Industria 4.0. La fábrica de alimentos del futuro.
La fábrica de alimentos del futuro: industria 4.0 y diseño higiénico
Tecnológicamente preparada para reducir el riesgo para el producto y
los trabajadores
La higiene en la producción de alimentos siempre ha sido una prioridad, incluso cuando se produce en condiciones de crisis. Si bien el mundo se ha quedado en casa durante la pandemia de COVID-19 y se mantuvo la distancia social, la industria alimentaria ha tenido que encontrar la manera de aumentar la producción a pesar de los peligros para su fuerza laboral por esta enfermedad altamente contagiosa.
Debido a la necesaria proximidad requerida para los trabajadores de algunas industrias específicas de procesamiento de alimentos, los grupos de personas enfermas han ocurrido con cierto grado de regularidad. Aunque nunca se excluyeron mutuamente, la salud del personal de procesamiento de alimentos y el diseño higiénico ahora están aún más entrelazados e interdependientes que nunca. Mientras miramos hacia un futuro sostenible, debemos utilizar metodologías de la Industria 4.0 y unir el diseño higiénico con facilitadores de la continuidad del negocio, como el diseño de la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado (HVAC), la reducción de la densidad en el piso de producción, el mayor análisis de datos, trazabilidad y repetibilidad. .
Este artículo explora aspectos específicos de la Industria 4.0 y cómo se relaciona con el diseño higiénico. Se utiliza como ejemplo una planta ficticia de producción de alimentos, “FoodCo”, que ha adoptado estos aspectos como parte de su estrategia general de 5 años. FoodCo tiene su sede en un solo lugar. La empresa ha estado en el negocio durante 70 años y ha crecido de manera constante. FoodCo se ha adaptado bien a los cambios de la industria, pero ha tenido que gestionar los costes en su competitivo mercado. Han reconocido las oportunidades que presenta la nueva tecnología para su negocio. Debido a una adopción relativamente lenta de estas tecnologías en su sector, han identificado una ventaja significativa en el desarrollo e implementación de una estrategia de Industria 4.0 para su negocio.
La Fábrica del futuro
Entonces, ¿cómo es el diseño higiénico en la fábrica del futuro? ¿Qué factores deben tenerse en cuenta y cuáles son las principales limitaciones?
La fábrica del futuro deberá:
• Tener más automatización
• Tener mejor acceso a los datos
• Tener un mejor análisis de los datos
• Hacer un mejor uso del análisis de datos
• Permitir una mejor toma de decisiones con resultados más definidos
Primero, para disipar algunos de los mitos actuales. No se puede comprar Industria 4.0 en una caja. Comprar un robot al vendedor de robots local no es en sí mismo Industria 4.0. La conexión de todos sus equipos antiguos a Internet tampoco da cuenta del potencial de la Industria 4.0.
La Industria 4.0 ha sido denominada la cuarta revolución industrial. Al igual que con las tres revoluciones anteriores, es la disponibilidad de tecnología y prácticas laborales en lugar de un manual específico lo que define la Industria 4.0.
La Industria 4.0 se puede considerar como una filosofía integral y para toda la empresa, para que los principios sean efectivos y proporcionen un impacto comercial positivo. Pero el inicio y la aceptación deben comenzar en la parte superior de la organización. La industria 4.0 puede cubrir robótica autónoma, simulación, ciberseguridad, Internet industrial de las cosas (IIoT), la nube, fabricación aditiva, realidad aumentada, big data y técnicas de análisis (analítica) (Figura 1).
En conjunto, esto puede considerarse como una gran montaña a escalar. No es necesario que incluya todos los aspectos de la Industria 4.0, pero se debe tener claro antes de comenzar qué es lo que planea adoptar y por qué. El primer paso en este ascenso debe ser la educación, seguida rápidamente por una sólida estrategia de adopción. Hecho correctamente, tendrá sentido económico.
