłupa wyższej jakości mięsa robot zawsze tnie dokładnie na zaprogramowane porcje, które są bezpośrednio po cięciu przekładane na transporter do pakowania dużej elastyczności łatwość programowania robota umożliwia cięcie zarówno grubych jak i cienkich, większych lub mniejszych porcji mięsa lepszych warunków higienicznych występuje zmniejszenie możliwości zanieczyszczeń, gdyż roboty nie przenoszą bakterii i zarazków tak jak człowiek; roboty mogą być chronione łatwo wymienialnymi elastycznymi otulinami lub wykonane ze stali nierdzewnej i są przystosowane do mycia i czyszczenia.

62 Obecnie kilka firm oferuje roboty przeznaczone do stosowania w przemyśle spożywczym, spełniające szczególne wymagania realizowanych tu procesów technologicznych. Takie roboty charakteryzują się między innymi: dużą prędkością działania, umożliwiającą ciągłą współpracę z szybkimi liniami produkcyjnymi, np. roboty realizujące 60 i więcej cykli na minutę, zmywalnością robot powinien być wodoodporny, aby dla zachowania odpowiednich warunków sanitarnych można go umyć, małymi wymiarami robot powinien zajmować mało miejsca (nie więcej niż człowiek) ze względu na ograniczenia przestrzenne.

63