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Come la pandemia di Coronavirus ha influenzato l'interesse di Food & Beverage per l'automazione

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La pandemia ha scatenato, o accelerato, l'interesse per l'automazione tra i trasformatori di alimenti e bevande.

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Non c'è niente come una massiccia afflizione della forza lavoro per farvi pensare a tecniche di risparmio del lavoro.

La pandemia, insieme a tutte le altre perturbazioni, ha dato alle aziende di trasformazione di alimenti e bevande un incentivo a considerare almeno l'automazione. I lavoratori si stavano ammalando o temevano di ammalarsi sul lavoro - una paura che in molti casi era fin troppo giustificata. L'automazione viene vista come uno dei modi migliori per affrontare questa paura, sia immediatamente che, soprattutto, in futuro.

La pandemia ha rivelato altre debolezze, specialmente nel modo in cui la produzione e le catene di approvvigionamento hanno gestito i cambiamenti della domanda, che potrebbero potenzialmente essere attenuate dall'automazione. Ha rinnovato o intensificato l'interesse dei trasformatori.

"Il solito atteggiamento relativo all'automazione, alla robotica e all'intelligenza artificiale, in particolare nella produzione, era il diavolo" perché uccidono i posti di lavoro nella produzione, dice Max Versace, CEO di Neurala, un fornitore di software di ispezione per la visione artificiale. "Ma quando la pandemia ha colpito, tutto ad un tratto, non c'è un livello di automazione vicino al livello richiesto per continuare la produzione di fronte ai requisiti aggiuntivi che la pandemia ha messo in atto"

Questi requisiti prendono molte forme, ma possono essere divisi in due grandi categorie: lavoro e flessibilità.

La manodopera era il problema più drammatico e che attirava l'attenzione, almeno nelle prime fasi della pandemia. I lavoratori continuavano ad ammalarsi, specialmente negli stabilimenti di lavorazione della carne e del pollame, che divennero rapidamente centri di infezione nelle loro comunità per lo più rurali. Tra i casi reali e la paura della malattia, le aziende di trasformazione non riuscivano a trovare abbastanza personale per i loro stabilimenti.

Anche la flessibilità è entrata molto in gioco durante la pandemia, grazie ai cambiamenti che ha causato nella domanda dei consumatori. In alcuni casi, i trasformatori hanno dovuto aumentare la produzione di certi prodotti tradizionali che erano improvvisamente molto richiesti a causa delle scorte nelle dispense. In altri casi, erano necessari SKU monodose e di altro tipo, che richiedevano tassi più elevati di cambio di imballaggio.

Ben Maddox, dirigente del settore alimentare, agricolo e vinicolo occidentale per la Global Commercial Bank della Bank of America, pensa che la pandemia abbia reindirizzato parte dello slancio per l'automazione che era già presente.

"In generale, l'industria si stava muovendo verso l'automazione ben prima della pandemia", dice Maddox. "Direi che ha causato un'accelerazione nel processo di automazione più dal punto di vista della flessibilità che da qualsiasi altra cosa"

Il potenziale dell'automazione, sia per il risparmio di manodopera che per la flessibilità, varia a seconda dell'industria, sottolinea Suzanne Kopcha, vice presidente, prodotti di consumo e vendita al dettaglio per Siemens Digital Industries Software.

"Per esempio, la lavorazione della carne include un alto grado di lavoro manuale dalla macellazione e dissezione fino all'affettatura, e quindi meno automazione. Mentre il confezionamento all'interno dell'industria della lavorazione della carne include già molta automazione", dice Kopcha. Al contrario, la produzione di cioccolato ha di solito linee di processo completamente automatizzate. "Ma qui il packaging è meno automatizzato, soprattutto per i prodotti stagionali della campagna, ad esempio le zucche di cioccolato di Halloween. Con confezioni e blister specifici, questi includono molto lavoro manuale"

Decisioni difficili

Determinare quali aspetti del funzionamento di un impianto sono più adatti all'automazione è una delle decisioni più difficili e impegnative che un trasformatore possa prendere. Ogni impianto è diverso e le variabili sono quasi infinite. Detto questo, ci sono alcuni principi generali che possono essere applicati, tenendo conto sia delle esigenze che del tipo di attrezzatura disponibile.

Realisticamente, soprattutto negli impianti che si trovano a un livello di automazione relativamente basso, è meglio cercare i frutti a portata di mano. Ciò significa soluzioni che possono essere implementate rapidamente e che mostrano ritorni rapidi.

