Современные тенденции автоматизации и роботизации мясоперерабатывающего производства.

Введение

Актуальность работы. Стратегия развития Российской Федерации на период до 2020 г. предусматривает прекращение импорта и увеличение экспорта мяса. Увеличение объемов производства возможно за счет внедрения инновационных технологий, обеспечивающих не только рост производительности труда и высокое качество производимой мясной продукции, но и безопасность при хранении мясного сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов [1-5].
Животноводство в валовой продукции сельского хозяйства в последние годы занимает 51–52 % и имеет устойчивую тенденцию к повышению – с 46–48 до 52–54 %, но продолжает оставаться существенно ниже дореформенного периода – 63,4 %. Рентабельность производства основных видов продукции животноводства (молоко, мясо птицы) без учета субсидий продолжает оставаться на недостаточном уровне – 12–14 %, а мясо крупного рогатого скота в течение многих лет убыточно [6].
Анализ развития животноводства показывает, что недостаточная рентабельность производства молока, убыточность привесов скота объясняются в основном высокими затратами ресурсов, прежде всего кормов, рабочего времени, энергии и топлива, низкими показателями продуктивности, обусловленными несовершенством применяемых технологий содержания и кормления животных, слабым техническим оснащением объектов, низкой квалификацией персонала. При этом определяющим звеном в системе отмеченных факторов является техника, уровень технического оснащения объектов, инновационность техники, прогрессивность заложенных в конструкциях машин принципов – поточности, адаптивности к физиологическим особенностям функционирования животных. В то же время реализация продуктивного потенциала животных зависит от обеспечения оптимальных условий содержания в помещениях (температура, влажность, состав воздуха, освещенность и др.), качества приготавливаемых кормов (измельчение, дробление, балансирование по содержанию белка, углеводов, минеральных элементов и др.), кратности кормления и нормирования рациона, автоматического управления выполнением процессов и операций, исключения ручного и вредного труда, надежности и стабильности осуществления технологии производства, подготовки, хранения и реализации продукции, исключения загрязнения окружающей среды отходами.
Исследования случаев нарушения непрерывности холодовой цепи на этапах получения, хранения, обработки, транспортировки мясного сырья выявляют ведущую роль в развитии микробиологической порчи мяса не столько самих процессов неисправности оборудования и электрических сетей, сколько своевременности и адекватности действий по их устранению, нормализации ситуаций и предупреждению последствий. Неблагоприятные последствия незапланированного изменения пороговой температуры хранения мяса проявляются развитием микробиологической порчи мяса.
Цель работы – изучение современных тенденций автоматизации и роботизации мясоперерабатывающего производства.
Автоматизация и роботизация: проблемы и перспективы

