Výroba potravin vykazuje v porovnání s chemickým a farmaceutickým průmyslem poměrně malý stupeň automatizace. Je logické, že bude snaha toto zaostávání dohnat a že se odvětví potravinářské výroby s velkou pravděpodobností stane pro obor automatizace velmi důležitým trhem. Tuto dobrou zprávu přináší studie Integrierte Technologie-Roadmap Automation 2015+, kterou vypracoval německý Institut pro studie budoucnosti a vyhodnocování techniky (IZT) na objednávku německého sdružení elektrotechnického a elektronického průmyslu ZVEI. Na základě konzultací se zástupci potravinářského průmyslu, výrobci strojů (OEM), sdruženími a vědci dospěli autoři studie k závěrům, které jsou uvedeny v tomto článku. Na konci příspěvku se k některým otázkám uplatňování automatizace v potravinářství vyjadřují tři odborníci z českých firem zaměřených na implementaci řídicí techniky.
Trendy ve výživě
Vzhledem ke zvyšujícímu se počtu obyvatel na světě je třeba počítat ve středně- až dlouhodobém výhledu s rostoucí poptávkou po potravinách. Mění se také výživové zvyklosti obyvatel. V rozsáhlých částech světa zanikají tradiční, nábožensky motivované modely výživy. Dochází k jevu, který lze nazvat „globalizací chutí“. Na tom mají svůj podíl celosvětové dodavatelské řetězce a rostoucí spotřeba konzervovaných potravin. Podívejme se, po jakých potravinách se budou lidé stále více poptávat:
- potraviny s rychlou přípravou (convenience food),
- čerstvé produkty,
- potraviny odpovídající zdravé výživě (wellness),
- funkční potraviny, tedy produkty doplněné o zdraví prospěšné látky (functional food).
Kritický pohled na možná rizika genových úprav a nanotechnologických postupů sice ztěžuje, ale úplně nezamezí plné využití vědeckých poznatků pro vývoj předem připravených, pohodlných potravin, zmrazených výrobků a funkčních potravin.
V blízké budoucnosti se začne velmi rozpínat segment biopotravin, tedy produktů pocházejících z ekologického zemědělství (bez použití pesticidů, umělých hnojiv, modifikovaných organismů, hormonálních přípravků apod.). Biopotraviny vyžadují spotřebitelé a navíc jsou jejich výrobci aktivně podporováni státem. Přesto jsou pro tento segment charakteristické vyšší ceny a výroba rozptýlená mezi drobnými výrobci. V budoucnu porostou požadavky na přísnější dodržování biostandardů. To vše dává tušit, jak velké jsou v tomto segmentu možnosti pro zlepšování efektivnosti a kvality. Na obr. 1 je uvedeno, jaké postupy a prostředky se budou v potravinářství uplatňovat do roku 2030 a v jakém časovém rozpětí budou k dispozici.
Prostor pro automatizaci
Dnešní situace výrobců potravin
Růst požadavků na automatizaci v potravinářství je reakcí na to, že výrobci jsou dnes pod velkým tlakem ohledně cen, který je mimo jiné způsoben i liberalizací mezinárodního trhu se zemědělskými produkty a potravinami. Proto jsou naléhavě třeba inovace, které ale závisejí na dostupnosti kapitálu. Ten však vzhledem k nepatrným maržím v mnoha podnicích chybí.
Značné požadavky na kvalitu vedou ke snahám zajistit transparentní výrobu s možností následně dohledávat informace. I do potravinářství přineslo velké možnosti elektronické obchodování (e-business). Díky němu bylo řízení výroby systematicky optimalizováno – byly do něj integrovány i dodavatelské řetězce a distribuce včetně vedení skladů a správy výrobních prostředků (asset management). Integrací však vznikly tak složité systémy, že je obtížné je ovládat a v podstatě kontrolovat.
V oblasti elektronického obchodování dnes značně zaostávají systémy typu B2C (Business-to-Customer), které řeší vztah podniku k zákazníkům, za mnohem vyspělejšími systémy typu B2B (Business-to-Business), využívané k obchodování mezi podniky.
