Gıda endüstrisinde robotlar

Gıda endüstrisinde robotlar

 

Gıda endüstrisinde robotların asıl yaygın oldukları uygulama alanları toplama, paketleme ve paletleme gibi ürünün ambalajlanması ve taşınması ile ilgilidir. Tüm yaygınlığına rağmen bu sektörde, otomotiv ve elektronik sektörlerine göre robot kullanım oranının düşük olmasının önemli iki nedeni, gıdadaki fiyatların durumu ve ürün çeşitliliğidir. Bu sorunları aşmak ve kullanımı daha da yaygınlaştırmak için özellikle robot tutucu mekanizmalarında ve kontrol sistemlerinde araştırma ve geliştirmelere devam edilmelidir.

GİRİŞ
Gıda sanayisi şüphesiz tüm sektörler içinde hayatımızla en çok içiçe olanıdır. Günlük ihtiyaçlar arasında gıdanın ilk sırada yer alması, bu sektöre yönelik yatırımların da hem yaygın hem de çeşitli olmasını gerektirmektedir.
Üretim yaygın ve geniş olunca verimliliği artırmak, maliyetleri düşürmek, dayanıklılığı iyileştirmek, hijyeni sağlamak ve güven oluşturmak gibi kaygılar yeni teknolojilerin araştırılıp kullanılmasını zorunlu hale getirmekte, üreticiler de bunun için gerekli adımları atmaktadır.
Özellikle üretim verimliliğini artırıp maliyetleri düşürmek ve hijyen konularında gittikçe faydaları ortaya çıkan robotların, bazı zorluklara rağmen otomotiv ya da elektronik kadar olmasa da gıda sanayiinde de kullanımının yaygınlaştığını görmekteyiz.

GIDA SANAYİİNDE ROBOTLARIN KULLANIM NEDENLERİ VE UYGULAMA ALANLARI
Robotlar, gıda sanayisinde özellikle şu temel faydalar için kullanılır:
• Güvenli, etkili ve ucuz maliyetli gıda arzı oluşturabilmek
• Hataların minimum seviyede tutulmasını kolaylaştıracak kalite seviyesini sürekli hale getirmek ve güvenilirliği sağlamak.
• El emeğine dayalı üretime göre, çok daha iyi hijyen şartları sağlamak
Bunların gerçekleştirilebilmesi için kullanılacak robotların diğer sektörlerde olduğu gibi gıda sanayiinde de hızlı ve üretken, esnek, fonksiyonel ve özellikle de ekonomik olması gerekmektedir.
Robotlar gıda sanayii içinde çeşitli alt endüstriyel kollarda uygulama alanı bulabilmektedir. Örneğin çikolata, şekerleme, unlu mamuller, bisküvi, süt ürünleri, içecek, et ürünleri, fast food, dondurulmuş gıdalar gibi gıda sanayiinin farklı sahalarında kullanılabilirler. Burada, içecek sektörünü de gıda içinde bir altsektör olarak alıyoruz. Ziraai alanda da robotlar iş görmektedir, ancak biz burada hasatlama konusu için vereceğimiz bir iki örnek dışında ziraat sektörünü gıdadan ayrı tutacağız.
İşlevsel olarak robotların gıda sanayii için üç ayrı iş grubunda uygulanabildiği görülür. Bunlar ambalaj ve paketleme, taşıma ve paletleme, gıda işleme ya da imalatıdır. Bazen ambalaj, paketleme, taşıma ve paletleme, burada da yapacağımız gibi tek bir iş grubu olarak da değerlendirilebilir. Diğer yandan, özellikle gıda işlemede ve robotların doğrudan gıda ile temas ettiği durumlarda ölçüm yapan, hatta testler gerçekleştiren robotlar olduğu gibi şarap tadına bakarak tavsiyelerde bulunan özel robotlar da vardır.
Gerek gıda imalatında gerekse ambalajlamada robotların kullanılması otomasyonun bir parçası ya da ana unsuru olarak ortaya çıkar.
  