Сегодня же главным трендом повышения производительности труда, увеличения объемов выпуска является роботизация и автоматизация управления производственными процессами. Ведущие корпорации мира стремятся к автоматизации расчета всей цепочки производства, начиная с добычи сырья, заканчивая поставкой товара конечному потребителю. Главной причиной этой тенденции стали информационные технологии, которые в последние годы внедрились практически во все сферы жизнедеятельности человека. Развитие информационно-коммуникационных технологий породило новый тип социально-экономических отношений, который носит название цифровой. Возникли отношения между властью, бизнесом и людьми, основанные на цифровых технологиях и складывающиеся в цифровом пространстве. Предпосылками в этому стало:
-развитие сферы IT, совершенствование персональных компьютеров и мобильных устройств;
-широкое распространение сети Интернет;
-увеличение объемов информации, доступа к ней и скорости передачи.
Автоматизированные системы управления способствуют эффективной обработке массивов информации с минимальными временными и трудовыми издержками. Примером такого использования инструментов информационно-коммуникационных технологий является концепция «Электронного Правительства». Система Egovernment трансформирует саму идею власти, определяя взаимоотношение общества, бизнеса и государства, она позволяет построить открытое общество, то есть построить систему открытого управления, где граждане в режиме онлайн смогут реализовывать свои конституционные права. [5]
Инструменты цифровой экономики затрагивают сферу производства и постепенно становятся ее неотъемлемой составляющей. На предприятия уже давно внедряются автоматизированные системы управления по типу 1С, SAP, Oracle, которые позволяют организовать внутренние, обеспечивающие деятельность предприятия процессы: бухгалтерию, логистику, закупки, управление. Одним из важных направлений «цифровизации» сегодня является внедрение «киберфизических систем» в производственный процесс. [1]
Роль человека постепенно сводится к проведению научно-исследовательской деятельности. Переход от физического труда к роботизированному вероятнее всего позитивно отразится на экономике западных стран, однако сильно ударит по экономике азиатских, где основным преимуществом является наличие большого количества дешевой рабочей силы. Произойдет некий «индустриально-технологический переворот», при котором дешевая рабочая сила не сможет конкурировать с роботизированными производствами. Это непременно приведет к «технологической безработице», которая еще более усилит экономический кризис. Парадокс заключается в том, что именно Китай и Корея являются мировыми лидерами по внедрению роботов в производство.
Однако есть и альтернативное мнение на этот счет. По данным отчета Международной федерации роботизации (International Federation of Robotics) увеличение количества роботов положительно влияет на количество рабочих мест. Связано это с тем, что при автоматизации производства происходит увеличение производительности труда и снижение издержек, что в свою очередь приводит к уменьшению рыночных цен на продукцию. Этот фактор повышает спрос на продукцию и обеспечивает занятость. [7] Тем не менее, в ближайшем будущем руководству передовых индустриальных стран придется предпринимать меры по вовлечению работников, чей труд будет высвобожден роботами, в процесс производства и перераспределения товаров и услуг.
Реиндустриализация направлена на поддержку производящих отраслей, в части создания новых предприятий, сохранения старых, развития малого и среднего предпринимательства. На сегодняшний день ряд субъектов, таких как Москва, Московская область, республика Татарстан находятся в процессе активного внедрения такой политики на региональном уровне. Ключевые меры государственной поддержки субъектов экономической деятельности сегодня направлены на обеспечение промышленности необходимой инфраструктурой, предоставление налоговых льгот, финансовую поддержку, повышение спроса на отечественную продукцию, а также популяризацию инженерных профессий.
Однако реиндустриализация должна идти в тесной связи с тенденциями цифровой экономики. Реиндустриализация должна быть ориентирована на оказание эффективной поддержки предприятиям в части снижения издержек при осуществлении ими своей деятельности, а также всестороннюю кооперацию хозяйствующих субъектов в цифровом пространстве.
Снижение издержек возможно путем предоставления соответствующих мер государственной поддержки посредством использования цифровых технологий. Вопрос кооперации субъектов экономической деятельности в сфере производства заключается в необходимости создания сети, в которой была бы собрана информация обо всех организациях, с данными о видах и номенклатуре выпускаемой продукции, загруженности мощностей, остатках продукции на складах, об основных финансово-хозяйственных показателях. Данная сеть позволит органам власти иметь актуальную информацию о деятельности предприятий, а бизнесу позволит упростить механизм поиска партнеров, рынков сбыта в целях выстраивания наиболее эффективных производственных цепочек.
Однако создание подобного рода промышленной цифровой сети на федеральном уровне не представляется возможным в силу географических особенностей России. Сети должны создаваться на уровне каждого субъекта, причем с использованием одинаковой цифровой платформы для их дальнейшей интеграции в национальную сеть, объединяющую все промышленные предприятия страны. Только системный подход позволит организовать действительно работающую информационную систему промышленности, которая с помощью применения экономической кибернетики позволит создать и внедрить цифровой инструмент государственного управления экономикой

. Если не стремиться к развитию таких технологий, то есть большая опасность остаться в зависимом и уязвимом положении.
Таким образом, автоматизация и роботизация производства является основой развития современной промышленности. К преимуществам использования автоматизации на производстве относится повышение безопасности, качества продукции и производительности при снижении производственных затрат, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства. На повышение качества продукции влияет и то, что автоматы и роботы могут выполнять повторяющиеся операции с высокой точностью.
Сейчас рынок мясного оборудования достаточно обширен, лидерство по объемам предложений и поставок на российский рынок сохраняют за собой импортные производители оборудования, пожалуй, наиболее крупные поставщики – Германия, Испания, Нидерланды. Российские производители также предлагают свои разработки, но в сфере автоматического оборудования они не могут составить конкуренцию иностранным разработчикам.