Automatizační prostředky se budou v potravinářství stále více uplatňovat při řešení těchto úloh:
-
racionalizace dosud neautomatizovaných procesů,
-
aktivní řízení procesů a kvality,
-
průběžné sledování (tracking and tracing).
Racionalizace dosud neautomatizovaných procesů
K racionalizaci dosud neautomatizovaných procesů přistupují firmy ve snaze vyrovnat se s tlakem ceny a eliminovat zdroje kontaminace. Automatizační prostředky se zde uplatní v těchto oblastech:
-
skladování,
-
kompletování smíšených produktů (např. jogurtů),
-
manipulace s měkkými předměty, jako je maso, těsto apod.
Zcela nové koncepce automatického řízení jsou vyvíjeny pro nové potravinářské technologické postupy, jako je molekulární inženýrství využívané při výrobě funkčních potravin.
Aktivní řízení procesů a kvality
Úkolem automatického řízení v potravinářství je vedle racionalizace výroby, a tudíž snížení počtu pracovních sil, také monitorování a zpětné vyhledávání údajů. Pro aktivní řízení kvality je třeba integrovat systémy pro řízení kvality se systémy pro řízení výroby. Pro řízení procesů je nutný vývoj v těchto oblastech:
-
senzory pro zjišťování vlastností produktu v potrubí (inline) s vyhodnocením údajů – poskytují informace o kvalitě produktu v reálném čase,
-
MES – integrují řízení procesu s plánováním,
-
opatření povrchů strojů a zařízení nanovrstvami nebo aseptickými laky,
-
přístroje umožňující čištění na místě (CIP, Cleaning in Place).
Průběžné sledování
Stále složitější dodavatelské řetězce a distribuční sítě staví potravinářský průmysl před nové úkoly. Je zcela nevyhnutelné zabránit zkáze potravin a vyhovět rostoucím požadavkům na označování a bezpečnost potravin. Klíčovými směry vývoje jsou:
-
automatická identifikace bezdrátovým přenosem RFID na úrovni palet, balení dávek a na úrovni produktů,
-
teplotou řízená logistika – teplota se neustále zobrazuje na produktu a logistika se stále přizpůsobuje průběhům teplot.
Výborné vyhlídky na trhu pro senzory inline a RFID
Podle průzkumu mezi 60 experty z elektrotechnického a elektronického průmyslu v Německu, kteří jsou zapojeni v ZVEI, mají v oblasti potravinářství největší tržní potenciál tyto prostředky:
-
senzory pro zjišťování kvality produktů v provedení inline, tedy k zabudování do potrubí,
-
technika RFID na úrovni palet, popř. na úrovni balení nebo plnění, o něco méně RFID na úrovni jednotlivých produktů,
-
bezdrátová plně automatická řešení pro skladové hospodaření,
-
teplotou řízená logistika a systémy,
-
technika v provedení CIP (Cleaning in Place).
Situace v českých podnicích
Obrátili jsme na české odborníky z firem zabývajících se implementací řídicí techniky s několika otázkami, abychom si udělali obrázek o tom, jak se na českém trhu uplatňuje automatizační technika v potravinářství, a to zejména v oblastech s největším tržním potenciálem, tedy v technice RFID a v technice pro průběžné sledování produktů.
Tlak na ceny a rostoucí požadavky na bezpečnost potravin by měly vyvolat ze strany potravinářských firem větší poptávku po řídicí technice. Máte z vlastní zkušenosti pocit, že tomu tak je?
Kazda (GATC):
Novou techniku dnes zavádějí spíše opravdu velké společnosti, které si ji mohou dovolit. Poté, co vstoupil v platnost v roce 2005 zákon o dosledovatelnosti původu potravinářského zboží, se očekávalo hromadné nasazovaní nové techniky ve všech potravinářských společnostech. Dost často ale byla realizována pouze „papírová“ opatření, která sice zákonu vyhověla, ale další výhody výrobním společnostem nepřinesla. Při srovnání s ostatními odvětvími průmyslu má potravinářství v zavádění RFID před sebou ještě dlouhou cestu.
