Qual è il ruolo dell’automazione nelle panetterie moderne?

Uno studio sul SoftGripping nella produzione di prodotti da forno tra grandi aziende e PMI, con esempi pratici di applicazioni dei clienti e test di fattibilità di nuove configurazioni di robot.

Applicazione

L’automazione industriale nei panifici deve essere gestita caso per caso. I fattori che influenzano l’approccio all’automazione sono molteplici. Le dimensioni dell’azienda sono un fattore rilevante.
Possiamo dividere questo argomento in 3 sottoargomenti: Automazione nelle grandi panetterie, nelle panetterie di medie dimensioni e in quelle piccole.
Ci concentreremo sui prodotti da trattare nel processo. Sebbene siano diversi i prodotti che possono essere trattati, ci concentreremo soprattutto sulle applicazioni per il pane e gli impasti. Restano i cioccolatini, le torte e i dolci, da scoprire in un articolo a parte.

Sul nostro sito web abbiamo già pubblicato una prima applicazione che utilizza SoftGrippers e SoftActuators, quindi se state cercando di manipolare la pasta cruda e avete bisogno di alcuni video, visitate questa sottopagina per ottenere ulteriore materiale.

Per quanto riguarda una visione più generale sull’argomento e su come scegliere una pinza per applicazioni di prelievo di pasta e pane, questo whitepaper sarà una buona panoramica da cui partire.

Struttura del settore

I nostri casi d’uso riguardano soprattutto le aziende più grandi, dove il pane e la pasta vengono spostati da un nastro trasportatore all’altro o le soluzioni di imballaggio devono essere integrate. Dopo molti progetti di successo, vorremmo presentarvi i numerosi aspetti della gestione degli impasti e dei prodotti da forno in tutti questi tipi di aziende. Ma prima di tutto, quali sono le differenze esatte tra l’automazione in una grande azienda, nelle piccole e medie imprese (PMI) e in una panetteria dietro l’angolo:

Le grandi aziende optano per processi completamente automatizzati e cercano di ottimizzare i processi per aumentare la produttività. I robot Scara e Delta sono solitamente uno standard e le applicazioni di pick&place e pick&package ad alta velocità vengono eseguite con tempi di fermo ridotti. Ciò significa un'elevata standardizzazione dei prodotti e dei processi.
Le medie imprese optano per l'automazione di attività o sottoprocessi semplici che vengono eseguiti manualmente. I robot a delta ad alta velocità si mescolano con le configurazioni di collaborazione. A volte una linea di produzione viene utilizzata per più prodotti da forno. La versatilità inizia a svolgere un ruolo più importante. A volte la velocità di prelievo non è così importante e i cobot cominciano ad essere visti
Le piccole imprese scelgono la semplicità di utilizzo, i cobot e la semplicità di utilizzo e riprogrammazione

Grandi aziende

Le aziende di medie dimensioni possono collaborare con gli integratori, ma le dimensioni delle linee da automatizzare sono minori. Le stazioni singole sono spesso un buon obiettivo. Più è facile automatizzare, meglio è. Non si trovano persone per compiti facili: un target perfetto per l’automazione! Oltre alla collaborazione con gli integratori e all’acquisto di soluzioni di sistema precostituite che richiedono modifiche al processo di lavoro e che automatizzano solo una postazione di lavoro alla volta, saranno necessari sforzi propri di interazione per integrare i sistemi, testarli e risparmiare sui costi laddove possibile. Un secondo modo per risparmiare drasticamente sui costi è l’utilizzo di configurazioni di cobot che possono essere utilizzate in più modi. La robotica moderna consente la programmazione tramite un’interfaccia grafica, per cui è possibile fornire alla forza lavoro un nuovo strumento con cui lavorare dopo un breve seminario. I nostri partner di Willich aiutano le aziende a scoprire applicazioni robotiche e a formare gli utenti alla programmazione delle attività. Applicazioni come questa necessitano di una pinza universale: un unico strumento per prelevare diversi tipi e dimensioni di pane.