"Ovunque esistano soluzioni esistenti off-the-shelf e/o dove è possibile calcolare un ROI chiaro, tendiamo a vedere queste soluzioni adottate per prime e più velocemente", dice Decker Walker, partner e leader globale dell'agribusiness per Boston Consulting Group. "Gli AGV [veicoli a guida automatica], i processi con bracci robotici, la selezione, l'ispezione visiva e il rilevamento di oggetti estranei sono tutti esempi in cui abbiamo visto una trazione rapida e precoce"

Per determinare il ROI di una potenziale automazione, vale la pena guardare tre fattori, dice Mark McGinnis, direttore dell'ingegneria dei sistemi presso Applied Manufacturing Technologies: "Il rendimento, l'ergonomia e la qualità sono i tre fattori principali che aiutano a determinare il ROI dell'automazione" Ovviamente, quando la produzione aumenta, aumenta anche la necessità di automazione, dice. "Se si eseguono due turni, si dovrebbe prendere in considerazione l'automazione. Se si eseguono tre turni, potrebbe essere troppo tardi"

L'ergonomia ha molti aspetti: Le parti di ricambio sono troppo pesanti per aspettarsi che i lavoratori le sollevino? Le parti o gli strumenti devono essere immagazzinati in alto a causa dei limiti di spazio? I dipendenti devono piegarsi o abbassarsi ripetutamente, sia nel corso delle normali operazioni che per la pulizia e la manutenzione? Questi sono segni che una macchina potrebbe dover essere migliorata, per esempio con parti di ricambio servo-guidate, o sostituita.

Per quanto riguarda la qualità, l'automazione può portare coerenza alle operazioni, ma la sua più grande sfida è trattare con prodotti incoerenti. Se i prodotti sono di forma irregolare o altrimenti variabili, è difficile per la "hard automation", che lavora principalmente con mezzi meccanici, gestire i prodotti con coerenza. Ciò che è spesso richiesto in questi casi è un sistema di visione più sofisticato per localizzare e ordinare il prodotto, rilevare i difetti ed eseguire altre funzioni, abbinato a sofisticati strumenti di fine braccio per i bracci robotici, come pinze di gomma o ventose.

Automazione e imballaggio

L'imballaggio tende ad essere la parte più automatizzata di un impianto di produzione di alimenti o bevande. Si tratta di un'operazione iterativa ad alta velocità che di solito si presta bene ad essere fatta a macchina.

Tuttavia, un paio di fattori possono ostacolare lo sviluppo dell'automazione nel packaging. Uno è che, essendo così pervasiva, ha raggiunto lo status di eredità in molti impianti, il che significa che è necessario un aggiornamento.

"Molta dell'automazione negli impianti di imballaggio esiste già da un po' di tempo", dice Mark Ruberg, responsabile dell'industria dell'imballaggio per Beckhoff Automation. "Se esiste da più di 10 anni, c'è l'opportunità di aumentare la produttività"

Un'altra complicazione si verifica quando i modelli di imballaggio proliferano, a causa della crescita degli SKU o dei clienti che vogliono carichi di casse o pallet personalizzati. In questi casi, c'è la tentazione di continuare a fare le cose manualmente il più possibile.

Questo è uno dei motivi per cui gli imballaggi di fine linea, come le incartonatrici e i pallettizzatori, hanno un alto potenziale di automazione, dice Steve Mulder, responsabile regionale del settore CPG alla Rockwell Automation. "Abbiamo visto nel tempo che, man mano che ci si addentra nell'imballaggio, nel fine linea e nella logistica, l'automazione diminuisce passo dopo passo" Poiché i clienti richiedono carichi più specializzati, sta diventando sempre più prevalente la creazione di questi carichi nello stabilimento, invece di scomporli e reimballarli in un magazzino o centro di distribuzione.

"Poiché i canali di mercato hanno iniziato a diventare molto dinamici, stiamo iniziando a vedere attività che potrebbero essere gestite manualmente nel centro di distribuzione e che ora vengono spostate di nuovo nello stabilimento di produzione, in una linea di produzione", dice Mulder.

Veloce o flessibile?

Nelle operazioni, specialmente nell'imballaggio, c'è spesso una scelta fondamentale da fare tra la flessibilità e l'alta produttività. Questo problema è stato intensificato durante la pandemia, quando le aziende di trasformazione hanno dovuto fare rapidi spostamenti tra le SKU e far funzionare alcune di esse per periodi più lunghi, per soddisfare l'aumento della domanda.

Da decenni ormai, i produttori di attrezzature hanno fatto progressi contro la dicotomia flessibilità vs. produttività incorporando il cambio automatico, spesso usando servomotori per riposizionare le parti della macchina. Ma il cambio automatico è costoso, e in ogni caso, il cambio è solo una parte della perdita di tempo coinvolta nella produzione di più SKU. La verità di base è che più dimensioni una macchina può ospitare, più lentamente eseguirà una qualsiasi di quelle dimensioni.

