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Jun 04, 2023

Praktische Automatisierung für Lebensmittel und Getränke

Da sich die meisten Automatisierungsunternehmen auf Maschinenbauer konzentrieren, ist dies bei SMC der Fall

Da sich die meisten Automatisierungsunternehmen auf Maschinenbauer konzentrieren, differenziert sich SMC dadurch, dass es bei den Lebensmittelherstellern in deren Fabrikhallen präsent ist, um die dringendsten Herausforderungen und Möglichkeiten zu deren Bewältigung zu identifizieren.

Um die Produktivität zu steigern, müssen Fabriken Ausfallzeiten reduzieren, mehr Automatisierung implementieren und die Energieeffizienz, Maschinensicherheit und Hygiene verbessern.

Betrachtet man die Auswirkungen, die COVID-19 auf Fabriken und ihre Arbeitsweisen hatte, wird deutlich, dass es der Haupttreiber für den rasant beschleunigten Trend zur Automatisierung war.

Ausfallzeiten vermeiden

Ein Produktionsstopp ist der schlimmste Albtraum jeder Lebensmittelfabrik, da die meisten Fabriken rund um die Uhr in Betrieb sind und die Produktionsbereiche in einem kontinuierlichen Fluss angeordnet sind, in dem ein Bereich vom anderen abhängig ist.

Jeder Komponentenausfall führt zu einem Produktionsstopp und kostet die Fabrik Zeit und Geld. Die OEE (Overall Equipment Effectiveness) kann durch den Einsatz digitaler Predictive-Maintenance-Lösungen, die Schulung von Bedienern und die Maximierung der Produktzuverlässigkeit erheblich verbessert werden.

Die wichtigste Komponente in jeder Fabrik ist der Aktuator. Der Austausch eines Stellantriebs geht sehr schnell (normalerweise etwa 10 Minuten) vonstatten, wenn er leicht zu erreichen ist. In anderen Fällen kann es bis zu vier Stunden dauern. Natürlich sind die Kosten für den Austausch eines Aktuators in der Regel deutlich geringer als die Kosten für einen Produktionsstopp.

Die meisten Lebensmittelfabriken führen regelmäßig Wartungsarbeiten durch, was bedeutet, dass einige Komponenten ausgetauscht werden, auch wenn sie noch betriebsbereit sind. Um eine Zustandsüberwachung in Echtzeit zu gewährleisten, benötigen Benutzer stets einen klaren Überblick über den Gerätestatus. Dies kann in der Regel mit zwei von SMC entwickelten Sensortypen erreicht werden. Erstens, Induktionssensoren, die die Geschwindigkeit der Stange berechnen und so eine einfache Erkennung von Schmutz auf den Führungen ermöglichen, und zweitens, Drucksensoren, die eventuelle Lecks in den Aktuatoren erkennen. Diese Sensoren kommunizieren über IO-Link. Daten stehen in Echtzeit zur Verfügung, um den Zustand der Ausrüstung zu überprüfen.

Darüber hinaus hat SMC eine Partnerschaft mit Dell und der Software AG aufgebaut, einem globalen Fabriküberwachungstool. Der wesentliche Differenzierungsfaktor dieser Industrie 4.0-Lösung besteht darin, dass sie die Daten auf sehr benutzerfreundliche Weise anzeigt und Warnungen auslöst, wenn die Gefahr eines Ausfalls der Ausrüstung besteht. Diese Lösung basiert auf SMC-Know-how und nutzt Funktionen der künstlichen Intelligenz, darunter maschinelles Lernen. Betriebsdaten stehen schnell für die Analyse zur Verfügung: Das Verhalten des Aktuators wird parallel zu anderen Betriebsdaten analysiert, um einen Ausfall bereits nach einer Datenerfassungszeit von nur wenigen Monaten genau vorherzusagen.

Es gibt viele Vorteile, geschulte Bediener in der Fabrikhalle zu haben, die einfache Wartungsaufgaben selbst erledigen können. SMC vermittelt sein Fachwissen in Schulungen mit Theorie, Übungen und praktischen Aktivitäten. Die Schulung richtet sich an Anlagenbetreiber (auch solche ohne Erfahrung mit pneumatischen Komponenten), die potenzielle Probleme erkennen können, bevor es zu einem Maschinenausfall kommt, und einfache Wartungsarbeiten durchführen können. Daher tragen geschulte Bediener dazu bei, die Maschinenzuverlässigkeit zu verbessern.

Schließlich erfordert die Bewältigung von Ausfallzeiten eine gute Komponentenzuverlässigkeit. SMC-Produkte verbessern die Zuverlässigkeit durch den Einsatz technischer Innovationen wie einem im Vergleich zur Konkurrenz niedrigeren „Mindestarbeitsdruck“ oder der Metalldichtungstechnologie anstelle von Gummi an Aktoren und Ventilen. Die Produktzuverlässigkeit lässt sich jedoch nicht immer absolut messen, da sie von der spezifischen Anwendung des Kunden hinsichtlich Frequenz, Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. abhängt. Daher liegt die Maximierung der Zuverlässigkeit in der Verantwortung der SMC-Ingenieure, die in der Lage sind, das richtige Produkt zu spezifizieren für die Anwendung, sowohl beim Maschinenbauer als auch beim Endanwender.

