Prosjektnummer
901369
Robotisert handlegging av makrell i 10 kilos kasser
Det er utviklet teknologi for automatisk pakking av stor makrell
• Utviklet en prototype robot som plukker stor makrell fra bevegelig transportbånd.
• Roboten legger makrellen i ønsket mønster i kassene med en kapasitet på 31 fisker per minutt.
• Målt vekt på makrellen har et avvik på 1,8 %.
• Det vises ingen skader på fisken.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
Robotisert handlegging av makrell i 10 kilos kasser er et prosjekt som er en del av den pelagiske satsingen: Fremtidens pelagiske fabrikk.
Det har vært et ønske å robotisere håndleggingen av G6-makrell i 10 kilos kasse for å rasjonalisere og optimalisere prosessen, for å få merpris for G6-makrell, redusere pakkekostnad og få en mer nøyaktig totalvekt.
Optimar har utviklet en løsning for robotisert håndlegging av makrell i 10 kilos kasser som har en kapasitet på 31 fisk per minutt med målt vekt på makrell med 1,8 % avvik.
Løsningen fungerer ved at et maskinsynsystem detekterer og estimerer vekt på makrell på et transportband, og angir en plass i pakkekøen for denne. Det har blitt brukt en Omron Adept Quattro 800SH robot i testforsøket, og det har blitt utviklet plukkeverktøy.
Roboten plukket makrellen direkte fra transportør med band i bevegelse og plassert den i kasse med forhandsdefinert mønster, der hode på fisken ligger mot smalsidene på kassen. Leggemønster kan endres i PLS (programmerbar logisk styring)-program, etter kundens spesifikasjoner. Det har blitt tatt skjæreprøver av makrell plukket med sugekopp gjentatte ganger. Det ble ikke påvist noe skader på fisken.
Løsningen er uttestet internt i Optimar og hos Olav E. Fiskerstrand.
Teknologien som er utviklet har vist at det er mulig å gjennomføre en automatisk pakking av stor makrell i 10 kilos kasser, spor mot spor, i to lag med plastark mellom hvert lag. Kapasiteten på roboten er 31 fisk per minutt noe som vil kunne være tilfredsstillende. Roboten er testet hos Olav E, Fiskarstrand AS. Dette var i henhold til målsetting. Et delmål var å måle makrellens vekt visuelt med 3D-kamera innenfor et avvik på 1,5 %. I prosjektet ble avviket 1,8 % , men regnes fortsatt som akseptabelt. Det skulle videre utvikles et plukkeverkttøy. Det er gjort uten at det setter spor i fisken med skjelltap eller andre skader. Makrellen ble plukket direkte fra transportbånd i bevegelse. Dette er også i tråd med målsettingen i prosjektet. Det har vært utfordringer med å utvikle en effektiv og automatisk singulering. Systemet trenger også relativt stor plass, og må betjenes løpende. Gevinst med bemanning av manuell handlegging av stor makrell i 10 kilos kasser ble derfor redusert. Dette gjør seg spesielt gjeldende når andel stor makrell i fangstene er begrenset.
-
Faktaark: Automatisk handlegging av makrell
Optimar AS. 1. juni 2022.
-
Sluttrapport: Robotisert handlegging av makrell i 10 kilos kasser
Optimar. Sluttrapport. 1. juni 2022. Av Johan Espelund.
Håndlagt makrell er hel fisk som i dagens pelagiske produksjonsanlegg er pakket for hånd i kartonger. Håndlagt makrell produseres periodevis i løpet av sesongen. På grunn av den arbeidskrevende pakkeoperasjonen er den i dag begrenset til 600 g+ (G6) rund makrell og pakket i 10 kilos kartonger.
I produksjonsperiodene må et stort antall personer involveres i slik pakking. Det stiller store krav til omdisponering av personell og gir høye lønnskostnader per kg produsert vare. Pelagisk industri ønsker gjennom FHF å utvikle teknologi for robotisert handlegging av makrell for både å effektivisere- og rasjonalisere produksjonen av håndlagt makrell. Gjennom utvikling av denne teknologien ser man også for seg at det kan åpne seg muligheter for andre produkter. Dette kan være andre sorteringer, f.eks. kan man tenke seg å sortere ut G7 som trolig vil være en enda mer eksklusiv sortering, mindre forpakninger tilpasset et lavere dagsbehov osv.