No podemos perder de vista los principios y objetivos primordiales del diseño higiénico, ya sea haciendo referencia a los Principios de diseño higiénico del Grupo Europeo de Diseño de Ingeniería Higiénica, Codex Alimentarius, C.F.R. Título 21 Parte 110, o las hojas de datos del Instituto de la Carne de América del Norte sobre el diseño higiénico de equipos. Se debe tener sentido desde el punto de vista financiero y operativo y considerar lo siguiente desde una perspectiva de seguridad:
• Diseño de instalaciones
• Diseño de equipos
• Prácticas de saneamiento
• Buenas Prácticas de manufactura
• Educación
En una industria altamente regulada, el diseño higiénico se comprende bien. Sin embargo, las mejores prácticas evolucionan continuamente sobre la base de las lecciones aprendidas en la industria, pero también en respuesta a las necesidades cambiantes de los consumidores. El aumento de la demanda de alimentos prácticos y de tiempo de cocción reducido aumentan la posibilidad de infección microbiana, ya que no todos los microbios mueren en el proceso de cocción. Las reducciones en los requisitos de sal / conservantes pueden aumentar la probabilidad de deterioro. Una epidemia o una pandemia pueden afectar a toda la filosofía y las prácticas de producción de alimentos. El distanciamiento social es ahora la norma. Hay un mayor enfoque en la salud del personal. Entonces, a medida que continúa esta evolución, ¿cómo puede elegir qué aspectos tomar en cuenta y medir con precisión el impacto de estos cambios? Es aquí en donde los avances en tecnología convenientemente cubiertos por el paraguas de la Industria 4.0 pueden ayudar.
Tener acceso a información en tiempo real sobre el rendimiento de los equipos, como los sistemas HVAC y sus filtros, presiones, etc., le permitirá asegurarse de que se operen y mantengan de manera que se minimicen los riesgos para el personal y la seguridad alimentaria.
El desarrollo continuo de tecnologías y métodos rápidos de prueba para contaminación microbiana o de materiales extraños, de modo que se puedan recopilar más datos de forma inmediata e instantánea, y se puedan tomar medidas de manera rápida y oportuna.
Estos son solo dos simples ejemplos de cómo el diseño higiénico y la Industria 4.0 se relacionan entre sí.
Establecimiento de una estrategia y un plan de Industria 4.0
Como todo buen proyecto, la Industria 4.0 debe comenzar con una estrategia y un plan sólidos. Esto debe ser impulsado y respaldado por el liderazgo de la empresa. La comunicación de esta estrategia no se puede subestimar. La pregunta más común en torno a la Industria 4.0 es: "¿Me quitarán el trabajo los robots?" Ésta es una preocupación comprensible. Sin embargo, la mayoría de las veces, los robots respaldan un trabajo más seguro, eliminan tareas repetitivas y monótonas, aumentan la producción por pie cuadrado y permiten al personal asumir tareas más significativas. La comunicación es la clave.
Selección del menú
Entonces, ¿cómo elegir de un menú de opciones? Lo que hemos hecho aquí es seleccionar algunos de los aspectos clave que son inmediatamente relevantes tanto para la industria alimentaria como para el diseño y funcionamiento específicamente higiénicos bajo los encabezados:
1. IIoT y la fábrica conectada
2. Big Data
3. Robots autónomos
4. Realidad aumentada
5. Análisis de datos
1. IIoT y la fábrica conectada
Esto se refiere a la conexión de sensores y equipos a una red local, inalámbrica o cableada, con fines de control directo o adquisición de datos. Esta sensorización y conexión es un punto de partida típico. Sin embargo, un poco de precaución. Instalar sensores en todas partes o descubrir cómo conectar dispositivos analógicos antiguos no es efectivo en sí mismo. Debe haber una razón y una estrategia para recopilar datos. A continuación se detallan un par de ejemplos relevantes:
FoodCo instala un nuevo régimen de higiene de manos que monitorea el tiempo que toma lavarse las manos, frecuencia, cumplimiento, etc. Al conectar este nuevo sistema de monitoreo, FoodCo puede analizar patrones de adopción y porcentajes de cumplimiento (Figura 2). Estos datos pueden correlacionarse con otros resultados, como productividad, retiro de productos y no conformidades. De esta forma, FoodCo puede analizar la efectividad del nuevo sistema y los retornos objetivos en su instalación.
FoodCo instala un sistema de mantenimiento predictivo planificado
sensorizado
FoodCo contaba con un programa de mantenimiento preventivo adecuado. Sin embargo, existía una creciente preocupación por el impacto de sucesos como el desgaste de metales y plásticos de calidad alimentaria debido a la desalineación o vibración de los equipos. Su objetivo era agregar más advertencias tempranas a sus prácticas de mantenimiento para reducir el riesgo de tal contaminación.