Le grandi aziende hanno integratori o team interni che lavorano per rendere i processi il più efficienti possibile. Con il giusto capitale è possibile ricreare intere linee di produzione utilizzando la robotica, il prelievo e il posizionamento automatizzato dei prodotti e altri processi come il taglio, la piegatura, la cottura e il controllo qualità completamente automatizzato.

Un buon esempio è l’intera strada della panificazione, dalla preparazione dell’impasto al confezionamento di singoli pretzel in sacchetti. Un’intera linea di produzione automatizzata viene costruita da un team di ingegneri, dove ogni dettaglio deve adattarsi ed essere manutenibile in runtime e debuggabile con solo brevi interruzioni della produzione. Dopo tutto il tempo è denaro. Questi progetti possono durare da 3 mesi a più di un anno. Ciò comporta un investimento di capitale per il quale il ritorno dell’investimento (ROI) può richiedere diversi anni, e quindi è fattibile solo per le aziende più grandi. Queste linee di produzione sono spesso preassemblate da integratori specializzati come Abendschön in un edificio separato e successivamente smontate e trasportate nello spazio di utilizzo effettivo.

Queste macchine producono prodotti standard e sono particolarmente difficili da riconfigurare per una linea di prodotti diversa. Utilizzando i robot delta o scara, l’impasto, i panini crudi e le pagnotte di pane già confezionate vengono posizionati da e su vassoi o addirittura in casse nelle linee di confezionamento.

Il nostro sistema di pinze aiuta nelle configurazioni ad alta velocità a gestire il pane in modo sicuro e con un prelievo e un rilascio precisi. Una linea di produzione specializzata e ottimizzata per la velocità richiede una pinza adatta al compito. SoftGripping ha sviluppato una pinza per palline di pasta che è stata sviluppata insieme ad ABI per manipolare la pasta senza lasciare segni di presa e per avere una forma perfetta per le palline di pasta manipolate in questa configurazione. Un SoftGripper è realizzato con materiali conformi alla FDA. Dita in siliconi speciali e basi di presa in un processo speciale. Il meglio di tutto: Siamo specializzati nella prototipazione e produzione rapida per applicazioni conformi alla FDA. Ciò significa che le pinze possono essere realizzate su misura per adattarsi esattamente alla forma del prodotto. Il tutto senza dover costruire la base della pinza da più parti. In questo modo si riducono drasticamente i possibili spazi non igienici!

Un vantaggio: la pinza può essere lavata con le soluzioni standard utilizzate per la pulizia e la manutenzione dell’impianto. Nel caso in cui si utilizzi una lavastoviglie per la pinza, si consiglia un semplice cambiautensili per facilitare la vita degli operai e ridurre la quantità di utensili utilizzati sul terreno della fabbrica.

Aziende di medie dimensioni

Le aziende di medie dimensioni possono collaborare con gli integratori, ma le dimensioni delle linee da automatizzare sono minori. Le stazioni singole sono spesso un buon obiettivo. Più è facile automatizzare, meglio è. Non si trovano persone per compiti facili: un target perfetto per l’automazione! Oltre alla collaborazione con gli integratori e all’acquisto di soluzioni di sistema precostituite che richiedono modifiche al processo di lavoro e che automatizzano solo una postazione di lavoro alla volta, saranno necessari sforzi propri di interazione per integrare i sistemi, testarli e risparmiare sui costi laddove possibile.
Un secondo modo per risparmiare drasticamente sui costi è l’utilizzo di configurazioni di cobot che possono essere utilizzate in più modi. La robotica moderna consente la programmazione tramite un’interfaccia grafica, per cui è possibile fornire alla forza lavoro un nuovo strumento con cui lavorare dopo un breve seminario. I nostri partner di Willich aiutano le aziende a scoprire applicazioni robotiche e a formare gli utenti alla programmazione delle attività. Applicazioni come questa necessitano di una pinza universale: un unico strumento per prelevare diversi tipi e dimensioni di pane.