Produktivität steigt durch zunehmende Automatisierung

Diese schnelllebige Branche hinkt bei der Automatisierungsdurchdringung traditionell hinterher, was wir normalerweise in den primären und sekundären Verarbeitungsstufen sehen.

Robotik und Cobots können einen großen Beitrag dazu leisten, unsere Lebensmittelkunden dabei zu unterstützen, ihr gewünschtes Produktivitätsniveau zu erreichen.

Was macht SMC also zu einem geeigneten Spezialisten auf diesem Gebiet?

Ein Team, das sich der Entwicklung von Roboterlösungen widmet, und bemerkenswerte Partnerschaften sind eine unserer Hauptstärken. SMC verfügt über Fachwissen in allen verschiedenen Greiftechnologien (pneumatisch, elektrisch und magnetisch) und hat außerdem eine breite Palette von Plug-and-Play-Greifer-Endeffektoren für verschiedene Cobot-Anbieter wie Universal Robots entwickelt.

Die SMC-Funktechnologie spielt bei Roboteranwendungen eine Schlüsselrolle und ermöglicht die Greiferkommunikation über WLAN und eine schnelle Installation, da keine Kabel erforderlich sind.

Andere Aufgaben in einer Lebensmittelfabrik können durch zusätzliche Standardautomaten erledigt werden, wie etwa Stapelzuführung, Produktausrichtung, Zuführung und Pick-and-Place. Das bedeutet, dass eine enge Beziehung zwischen Automatisierungsanbietern und Maschinenbauern unerlässlich ist, um das zu automatisieren, was normalerweise manuell erledigt wird.

Bauen für Flexibilität

Auch die Vielseitigkeit der Maschine ist ein wichtiger Aspekt, den es zu berücksichtigen gilt. Nehmen wir zum Beispiel die Ausgabe. Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem Sie unterschiedliche Ausgabeanforderungen an derselben Produktionslinie haben – Flexibilität ist beispielsweise erforderlich, um von einem Schokoladenkeks zum anderen eine andere Form zu erzeugen. Es ist nicht ungewöhnlich, dass dasselbe Produkt in verschiedenen Ländern unterschiedliche Funktionen aufweist. Automatisierte Maschinen können oft durch Cobots und Vision-Systeme unterstützt werden, um den Prozess zu optimieren und die Flexibilität zu erhöhen.

Der nächste Schritt ist die Einführung smarter Technologien in der Automatisierung. Die Zunahme individualisierter Produkte erfordert eine flexible, effektive und intelligente Fertigung, um schnell auf Marktveränderungen reagieren zu können. Maschinen müssen flexible und schnelle Formatwechsel mit hohen Taktraten und niedrigen Lebenszykluskosten vereinen. Die Digitalisierung und die Industrie 4.0-Revolution werden den Übergang von einer Produktion zur anderen erleichtern und den Betriebsablauf der Fabrik verbessern, während intelligente Automatisierung mehr Flexibilität bei Maschinenanpassungen bringen wird.

SMC bietet bereits Geräte an, die an IO-Link und Feldbus angeschlossen sind, um alle relevanten Daten aus der Fabrikhalle zu erhalten. SMC IO-Link-Sensoren, IO-Link-Master und IO-Link-Aktoren sind nur einige der intelligenten Produkte von SMC, die dazu beitragen können, diese Verbindung Wirklichkeit werden zu lassen.

Kostensenkung durch Optimierung der Energieeffizienz

Lebensmittelfabriken sind energieintensiv; Sie machen 19 Prozent des Energieverbrauchs der gesamten verarbeitenden Industrie aus. Durch die Verbesserung der Energieeffizienz werden nicht nur die Kosten gesenkt, sondern auch der CO2-Fußabdruck verringert, was ein wichtiges Ziel für Lebensmittelbetriebe ist. Pneumatik macht 20 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs aus.

Um die Energieeffizienz zu verbessern, muss ermittelt werden, wo und wie Energie verbraucht wird. Zu diesem Zweck führt SMC Produktionslinienaudits in der Fabrikhalle durch und erstellt einen detaillierten Bericht mit Messungen, Daten und Bildern und legt alle Abhilfemaßnahmen zur Optimierung fest, einschließlich der Frage, wie viel Geld eingespart werden könnte und wie viel Investitionen dafür erforderlich sind jedes Mehrwertziel erreichen. Die Verbesserungskosten können variieren, aber die Kapitalrendite ist oft gering. Ein Beispiel für eine vorgeschlagene Verbesserung könnte eine einfache Produktoptimierung sein, etwa LED-Anzeigen, die anzeigen, dass Geräte aufgrund eines Problems eingeschränkt sind und zu viel Energie verbrauchen.

