Otomasyon dergisi, Türkiye'nin otomasyon konusundaki ilk ve en köklü dergisidir. 1992 yılında “Türkiye’de Otomasyonsuz Fabrika Kalmasın” sloganıyla yola çıkan dergi, Türkiye endüstrisinin otomasyon konusunda bilgilendirilmesini kendisine misyon edinmiştir. Dünyadaki ve Türkiye'deki gelişmeleri anında okuruna iletmeyi; otomasyon alanında yapılacak yatırımların, doğru ve kârlı olabilmesi için yol gösterici bir rol oynamayı amaçlamıştır.

Gıda İşleme Hattı İçin Hijyenik Robot Tasarımı

STÄUBLI

Avrupa hijyenik mühendislik ve tasarım grubu ihtiyaçları karşılamak üzere tasarlanmış son teknolojik robotuyla, proses hattının tam hijyenik kontrolünü sağlıyor.

Robotların kullanımı, prosesin tekrarlanabilirliğini arttırıp, imalat operasyonlarının en üst seviyede performans ve hijyen güvenliği elde etmesine yardımcı oluyor.

Günümüzde robotlar hassas işleme alanlarına giderek daha fazla entegre ediliyor. Bu bağlamda yaygın robot işlemleri arasında paketlenmemiş ürünün taşınması için birçok yeni uygulama bulunuyor (Şekil 1).

Gıda fabrikalarında genel olarak, delta, 4 eksenli ve 6 eksenli üç tip robot kullanılıyor. Bu makalede; mikrobiyolojik açıdan bakterilerin kontrolü için hangi robot teknolojilerinin en uygun olduğunu belirleme ve bu teknolojilerin mühendisliğini geliştirmek için Avrupa Hijyenik Mühendislik ve Tasarım Grubu’nun (EHEDG) hijyen kurallarını nasıl ele aldığı aşağıdaki gibi sıralanıyor:

Temiz Robot Nasıl Olmalı?

1980’lerin sonlarında tanıtılan delta robot yapısı, birincil mekanik eksenlerin seri yerine robot bağlantı plakasında hareket ettiği bir paralel bağlantı teknolojisidir. Bu tür robotların sunduğu makul hassasiyet ve tekrarlanabilirlik seviyesi nedeniyle, performansı dünya çapında birçok endüstriye hitap ediyor.

Gıda endüstrisi ilk önce bu teknolojiyi paketlenmiş ürünlerde kullandı ve bu nedenle zayıf temizleme düzeyi ve konektörler de dâhil olmak üzere yıkanamayan veya erişilemeyen parçaların varlığı belirgin sorunlar yaratmadı.

Bu yapı üzerindeki patent sona erdiğinde, her hat üreticisi kendi robotunu geliştirdi. Bununla birlikte, tasarımlar aynı performans ilkelerine dayanıyordu ve delta robot yapısının hassas hammaddeleri işleyen üretim ortamlarında kullanım için uygun olup olmadığına karar vermek için hiçbir çalışma yapılmıyordu.

Delta robot yapısı sadece motorların, şanzıman yağlarının ve birikme yüzeylerinin, işlem alanının üzerine monte edilmesi anlamına gelmiyor. Aynı zamanda bağlantı platformu da gıda ürününün üstünde bulunuyor. Burada ise akıllara gelen soru şu oluyor: Eğer bir robot hijyen göz önüne alındığında delta yapısında olabilir mi? EHEDG tasarım ilkeleri hem açık hem de kapalı ekipmanı ifade eder ve kolay temizlenebilen robotlar için de kullanılabilir.

EHEDG kuralları, robotları mikrobiyolojik olarak hijyenik açıdan değerlendirmek için kullanıldı. Birikme yüzeyleri, korozyona neden olmayan bileşenler ve yıkanamayan parçalar, bakterilerin varlığı ve yayılımı açısından kontrol edildi.

Bulgular sonucunda, teçhizat üzerindeki mikroorganizmaların varlığında büyük bir artış gözlemlendi, çünkü bu robotlar başlangıçta hassas olmayan hat sonları için tasarlandı. Günümüzün robot uygulamaları üretim hattını proses alanına kaydırdıkça, EHEDG yaklaşımı temizlenebilirlik ve hijyenik tasarıma entegre ederek bu teknolojileri adapte etmek her zamankinden daha önemli bir hale geldi.