Abbiamo testato le pinze per diverse applicazioni:
Manipolazione di prodotti da forno imbustati, come pane confezionato e tagliato, panini multipli in un unico sacchetto, cassette di plastica con dolci, rotoli di biscotti. In questo test è stata favorita una pinza più grande. Il fattore principale non è stato il peso dei prodotti, ma le dimensioni. Il pane pesa solo tra i 250 e i 400 grammi. Anche i grumi di pasta più grandi, utilizzati per la produzione di pizza o come materiale di partenza per le focacce, arrivano solo a 500 o 600 g, ma producono un prodotto finale che può raggiungere i 300 mm di lunghezza. Ciò richiede una pinza lunga. Abbiamo usato una parallela a 8 dita.

Le dita fanno presa sulla confezione e si adattano alla forma, per cui anche se la confezione non è esattamente allungata ma ha una forma piuttosto rotonda, è possibile eseguire un prelievo sicuro.
Se si passa al bin picking o ad applicazioni per singoli prodotti, come il confezionamento di vassoi sviluppato da APEX motion per le panetterie, una pinza di grandi dimensioni potrebbe risultare un po’ problematica. Una pinza a 8 dita è più costosa non solo per l’acquisto e la manutenzione, perché le dita devono essere sostituite ogni 10 milioni di cicli, ma anche per le dimensioni.

Una pinza più piccola è più adatta a raggiungere i punti più stretti e a ottenere un imballaggio più denso sui vassoi. Qui proponiamo una pinza centrata su 4 dita, ottima per i panini. L’impostazione della pressione sui panini non è così importante. Tra 0,6 bar e 1,1 bar la differenza non si nota, la crosta della maggior parte dei panini è abbastanza dura da resistere a ogni impostazione. Per i panini all’uvetta, invece, si consiglia di iniziare con una pressione più bassa per evitare di schiacciarli. A volte, come in questo caso, è meglio esercitare una pressione minore per ottenere una presa più sicura, perché non si può prendere un rotolo con tutta la forza della mano. Tutto sommato, con le SoftGripper è utile pensare al processo di presa come se lo si facesse con le proprie mani! Immaginate di avere un paio di dita in più (o in meno). Se si proviene dalla lavorazione del metallo o del legno, la seconda opzione potrebbe già essere il caso.

Piccole aziende

Le piccole imprese possono trarre vantaggio dalle stazioni robotizzate in diversi modi. La nostra azienda ha sede in Germania. In genere, trovare giovani disposti ad avviare una carriera in una panetteria è un compito difficile. Non tutti sono costretti a iniziare un turno di lavoro al mattino presto ricevendo in cambio solo un piccolo prestito. Una grande percentuale di persone che terminano la scuola si dedica all’istruzione superiore. Per alleggerire la necessità di nuova forza lavoro e rendere il settore più attraente, sono stati fatti molti studi per dotare le piccole panetterie di sistemi robotici per le singole fasi di cottura. Ad esempio, mettere l’impasto negli stampi al mattino per assicurarsi che il pane sia pronto prima dell’apertura del negozio. Si può fare una suddivisione tra panifici e attività di ristorazione. I primi robot sono stati utilizzati come servi. Non solo come parte di un distributore automatico che esisteva già all’inizio del 1880, ma come vera e propria alternativa per portare i piatti ai tavoli. Ora, aziende come Misorobotics esplorano l’uso di bracci robotici nelle cucine.

