Большинство зарубежных источников называют годом появления этих «умных помощников» человека 1961 год, большинство отечественных – 1962-й. Какая дата правильна – пусть разбираются историки робототехники. Ясно одно: где-то на стыке этих годов две компании из США, Unimation Inc и AMF Versatran, почти одновременно выпустили первые промышленные образцы автоматических манипуляторов, названных впоследствии промышленными роботами.

«Роботы в пищевой промышленности» – эта фраза еще лет десять назад была практически синонимом понятия «роботы в упаковывании пищевой продукции». Положение изменилось, но не кардинально.

Что могут роботы

Действительно, все чаще попадаются сообщения о том, что промышленные роботы (ПР) находят новые сферы применения при производстве продуктов питания. Например, в Японии, а чуть позже и в других странах, робота научили украшать торты, в Германии - раскладывать тестовые заготовки при выпечке хлеба. Используются роботы в некоторых операциях сыроделия и при укладывании в холодильные камеры продуктов, подлежащих глубокой заморозке (кстати, некоторые роботы функционируют при температуре до -30ºС). Роботы уже нарезают продукты на ломтики перед их упаковыванием. Сообщениями, что некоторые блюда японской кухни могут быть изготовлены роботами, интернет просто-таки кишит. А на московских выставках последних лет мы узнавали о роботизированных комплексах обработки и разделки туш скота, демонстрировавшихся компанией Schaller (Австрия) и рядом других.

Но на каждую такую информацию приходится с десяток, а то и больше, сообщений об использовании промышленных роботов в самых разных упаковочных процессах. Поэтому главное применение промышленных роботов – это пока все же упаковывание продукции.

Почему они мало применяются?

Известно, что «предтеча» современных ПР, механический манипулятор, появился в упаковывании пищевой продукции еще в середине 50-х: тогда его использовала для перемещения корзин с пакетами-пирамидками компания Tetra Pak (Швеция). Создание первых роботизированных участков группового упаковывания продуктов питания относится к первой половине 70-х годов. 1986-й – год первого применения роботизированных комплексов в пищевой промышленности нашей страны.

Вроде бы история применения роботов в «пищевке» достаточно длительна, но, тем не менее, проигрывает многим отраслям. Причины такого положения видятся в следующем:

• Среди пищевых предприятий всего мира очень много малых и средних. Но даже крупные компании несопоставимы с гигантами по выпуску автомобилей, промышленной электроники, бытовой техники и другой продукции, где многие операции уже давно выполняются роботами. Ведь роботизация производства – это прерогатива, прежде всего, крупных предприятий.
• Многие предприятия разных отраслей пищевой индустрии существуют очень давно: десятки, а то и за сотню лет. Расположены они часто в старых зданиях, порой существующих с момента возникновения компании. Из-за неприспособленности помещений размещение в них роботизированных линий часто не представляется возможным.
• Не надо забывать, что производство продуктов питания – древнейшая отрасль деятельности человека. И слишком долго (в общем-то, до недавнего времени) большинство операций проводилось в пищевой промышленности вручную. Поэтому-то даже механизация проникала туда очень трудно. Да и вообще, молодые отрасли производства легче откликаются на новые технологии. Инновации (и создание, и внедрение) – удел молодых. Автомобилестроение по возрасту ни в какое сравнение с «пищевкой» не идет - вот и применялись здесь самые передовые технологии, начиная от сборочных конвейеров и заканчивая роботизированными участками. А что говорить о совсем юном (относительно истории техники) производстве электроники, где роботизация началась практически с создания первых ПР?
• Видимо, из-за почтенного возраста пищевого производства и характерного для него поддержания традиционных технологий среди специалистов существует мнение (которого, кстати, долгое время придерживался и автор), что далеко не все продукты питания, а также их «живые» компоненты можно доверить «стальным рукам» электронных помощников.

Ломая стереотипы

Последнее суждение, несомненно, стереотип. Стоит вспомнить упомянутый 1986 год, когда два первых робота стали «трудиться» над созданием продуктов питания для советского человека. Роботизированная машина марки Lokompack западногерманской компании Lesch была приобретена прямо со стенда выставки «Инторгпродмаш-86» и стала работать в составе линии по формированию коробок и укладыванию туда коррексов, а в них - шоколадных конфет «ассорти». Первый отечественный роботизированный технический комплекс (РТК), созданный на базе советского серийно выпускаемого робота модели 315.031 в институте УкрНИИПродмаш, упаковывал в коробки пирожные «Эклер».

Из этих примеров видно, что уже тогда роботами успешно упаковывались достаточно «деликатные» кондитерские изделия. А за прошедшие с тех пор 25 лет роботы так усовершенствовалась, что если еще и существуют «неподвластные» им продукты, то число оных неуклонно сокращается.