HE (Humid Environment) Nemli Ortam Projesi – Hassas Ortamlar İçin Temiz Ve Dayanıklı Bir Robot Geliştiriyor

Son yıllarda, hızlı ürün toplama teknolojisinde ilerlemek amacıyla, EHEDG, ECOLAB (Minneapolis, MN) ve STÄUBLI ROBOTICS arasında Nemli Ortam (HE – Humid Environment) Projesi adı verilen bir iş birliği çalışması gerçekleştirildi. Proje; süt üreticilerini, soğutma ve thermoform ile şekillendiren ekipman üreticilerini ve EHEDG yönergelerine ve özelliklerine aşina robot üreticilerini bir araya getirdi. Bu 10 yıllık iş birliği, hassas gıda endüstrileri için tasarlanmış dayanıklı, yüksek performanslı ve temizlenebilir bir robotun geliştirilmesine fırsat sağladı. Projenin öncelikli amacı; yağı, motorları ve yoğuşma oluşumunu ürünün üzerinde çalışmaktan uzaklaştırmaktı. Çalışma sırasında bir robot, özellikle hızlı hareket eden ekipmana bağlandığında, 70 °C’ye kadar ısınabilir. 4 °C ile 10 °C arasındaki sıcaklıklarda çalışan hassas ortamlarda yoğunlaşma, yağ genleşmesi ve soğuma birkaç dakika içinde gerçekleşiyor. Robotun oluşturduğu sıcak nokta, robot üretim döngüsünün sonuna geldiğinde belirginleşiyor. Robot kolunun içinde bakteri üremesi için ideal koşulları; 15 °C ile 40 °C arasındaki orta seviye sıcaklıklar, su varlığı ve hareketi ortamdan doğrudan robot içerisine çekilen buhar yoğuşması (bakteri dahil) nötr pH ve en önemlisi ekipmanın iç kısımlarının temizlenmesi için erişim eksikliği oluşturuyor (Şekil 2).

Elektrikli kontrol kabinleri için de sorun aynıdır. Kontrol edilmeyen hava basıncıyla bakteriler ve korozyon birkaç hafta içinde oluşuyor. Üretim periyotları boyunca ve sonrasında robot kol ve elektrik kontrol kabininin basınçlandırılması efektif bir yol oluyor (Şekil 4).

Çalışma İçin Göz Önünde Bulundurulanlar

Araştırma ve geliştirme ekibi, gıda üretim ortamlarında kullanılan robotların hijyenik tasarımını ve uygunluğunu geliştirmek için çeşitli çözümler aradı. Göz önünde bulundurulan en önemli zorluklar arasında gizli birikme yüzeyleri, çalışan ekipman bileşenleri sayısı ve uygun olmayan malzemeler vardı.

Su Birikme Yüzeyi (Birikme Bölgesi) Nedir?

Birikme yüzeyi, robot ve bağlandığı iskelet çerçevenin kümülatif alanıdır. Su birikme yüzeyi, ekipmanın üzerinde suyun uzun süre kalabileceği bir yerdir Bu yüzeyler bakteri üremesi için ideal koşullar sağlıyor. Ekipmanın dış yüzeyleri ve vidaların dişi dişleri, körlenmiş bilya mafsalları, yıkama ve kurutma için doğrudan erişilemeyen tüm gizli su birikim alanlarında iki tür su birikme yüzeyi gözlemleniyor. Dış yüzeyler, ekipman dahilinde kolayca temizlenebiliyor. Gizli su birikme yüzeyleri, mekanik tesisatın bakterilere büyüme ve yayılma şansını veren kör bölgeler yaratmadığından emin olmak için özel bir dikkate ihtiyaç duyuyor.

Gizli Su Birikme Yüzeyleri:

Çalışmada dikkat edilecek konu; robotun çalışma (erişim) hacmi ile birikme yüzeyleri arasındaki ilişkidir. Genel olarak, bir robotun yüzey alanı robotun çalışma alanına bakılmaksızın (hatta yaklaşık 1/4 m²’lik yüzeyler için) yaklaşık 4 ila 6 m²dir. Her robot hücresinin toplam hacmi yaklaşık 10 m³tür. Ürünün doğrudan üst kısmında bulunan hassas çalışma alanına etki eden birikme yüzeyi ise yaklaşık 2 m²dir. Bir delta robotunu bağlamak için zemini bozan ve bakterinin erişimi olmayan alanlara girmesine neden olan dört büyük ayaklı bir platform yerleştirilmelidir (Şekil 5).

Ne Kadar Az Ekipman Varsa, O Kadar İyidir Prensibi:

Bu robot tipine bağlı çevresel paslanmaz çelik ekipmanların (daha büyük platformlar, daha uzun konveyörler, içi boş konstrüksiyonlu takviyeli yapılar gibi) sayısı da bu teknolojilerin tasarımı üzerinde bir etkiye sahiptir. Kısacası, robota bağlı daha az sayıda çalışma ekipmanı, bakterilerin potansiyel olarak barındırabileceği veya temizlenmesi zor olabilecek daha az yapı anlamına geliyor.