Pípal (Barco, s. r. o.):
Poptávka patrně roste, vždyť naše firma nyní řeší většinu projektů RFID v potravinářské branži. Potravinářství je velmi konkurenční prostředí s velkým tlakem na ceny produktů, a tedy i na efektivitu výroby. Zároveň jsou tu i tvrdé požadavky na bezpečnost potravin a jejich dosledovatelnost. RFID může být tou správnou technikou, která uvedené výzvy dokáže řešit.
Setkali jste se již v potravinářství s průběžným sledováním kvality produktů při výrobě pomocí tzv. senzorů inline?
Braun (Compas automatizace):
Jde zřejmě o trend, který je již znám ve farmacii pod názvem PAT (Process Analytical Technology). Zavádí tzv. průběžné měření ve výrobním procesu místo laboratorních zkoušek. Výsledky těchto měření jsou využívány jako zdroj prvotních informací o kvalitě výroby. Výsledky mohou být dále vyhodnocovány a výrobní proces optimalizován z hlediska jakosti poměrně složitými systémy, jejichž realizace v praxi zatím není zpracována pro masové nasazení.
Máte zkušenosti se zaváděním RFID do potravinářských podniků?
Kazda (GATC):
Se zaváděním RFID do potravinářství v ČR máme již jisté zkušenosti. Jde ale prozatím pouze o menší projekty, kde naši zákazníci zatím „zkoušejí“ tuto novou techniku. V podstatě jde o RFID pro sledování výrobních procesů v rámci uzavřených smyček uvnitř podniků. Potravinářské výrobky jsou stále většinou značeny čárovými kódy na obalech, RFID v této oblasti zatím nenašlo uplatnění.
Pípal (Barco, s. r. o.):
Společnost Barco má zkušenosti s implementací RFID v potravinářství – právě nyní řešíme tři projekty v této branži. RFID se v nich využívá jak ve výrobě, tak v logistice obalů. Společným jmenovatelem všech projektů je, že počítají s využitím RFID pro vysledovatelnost výrobků v další etapě. Proto v nich používáme techniku UHF kompatibilní se systémem EPC global1). To umožní zapojení do tohoto nastupujícího standardu kdykoliv v budoucnosti.
Na jaké překážky narážíte při zavádění této techniky do potravinářských provozů?
Kazda (GATC):
Hromadnému nasazení RFID zatím v potravinářství brání omezené investice výrobců do nových prostředků nevýrobního charakteru.
Pípal (Barco, s. r. o.):
Překážku v zavádění RFID lze spatřit zejména v přetrvávající nedůvěře v tuto techniku. Jiná cesta ale v blízké budoucnosti patrně není.
Pro potravinářství je zajímavým řešením řízení logistiky podle teploty produktu, která je neustále zaznamenávána, případně i zobrazována. Setkali jste se již s tímto řešením?
Pípal (Barco, s. r. o.):
Již nyní jsou na trhu aktivní tagy RFID, které dokážou monitorovat teplotní podmínky během transportu zboží. Takový tag může být upevněn například na paletě a dokáže sledovat teplotu během transportu zboží přes celý dodavatelský řetězec a zapisovat údaje o ní do vnitřní paměti. Po importu dat z tagu je možné vyhodnotit, zda byly splněny požadované teplotní podmínky kladené na přepravu zboží.