Ma concentriamoci sulla versatilità della manipolazione del pane nelle piccole panetterie: Naturalmente, un cobot è il più adatto per queste applicazioni. Altrimenti, i requisiti di sicurezza da soddisfare sono fuori portata. Assicurarsi che il cobot possa essere utilizzato in applicazioni alimentari. Non tutti i cobot sono sicuri dal punto di vista alimentare, soprattutto per quanto riguarda il grasso delle giunture e i numerosi spazi e materiali non igienici utilizzati! Quindi un avvertimento a tutti coloro che desiderano avere un robot in cucina o in pasticceria. Inoltre, è importante una pinza in grado di raccogliere tutto ciò che è necessario movimentare. Non lo sottolineeremo mai abbastanza: La scelta dello strumento giusto per il compito è più importante di qualsiasi altro aspetto che possa venirvi in mente! Assicuratevi di decidere quale pinza scegliere prima di pensare ai robot, alla pneumatica, alle celle robotiche o alle piattaforme, o persino alle configurazioni complete che lasciano la pinza al resto. Indovinate un po’? Se non riuscite a raccogliere tutti i prodotti, non avrete bisogno degli altri. Ci sono clienti disperati che si rivolgono a noi con tutto già predisposto e una pletora di pinze utilizzate, ma non una sola adatta al compito. Un’applicazione è stata la manipolazione degli hamburger. Prendiamo il panino inferiore, un bel pezzo di hamburger con un pezzo di formaggio fuso sopra, un po’ di lattuga che va sopra la carne e finiamo con il secondo pezzo di pane. Un compito che sembra perfettamente facile per una mano umana. Questo è il problema della maggior parte delle pinze comuni. La mano umana, in combinazione con la vista, dispone di molti sensori che rilevano la struttura e la consistenza di ogni prodotto. Il pane è morbido e leggero, la parte inferiore e quella superiore hanno un’elasticità diversa: Una pinza robotica richiederebbe due diverse impostazioni di pressione e posizionamento per raccogliere i panini. Un SoftGripper a 4 dita trova la sua strada intorno al panino. Sui lati della parte inferiore e anche sulla superficie inclinata della parte superiore. Il tutto con una sola impostazione della pressione.
Poi la polpetta: la carne potrebbe avere la forma esatta del panino, ma nel nostro caso la produzione ha scelto un pezzo più elegante da maneggiare. È più piccolo dello chignon, ma più alto. Ciò significherebbe avere almeno impostazioni diverse sul profilo della pinza, ma nella maggior parte dei casi ciò richiederebbe un utensile completamente diverso e un cambio utensile automatico tra le fasi di movimentazione.
Ora la parte più complessa del processo di preparazione dei panini. La foglia di insalata. Che forma ha? Non ha una forma uniforme e la resistenza alla pressione dipende molto da dove e come si impugna. Sopra: Il posizionamento potrebbe essere complicato perché dipende da come lo si posiziona sulla polpetta. Anche in questo caso è necessaria una pinza che trovi la sua strada. Infine, ma non per questo meno importante, concludiamo con un panino sopra la lattuga. Qui lo mettiamo ordinatamente sopra l’insalata, ma facciamo attenzione che schiacciandolo non lasci segni sul pane o sull’insalata. La pinza deve essere sufficientemente morbida da rispondere all’ambiente. La nostra scelta per la pinza è stata una pinza centrata su 4 dita con un angolo di 15° sulle dita. Una pinza leggermente angolata aiuta a gestire la varietà di alimenti che possono essere afferrati con una sola pinza. Una sola pinza significa un investimento inferiore per iniziare l’automazione.
Se non si è sicuri di quale pinza acquistare, un kit di costruzione potrebbe essere la scelta migliore. La differenza di prezzo è bassa rispetto, ad esempio, alla pinza a sei dita inclusa, ma si ottengono più basi e adattatori per diversi modelli di robot, un distanziatore e una ventosa, il che significa che è possibile provare più modelli di pinze con un semplice kit. Questo video di 4 minuti spiega come funziona.

Tutte le applicazioni

Avendo trattato tutti i tipi di panetterie con alcuni esempi. Dobbiamo considerare attentamente il tipo di applicazioni e ciò di cui avrete bisogno:

Integrazione della linea di produzione

Spesso vediamo video di robot che posizionano le merci da un nastro trasportatore all’altro, ma qual è l’applicazione reale che sta dietro? Sicuramente un collegamento tra due linee di produzione potrebbe essere una buona applicazione per una pinza di movimentazione dei prodotti.

Pick and Place ad alta velocità

La maggior parte delle volte c’è qualcosa di più di un semplice prelievo e posizionamento. Nella manipolazione dell’impasto, ad esempio, una palla di pasta può essere preparata in uno speciale nastro trasportatore e poi deve essere posta su un vassoio per la cottura. Questo vassoio è a sua volta posizionato su un secondo nastro trasportatore.

