PicknPack: Automatische Verpackung frischer und

PicknPack: Automatische Verpackung frischer und
verarbeiteter Lebensmittelerzeugnisse
PicknPack ist ein F.W.7 E.C.-Projekt, das sich mit der Entwicklung flexibler Robotersysteme
für die automatische, adaptive Verpackung frischer und verarbeiteter Lebensmittelerzeugnisse
befasst. An diesem von der Universität Wageningen koordinierten Projekt sind 14 Partner aus
Industrie und Wissenschaft aus sieben europäischen Ländern beteiligt. Das PicknPack-Konzept bietet der Lebensmittelindustrie die Vorteile der Automatisierung, d.h. Kostensenkung,
verbesserte Hygiene und effizientere Nutzung von Ressourcen, gemeinsam mit der einzigartigen Fähigkeit der Anpassung an unterschiedliche Produkttypen und -größen.
In den meisten Europäischen Ländern repräsentiert die Lebensmittelproduktion einen der
größten Wirtschaftsbereiche. Dabei handelt es sich um einen dynamischen Markt, der eine
enorme Vielfalt an Produkten aufweist, eine kontinuierliche Erneuerung der Produktsortimente
verlangt und den übergreifenden Erfordernissen einer hohen Produktqualität und -sicherheit
sowie einer umfassenden Rückverfolgbarkeit unterliegt.
Modell: PicknPack-Robotersystem
Die europäische Lebensmittelindustrie ist traditionell durch manuelle Abläufe gekennzeichnet,
vor allem im Bereich der KMU. Dieses traditionelle Modell wird heute jedoch durch eine Reihe
von Veränderungen am Markt vor Herausforderungen gestellt, darunter die Nachfrage nach
einer breiten Produktpalette mit einem schnellen Wechsel der Produkte, die Zunahme des
Internethandels, die Vielfalt von Absatzkanälen sowie die kontinuierliche Verkürzung der Zeit
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zwischen Auftrag und Lieferung, um sich einen Marktvorteil zu sichern. Das Modell wird außerdem von aktuellen Fortschritten in der Produktionstechnik in Frage gestellt, wie etwa der
Entwicklung von Hochleistungsprozessen bei gleichzeitig geringem Platzbedarf. Rekonfigurierbare, modulare und vollautomatisierte Prozess-Systeme, die mit sich entwickelnden IoTTechnologien kompatibel sind und die hocheffiziente Datenverarbeitung und Steuerungsverfahren umfassen, welche mit Konzepten wie Industrie 4.0 im Einklang stehen. In manchen
Ländern wird sich die demographische Entwicklung ebenso auf die Entwicklung des Sektors
auswirken wie die europäische Arbeitsgesetzgebung und das übergreifende Erfordernis einer
ausreichenden Lebensmittelversorgung, hohen Produktsicherheit und lückenlosen Rückverfolgbarkeit.
Diese Anforderungen stellen Werksleiter und ihre Anlagenlieferanten vor zentrale Herausforderungen. Das PicknPack-Konzept möchte diesen Herausforderungen folgendermaßen begegnen:
•
Bereitstellung einer Produktionslinie, in der vielfältige Produkte verarbeitet werden
können, wobei der Fokus anfänglich auf frischem Obst und Gemüse sowie Fertiggerichten liegen wird
•
Entwicklung von Robotersystemen, die solche Produkte präzise aufnehmen und in
Plastikbehälter ablegen können
•
Nutzung einer flexiblen Formtechnik zur automatischen Anpassung der Packungsgröße an das sich ändernde Produkt
•
Entwicklung eines computergesteuerten Verfahrens für das Laserschweißen und
den Oberflächenzuschnitt, das sich automatisch an verschiedene Packungsgrößen
anpassen kann
•
Entwicklung eines optischen Scannersystems zur Prüfung der Dichtigkeit von Verpackungen
•
Entwicklung eines integrierten Sensormoduls zur Bestimmung der Produktqualität
auf der Grundlage modernster Technologien wie z. B. hyperspektraler Röntgentechnik oder Mikrowellenscanner
•
Entwicklung eines integrierten Oberflächen-Kennzeichnungsverfahrens, das Etiketten automatisch und korrekt anhand der relevanten Daten eines jeden Produktes erzeugt und anbringt, welches durch die Verpackungslinie läuft
•
Entwicklung einer RFID-Technologie, die für jedes Produkt in der Produktionslinie
Daten erfasst und speichert, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit bis zur Verkaufsstelle und darüber hinaus zu gewährleisten
•
Entwicklung voll automatisierter Verfahren für die Abfallentsorgung und die hygienische Reinigung der Produktionslinien
•
Erstellung einer kompletten Lebenszyklusanalyse und Nachhaltigkeitsstudie
•
Entwicklung einer kompletten Analyse der wirtschaftlichen und industriellen Akzeptanz des fertigen Konzepts, um dessen kommerzielle Nutzung einzuleiten und Möglichkeiten für die kommerzielle Weiterentwicklung zu bewerten
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Diese sicherlich ehrgeizige Zielsetzung verlangt die Integration vielfältiger Technologien, darunter 3D-Erkennungssysteme, Greifersysteme für Roboter, multiple Sensormodalitäten, automatische Etikettendruckverfahren, Laser-Schweißverfahren und Dichtigkeitsprüfungen,
Konzeption von Hygienesystemen und RFID-Technologie für die Rückverfolgbarkeit.