Kazda (GATC):
Řízení logistiky teplotou přichází do potravinářství z farmaceutického průmyslu, kde se již delší dobu používá. V potravinářství je tento koncept využíván především u mraženého zboží, kde se sleduje teplota jednotlivých přepravních balení. Informace o teplotě se ale nezobrazuje přímo na výrobcích, ale je možné ji z těchto čidel teploty načíst čtečkou RFID. V čidlu teploty vybaveném tagem RFID se ukládají údaje o teplotě v nadefinovaných časech, takže po načtení hodnot z čidla se získá celá historie teplot, ve kterých se přepravní jednotka nacházela. Jde tedy zatím spíše o kontrolní mechanismus než o přímou logistiku řízenou teplotami.
diskusi vedla Eva Vaculíková
Obr. 1. Klíčové nástroje pro budoucnost automatizace v potravinářství (podle údajů, které shromáždil institut IZT v průzkumu mezi odborníky na svém semináři Workshop 2006)
Řídicí technika v potravinářství okolo roku 2030
Evropská unie bude v roce 2030 uplatňovat požadavky na kontrolu kvality a bezpečnost téměř všech základních potravin: od masa a ryb, přes mléko až po ovoce a zeleninu. Ještě větší požadavky jsou kladeny na zpracované potraviny, navíc jsou stále zpřísňovány. Kontrola „z pole až na pult“ a posuzování stále většího množství vlastností představují nesmírně velké požadavky, takže v roce 2030 budou profitovat jen ty potravinářské podniky, které budou používat průběžné monitorování (tracking and tracing) i aktivní řízení procesu. Ke znakům úspěšného potravinářského podniku patří výroba bez chyb při nejvyšší pružnosti a dostupnosti zařízení. Chybné označování výrobků patří minulosti a zpětné vyhledávání dat probíhá rychle a efektivně.
V hospodářsky úspěšných potravinářských podnicích je zavedena technika RFID, a to až na úroveň jednotlivých výrobků. Čárový kód patří minulosti. Vedle informací o výrobních procesech jsou informace z průběžného sledování dostupné i systémům podnikového plánování a rozhodování. Integrované zavedení systémů RFID přináší předním firmám v potravinářství po překonání počátečních „dětských nemocí“ jasnou výhodu.
Pro aktivní řízení procesu jsou klíčové nové senzory. Dynamický pokrok v technice senzorů umožňuje vývoj čidel přizpůsobených potřebám potravinářství. Tato čidla dovolí aktivně řídit proces prostřednictvím nedestruktivního měření v reálném čase. Náročná následná analýza potravin patří minulosti. Motorem technického pokroku jsou především bio- a nanotechnologie, optická vláknová technika a mikrosystémová technika.
Tento obrázek budoucnosti není žádná prognóza, ale jakýsi extrémní scénář, který postihuje a shrnuje pravděpodobný vývoj. Uvedený obraz budoucnosti bude naplněn pouze za předpokladu, že v debatě o elektrosmogu a RFID nenastane žádný zvrat a že se podaří zvládnout enormní složitost integrovaných systémů s přijatelným množstvím chyb. Jestliže ceny energií a surovin do roku 2030 dramaticky vzrostou, mohl by tlak na ceny silně urychlit zavádění RFID pro zlepšení efektivnosti. Může nastat i jiný scénář, podle něhož se potravinářství vrátí k modelu regionálních dodávek (bez centralizace) s minimální potřebou automatizace.
Vlastimil Braun, Compas automatizace
Firma Compas automatizace se věnuje průmyslové automatizaci pro výrobní stroje i spojité výrobní procesy. Soustřeďuje se hlavně na zavádění řídicích jednotek a distribuce řízení, které produkuje firma Siemens.
Miroslav Pípal, Barco, s. r. o.
Společnost Barco, s. r. o. působí jako systémový integrátor a zaměřuje se na integraci techniky čárových kódů a RFID do podnikových informačních systémů a na systémy sběru dat využívající datové terminály a bezdrátové sítě WiFi.
David Kazda, GATC, s. r. o.
Firma GATC implementuje systémy identifikace zboží, výrobků a osob na bázi čárových kódů a RFID. Dodává také prostředky pro mobilní prodej, velkokapacitní ukládání dat a zálohování a kontrolu nákladů na tisk.
1) EPC je mezinárodně standardizovaný identifikační systém, který k identifikaci využívá unikátní, nevýznačné číslo, které na sebe váže další údaje o identifikované položce. Umožňuje ukládání, vyhledávání a přenos příslušných dat na principu internetové techniky v rámci globální zabezpečené sítě (EPCglobal Network).