Mulder fa l'esempio di un'astucciatrice con un passo, o distanza tra le unità, di 12-15 pollici. Il passo deve ospitare la larghezza dell'astuccio più qualche centimetro in più. Se arriva un cliente commerciale come un club store e vuole cartoni più grandi, improvvisamente l'astucciatrice deve avere un passo di 18 pollici. Se il trasportatore funziona a una velocità massima costante, il passo più ampio rallenterà l'astucciatrice, il che aumenterà il tempo di riempimento per i cartoni più piccoli.

La robotica, anche se inizialmente è altrettanto o più costosa dei servocomandi sui macchinari, ha il potenziale per mantenere sia l'alta produttività che la flessibilità, dicono gli osservatori. Ci sono due sviluppi in corso che stanno rendendo i robot più versatili e in grado di aggiungere valore in più punti.

I sistemi di visione stanno migliorando, sia in termini di cosa sono in grado di riconoscere che di come si coordinano con altre attrezzature. E i robot collaborativi, o "cobot", sono progettati con limitazioni sulla loro gamma e velocità di movimento che permettono loro di lavorare in sicurezza vicino ai dipendenti.

Altre tecnologie emergenti hanno il potenziale di portare un'altra dimensione alla lavorazione e all'imballaggio. Una di queste è quella che potrebbe essere chiamata trasportatori senza cintura. Si tratta di sistemi di movimentazione dei materiali che si basano su parti alimentate autonomamente per consegnare un carico utile.

Rockwell offre tali componenti della macchina, che Mulder chiama "carrelli indipendenti", sul suo sistema di movimentazione dei materiali iTrak. Usano avvolgimenti del tipo che si trova all'interno dei motori elettrici, ma appiattiti, per creare un campo elettromagnetico che interagisce con un binario, spingendo il pezzo. Il risultato è una macchina che può variare istantaneamente la tempistica della sua movimentazione dei materiali, accelerando e rallentando secondo necessità.

Uno sviluppo simile viene da Beckhoff. I suoi sistemi di trasporto XTS e XPlanar trasportano carichi utili con piastrelle che "galleggiano", sospese per magnetismo. Viaggiano lungo un binario fisico con XTS e con più libertà con XPlanar.

I trasportatori senza cintura hanno il potenziale per alleviare uno dei problemi più spinosi che le aziende alimentari devono affrontare durante e, soprattutto, dopo la pandemia: mantenere la distanza sociale. Per esempio, se le carcasse di animali si muovessero lungo una linea di taglio in modo indipendente, invece di essere attaccate a un nastro o appese a una catena, potrebbero in teoria essere accelerate da una stazione all'altra, per poi essere rallentate o fermate secondo necessità.

Altre pandemie in arrivo?

Se e come stabilire una distanza permanente è una delle cose che le aziende alimentari dovranno decidere man mano che la pandemia si allontana. Uno dei maggiori fattori nella pianificazione a lungo termine è se questi piani debbano includere un'altra pandemia.

In un sondaggio di AIB International, il 78% dei dirigenti del settore alimentare e delle bevande ha detto che si sta preparando attivamente per una futura pandemia globale, con il 30% che ne prevede un'altra entro i prossimi quattro anni e il 50% che ne prevede una entro il prossimo decennio.

"Credo che tutte le aziende parleranno e prenderanno in considerazione risposte appropriate alle interruzioni del settore che includono una futura pandemia", dice Maddox della Bank of America. "Dalle conversazioni con i nostri clienti nel corso degli anni, questo è già successo e continuerà a succedere.

"Ciò che è diverso ora è che abbiamo un esempio reale su cui basarci e da considerare nella pianificazione futura", continua. "Prevedo un aumento delle spese di capitale nei prossimi anni, dato che le aziende continuano a investire in macchinari che serviranno a più scopi"

Anche quando il distanziamento non è possibile, l'automazione, specialmente la tecnologia di ultima generazione, ha ancora il potenziale per risparmiare lavoro. L'intelligenza artificiale può analizzare e confrontare dozzine di variabili in un processo per correlarle a deviazioni che portano a difetti del prodotto - in effetti, arrivando alla radice di un problema molto più velocemente di quanto possano fare gli umani. L'Internet industriale delle cose (IIoT) apre nuove prospettive per il monitoraggio e la manutenzione delle attrezzature, permettendo una vigilanza in tempo reale con meno interventi umani.

La pandemia, in altre parole, sta dando ai processori un incentivo in più per andare più lontano lungo la strada che hanno già preso.

Dice Versace di Neurala: "Quello che abbiamo visto dai produttori a questo punto è una tendenza a iniettare ulteriore automazione ovunque sia possibile, ed essere sicuri che se si verifica un altro evento, hanno la loro vaccinazione, se volete"

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