AMBALAJ VE PAKETLEME UYGULAMALARI
Gıda sanayisindeki en yaygın robotik uygulamaları, alt sektörel grup ne olursa olsun ambalaj ve paketlemeye yöneliktir. Taşıma ve paletlemeyi de bu iş grubu içinde saydığımızda robotların tutma, toplama, yerleştirme, paketleme, kutulama, paletleme, ayırma, boşaltma gibi fonksiyonları yerine getirdiğini söyleyebiliriz. Tüm işlemler genel olarak iki temel işlev ile gerçekleştirilir ki bunlar kavrama/kenetleme ve çekme/yaklaştırmadır.
Ambalaja yönelik olarak robotlar genelde üç farklı mahiyette iş yapmaktadır. Bunlar toplama, paketleme ve paletleme işleridir.
Toplama, gıdanın doğrudan temas ile alınmasıdır. Genel olarak vakum aracığıyıyla gerçekleşir, ancak tutma veya kavrama örnekleri de vardır
Paketleme birincil ve ikincil paletleme olarak ikiye ayrılır. Birincil paketleme, gıdanın doğrudan temas ederek ambalaj malzemesiyle sarıldığı veya ilk tabaka ambalaj malzemesinin içine yerleştirildiği ambalaj türüdür. İkincil paketleme, birincil paketlemede ambalajlanan gıdanın kutu, kasa, tepsi, düzenek gibi gıdaya ikinci derece yakınlıkta bir malzemenin içine yerleştirilmesidir.
Paletleme ise ikincil paketleme sonucunda ortaya çıkan paket veya kutuların paletlere ve/veya benzeri unsurlara dizilip yerleştirilmesidir. Paletlemenin tersi de söz konusu olabilmekte, yani robotlar paletlenen malzemeyi ayırma işini de yapabilmektedir.
Paketleme ve paletlemede tutma, kavrama, kenetleme ile işin gerçekleştirildiği görülür.
 
Bu konudaki uygulamalara çeşitli üretim sahalarından şöyle örnekler verebiliriz:
Robotlar paketleme makinalarını çikolatalı şekerlemelerle (pralinler) doldururlar, ya da bunları ısıl şekillendirilmiş bir seperatör içine dizerler, konteynerlere patates doldururlar, kızarmış sosileri paketlerler ve kutuları paletlerler. Bu işleri yapan robotlar değişik yapı ve özelliklerde ve üretiticileri de farklı farklı olabilir.
AEW Delford’un robot vizyonuna sahip akıllı IPL Robotu taze balıkları tepsilere koyar.
ABB firmasının FlexPicker olarak adlandırılan Delta tipi robotlarının bisküvi ve çikolata paketlemesindeki etkin işlevinin yanısıra daha esnek robotları da peynirleri folyoya ve unlu mamulleri ya da donmuş pizzaları kartonlara koyar, sucukları dizip paketler.

Paletlemede KUKA Robotları en iyi olduklarını aldıkları ödüllerle göstermişlerdir. Dondurma paketlerini istifleyen robotlar da bulunmaktadır.
Bunlardan ayrı ve ilginç uygulamalar olarak yumurtaları incelemek ve dizmek, patatesleri sınıflandırarak ayırmak ve salatalık, biber, domates gibi sebzeleri bahçeden toplamak gibi işleri yapan robotları görebiliriz.

Salata üreticisi El Dulze firmasında bir FANUC robotunun tepsideki kıvırcık salataları paketleme hattı konveyörünün üzerine dökmesi gibi paketleme ya da taşıma işine giren işlevinin yanında daha sonra salatayı konveyör üzerinden alarak kesim makinasına tutup salatanın kökünü kestirmesi ve bunu da inceleyip test etmesi diğer bir ilginç uygulamadır.
Robotlar, hamur yığınlarını veya topaklarını yoğurma-dinlendirme-boşaltma istasyonlarına taşıma işlerinde de kullanılmaktadır.