Non è tutto. Lo smistamento, l’allineamento dei prodotti in modo che abbiano lo stesso orientamento o la semplice gestione della qualità per eliminare i prodotti che non superano le soglie stabilite è qualcosa che vediamo quotidianamente. Nell’allineamento, dobbiamo assicurarci di essere precisi ma allo stesso tempo gentili con il prodotto, anche a velocità elevate. I deflettori sul lato della pinza possono ridurre i tremolii dovuti all’accelerazione e alla deaccelerazione durante la movimentazione. Naturalmente, una buona capacità di programmazione dei robot è utile, perché semplici regolazioni del percorso producono una curva regolare che il braccio robotico segue. I distanziatori al centro della pinza, invece, aiutano a posizionare il pane e i panini negli artigli della pinza. In questo modo si evita lo scivolamento che può verificarsi a causa delle scosse. È particolarmente importante quando si tratta di posizionare e riallineare panini crudi, ad esempio.

Prelievo e confezionamento

Una delle ultime fasi della produzione è l’imballaggio. I prodotti pronti devono essere messi in cartoni o stampi di plastica e sigillati per il trasporto. In genere, questa operazione viene eseguita da un robot ad alta velocità su un nastro trasportatore. Come per l’applicazione precedente, un distanziatore è una buona scelta per stabilizzare i prodotti da forno. Si potrebbe pensare che le pinze debbano arrivare fino in fondo agli stampi, ma in realtà la caduta di oggetti a pochi centimetri dallo stampo è più comune di quanto si possa pensare. Non si può entrare nello stampo usando anche le dita. Lo spazio è troppo stretto per le vostre dita, lo sarà per le nostre. Inoltre, allargare le dita fino in fondo utilizzando il vuoto è più veloce che portare semplicemente le dita allo stato neutro.

Prodotti che possono essere manipolati da una pinza da forno SoftGripper

Finora abbiamo parlato delle applicazioni delle nostre pinze, tralasciando i prodotti reali che possono essere manipolati dalle nostre pinze. Almeno per la maggior parte. Abbiamo sempre avuto uno o due esempi per ogni settore. Ora ci concentreremo sui prodotti stessi e sui suggerimenti e trucchi per la configurazione, i tipi di pinze, le impostazioni e così via.

Impasto e panini congelati

La modalità standard di manipolazione è in ambienti freddi per non interrompere la catena di raffreddamento. In questo caso, le impostazioni della pressione non sono così importanti. È sufficiente assicurarsi che le dimensioni della pinza si adattino più o meno alle dimensioni del prodotto. Una pressione leggermente superiore va bene. Anche con una pasta considerata morbida, non si ottengono segni di presa. Anche una temperatura leggermente inferiore rende l’impasto un buon materiale da maneggiare. Assicurarsi che l’impasto sia congelato durante il test dell’applicazione. Abbiamo condotto una serie di test su questo argomento per i nostri clienti. Alcuni di questi video sono presentati qui sopra.

Impasto a temperatura ambiente

L’impasto a temperatura ambiente inizia a essere più impegnativo. È morbido e deve essere maneggiato con cura. Il nostro consiglio: Sfruttate la superficie che avete a disposizione. Un paio di dita in più e una pressione di presa più bassa sono ciò che serve per ottenere risultati costanti. Sappiamo che a volte la pasta appiccicosa sulle pinze nelle applicazioni robotiche può costringere a cercare una soluzione. Non solo l’attaccamento dei residui che devono essere puliti è problematico, ma l’attaccamento dei prodotti può avere un effetto sul posizionamento sul vassoio o addirittura rendere impossibile il rilascio del prodotto. Un cambiamento nel concetto di infarinatura può aiutare molto. Se questa non è una soluzione perché comprometterebbe la qualità dei prodotti, esistono in commercio spray antiaderenti compatibili con le nostre dita. Per ottenere risultati costanti, è necessario applicarli periodicamente. Potrebbe anche essere opportuno installare uno spruzzatore, a seconda delle condizioni effettive, ovviamente.