Al conectar sensores adicionales, conectar sensores antiguos e
integrarlos en un gemelo digital y un programa de mantenimiento predictivo,
FoodCo pudo reducir el tiempo de inactividad, reducir la contaminación cruzada
debido a fallas en los equipos e implementar un régimen de mantenimiento
predictivo. Una de las ventajas importantes del régimen de mantenimiento
predictivo es que se desconecta la unidad solo cuando es necesario. La práctica
de mantenimiento preventivo anual estándar se puede programar para cuando sea
necesario en lugar de cuando esté programado. En consecuencia, esto reducirá el
volumen y la frecuencia de contratistas externos en el sitio. Este régimen de
mantenimiento predictivo, junto con la integración en un gemelo digital, tendrá
un aporte positivo significativo en los principios higiénicos de la fábrica de
FoodCo.
2. Big Data
Estrechamente relacionado con el IIoT está el concepto de big data.
Como todos los aspectos de la Industria 4.0, los macrodatos vienen con una
advertencia sanitaria. Los datos por el bien de los datos no son buenos para
nadie. “La basura entra, la basura sale” nunca ha sido una afirmación más
cierta cuando se trata de big data. No se aconseja la acumulación de datos sin
un objetivo. Debe preguntarse para qué son los datos y cómo afectarán su
proceso de decisión. La clave con los datos es saber de manera sucinta lo que
necesita de los datos.
FoodCo incorpora análisis de big data para implementar inteligencia
artificial
FoodCo ha utilizado los grandes datos que han adquirido de sus equipos existentes y su nuevo sistema de visión y escaneo para implementar su software de reconocimiento de carcasas con inteligencia artificial (IA). Este sistema sigue aprendiendo de cada iteración del conjunto de datos para identificar y localizar con precisión cortes específicos en la carcasa. A través de este aprendizaje automático mediante la IA, también puede identificar patrones en el rendimiento higiénico y mostrar los resultados y las predicciones en una plantilla de panel de control fácil de usar.
3. Robots autónomos
La representación más visible de la Industria 4.0 es el robot o cobot (robot colaborativo).
Los robots colaborativos son máquinas complejas que trabajan mano a mano con los seres humanos. En un proceso de trabajo compartido, apoyan y relevan al operador humano. Los robots, por otro lado, suelen ser más caros y están protegidos / aislados de la interacción humana durante la operación.
La aplicación y el uso de la robótica pueden considerarse divisivos.
¿Los robots reemplazan a los operativos humanos para ciertas tareas? En muchos
casos, la respuesta es sí. Pero mirando un poco más bajo el capó, la aplicación
de cobóticos en realidad puede complementar en lugar de suplantar a los trabajadores.
En la industria de producción de alimentos cada vez más competitiva, los
fabricantes deben innovar para mantener los márgenes y seguir siendo
productivos y rentables.
Con las consideraciones adicionales de distanciamiento social y salud de los trabajadores, la implementación de la robótica y la cobótica se ha vuelto más relevante. La adopción temprana de robótica / cobótica podría marcar la diferencia entre continuar en funcionamiento y cerrar.
Considere el ejemplo de una línea de deshuesado típica en una planta de procesamiento de carne. El trabajo es intensivo en mano de obra, y el personal de piso suele estar a un metro de distancia entre sí. No hay espacio en la instalación para espaciar el equipo, y la reducción de la fuerza de trabajo esencialmente reducirá la producción de manera proporcional. Al introducir un cobot / robot en posiciones intermedias, se mantiene la seguridad del personal, se eliminan las tareas monótonas / repetitivas de los operadores, y se evita el gasto de capital en construir una nueva línea de proceso (o peor, construir una nueva instalación). Los cobots / robots también reducen el riesgo de exponer el flujo de producto a materiales extraños como pelo de mascotas, pelusa e incluso sudor, que no se eliminan por completo al ponerse una bata y una redecilla.
Figura 3
Adopción robótica
La Figura 3 muestra la adopción robótica de la fabricación. Esto tiene en cuenta toda la actividad manufacturera y no solo la producción de alimentos. El uso de la robótica en la producción de alimentos se ha centrado principalmente en las actividades de final de línea, como el paletizado, el empaquetado y el apilado. Sin embargo, a medida que los fabricantes de equipos originales de robots desarrollan robots más innovadores y que cumplen con las normas higiénicas, aumenta el potencial de uso en el área de producción de alimentos. La Ley de Modernización de la Seguridad Alimentaria reconoce que aproximadamente 48 millones de personas en los EE. UU. (1 de cada 6) se enferman, 128,000 son hospitalizadas y 3,000 mueren cada año por enfermedades transmitidas por los alimentos, según datos recientes de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE.UU. (CDC). Los CDC consideran que estos resultados pueden prevenirse en su mayoría. El despliegue y la integración de robots en más actividades de producción de alimentos es parte de esta estrategia y orientación de prevención continua.