Сектор, первым освоенный роботами, сектор, лучше освоенный роботами

Как тяжело бы не «приходили» роботы в пищевую промышленность, есть сектор, где РТК стали применяться уже с начала 70-х годов прошлого века. Это образование крупных транспортных упаковок. А в 80-е годы были достаточно широко известны роботизированные линии укладки ящиков из гофрированного картона и мешков с товаром на поддоны, производившиеся итальянской компанией ACMA, американским подразделением FMC, западногерманской компанией Möllers.

И в настоящее время создание транспортных упаковок - основное направление применения ПР. Успешно трудится в области создания роботизированных укладчиков на поддоны, обвязчиков штабелей и прочего, включая комплексные линии, ряд компаний. Это Aetna Group (Италия-Сан-Марино), Kawasaki (Япония), Pentatec (Италия) и многие другие. В принципе, едва ли не каждый производитель ПР отдельно подчеркивает возможность использования своих «умных машин» в процессах создания транспортных упаковок. Из отечественных предприятий стоит отметить компанию «Юкам-групп», создающую линии на основе ПР иностранного производства.

Такое оборудование может быть разным по специализации: одни линии только образуют блоки на поддонах, другие осуществляют укладывание продукции в тару групповой упаковки и создают из нее штабели, третьи адаптированы под конкретные виды тары, четвертые перестраиваются под разную тару. Например, немецкое предприятие Beumer выпускает роботизированные линии, которые могут формировать штабели из ящиков, мешков и бочек.

Годы развития – годы внедрения

А вот в создание потребительских и мелких транспортных упаковок РТК проникают труднее. И все-таки роботы стали применяться там, где об их использовании еще недавно было и невозможно подумать.

Все лучше ориентируя продукты

Буквально через три года после демонстрации у нас машины Lokompack западногерманская компания Otto Hansell на своей роботизированной машине, предназначенной для укладывания «ассорти», впервые применила систему технического зрения (СТЗ), что позволяло правильно укладывать в коррексы не ориентированные предварительно кондитерские изделия.

СТЗ усовершенствовалась так, что роботизированный укладчик «ассорти», созданный на стыке веков компанией AEG (Германия), уже сортировал конфеты и по размерам, и по рисунку на них.

Все лучше управляясь с хрупкими и легкоповреждаемыми продуктами

Достаточно странно, что роботы, активно использующиеся при проверке и упаковывании электролампочек и кинескопов, лишь сравнительно недавно стали применяться для упаковывания хрупких продуктов питания. В 2007 году компания Smart Motion Robotics (США) создала робот для упаковывания куриного яйца, названный Smart Packer. Робот встраивается в уже существующие стандартные линии. Smart Packer осуществляет упаковку яиц в специальные контейнеры по 24 или 30 штук, которые далее группируются по 15 и укладываются в коробки. Более того, робот наполняет коробки специальным пенопластом для обеспечения защиты содержимого при транспортировке.

Если операции упаковывания яйца давно механизированы и автоматизированы, то процесс упаковки уже упомянутых пирожных, тортов, зефира, пастилы, а также некоторых полуфабрикатов можно автоматизировать только после укладки продукта на подложку. Из коробок с тортами сравнительно несложно создать групповую упаковку, а вот сами торты помещаются в коробки с помощью рук, чаще женских. «Зефирины» по две-четыре штуки в коробочке можно упаковать с хорошей производительностью на машине «флоупак», но укладывают их в коробку вручную.

Роботы могут справиться со всеми этими операциями и без участия человека. Есть сообщения, что линии на основе ПР KUKA Roboter (Германия) с хорошей производительностью разрезают торты на куски и упаковывают их. «Трудятся» они и над упаковыванием свежей выпечки.

Все лучше работая с разными по свойствам продуктами

Сообщений о таких РТК становится все больше. Выбрал же я информацию о роботизированной упаковочной машине Oktoloander и линии на ее основе компании Aldept Technology (Германия), которая благодаря новой системе схватов и СТЗ упаковывает свежие и замороженные продукты с неодинаковыми размерами. Т.е. техника справляется с двумя сложностями одновременно.

Все лучше справляясь со сложными с точки зрения манипулирования продуктами

Приведу пример не из пищевой, а из текстильной промышленности - кстати, тоже не слишком роботизированной. Компания Boshi (Китай) изготовила роботизированный комплекс по упаковыванию рулонов тканей. Они заворачиваются по одному в полиэтилен, потом в количестве 15-20 штук помещаются в ящики из гофрокартона, которые штабелируются на поддоне с последующим закреплением штабеля. Вообще-то это пример решения задачи комплексного упаковывания продукции, но интересен он, прежде всего, тем, что первоначально в индивидуальную упаковку с помощью роботов помещаются сложные в манипулировании предметы.