GIDA İMALATI VE İŞLEMEDE ROBOTLAR
Robotların, ürünün paketlenmesi, taşınması ve paletlenmesi dışında bizzat ürün üzerindeki işlere yönelik olarak çalıştırılabilmeleri de mümkündür. 
Bilinen önemli örnekler KUKA Robotics’in geliştirdiği hayvan eti kesme/dilme, Kanada’da geliştirilen kemikleri ayırma, Avusturalya Food Science tarafından geliştirilen sığır eti bölme ve parçalama işleridir. Burada robotlar doğrudan et ile ilgili işleme dahil oldukları için sisteme sterilizasyon eklenmiş ve tesiste robot ile entegrasyon mekanizması da yer almıştır.
Et bölme işleminde enine ve boyuna bölme ile sığır ya da koyun parçalanır. Bunun için robot ve yardımcı unsurların bulunduğu bir bölme istasyonu bulunur. Burada robot, eti yatay ve dikey olarak keserek istenilen miktarda parçalara böler. Gerek bunda gerekse kemik ve/veya kaburga ayırmada robot görme sisteminin çok hassas olması önemlidir.
Robotların ya bir süt sağma sisteminin parçası olarak ya da entegrasyonu sağlamak şartıyla doğrudan ineklerden süt sağması da yine önemli bir uygulamadır.
Pastaların üstüne krem dökerek dekorasyon uygulayan SCARA tipi robotu da burada zikretmeden geçmemek gerekir.
 
GIDA SANAYİSİNDE KULLANILAN ROBOT TÜRLERİ
Kullanılan robot türleri çeşitlilik arzetmektedir. Özellikle paletleme hatlarında her türlü robot çalışmaktadır. Çok gelişmiş ve çok serbestlik dereceli robotlardan kısıtlı mekanizmalara kadar farklı özelliklerde ve fonksiyonel gelişmişlik derecelerinde robotlar kendine uygulama alanı bulabilmiştir.
Gıda sanayisinde en yaygın robot, toplama ve yerleştirme yapan (pick-and-place) Delta tipi robotdur. Delta robotlar tutucuya bağlantılı üç koldan oluşan basit bir mekanizma yapısına sahiptir. Kollar paralelogram oluşturarak tutucunun yönünü tayin ederler. Bu robotlar genel olarak gıdayı doğrudan alır ve bir kutuya veya birincil ambalaj malzemesi içine yerleştirir. Bir veya birden fazla tutucusu olan Delta robotların kullandığı tutma yöntemi gıdayı vakumla tutucuya çekme şeklinde olur. Kenetleme ya da kavramalı tutuculu Delta robotlar da vardır ancak bunlar daha çok gıda dışındaki endüstrilerde kullanılmaktadır.
Delta robotlar oldukça basit, ancak hızlı ve verimli robotlardır. İkincil paketleme işlerinde de kullanılabilmektedirler. Ayrıca üretim hattında üste monte edildikleri için çoklu kullanımda bile yer sıkıntısı çekilmez.

Delta robotların ilk üreticisi bu robotun patentini de alan Demaurex’dir. Bu firma Aria Delta robotunu geliştirerek bu tipte öncü olmuş, ancak daha sonra Bosch Packaging ile entegre olarak ismini tarihe bırakmıştır. Şu anda en önemli üreticiler ABB, Bosch ve AEMK’dır.
En yaygın diğer tip ise SCARA robottur. Dört veya altı serbestlik dereceli olan SCARA tipi robotlar hem toplama yerleştirme hem de ikincil paketlemede kullanılırlar, ancak toplama ve yerleştirmede Delta robotların hızında çalışamazlar. Bu robotlar özellikle kartonlara birincil paketleri yerleştirmede hayli etkilidirler ve çok karışık görevleri yerine getirebilirler. SCARA tipi robotlar hemen hemen her robot firması tarafından üretilmektedir.
Üçüncü bir tip olarak, genelde altı serbestlik dereceli, vakumlu tutucusu ya da vakumsuz tutucu eli olan gelişmiş robot kollarından bahsedebiliriz. Fanuc, ABB, Mitsubishi, KUKA ve başka firmalar bu tip gelişmiş kollar üretmektedirler.
Bunların dışındaki robot türleri ise işe özel olarak kullanılsa da ilk ikisi kadar, hatta gelişmiş robot kolları kadar yaygın değildirler.

