V nasledujúcej časti článku sa budeme hlbšie zaoberať týmito témami a budeme diskutovať o niektorých spôsoboch, akými môžu vývojári potravinárskych a nápojových strojov a riadiacich systémov riešiť svoje potreby dnes aj v budúcnosti. Vývojári už možno premýšľali o týchto témach, ale stále sa musia aktívne zaoberať každou z nich, aby sa zabezpečila dlhodobá prevádzková udržateľnosť. Úvahy uvedené v tomto príspevku sú založené na kombinácii výskumu, odporúčaní technických expertov spoločnosti RS a skúseností s prácou s vývojármi a konštruktérmi strojov, pracovníkmi údržby a koncovými používateľmi.

Potreba modularity a škálovateľnosti

Chute spotrebiteľov sa neustále menia, pokiaľ ide o jedlo, ktoré jeme, a nápoje, ktoré pijeme. To znamená, že spoločnosti musia neustále inovovať nové príchute, prísady a typy produktov, pričom musia zostať verné svojej značke, existujúcej zákazníckej základni a ponuke produktov.

Tu vstupuje do hry dôležitosť modularity a škálovateľnosti: modularita komponentov umožňuje škálovateľnosť výroby. Príchod nových technológií riadenia a priemyselnej komunikácie v kombinácii s modernou koncepciou návrhu komponentov na stroji výrazne pomohli vývojárom pri dodávaní strojov, ktoré sú modulárne a škálovateľné.

Jeff Clonts, manažér technickej podpory aplikácií v spoločnosti RS, hovorí, že distribuované pohony a možnosti vzdialených vstupov/výstupov umožnili výrobcom strojov jednoducho integrovať ďalšie dopravníkové systémy alebo modulárne komponenty do ich návrhu systému. Vytiahnutie niektorých ovládacích komponentov z rozvádzača do výrobného zariadenia môže uvoľniť miesto na paneli a poskytnúť škálovateľný systém s ohľadom na rôzne potreby zákazníkov.

Bonusom pri návrhu strojov a liniek je aj poskytovanie riešení špecifických pre konkrétnu aplikáciu a spoliehanie sa na základňu štandardizovaných komponentov. Jednoduchým príkladom toho je, ako môžu výrobcovia dopravníkových systémov navrhovať štandardizované rovné a otáčavé sekcie pomocou pohonov, snímačov a motorov namontovaných na stroji, aby umožnili rýchlu montáž týchto sekcií do prispôsobeného riešenia, ktoré vyhovuje potrebám koncového používateľa. To poskytuje dve výhody – úsporu nákladov a koncovému používateľovi oveľa rýchlejšiu dodávku systému, inštaláciu a uvedenie do prevádzky.

Celkové výhody modularity a škálovateľnosti týkajúce sa úspory nákladov na stroj, skráteného času návrhu a predĺženej prevádzkyschopnosti stroja je ťažké kvantifikovať. Bude to závisieť od veľkosti a zložitosti strojov a systémov. Pri malých systémoch môžeme vidieť minimálny prínos, zatiaľ čo pri veľkých zariadeniach možno dosiahnuť veľké úspory Bez ohľadu na situáciu je východiskovým bodom krok späť, pozrieť sa na konkrétny stroj alebo systém a identifikovať body, v ktorých by modulárny dizajn dával zmysel. Potom je dobré preskúmať rôzne dostupné riešenia a implementovať tie, ktoré v danej aplikácii fungujú najlepšie.

Význam skúseností z údržby pri návrhu stroja

Bežnou témou pri rozhovore s personálom údržby v potravinárskom a nápojovom priemysle je nejaká variácia konštatovania „nenávidím ten stroj“. Keď sa pýtate operátorov alebo pracovníkov údržby, prečo to tak cítia, odpoveď zvyčajne súvisí s niečím, čo by sa dalo riešiť už vo fáze návrhu stroja. Medzi najčastejšie sťažnosti patrí niečo z nasledujúceho:

  • Snímače sú príliš blízko k produktu a neustále sa vychyľujú zo zarovnania, alebo sú namontované spôsobom, ktorý je v prípade problémov ťažko dostupný.
  • Prekonfigurovanie zariadenia na výrobu inej verzie produktov trvá príliš dlho.
  • Keď spoločnosť zmení farbu alebo dizajn balenia, systémové snímače buď prestanú snímať produkt, alebo sa snímanie stane nespoľahlivým.

Mnohé z týchto problémov možno zmierniť zapojením personálu údržby do každej fázy projektovania. Vstup, ktorý môžu poskytnúť, bude slúžiť na zlepšenie produkcie stroja tým, že zabráni prestojom a zabezpečí dobré meno vývojára alebo výrobcu stroja v tomto odvetví.