Tolere Edilmeyen Materyaller:

Üçüncü önemli husus ise; tutucu aparatı besleyen farklı besleme hortumlarını sabitlemek için karbon veya elastomerler gibi uygun olmayan malzemelerin bulunması oluyor. Delta robotlar, esnek hortumların sabitlenebilmesi için tasarlanmadı ve bu yüzden çoğu zaman bu hortumlar, hareketli olan mafsallar üzerine bağlandı. Kablo demetleri tespit edilebilir bile olsa, ürünler üzerine düşer ve bu hareketli karbon kolları ile kablo bağları arasındaki sürtünme, gıdalar üzerinde partikül emisyonuna neden olur. Sorun, köpüren çözeltiler arasındaki dielektrik değişimler için de aynıdır. Elektroliz sonucunda korozyona sebep olan bakterilerin kolaylıkla büyüyüp hayatta kalabileceği küçük boşluklar ve aralıklar en az iki farklı metalden oluşan ekipmanlar üzerinde deterjanlar kullanıldığında belirgin hale geliyor (Şekil 6). Bu sorundan kaçınmak ve ekipmanın ömrünü uzatmak için en iyi yol bakterilerin yüzeye yapışmasını önlüyor.

Robotlar İçin Yüzey Temizleme İşlemi Geliştirme

Paslanmaz çelik, ana mekanik yararı paslanmaya dirençli olmasına rağmen, montaj zorluğu ile birlikte işleme ve delme işlemleri için zorluk oluşturuyor. Bazı testler paslanmaz çelikten tasarlanmış robotlarla yapıldı, ancak başarılı değildi ve sonuç: Paslanmaz çeliğin dinamik bir robot için uygun olmuyor. En iyi kombinasyon, özel bir alüminyum alaşımdı. Ancak tuza doymuş ortam için geliştirilmiş özel alüminyum alaşım bile ham gıda üretim ortamında çabucak paslanabilir, bu nedenle birikme yüzeyleri ve tutucu aparatlar için ilave bileşenlerden kaçınılacak şekilde robotun tasarlanması önemlidir (Şekil 7).

HE (Humid Environment) Nemli Ortam Projesi, hem spesifik bir yüzey işlem hem de 6 eksenli robot gelişimine fırsat verdi. Özel alüminyum alaşımı, metalin işlenmesi ve deterjanlarla sterilizasyon çözümlerini sunmak için geliştirildi. Bu uygulama uzun yıllardır kullanılıyor ve birçok durumda hattın geri kalanının robot ile aynı kimyasal solüsyonla yıkanmasına olanak sağlıyor. Bazı uygulamalar; tutucu aparatın, robotun ve yardımcı ekipmanın çevresine yerleştirilmiş deterjan köpük püskürtme nozzlelarının yönlendirilmesi ile robotun kendini temizlemesine imkân sağlıyor.

Sağduyulu Çözümlere Odaklanma

Temel konu ekipman yapısının kendisidir. Yağ, yoğuşma ve bakteriler ana problemlerin önlenmesi için robotun üretim hattının bir tarafına monte edilmesini dikte ediyor. Bir paralel yapılı (delta) robotun birikme yüzeyi yaklaşık 1 m²’dir. Robotu ürünün üst bölgesinde tutan iskelet yapı birikme yüzeyi yaklaşık 1 m²dir. Bu paslanmaz çelik platformu, vidaları içeriyor. Örneğin, konveyörün yan tarafına monte edilmiş Fast Picker robotlu bir hücrede robot sadece ürünü konveyör üzerinden alırken hassas bölgede bulunur ve birikme yüzeyi 0,08 metrekarelere kadar önemli ölçülerde azaltılmış olur. İki robotlu bir Fast Picker hücresinde, üretim hattının toplam uzunluğu 2.2’ye bölünüp ve ürünün üst bölgesindeki birikme yüzeyi önemli ölçüde azaltılmış oluyor. Robot bileğine bağlanan tutucu aparat tüm pnömatik ve elektrik bağlantılarının kol içerisinden gitmesi sayesinde temizlenebiliyor. Dışardan kirlilik girişini önlemek için robot kolunun içi basınçlandırılıyor.

Sonuç olarak ortak çalışmada (EHEDG ile birlikte), HE (Humid Environment) nemli ortam derecelendirmesinin hem 4 eksenli hem de 6 eksenli robotların tasarımında ve mühendisliğinde kullanılan genel bir tanım ve şekil olarak düşünülebileceği gösterildi. Geliştirilmiş hijyenik özellikler için HE nemli ortam özellikli robot kullanılması tavsiye ediliyor.