Le aziende del settore alimentare che vogliono ottenere maggiore efficienza e, nel contempo aumentare la redditività e contenere i costi, si avvalgono di processi di automazione avanzati. In questo contesto i robot, grazie anche ai continui miglioramenti sia dal punto di vista tecnologico, sia della sicurezza e dell’igiene, assicurano indubbi vantaggi in fase di produzione, selezione, confezionamento e stoccaggio.
Quando ci si riferisce alla robotica applicata all’industria alimentare, gli americani utilizzano le “tre D” (dull, dirty, and dangerous), ovvero monotono, sporco e pericoloso. Infatti, il lavoro può essere davvero noioso e poco confortevole per gli addetti, come spiega anche Mark V. Ewing, VP-Sales e Marketing di JLS Automation – azienda americana specializzata in sistemi di imballaggio primario e secondario per carne, pollame, prodotti lattiero-caseari e dolciari, e pane – «Spesso le persone si trovano a lavorare in luoghi non piacevoli, umidi e rumorosi. Inoltre la maggior parte delle operazioni negli ambienti in cui abbiamo installato i nostri sistemi si svolge a una temperatura inferiore ai 4 C°. Infatti il tasso di assenteismo nelle industrie che operano nei settori della carne e dei latticini, specialmente per gli alimenti surgelati, è mediamente del 15 per cento ogni giorno: un problema per le aziende che è indicativo delle “difficilì condizioni lavorative”.
Nell’industria alimentare, quindi, l’impiego di robot conviene. Infatti alleggeriscono uomo e macchina da compiti gravosi e lavorano in modo affidabile, preciso e veloce, anche nelle condizioni più difficili. Nelle operazioni di riempimento, dosaggio, taglio, marcatura, selezione, impacchettamento e pallettizzazione dei più svariati prodotti (pane, pasta e dolci, carne e pesce, latticini, surgelati, frutta e verdura), le soluzioni automatizzate garantiscono produttività e redditività.
Il settore si contraddistingue per una grande dinamicità e innovazione che ha portato a significativi miglioramenti sotto ogni aspetto: dai tempi di ciclo alla disponibilità, fino all’efficienza energetica. I robot a cinematica parallela, o delta, e i picker ultraveloci riescono a effettuare oltre duecento prelievi al minuto, e le moderne linee di produzione raggiungono capacità che fino a pochi anni fa erano impensabili. Nel confezionamento primario, dove le macchine stanno a diretto contatto con gli alimenti e sono quindi previste norme igieniche particolarmente severe, i robot in esecuzione standard non sono adatti, ma servono versioni speciali. Le caratteristiche fondamentali sono l’idoneità al lavoro in camere bianche o sterili, la lubrificazione con oli alimentari e lunga durata in presenza di procedure di pulizia molto aggressive. Per questi motivi la disponibilità è più limitata, ma la situazione sta cambiando rapidamente vista l’importanza che l’industria alimentare riveste per il settore dell’automazione.
Sotto il segno del biologico
Manipolare prodotti biologici con differenze intrinseche: ecco la vera sfida per i produttori di sistemi robotizzati. «Non è come nell’industria automobilistica dove, per esempio, si deve gestire lo stesso parafango, del quale si conoscono esattamente la forma e le dimensioni», afferma Bob Rochelle, Food & Packaging Segment Manager in Stäubli Robotics – azienda del South Carolina -, «Quando si tratta di manipolare pomodori e si ha bisogno di identificare ed eliminare quelli marci, oppure il pane, che può avere dimensioni diverse a seconda della lievitazione, è tutta un’altra cosa. Il robot di norma svolge azioni ripetitive e non potrebbe cogliere queste sfumature e differenze. Abbiamo quindi utilizzato un sistema automatizzato a elevata velocità dotato di fotocamera ad alta risoluzione, illuminazione a LED e la modellazione 3D computerizzata: in questo modo, mele, pomodori e persino peperoni possono essere ordinati per colore, forma e dimensione, e i prodotti con imperfezioni vengono rilevati e scartati». Un esempio: Rob Steffens e altri agricoltori del Michigan hanno riunito le risorse e realizzato un impianto da sette milioni di dollari per “confezionare” le mele, che sono ordinate, lavate e lucidate per essere così inviate ai negozi di alimentari. In pratica, invece di usare un classico nastro trasportatore, la macchina posiziona i frutti in un canale d’acqua dove vengono trasportate dalla corrente. Le mele passano poi attraverso un tunnel dove a ognuna viene scattata una foto che il computer elabora, realizzando un modello 3D per identificarne caratteristiche e difetti. Vengono così ordinate per dimensione e colore in una frazione di secondo, anche il più piccolo difetto è rilevato e il frutto viene automaticamente scartato. La macchina può eseguire la scansione di quasi duemila mele al minuto. Grazie a questa moderna tecnologia, gli agricoltori del Michigan stanno espandendo la produzione e riescono a fornire i negozi di alimentari più velocemente e con costi inferiori.