„Vývojári by sa pri navrhovaní výrobných zariadení mali vždy poradiť s koncovými používateľmi a tímami údržby. Zariadenie by sa malo ľahko udržiavať a ak je to možné, riadiaci systém by mal byť v súlade s tým, čo si koncoví používatelia osvojili už v nejakom inom zariadení. Štandardizácia elektrických a automatizačných komponentov by mohla znížiť náklady na skladové zásoby systémových komponentov a minimalizovať čas učenia údržby a na opravy,“ konštatuje J. Clonts. Vtiahnutie údržby už do fázy návrhu stroja či linky je tiež dobrým základom nasadzovania moderných technológií, ako je priemyselný internet vecí (z angl. Industrial Internet of Things, IIoT) a výsledné vylepšenia údajov o preventívnej údržbe.

Navrhovanie pre mladších, menej skúsených operátorov strojov

Potravinársky a nápojový priemysel nie je imúnny voči neustálym zmenám pracovnej sily, ku ktorým dochádza v mnohých krajinách po celom svete. Skúsení operátori strojov odchádzajú do dôchodku alebo prechádzajú na iné pozície v dnešnom vysoko konkurenčnom náborovom prostredí. Tu treba zohľadniť, že operátori prichádzajúci do odvetvia sú mladší a menej skúsení. Napríklad mladší používatelia poznajú používateľské rozhranie dnešných smartfónov, ale nie typický vzhľad rozhrania človek – stroj (z angl. Human-Machine Interface, HMI) z priemyselnej prevádzky. Tieto fakty o operátoroch strojov novej generácie treba vziať do úvahy už vo fáze návrhu obrazovky HMI viac ako kedykoľvek predtým. Často je príliš ťažké, najmä pre mladších operátorov, pochopiť HMI v zariadeniach, ktoré prevádzkujú.

Mnohí koncoví používatelia uprednostňujú interaktívnejšie HMI určené pre mladších operátorov, ktorí majú menej technických znalostí, aby sa zabezpečilo, že okamžite pochopia, v akom stave sa zariadenie nachádza a v prípade poruchy dokážu problémy sami odstrániť alebo rýchlo zavolajú údržbu na opravu. V mnohých prípadoch je súčasťou problému to, že inžinieri navrhujúci HMI nestrávili dostatok času s prevádzkovým personálom, ktorý nemusí mať inžiniersky titul. Takže niekedy je inžinierov opis problému príliš zameraný na inžiniering a pre operátorov je ťažké ho pochopiť [1]. To je dôležité vo vývoji nových, inovatívnych technológií, ktoré možno ešte nehrajú na trhu prím, ale určite zohrajú úlohu v budúcnosti prevádzky strojov na výrobu potravín a nápojov práve v spojitosti s mladšími, menej skúsenými operátormi. Tieto riešenia sú založené na technológiách využívaných mladšími operátormi v ich každodennom živote. Ako príklad možno uviesť:

Start-upy vyvíjajú nové spôsoby preprogramovania zariadení HMI tak, aby napodobňovali vzhľad bežne používaného tabletu alebo smartfónu. Táto technológia ešte potrebuje niekoľko rokov zdokonaľovania, kým sa začne používať v širšom meradle. No už teraz by sa ňou mali zaoberať konštruktéri strojov, ktorí sa pozerajú do budúcnosti [2].

Rôzne odvetvia v súčasnosti prijímajú technológie umelej inteligencie (z angl. Artificial Intelligence, AI) a digitálneho dvojčaťa, ktoré sa využívajú na školenie nového personálu pomocou virtuálnej kópie celého stroja alebo zariadenia. To umožňuje údržbárom a operátorom prístup k virtuálnemu závodu a školenie v ňom ešte predtým, ako vôbec vstúpia do skutočnej prevádzky.

Nástup IIoT a konceptov Priemyslu 4.0

Akákoľvek snaha o moderný prístup v tejto oblasti by bola zbytočná, keby sme vynechali dôležitosť IIoT a konceptov Priemyslu 4.0, ktoré sú pre návrh strojov pre potravinársky a nápojový priemysel kľúčové. Vo všeobecnosti sa tieto technológie považujú za najdôležitejší trend v rôznych odvetviach. Potravinársky a nápojový priemysel je známy ako konzervatívny prijímateľ nových technológií, no aj tu sa vo veľkej miere už ľady prelomili. Zavedenie týchto technológií v priemysle má nespočetné množstvo výhod vrátane riešenia problémov s nedostatkom a kvalitou pracovnej sily, monitorovaním bezpečnosti potravín, zvyšovaním prevádzkovej efektívnosti a zlepšovania preventívnej údržby pomocou získavania údajov.