Автоматизация и интеграция мясопереработки

Вопрос развития IT-инфраструктуры особенно актуален для предприятий, поставивших целью повышение эффективности производства. С использованием IT-решения CSB-System управляет всей цепью производственных процессов, начиная с товарного входа, разделки, производства мясной продукции, упаковки, этикетирования и ценовой маркировки и до подбора заказов с выполнением в режиме онлайн соответствующих складских проводок [14].
Товарный вход
Станция товарного входа является первым пунктом в общей цепи процессов, где выполняется контроль и регистрация данных. Здесь установлены четыре рабочих IT-станции для приема различных видов товара: подвешенных на крюках туш крупного рогатого скота, мелкого скота, овец и товара на паллетах.
Кроме того, на товарном входе имеется IT-рабочее место, оборудованное многофункциональным промышленным компьютером CSB-Rack, где выполняется несколько операций одновременно. Здесь осуществляется прием ингредиентов для мясопереработки, а также вспомогательных материалов [15].
Различными методами регистрируются данные для прослеживания продукции (например, сканированием штрихового кода PDF-417 этикетки товара, созданной на предприятии поставщика), контролируется вес, проводятся необходимые анализы качества. Вслед за этим принимаемому товару в системе CSB-System присваивается номер партии. На основе полученной на товарном входе информации система определяет оптимальное место для размещения говядины на холодильном складе, проводя при этом согласование принимаемого сырья с планами разделки и последующими шагами обработки. Благодаря этому достигается существенное ускорение хода процессов.
Разделка
На шести линиях разделки туш КРС ежедневно производится 850 говяжьих четвертин с гарантией возможности прослеживания каждого отдельного животного. При этом в системе CSB-System непрерывно выполняется согласование планов разделки, их корректировка и передача на следующие этапы производственного процесса. Планирование разделки осуществляется с привлечением данных о потребности в сырье предыдущих периодов, заказов клиентов, акций отдела продаж, а также условий и требований производства. План разделки представляет собой отдельные задания, для которых система «заказывает» необходимое сырье из холодильника. На мобильные устройства соответствующих сотрудников автоматически направляется информация о том, какое сырье, откуда и в каком количестве должно быть выгружено. Сотрудник сканирует штриховой код этикетки артикула, и система осуществляет контроль согласования требований запроса и выбранного сырья. Туши транспортируются в зону предварительного хранения, где осуществляется дополнительная проверка соответствия артикулов и выявляется возможная недостача. Вслед за этим мясное сырье автоматически или в ручном режиме подается на линии разделки. Непосредственно на линии в системе высвечивается детальная информация об артикуле, предстоящей работе по разделке, а также количестве и виде получаемой продукции и доли ожидаемого выхода остатков мясного сырья. По завершению процесса выполняется раздельная упаковка передних и задних четвертин. Специальный робот выбирает подходящий поддон, и вслед за этим артикул упаковывается в вакууме и этикетируется. По конвейеру артикулы перемещаются в зону роботизированной упаковки продукции в ящики, которые затем направляются на автоматический склад. Полученные на различных линиях разделки остатки мясного сырья подвергаются анализу на содержание жира и наличие посторонних включений с помощью специализированной аппаратуры фирмы FOSS (Дания) [11-16].
Разделка туш мелкого скота производится различными методами. На основе плана продаж и расчета потребности в тушах система CSB-System создает задание на закупку сырья, а сотрудник отдела снабжения направляет заказ поставщику. При этом система автоматически предлагает поставщика на основе заложенного в ней ассортимента предлагаемых товаров и актуальных цен. Туши мелкого скота складируются в восьми холодильных камерах, оборудованных специальными промышленными компьютерами CSB-Rack для контроля загрузки и выгрузки мясного сырья.
Этикетирование. В зоне этикетирования выполняется автоматическое взвешивание продукции, ее контроль и маркировка. Для усиления контроля в конце каждой линии установлены мониторы, где для сотрудника, завершившего обработку конкретного задания, высвечиваются номер партии, наименование артикула, цена, маркировка и срок годности. Благодаря повышению прозрачности и эффективности процессов доля рекламаций на предприятии существенно снизилась.
Мясопереработка. Производство мясной продукции осуществляется при использовании модуля оптимизации рецептур CSB-System. Этот эффективный специальный инструмент позволяет оптимизировать использование ресурсов и обеспечить постоянное качество готовой продукции. Модуль анализирует имеющиеся в системе CSB-System варианты спецификаций и предлагает оптимальную по качеству, затратам и сроку хранения мясного сырья. По завершению анализа на основе зарегистрированных в системе производственных заданий ящики с мясным сырьем направляются в различные производственные отделы. Система управляет, обрабатывает и архивирует всю информацию по прослеживаемости, срокам хранения, возвратам и производительности.
Панель управления (Cockpit)
В Cockpit осуществляется управление всеми IT-рабочими местами. Некоторые из них используются в области внутренней логистики и служат для контроля перемещений товаров и их распределения на двух автоматических ящичных складах с 40 тыс. и 1,6 тыс. местами хранения. Дополнительно установленные мониторы осуществляют наблюдение. С помощью системы светофоров на панели управления представляется ход процесса, его статус и возможные критические точки. Благодаря этому теперь можно быстро вносить корректировки в случае сбоя [17, 18].
Автоматическая система управления