Dagens sorteringsmaskiner er unøyaktige, og man må legge sorteringsgrensene høyt for å sikre at ikke for liten fisk kommer med i G6-sorteringen, noe som ville medført klager med påfølgende prisreduksjon på hele partiet. Målinger har vist at sorteringen av G5 (500–600 g) inneholder opp mot 4 % G6. I perioder har det blitt satt inn personell som visuelt plukker ut fisk som kan ha havnet i feil sortering. Da kontrollveies singel fisk ved å plukke den fra transportbåndet, legge den på en vekt, for så å legge den til rett sortering.
G6-makrellen er betydelig bedre priset enn de mindre sorteringene. Dersom man kan flytte sorteringen slik at all G6-makrellen kan pakkes som G6 er det mye å tjene.
Hovedmål
Å automatisk pakke makrell i 10 kilos kasser slik som den i dag håndlegges.
Delmål
• Å utvikle system for å måle makrellens vekt visuelt (med 3D-kamera) med maks 1,5 % avvik.
• Å utvikle plukkeverktøy til formålet.
• Å plukke fiskene direkte fra transportbånd med en eller flere roboter.
• Å sørge for at roboten(e) skal plassere fiskene i fast mønster i en 10 kilos kasse. Fisken må kunne vendes 180 grader til forhåndsbestemt mønster med hode i begge lengderetninger.
• Å kombinere fisker som til sammen gir en total vekt på 10 kilo med så lite overvekt som mulig.
• Å kunne skille sorteringene 400–600 g (G4) og G6.
• Å pakke G4 og G6 i forskjellige kasser eller slippe sorteringen av 400–600 g forbi for retur til konvensjonell pakking i 20 kilo.
• Å oppnå kapasitet på 30+ fisker/min. per robot.
• Å ivareta kvaliteten på fisken.
• Å kunne endre mønsteret fisken legges med, antall kilo i kassen og klassestørrelsen gjennom endring av parametere.
Delmål
• Å utvikle system for å måle makrellens vekt visuelt (med 3D-kamera) med maks 1,5 % avvik.
• Å utvikle plukkeverktøy til formålet.
• Å plukke fiskene direkte fra transportbånd med en eller flere roboter.
• Å sørge for at roboten(e) skal plassere fiskene i fast mønster i en 10 kilos kasse. Fisken må kunne vendes 180 grader til forhåndsbestemt mønster med hode i begge lengderetninger.
• Å kombinere fisker som til sammen gir en total vekt på 10 kilo med så lite overvekt som mulig.
• Å kunne skille sorteringene 400–600 g (G4) og G6.
• Å pakke G4 og G6 i forskjellige kasser eller slippe sorteringen av 400–600 g forbi for retur til konvensjonell pakking i 20 kilo.
• Å oppnå kapasitet på 30+ fisker/min. per robot.
• Å ivareta kvaliteten på fisken.
• Å kunne endre mønsteret fisken legges med, antall kilo i kassen og klassestørrelsen gjennom endring av parametere.
Merpris for G6-makrell
Makrell av den største sorteringen G6 betales i dag med ca. 14 kr mer per kilo enn sorteringen G4.
Målinger viser at dagens unøyaktige sortering gjør at mellom 2,5 % og 3,5 % av G4-sorteringen er G6. Dersom det i gjennomsnitt er 3 %, og et anlegg pakker 25.000 tonn makrell på en sesong, hvor 25 % av sorteringen er G4, så kan man få en merpris på ca. 3 millioner kr ved å finsortere G6-sorteringen fra G4-sorteringen.
Makrell av den største sorteringen G6 betales i dag med ca. 14 kr mer per kilo enn sorteringen G4.
Målinger viser at dagens unøyaktige sortering gjør at mellom 2,5 % og 3,5 % av G4-sorteringen er G6. Dersom det i gjennomsnitt er 3 %, og et anlegg pakker 25.000 tonn makrell på en sesong, hvor 25 % av sorteringen er G4, så kan man få en merpris på ca. 3 millioner kr ved å finsortere G6-sorteringen fra G4-sorteringen.
Redusert pakkekostnad
Pakking av håndlagt G6 i 10 kilos kartonger er kostbart. Robotisert håndlegging vil redusere lønnskostnaden betydelig. Prosjektet vil fastsette hvor mye man sparer ved å automatisere dette arbeidet.
Nøyaktigere totalvekt
Pakking av håndlagt G6 i 10 kilos kartonger er kostbart. Robotisert håndlegging vil redusere lønnskostnaden betydelig. Prosjektet vil fastsette hvor mye man sparer ved å automatisere dette arbeidet.
Nøyaktigere totalvekt
Ved dagens pakking av G6 er det betydelig overvekt i hver kartong. Men en ny automatisk løsning hvor vekten på hver fisk er kjent, kan det benyttes algoritmer for å finne en totalvekt for kassen som er nærmest mulig den ønskede, forventes det et betydelig bedrer utbytte. Dette vil kartlegges under arbeidet med kost/nytte analysen.