Pane e focacce

Andiamo verso temperature più alte! Dal posizionamento dei panini sui vassoi ai prodotti da forno che devono essere tolti dal vassoio. Una domanda che ci viene rivolta riguarda la resistenza alla temperatura delle gomme che utilizziamo e come il contatto con le superfici calde possa influire sulla durata delle dita. Testiamo le dita per 10 milioni di cicli a temperatura ambiente, ma il materiale che utilizziamo è adatto a temperature più elevate, comprese quelle raggiunte nelle linee di raffreddamento dei panifici. In cima, la superficie di contatto è sufficientemente spessa da non entrare in contatto con le parti meccaniche del dito stesso. Quindi, procedete a stringere la crosta di pane calda per ottenere una confezione fresca.

Piccole torte

Le torte si formano quando le dita toccano la superficie o quando un involucro copre la torta. In entrambi i casi si possono utilizzare le pinze. La glassa o il cioccolato in cima non saranno un problema, lo sappiamo per aver maneggiato cioccolatini. Ma assicuratevi di regolare le impostazioni di pressione a 0,7-0,6 bar e di utilizzare la superficie di cui disponete.

Un interesse particolare è rivolto alla regolarità delle dita e alla stabilità della forma necessarie per posizionare le torte nelle confezioni di plastica o nelle cosiddette applicazioni di lavorazione a macchina. Utilizzando la pinza centrata su 3 dita, pesi fino a 150 g non influiscono sul posizionamento, anche se il robot muove merci capovolte.

Nella manipolazione degli alimenti questo potrebbe diventare particolarmente interessante quando i prodotti devono essere capovolti. Ma il capovolgimento dei panini è un argomento diverso che verrà trattato in un articolo a parte, ecco un link alla pinza utilizzata in questo breve test:

Prodotti sensibili

I biscotti di pasta e persino i dolcetti di marshmallow ricoperti di cioccolato, i cosiddetti “Schokokuss”, sono applicazioni possibili. Di solito è meglio analizzare il prodotto per vedere dove si trova la superficie di presa ottimale. Nel secondo prodotto, ad esempio, la base è costituita da cialde dure. Ma questo non è sempre possibile. 4 dita utilizzando una pressione di 0,5-0,6 bar per non lasciare segni sulla pinza. Per regolare la spaziatura di una pinza è necessario assicurarsi che la curvatura delle dita chiuse sia regolata in modo da massimizzare la superficie. L’importanza di questo aspetto è tanto maggiore quanto più veloce è l’applicazione.

Imballaggio e prodotti confezionati

Abbiamo parlato delle linee di confezionamento e di come impostare il punto di consegna. Ma oltre all’imballaggio primario di prodotti singoli o sfusi, ci sono molte applicazioni in cui questi devono essere inseriti, ad esempio, in cartoni. In questo caso è necessaria una pinza che si adatti alla forma amorfa e che si adatti ai cambiamenti che si verificano durante la presa e che sono causati dalla forza di movimento. I prodotti in rete non sono così comuni per il pane. È un’ottima cosa perché significa che le ventose possono essere utilizzate con gli imballaggi in plastica. Come è possibile? Di solito le ventose sono una scelta non ottimale per i sacchetti di prodotti non uniformi: Non si sa mai quando si è raggiunto il sacchetto e occorre un processo sofisticato per assicurarsi di aver afferrato il prodotto. Ma con l’aiuto delle dita, i prodotti e gli imballaggi vengono centrati e spinti verso l’alto fino alle ventose che ora possono essere fissate per la stabilizzazione. Una combinazione perfetta!

Contatto

Saremo lieti di metterci in contatto con voi! Facciamo una breve chiacchierata e scopriamo come automatizzare la vostra applicazione. I nostri ingegneri convalideranno la vostra applicazione e vi forniranno materiale di prova sotto forma di video, immagini e whitepaper:

Sull'autore

Adrian Ernst

"L'automazione della produzione di prodotti da forno è molto richiesta. Trovare personale per questi compiti è più impegnativo che mai. Non lo sottolineerò mai abbastanza: Insegnate la robotica al vostro personale!".