KARŞILAŞILAN TİCARİ VE TEKNİK ZORLUKLAR
Her sektörde olduğu gibi gıda sektöründe de robotların kullanılması çok kolay olmamıştır. Birçok zorluğun aşılması, genel sorunların yanında sektöre has sorunların çözülmesi gerekmiştir. Hayli mesafe katedilmiş olmasına rağmen şu anda gıda sektöründe robot kullanım oranı otomotiv ve elektronik gibi sektörlerlere göre oldukça düşüktür. Bunun nedenlerini irdeleyelim.

Teknik sebepler:
• Düzensiz şekilli gıda ürünlerinin güvenilir şekilde ambalajlanmasında, kavrama, tutma veya çekme durumunda halen soru işaretlerinin bulunması
• Gıda ürünlerindeki çeşitlilik nedeniyle her uygulamaya uygun robot tutucusu ya da eli yapma imkanının kısıtlı olması veya bunları kontrol etmenin zorluğu
• Sektör gereği ürün sürümünün genelde çok yüksek olması ve robotların buna uygun hızlara erişmelerinin zorluğu
• Yerine göre insan hüneriyle rekabet edememe
• Bilgi teknolojileri desteğinin kıyaslanabilir sektörlere göre zayıf olması

Ve ticari sebepler...
• Birim ürün fiyatlarının düşük olması ve sektördeki fiyat baskısının yüksekliği
• Pazarlama sürelerinin kısalığı
• Özellikle Türkiye gibi ülkeler için işgücüyle karşılaştırıldığında robot yatırım maliyetinin hayli yüksek olması
• Kullanıcıların vasıflı olma gerekliliği şeklinde sıralanabilir.

SONUÇ VE DEÐERLENDİRME
Robotlar gıda sanayisinde az uygulansa da doğrudan ürünün işlenmesinde kullanılabilmekte, ancak asıl yaygın oldukları uygulama alanları toplama, paketleme ve paletleme gibi ürünün ambalajlanması ve taşınması ile ilgilidir. Tüm yaygınlığına rağmen otomotiv ve elektronik sektörlerine göre gıda sektöründe robot kullanım oranı düşüktür. Bunun en önemli iki nedeni gıdadaki fiyatların durumu ve ürün çeşitliliğidir.
Bu sorunları aşmak ve kullanımı daha da yaygınlaştırmak için özellikle robot tutucu mekanizmalarında ve kontrol sistemlerinde araştırma ve geliştirmelere devam edilmelidir.

Kaynaklar (resimler için):
1) FANUC Robot – FoodSectorRoboticsReview
[17] Dulze, E., “Robots cut lettuce labour issues “, Food Sector Robotics Review, June 2007., pp.10-15.
2) KUKA Robot - National Provisioner
[2] Brumson, B.; “What’s coocking with food robotics?”, The National Provisioner, February 2010, pp.60-65.
3) Robot Scribing Station - Food Science Australia CSIRO
[20] Li, Z., Ring, P., MacRae, K., and Hinsch, A.,  “A New Approach to Detect the Cutting Positions for a Robotic Beef Carcass Scribing System”, Food Science Australia, CSIRO, pp.1-9.


HABERİN DEVAMI İÇİN AŞAÐIDAKİ LİNKLERİ TIKLAYINIZ:

Gıda sektöründe robotların ve malzeme yönetim sistemlerinin kullanılması

Sağlıklı ön etüd çalışması ile hayalden gerçeğe

Gıda endüstrisinde robotlar
 

Güncelleme Tarihi: 23 Haziran 2010, 18:59
YORUM EKLE
Dergiler
Partnerler