Все лучше обращаясь с потребительскими упаковками из полимеров

Здесь интересны случаи, когда упаковки имеют достаточно сложную форму, из-за чего при автоматическом упаковывании могут возникнуть трудности или снижение производительности.

С небольшими бутылками, флаконами и банками нестандартной формы, например, справляются роботизированные линии компании Polypack (США). Для установки продукции на подложку-лоток используются два манипулятора. Первый подает подложку, второй захватывает и устанавливает на нее группу банок. После этого при движении первого захвата поднимаются и обжимаются вокруг группы бортики лотка, и лоток с группой направляется на оборачивание термоусадочной пленкой и далее в усадочный тоннель.

Итальянская компания Senzani создала роботизированную линию по групповому упаковыванию продуктов в «дойпаке». Это было сложной задачей – в основном из-за формы упаковки.

В том же сообщении говорится и о том, что данная линия может переналаживаться и на плоский пакет «саше». Вот к этому мое отношение несколько иное. На мой взгляд, если упаковываются «саше» с одинаковым продуктом, то роботизировать процесс не стоило бы: с такой задачей еще более 30 лет назад справлялись и автоматы. Сейчас - тем более справляются. Например, один из активных создателей упаковочных РТК группа САМА (Италия) для упаковывания «саше» в шоу-бокс робот применять не стала. А вот если в коробочку помещаются пакетики с разными продуктами (например, создаются наборы специй), то, думаю, что применение ПР обосновано и перспективно. Оправданно оно и если оборудование можно перенастраивать и на ряд других потребительских упаковок или продуктов, кроме «саше», - как, к примеру, на машине G35 EFC группы Cavanna (Италия). Роботизировать упаковывание пакетов-подушечек, выходящих из автоматов на основе VFFS машин, стоит только в редких и обоснованных случаях. Например, при образовании крупных потребительских упаковок. Британская компания Webster Griffin создала высокопроизводительный воротниковый автомат марки B&C, предназначенный для фасования в пакеты из гибких термосвариваемых материалов сыпучих продуктов массой дозы 5-40 кг. Понятно, что укладывать пакеты такой массы в транспортную тару, особенно при условии высокой производительности, вручную просто тяжело, а автомат займет большую площадь. Поэтому компания предлагает комплектовать автомат паллетайзерами TMG и роботами-транспортерами Ocura.

Автоматизация или роботизация?

Последние примеры невольно заставляют поднять вопрос: когда применять автоматизацию, а когда - роботизацию упаковочных процессов? В принципе, я затрудняюсь назвать хотя бы одну упаковочную операцию, с которой не справился бы автомат, как и не могу назвать ни одной технологии, которая была бы прерогативой исключительно робота. И все же поделюсь своим мнением, которое сложилось за долгие годы работы, связанной с упаковочной техникой.

Когда в конце семидесятых – начале восьмидесятых годов прошлого века до отечественных специалистов стали доходить первые сведения о применении ПР в упаковочных процессах, то производительность тогдашних РТК впечатления на нас не произвела. Аналогичную вполне могли обеспечить автоматы, в том числе, и отечественного выпуска. Более глубокий анализ показал преимущества РТК: заметно меньшую занимаемую площадь в сравнении с автоматизированными линиями той же производительности; зачастую - меньшее энергопотребление; более легкую перенастройку при изменении упаковываемого товара; большую гибкость при работе в общем технологическом процессе; потребность в меньшем числе обслуживающего персонала.

Хотя сейчас изменились и автоматы, и роботы, практически все преимущества РТК перед автоматами и автоматическими линиями сохранились. Мало того, соотношение некоторых технических характеристик стало еще больше показывать преимущества тех участков, где «трудятся» роботы.

Постепенно роботизированные упаковочные машины и линии становятся все компактнее - например, за счет применения роботов, заменяющих в процессе работы схваты, или использования роботов с двумя и больше рабочими органами. Сообщений о втором варианте миниатюризации РТК множество. К примеру, РТК Multi Delta компании САМА снабжается роботом Triaflex, который может использовать до четырех манипуляторов. В РТК Presto D2, созданном подразделением «Упаковочные технологии» концерна Bosch, используется робот Delta Robotertechnik, снабженный двумя манипуляторами. В итоге этот небольшой по размерам РТК справляется с созданием потребительских упаковок на скорости 500 единиц продукта в минуту. А компания Multivac (Германия) предлагает легко встраиваемый в упаковочные линии укладочный модуль Н240 с двумя манипуляторами.