Modell: PicknPack-Produktionslinie
Vor allem aber mussten von jedem Produkt enorme Datenmengen erfasst, verarbeitet, gespeichert und abgerufen werden, einschließlich Ausgangsmaterialien und deren Geschichte, Prozesssequenzen und die Maschinen, welche an der Produktion beteiligt waren, Produktbeschreibungen, Gewichte und Inhalte, Preisdaten, Chargennummern und die letztendlichen Bestimmungsorte. Zeitdaten waren für die Systemsteuerung und -kontrolle von entscheidender
Bedeutung, und vom Sensormodul bereitgestellte Profildaten zur Produktqualität wurden benötigt, um jedes Produkt in der Produktionslinie zu akzeptieren bzw. zu verwerfen, es zu kategorisieren und zu bepreisen.
Es wurde entschieden, alle Daten drahtlos zu übertragen. Außerdem waren die Systeme gemäß modernen Konzepten für eine hochwertige Fertigung allgemein dezentralisiert zu gestalten, d.h. jedes Modul sollte über eine eigene Datenbankstruktur und Kommunikationsprotokolle verfügen. Dies erlaubt einfach rekonfigurierbare, adaptive Produktionsprozesse, die in
der Lage sind, die sich ständig entwickelnde IoT-Technologie und verteilte Rechnersysteme
zu nutzen.
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Die bislang erzielten Ergebnisse werden an der ersten PicknPack-Präsentation 2016 in Wageningen vorgestellt. Dort wird ein funktionsfähiger Prototyp verfügbar sein, der eine Reihe
der oben dargestellten Funktionalitäten demonstrieren wird. Interessenten finden Einzelheiten
bezüglich der Anmeldung zu dieser Veranstaltung zu gegebener Zeit auf der PicknPackWebsite. Ein weiterer Präsentations-Workshop ist für September 2016 am The National Centre
for Food Manufacturing der Universität von Lincoln, Großbritannien, geplant.
Das Projekt hat zur Entwicklung einer Reihe neuartiger Mechatroniksysteme geführt, darunter
die Laserverschweißung und Laser-Integritätsprüfung für verschiedene Packungsgrößen, die
Online-Generierung und -Erzeugung von Produktetiketten und verpflichtenden Produktdaten
sowie die Entwicklung neuartiger Sensoren für die Lebensmittelqualität wie z. B. mikrowellenbasierte Systeme. Eine große Herausforderung bestand in der Verarbeitung der enorm umfangreichen Datenmengen, die für die vollständige Rückverfolgbarkeit jedes einzelnen Produktes benötigt werden. Diese Problematik wurde durch die Nutzung eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks gelöst, dessen Protokolle es gestatten, dass jedes Modul seine eigene
Datenbank hat und mit jedem anderen Modul des Systems bidirektional Daten austauschen
kann. Die dezentralisierte allgemeine Steuerung und Kommunikation ermöglicht eine Reihe
von Systemfunktionen, darunter die Fehlererkennung und Selbstdiagnostik, Effizienzkontrollen und einfache Rekonfigurationen der modularen Installation einzelner Vertriebsstellen.
Die technischen Ergebnisse des Projekts stellen in bestimmten Aspekten den neuesten Stand
der Lebensmittelherstellung dar und zeigen auf, was derzeit aktuell technisch möglich ist. Der
künftige Erfolg wird davon abhängen, in welchem Umfang sich die Industrie dieses Konzept
zu Eigen macht. Dies wiederum wird von einer realistischen Kosten-/Nutzen-Analyse abhängen.
Eines ist jedoch klar: Der Markt ist im Wandel begriffen, und Erfolg wird künftig von der möglichst effizienten Anpassung an die neuesten Technologien abhängen. Das PicknPack-Projekt
hat gezeigt, was aktuell möglich ist, aber auch den technischen Horizont für künftige Herausforderungen skizziert.
Kontakt und weitere Informationen
University of Manchester
Professor John Gray
+44 (0)161 306 4795
[email protected]
www.picknpack.eu
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