La adopción de robótica y cobótica ha sido relativamente lenta en Canadá, EE.UU. y Europa. En la Figura 3 se puede ver que Canadá y EE.UU. están a la zaga de los líderes en adopción de estás tecnologías como Corea del Sur, Singapur, Alemania y Japón.
FoodCo instala tres nuevos cobots
Tras un estudio de tiempo y movimiento, FoodCo ha instalado tres nuevos cobots dentro de sus instalaciones. En una línea de empaque extendida, FoodCo se enfrentó al desafío de aumentar la producción y el tiempo de actividad mientras se establecía una distancia mayor a dos metros de acuerdo con las pautas de COVID-19. A lo largo de esta compleja línea de procesamiento, FoodCo pudo escalonar el despliegue de cobots. Los cobots fueron monitoreados y atendidos por los operarios de la línea. Esto aseguró un traspaso adecuado en cada etapa del proceso. Se mantuvo la distancia de dos metros y se incrementó la producción.
4. Realidad aumentada (RA)
La RA se ha definido como "una tecnología que superpone una imagen del mundo real generada por computadora en la vista del usuario, proporcionando así una vista compuesta".
La aplicación de la RA dentro de la industria de procesamiento de alimentos tiene algunas ventajas significativas. Si miramos las estadísticas relacionadas con las enfermedades transmitidas por los alimentos y los orígenes de estas enfermedades, un gran contribuyente a esta contaminación es la mala higiene de manos y la falta de prácticas higiénicas básicas.
Se pueden identificar dos grupos particulares como áreas de mejora. El primero es el personal nuevo en planta. La RA da la oportunidad de brindar un programa de capacitación inmersiva para nuevos operarios. La RA puede acercarlos a la actividad que realizarán sin correr el riesgo de contaminación durante la curva de aprendizaje. El segundo grupo son los contratistas externos, que normalmente serían contratados para reparar / encontrar fallas / mantener el equipo de producción.
Con la ayuda de la RA, los contratistas pueden dirigir de manera remota a los operarios en el sitio de trabajo, para encontrar fallas / mantener / reparar una mayoría significativa de las fallas del equipo que se experimentarían (Figura 43). Al tener una respuesta más inmediata, se puede reducir el tiempo de inactividad. Y lo que es más importante, desde el punto de vista de la higiene, se reduce el riesgo de contaminación.
FoodCo instala un régimen de mantenimiento basado en RA
FoodCo ha experimentado un tiempo de inactividad considerable asociado con las llamadas de mantenimiento y los tiempos de respuesta. Como parte del análisis de la causa raíz, identificaron que el 70 por ciento del tiempo de inactividad podría haberse resuelto dentro de los 30 minutos posteriores a la falla y que las llamadas de mantenimiento estaban afectando tanto la producción como la contaminación y a los tiempos de limpieza posteriores a la falla. Cuando FoodCo compró nuevos equipos, decidió incluir un sistema de RA en sus especificaciones. Esto también incluyó un módulo de capacitación para todo el personal de mantenimiento. Cuando se instaló el nuevo equipo, el grupo de mantenimiento pudo utilizar la realidad aumentada para encontrar rápidamente fallas y resolver la mayoría de los problemas. Esto redujo la cantidad de tiempo de inactividad y el número de visitas de los contratistas.
5. Análisis de datos
Con la capacidad de conectarse y recopilar datos de una gama más amplia de equipos, dispositivos, etc., la oportunidad de un análisis de datos exhaustivo está creciendo significativamente. Los datos deben tratarse y almacenarse de forma adecuada. La disponibilidad de estos datos para el análisis puede aumentar la trazabilidad, la repetibilidad y la mejora continua en la industria de fabricación de alimentos.
Conclusión
Este recorrido por las diferentes facetas de la Industria 4.0 puede parecer bastante abrumador. No hay una solución milagrosa, no hay una solución "fuera de la caja". La adopción de estos principios debe establecerse claramente en una estrategia y una hoja de ruta. La educación y la comunicación no se pueden subestimar, y ganar el compromiso de los involucrados puede ser tan desafiante como desplegar cobots multifuncionales en una línea de montaje. Sin embargo, la oportunidad de una mejora real y una garantía de futuro de la producción de alimentos es real y tangible.
Traducido y adaptado de: Bennett, D., Noone, T., and Tinsley S. (2021). Factory of the Future – Industry 4.0 and Hygienic Design. Technology poised to reduce risk for product and workers. Food Safety Magazine. EEUU. December 2020/January 2021.
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