Pri zavádzaní týchto technológií do strojov sa berú do úvahy aj špecifiká konkrétnej aplikácie, ako napr. náklady, jednoduchosť integrácie, schopnosť následnej modernizácie existujúcich strojov a riadiace platformy používané inými strojmi. Automatizácia môže pomôcť nielen spoločnostiam, ktoré zápasia s nedostatkom pracovnej sily, ale môže tiež zlepšiť efektivitu spracovania potravín. Efektivita robotov využívajúcich UI na vykonávanie opakujúcich sa úloh umožňuje dokončiť prácu rýchlejšie a presnejšie ako v prípade priemerného pracovníka. Spoločnosti vyrábajúce potraviny a nápoje môžu použiť túto technológiu na vykonávanie všedných, opakujúcich sa úloh, o ktoré väčšina zamestnancov nemá záujem. Tým sa uvoľní personál na školenie a preradenie na zaujímavejšie a užitočnejšie pozície, čo tiež prispieva k spokojnosti a udržaniu zamestnancov [3].

Bezpečnosť potravín je hlavným cieľom každej spoločnosti zaoberajúcej sa výrobou potravín a nápojov. Technologický pokrok uľahčuje spoločnostiam udržať si prehľad o zdravotných a bezpečnostných opatreniach. Jedným príkladom je použitie UI na monitorovanie a reguláciu environmentálnych faktorov, ako sú IoT snímače teploty. Algoritmus UI podľa potreby automaticky upraví teplotu, čo pomáha predchádzať rastu a šíreniu baktérií E-coli a iných chorôb [3].

Niektorí vývojári majú mylnú predstavu, že implementácia týchto technológií bude vyžadovať nákup veľkého množstva nových komponentov alebo úplnú výmenu ich existujúcich strojov. Nie je to tak. Existuje veľa výrobcov, ktorí poskytujú škálovateľné systémy, ktoré môžu vývojári využiť na modernizáciu starších strojov pomocou existujúcich snímačov a hardvéru.

Zatiaľ čo Priemysel 4.0 a IIoT spôsobili revolúciu v procesoch v modernej výrobe, výzvou pre výrobcov potravín a nápojov je nájdenie toho správneho riešenia na správnu prácu. Medzi špecifické výzvy pri návrhu modernizácie či novej koncepcie strojov pre potravinársky a nápojový priemysel možno zaradiť najmä tieto:

  • keďže mnohé zariadenia na výrobu potravín a nápojov využívajú rôzne riadiace systémy založené na ponuke výrobcov strojov, schopnosť prepojenia s týmito riadiacimi platformami a komunikačnými protokolmi je hlavnou výzvou pre vývojárov,
  • pri návrhu treba mať na pamäti schopnosť riadiaceho systému prepojiť sa s existujúcimi systémami SCADA, IT, ERP, MES a inými podnikovými informačnými systémami,
  • dôležitým faktorom je aj jednoduchosť implementácie, ako aj minimalizácia prestojov vo výrobe počas implementácie.

Implementácia IIoT a Priemyslu 4.0 nie je pre mnohých vývojárov a výrobcov strojov len v úrovni teoretizovania. Tieto riešenia sa stávajú v praxi čoraz viac nevyhnutnými pre potravinársky a nápojový priemysel.

Keď sú tieto technológie implementované premyslene a metodicky, poskytujú výhody, ktoré znižujú výrobné náklady, zvyšujú bezpečnosť potravín a zmierňujú prestoje. Ako sa technológia zdokonaľuje a optimalizuje, náklady na hardvér a softvér sa znižujú.

Záver

Vývojár, ktorý má tieto nové koncepty na pamäti už vo fáze konceptuálneho návrhu stroja a riadiacich prvkov – alebo keď premýšľa o tom, ako by tieto koncepty mohli vylepšiť už existujúce stroje –, vytvorí pre svojich zákazníkov a koncových používateľov špičkový produkt. Ďalšie štúdium a používanie konceptov uvedených v tomto článku prispeje k tomu, že potravinársky a nápojový priemysel sa bude naďalej zlepšovať z pohľadu účinnosti a zvyšovania výrobnej kapacity potrebnej na udržanie kroku s naším neustále sa meniacim svetom.

Literatúra

[1] Demetrakakes, P.: Beverage Plants Thirst for Automation. Food Processing, 2022. us.rs-online.com
[2] Perkon, D.: Používateľská skúsenosť HMI sa modernizuje. Control Design, 2018.
[3] Newton, E.: Five Advances in Food Processing Machinery Driving Growth. Food Safety Tech, 2022.

Zdroj: Lanford, L.: Designing for the Future. Machine Design Considerations for Today’s Food & Beverage Industry, RS America Inc. 2024.

-tog-