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智能制造前景广阔 工业机器人为食品生产链提质增效

  我国工业机器人领域近年受益于制造业转型升级带来的长期增长需求,叠加下游逐步拓宽的新应用领域带来了新的增长点。以工业机器人为标志的智能制造在各行业的应用越来越广泛,传统工业领域中机器人代替人工的机会也在逐步增加。随着产业转型升级,工业机器人开始在发达地区大规模使用。基于人工成本不断增长的现实情况,工业机器人的应用有望成为较好的替代方式。未来我国工业机器人大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地,其工业机器人拥有量将占全国一半以上。

机器人助力食品业升级

  2020—2021年,受新冠肺炎疫情影响,居民外出减少,以家庭为单位的食物储备需求增加,食品行业市场下游需求相应增多。同时疫情期间各工厂“用工难”现象激增,厂商需要实现自动化生产才得以满足市场需求,加之投资周期性复苏,食品制造行业固定资产投资规模增速加快。

  市场需求的不断增加,带动了各类食品生产厂商的业务量增长,将工业机器人运用到生产线上的各步骤中,可以提高生产效率,机器人可以在极冷、高温,甚至缺氧等环境下正常运行,这些人类不适宜的工作环境,对于机器人都不是问题。而部分食品制造因需要在冰点温度下处理,所以,机器人的使用可以提升食品的质量。此外,机器人的操作精度更高,不仅可以保证产品质量的一致性,还减少了食材的浪费,节约人力成本,使人无须处于危险恶劣的环境之中。

  食品工业是劳动密集型产业之一,在食品机械行业不断发展推动下,食品工业机械化水平逐渐提高,但并未摆脱“劳动成本高”的劣势。近年来,随着国际间食品贸易合作的加强,国外食品企业先进的生产技术和理念影响着国内相关企业的发展,食品工业机械化、标准化的程度明显提高。

  业内人士表示,当前,国外已经研制和生产了各种不同的标准组件,而中国作为未来工业机器人的主要生产国,标准化的过程是发展趋势。智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段,随着材料、控制等技术不断发展,实验室产品越来越多的产品化,逐步应用于各个场合。伴随移动互联网、物联网的发展,多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多,逐步渗透制造业的方方面面,并且由制造实施型向服务型转化。

科学技术有待发展

  对包装食品需求的不断增长将推动食品机器人市场规模的增长。为了最大限度地延长保质期并满足对即食产品的需求,包装食品的需求不断增加。包装食品的大规模生产推动了食品机器人市场的发展。大多数大型食品加工厂的流程正在实现自动化,以确保库存单位的质量和一致性要求。

  目前,能够应用到食品生产中的机器人有加工机器人、分拣机器人、包装机器人、码垛机器人等。顾名思义,食品加工机器人多用于食品加工环节,分拣机器人则多用于分拣环节,包装机器人负责包装,码垛机器人负责码垛。不同的技术原理决定其负责的生产区域不同,为生产企业带来不同的生产解决方案。

  业内人士表示,目前,在分拣、包装、码垛等领域,国内机器人技术的成熟度已相当高。但在食品加工这一领域中,不仅机器人种类少,其技术成熟度也不高。例如,自动化处理鱼片的成本可能更高,虽然可以对机器进行编程,但仍然会损失约6%的产量。凭借3D视觉和更准确的触觉技术,人工生产可以获得更高的产量。

  现如今食品工业趋向多元化发展,食物的生产流程变得更加复杂、精细。因此,面对这类精细化的生产加工,国内机器人技术还存在着明显的短板。

  从事机器人行业的滕女士表示,目前较有发展前景的是协作机械臂,未来需要从经济成本、材料价格、研发资金上考虑,尽可能地将机器人的制作价格降下来,使其可以普遍应用于各个工厂,同时,提高机器人的安全性能,以保障使用工人的生命安全。目前,国内的基础制造业还不够完善,受疫情影响,机器人的芯片供应受到影响,工厂普遍短缺工人,技术人员也难以及时交流沟通,这些都减缓了食品工业机器人的发展。但随着中国制造行业的逐渐复苏,工业机器人市场规模2021—2025年复合增长率预计在15%左右。

食品领域应用广泛

  国际机器人联合会(IFR)发布的《世界机器人2021工业机器人》显示,如今全球工厂中有300万台工业机器人在运行,增长了10%。

  机器人目前仍然无法完全取代工厂里的工人。然而,这种技术仍为其他行业面临的挑战提供了解决方案——即劳动力短缺。未来的趋势将是更多的“联合机器人”,即人们在工厂里与机器人一起工作。这种技术既智能又灵活,能够承担大部分日常工作。

  从2020年食品饮料行业用工业机器人下游细分行业的市场格局来看,所应用工业机器人最多的是饮料和休闲食品,占比分别为29%和21%,其次是乳制品、主食类和生鲜等。其中,在休闲食品领域,工业机器人应用较多的是方便面、糕点和腌制类食品,还有部分糖果、坚果和果脯类食品;在饮料行业中,如饮料、啤酒等,在后端码垛工作流程中应用较多;在调味品领域,工业机器人应用较多的是鸡精、食盐、酱料和火锅底料类;在主食类和生鲜领域,包括速冻水饺、生鲜肉制品等,对前端机器人的分拣要求较高,夹具等需要依据食品的等级要求进行拣取。

  如今,伴随着人工智能(AI)、物联网、大数据、云计算以及5G等先进技术的日趋成熟,不少地方在“明厨亮灶”工程建设中,引入AI视觉识别技术手段,进一步确保食品加工符合生产要求。据了解,AI视觉识别技术实现了摄像头抓拍与AI模型的同步检测,在节约人力提升效率的同时提高了监管效率,切实保障了食品安全。

  近几年来,国家及各级政府不断推出支持工业机器人行业发展的政策,推动行业发展,例如上海、昆山、徐州、芜湖等多地规划了机器人产业园,推出政府引导资金、所得税优待等多项产业扶持政策。

  从事机械行业工作的王女士表示,未来随着食品行业规模厂商复制化导入工业机器人,工业机器人市场将保持平稳增长趋势。在现代食品产业,从罐装食品到冷藏食品,从烤制食品到糕点糖果、各类面食、佐餐酱和饮料,每一种食品都离不开生产链上的工业生产方法。目前,食品的生产都是按照大规模的标准化工业程序来完成,在这个过程中,既要保证食品本身的品质,又要保证产出的数量,同时更要满足严格的卫生标准和包装、外观等一系列苛刻要求,作为最先进自动化技术的典型代表,机器人的出现为食品加工提供了完美的解决方案,使食品企业在保障生产与控制成本之间找到了良好的平衡点。另外劳动力成本的上涨,以及各种能源的缺乏,食品加工的自动化生产也是一个必然的趋势所向。

  业内人士认为,机器人产品在中国市场中的发展前景是非常广阔的,其在国外市场中的成熟应用已经有向中国市场平移的趋势。机器人产品在中国工业市场中尚处于发展阶段,伴随着人口的逐步老龄化趋势和90后员工的用工管理难题,机器人的概念和应用优势在近年开始为市场所知,企业开始逐步接受“机器人换人”的概念。

  机器人在中国市场中的使用方式并不是完全地替代人工,而是以“协作”的方式辅助于食品行业的产线,完成一些替代率高、机械性、重复性的工作,以提升整条产线的效能。在有机器人配合的食品行业生产线上,生产整线只需配备1—2位操作员工,负责关键环节的操作,使生产线大部分工艺环节都实现自动化操作,未来“人机协作”的概念会更有推广前景。