Требования к созданию автоматической системы управления АСУ регламентированы нормативными документами. Разработка и внедрение АСУ должны приводить к оптимизации технико-экономических, финансовых, социальных и/или других результатов: ресурсосбережению, повышению качества продукции и т.д. ГОСТ устанавливает общие требования к техническому оснащению АСУ, однако стандарт не устанавливает требования, обусловленные спецификой объектов управления [2]. Однако жизнеспособность и эффективность АИЭС максимально зависима от соблюдения научности, объективности и адекватности требований к разработке системы. Цель разработки АИЭС определяет перечень требований и их характеристик на основе мультидисциплинарного подхода.

Рисунок 1 - Отбор требований к разработке АИЭС контроля рисков микробиологической порчи мясного сырья

Структура системы автоматизированного контроля температуры включает в себя в качестве объекта автоматизации холодильные установки (объект контроля), измерительные устройства температуры, регистрирующие устройства в составе измерительных приборов с регистрацией информации в электронном виде, компьютерную реализацию системы контроля [3, 18-22]. Построение сети датчиков температуры производится в соответствии с критическими контрольными точками и недопустимыми рисками и определяется протяженностью и разветвленностью холодовой цепи. Основные требования к разработке структуры автоматизированного контроля температуры представляются следующим образом:
•Наличие/построение схемы холодовой (холодильной) сети.
•Расчет числа датчиков в соответствии с Техническими условиями, предъявляемыми к мясному сырью с целью объективности результатов при измерении температуры.
•Компьютеризация ядра автоматизированной интеллектуальной системы.
•Наличие подсистем информационно-аналитической и выдачи результата и формирования управляющего стимула сигнала.
•Открытость для модернизации аппаратного обеспечения.

Рисунок 2 - Функциональная схема АИЭС контроля рисков микробиологиоческой порчи мясного сырья: Э1, Э2, Э3, Э4, Э5 этапы холодовой цепи; прибор для измерения температуры бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту; БД база данных; ЦВБ центральный вычислительный блок.

В основе интеллектуальной компоненты АСУ – достоверная вероятность микробного обсеменения мяса при нарушениях температурного режима хранения и возможность прогноза рисков микробиологической порчи мяса