Das häufigste Problem sind Luftlecks, die zu einem übermäßigen Energieverbrauch führen. SMC bietet eine breite Palette von Lösungen für dieses Problem: Zustandsüberwachungstools, die Informationen wie Durchflussrate und Druck liefern, ein automatisches Leckerkennungssystem (ALDS), das eine Leckageüberwachung nahezu in Echtzeit ermöglicht, und ein VEX-Standby-Ventil, das den Luftverbrauch reduziert bei kurzen Stopps bzw. schaltet es bei langen Stopps ab.

SMC hat in diesem Bereich eine große Menge an Daten, Fachwissen und Know-how angesammelt, da diese Art von Audits bei vielen Kunden weltweit durchgeführt wurde und das Unternehmen ein internes Wissensmanagementsystem (Improvement Activity Reports) erstellt hat. Dank dieses Fachwissens und Wissensmanagementsystems kann ein Maschinenbauer mit Mehrwertoptimierung angesprochen werden. Dabei kann es sich um einen einfachen Vorschlag handeln, etwa zur Dimensionierung der pneumatischen Komponente, oder zum Co-Engineering der Produktionslinie, das energieeffiziente Automatisierungsaufgaben vorschlägt, oder um eine Beratung hinsichtlich der besten Technologie für den Einsatz zwischen elektrischen Antrieben und Pneumatik.

Energieeffizienz wird auch von den Produkten selbst ausgehen. SMC hat großen Wert darauf gelegt, leichte und kompakte Produkte zu entwickeln, die sich auf die Einsparung von Druckluft auswirken, insbesondere für bewegliche Teile wie Greifer und Aktuatoren. Durch die Stromsparschaltung wird zudem der CO2-Ausstoß reduziert.

Auch Maschinensicherheit und Hygiene erfordern die Ingenieurskompetenz von SMC

Ein seriöser Automatisierungsspezialist sollte immer einen realistischen Ansatz verfolgen, indem er Endanwender dabei unterstützt, die Implementierung der Sicherheitsfunktion gemeinsam mit den Maschinenbauern zu unterstützen. Entsprechend konzipierte Produkte und validierte Betriebsventile (gemäß ISO 13849) sind von zentraler Bedeutung für die Gewährleistung der Gesamtsicherheit, insbesondere im Hinblick auf die Maschinensteuerung. Beim Aufbau von Sicherheitskontrollsystemen ist es immer erforderlich, validierte Betriebskomponenten (VOCs) und Produktdaten zu verwenden (SMC zählt mit seiner kostenlosen Bibliothek „SISTEMA“).

Für höhere Leistungsniveaus an Sicherheit bietet SMC redundante Ventile, die die Möglichkeit bieten, die Luft im Falle eines Maschinenstopps abzulassen.

Obwohl Hygiene schon immer ein zentrales Thema der Lebensmittelindustrie war, hat COVID-19 die Botschaft deutlich gemacht. Sowohl Maschinenbauer als auch Lebensmittelbetriebe benötigen Lösungen, die leicht zu reinigen sind und das Risiko einer Kontamination verringern. Während maßgeschneiderte Designs und Materialien oft einen höheren Preis haben als Standardlösungen, kann der Preis für die mangelnde Gewährleistung der Hygiene weitaus höher sein. Um Maschinenbauern auf praktischer Ebene zu helfen, sollte ein Lieferant ausgewählt werden, der hygienegerechte Produkte – wie Luftaufbereitungsgeräte, Aktuatoren, Magnetventile und Armaturen – anbieten kann.

Zu den wichtigsten Faktoren, auf die man achten sollte, gehören Komponenten aus Edelstahl, um Korrosion zu vermeiden; Fette (wasser- und chemikalienbeständig), die den FDA-Standards entsprechen; Laserbeschriftete, nicht beschriftete Komponenten und behandelte Luftqualität gemäß ISO-Standards. Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist, dass das Navigieren und Verstehen relevanter Hygienestandards bekanntermaßen eine Herausforderung sein kann, da es viele verschiedene Arten von Lebensmitteln und Anwendungen gibt. Darüber hinaus müssen Lebensmittelbetriebe die unterschiedlichen Hygieneanforderungen und -vorschriften in verschiedenen Ländern erfüllen. Um weltweit über Standards auf dem Laufenden zu bleiben, nutzt SMC seine Mitgliedschaft in Organisationen wie der EHEDG (European Hygienic Engineering and Design Group), um Kunden beim Verständnis der relevanten Standards und ihrer künftigen Umsetzung zu unterstützen.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass häufig Standardproduktanpassungen erforderlich sind. SMC bietet diesen Service an und kann den Kunden dabei unterstützen, zu verstehen, welchen Standard er erfüllen muss und wie er ihn umsetzen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Produkte und Automatisierungskompetenz nicht ausreichen, um die zahlreichen Herausforderungen der Lebensmittelindustrie zu meistern. Nur durch Vertrautheit und enge Zusammenarbeit mit den Endverbrauchern lässt sich die beste Verfügbarkeit der Produktionslinie sicherstellen und eine Kosten- und Energieeinsparung sowie die Einhaltung der strengen Vorschriften der Lebensmittelindustrie erreichen. Das ist die Verpflichtung von SMC.

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