Поэтому при отсутствии лишних площадей роботизация предпочтительнее. Более приемлема она и при нехватке персонала. Правда, для России это не столь актуально: при возникновении такой проблемы у нас скорее завезут иностранных рабочих. Но при таком раскладе и автоматизация - под вопросом.

Пока еще существует, увы, еще одна тенденция: автоматы и автоматические линии часто дешевле РТК той же производительности. Поэтому окупаемость роботизированных машин и линий происходит быстрее при крупном производстве.

Производство и производительность

Разыскать какие-либо экономические обоснования роботизации, в отличие от механизации и автоматизации упаковочных процессов, не удалось. На практике большинство примеров роботизации предприятий начиналось после достижения каких-то высоких показателей. Каких конкретно? Да для разных отраслей и, пожалуй, разных предприятий, «крупность» производства может быть своя.

Так, на голландской сыроварне KH de Jong только по достижению объемов производства в 350 тонн в неделю установили упаковочный РТК, где были задействованы два робота производства международного предприятия FANUC robotics. В результате удалось сэкономить примерно 500 человеко-часов в неделю. По моим же грубым расчетам получается, что при условии работы роботов круглые сутки на каждый из них приходится не менее 300 головок сыра в час.

На британском предприятии Maryland робот KR-100-2 PA производства компании KUKA, «трудящийся» в составе РТК, упаковывает до 250 головок сыра в час.

Разные отрасли – разные объемы продукции, разные показания к применению робототехники. Рассмотрим два примера.

На новом заводе стройматериалов «Тайфун» в г. Гродно (Белоруссия) производство цемента и гипса может достигать 1300 тонн в сутки. При образовании транспортных упаковок там используется робот производства международной компании Okura (центр в Японии). Упаковываются до 1650 мешков или 82,5 т (при условии, что в мешке 50 кг) продукции в час - что впечатляет.

В то же время роботизированные устройства подачи кондитерских изделий (например, робот-манипулятор Delta Robotertechnik корпорации Bosch) подают карамель или конфеты на заверточную машину по 800-1000, а то и больше единиц в минуту. И это тоже впечатляет.

Таким образом, для одной отрасли или упаковочной операции требуется высокая производительность по массе перемещаемой продукции, для другой – по числу подаваемых изделий.

Противоречия

На наших глазах промышленные роботы, применяемые в упаковывании пищевой продукции, становятся все лучше и «умнее». Я вижу, как в большинстве случаев они еще и очень неглупо и тонко применяются. Мне приходилось видеть на упаковочных выставках роботы разных типов, с манипуляторами, работающими в разных системах координат. И вот мне, неспециалисту в робототехнике, во всех случаях сразу же становилось понятно, почему выбран тот или иной тип манипулятора. Изменяются и схваты ПР, они становятся все лучше адаптированными к тому или иному продукту, с которым приходится иметь дело.

Есть и такое направление создания упаковочных РТК, которое особенно проявилось после начала кризиса, когда, по признанию специалистов, продажи ПР во всем мире резко упали: все больше стали применяться не универсальные, а специализированные роботы. Действительно, зачем использовать универсальный робот с семью-девятью, а то и больше степенями подвижности, когда для, допустим, упаковочных операций и четырех степеней хватит? А меньше степеней подвижности – меньше стоимость ПР, дешевле РТК. Но возникает вопрос: не ведет ли это к устранению одного из главных преимуществ роботизации – легкой переналадке под продукт?

И есть противоречие. Чем легче, проще и удобнее перенастроить технику под упаковываемый продукт - тем она дороже. Но заниматься этим чаще приходится тем предприятиям, которые имеют большую номенклатуру продукции, выпускаемой небольшими партиями. А это, в основном, малые и средние компании, обычно стесненные в средствах. И наоборот: крупным предприятиям, не столь «ужимающимся» в деньгах, не требуется часто переналаживать оборудование.

Все еще впереди…

И все-таки роботы все активнее включаются в деятельность отраслей пищевой индустрии, охватывая не только финишные процессы (упаковывание), но и начальные, и промежуточные. Приятно, что Россия не в стороне от этого «магистрального пути» мирового развития «пищевки», и пока еще немногочисленные (в сравнении с другими странами) РТК создаются не только специалистами зарубежных компаний, но и отечественными производителями. Только очень жаль, что наша страна за последние годы вышла из уважаемого «клуба» активных производителей ПР. Согласно каталогу 1986 года, у нас в стране выпускалось около сотни моделей роботов, из них 10 - универсальных. Сведений же о сегодняшнем промышленном выпуске российских ПР я не нашел. Значит, в ближайшие годы РТК для пищевой промышленности страны будут создаваться на основе роботов зарубежного производства.