L’efficienza paga
Tecnologia sofisticata di rilevamento e robotica ricoprono un ruolo importante anche nel settore della lavorazione della carne. In questo settore, un efficiente disossamento è uno degli elementi chiave per la redditività. L’azienda giapponese Mayekawa, o Mycom, realizza sistemi robotici per il disossamento delle carni suine e del pollame. Il sistema di disosso prosciutti Hamdas e il più recente recente Wandas, una macchina per il disossamento delle spalle di maiale, usano il robot a sei assi articolati prodotto dall’azienda svizzera Stäubli. Secondo Mayekawa la percentuale di carne che si riesce a staccare dall’osso è maggiore rispetto a quello che si potrebbe fare manualmente, e le operazioni sono più veloci: la prima macchina riesce a disossare fino a 500 prosciutti all’ora, mentre il sistema Wandas arriva a 600 pezzi ogni ora. Tutto questo grazie a un sistema di rilevamento a raggi X che, non solo determina automaticamente il lato sinistro o destro del prosciutto oppure della spalla, ma misura anche la lunghezza delle ossa per individuare le articolazioni e garantire una resa migliore. «In una delle prime stazioni avviene la misurazione della lunghezza dell’osso», spiega Mark Ivers, Sales Manager of the Food Process Division di Mayekawa USA, «Questa informazione viene inviata al PLC – Controllore a Logica Programmabile, che la elabora e “memorizza” in modo tale che sia presente nel sistema per i tagli successivi». Inoltre dei sensori specifici identificano la forza di taglio appropriata.
L’igiene è essenziale
I robot a braccio articolato sono molto flessibili ed efficienti ma, come quelli ad alta velocità Delta e Scara dedicati soprattutto all’imballaggio secondario, hanno molte giunture e parti in movimento, ovvero diversi angoli e fessure in cui possono penetrare particelle di cibo ed elementi contaminanti. Stäubli offre una linea di robot progettata specificatamente per ambienti umidi e tenendo presenti queste problematiche, come spiega Bob Rochelle, Food & Packaging Segment Manager, «Abbiamo apportato diverse modifiche per renderli idonei all’utilizzo nell’industria alimentare. Sono stati diminuiti angoli e fessure, abbiamo aggiunto un rivestimento che non si stacca e non si rompe, quindi idoneo a “sopportare” i processi di pulizia e lavaggio attraverso forti getti d’acqua. È sigillato in modo che il perossido di idrogeno non entri in contatto con l’elettronica o i motori del robot. Certi robot devono essere smontati per poterli pulire: tra smontaggio, pulizia e riassemblaggio si perdono dalle quattro alle cinque ore. Ha poco senso, tenendo conto che la pulizia va effettuata ogni otto ore». Secondo il manager anche le cosiddette “cover” da applicare sul robot non sono l’ideale per le applicazioni in ambito alimentare perché la condensa crea comunque un ambiente contaminato. Anche JLS Automation, fornitore di soluzioni di robotica, usa robot “pronti per il lavaggio” nei suoi sistemi per l’imballo alimentare, in particolare la versione in acciaio inox del modello ABB FlexPicker, che è conforme alle norme USDA/FDA per le operazioni sanitarie.
Pinza di presa per carni
Il sistema ARI Meat Gripper è stato realizzato dall’azienda americana Applied Robotics a seguito della richiesta, da parte di un produttore di strumenti per la parte finale del braccio, di una pinza per afferrare i petti di pollo. Quando gli alimenti sono confezionati e scorrono lungo il nastro trasportatore per la pallettizzazione, spesso il pezzo “diverso” è disallineato: questo è uno dei motivi per cui l’industria della lavorazione alimentare si è rivolta ad Applied Robotics per avere soluzioni, come sensori di collisione o pinze di presa che siano in grado di rilevare rapidamente i problemi di posizionamento, nel rispetto delle norme di sicurezza e igiene. «La pinza è realizzata in acciaio inossidabile leggero e in polietilene ad alta densità. Il trucco è che entrambi garantiscono e mantengono un livello molto alto di levigatura: questo consente una buona pulizia e rende le pinze molto veloci, ovvero sono in grado di aprirsi e chiudersi in meno di 65 millisecondi», afferma Henry Loos, Application Engineer in Applied Robotics, «Inoltre, grazie al basso livello di permeabilità dell’acciaio inox e del polietilene, queste non catturano o trattengono materiale organico». Secondo l’azienda la pinza da presa per carne può essere personalizzata sulla base delle esigenze di ciascun cliente e utilizzata su qualsiasi tipologia di robot. È adatta per alimenti freschi o cotti, per il pesce surgelato, formaggio, bacon e altri prodotti non uniformi. «Si possono personalizzare le dimensioni, la presa e spesso anche le “dita“ a seconda se le pinze devono trattare pezzi di carne o altri alimenti semi-solidi», prosegue Loos, «Infatti devono scorrere rapidamente tra il cibo e il convogliatore senza causare alcun danno alla superficie al prodotto».