Nye produkter
Dersom kostnaden for å håndlegge fisk reduseres, er det forventet at det kan åpne seg et marked for nye produkter. Dette kan være andre sorteringer, andre størrelser på forpakningene eller annen emballasje. Annen emballasje kan åpne opp for såkalt display-forpakning, rimeligere emballasje og bedre innfrysingsegenskaper. Det vil ikke bli utført undersøkelser rundt dette i prosjektet, det kan eventuelt nye prosjekter ha som mål å kartlegge.
Dersom kostnaden for å håndlegge fisk reduseres, er det forventet at det kan åpne seg et marked for nye produkter. Dette kan være andre sorteringer, andre størrelser på forpakningene eller annen emballasje. Annen emballasje kan åpne opp for såkalt display-forpakning, rimeligere emballasje og bedre innfrysingsegenskaper. Det vil ikke bli utført undersøkelser rundt dette i prosjektet, det kan eventuelt nye prosjekter ha som mål å kartlegge.
Optimar har utført grunnleggende laboratorieundersøkelser og tester på om det er mulig å vektestimere ved hjelp av 3D-kameraer og å bruke roboter til pakking av makrell. Testene viser at dette er mulig, og man ønsker å industrialisere en slik teknologi.
I fase 1 skal teknologien løftes fra nivå TRL 3 (tecnological readiness level) til nivå TRL 6 slik at en utvikling på industrielt nivå er mulig. Det skal realiseres og testes en laboratorieutgave av en prototype. Dette gjøres for å få erfaring innenfor krav til plassering av fisken, fisketetthet på bånd, posisjonering av kasser, realistiske hastigheter og erfaring med griper. Inn- og utmating av kasser blir i hovedsak manuelt. Tilførsel av fisk skjer manuelt.
Fase 1: Pre-pilot
• Design av pre-pilot linje
Konseptuelle valg gjøres i et team bestående av personer fra O. E. Fiskerstrand, med lang og bred erfaring fra pakking av makrell og markedskompetanse. Videre består teamet av utviklings- og salgsingeniører fra Optimar, som har erfaring innen maskindesign og prosesser på makrellmottak. Man tar også med samarbeidspartnere RoboConcept og Gripa, som hennoldsvis har lang erfaring innen kombinasjonen kamera/bildebehandling og P&P-roboter og softgrippere.
• Design av pre-pilot linje
Konseptuelle valg gjøres i et team bestående av personer fra O. E. Fiskerstrand, med lang og bred erfaring fra pakking av makrell og markedskompetanse. Videre består teamet av utviklings- og salgsingeniører fra Optimar, som har erfaring innen maskindesign og prosesser på makrellmottak. Man tar også med samarbeidspartnere RoboConcept og Gripa, som hennoldsvis har lang erfaring innen kombinasjonen kamera/bildebehandling og P&P-roboter og softgrippere.
Allerede i denne fasen skal det gjennomføres en sikkerhetsanalyse av konseptet for å sikkre at maskinen utvikles innenfor de regulativene som man finner ut at den faller innenfor. Optimar har egen spesialkompetanse på dette området.
Konseptet skal modelleres i 3D-programvare, noe som Optimars utviklingsingeniører vi utføre i Autodesk Inventor.
• Utvikling av el. styring og programvare
Til en automatisk maskin trengs det et styresystem bestående av sensorer og givere samt frekvensomformere og andre elektrokomponenter, samt et eget sikkerhetssystem. Dette systemet skal designes av Optimar sine elektoringeniører. Maskinen vil bli styrt av en PLS (programmerbar logisk styring) og en spesial datamaskin for behandling av bilder som programmeres av Optimar og Roboconsept sine programvareutviklere. Det skal også designes et brukergrensesnitt (HMI, som er et grensesnitt som tillater interaksjon mellom et menneske og en maskin) som programmeres inn på en berøringsskjerm. Systemet skal gi brukeren en oversikt over hva som foregår i maskinen og ved feil gi melding til operatøren om hva som er feil. Alle feil legges inn i en egen feillogg. Det legges også inn muligheter for at Optimar kan koble seg til maskinen gjennom Internett, og på den måten hurtig gjennomføre fjerndiagnose, gi brukerstøtte og rette mindre feil eller oppståtte problemer.
• Utvikling og testing av griper
Det skal utvikles en spesialgriper som er tilpasset makrell på 400 g+. Det skal gjennomføres manuelle tester på makrell for å verifisere griperen. Testene gjennomføres først hos Gripa i Danmark, og deretter på et større volum hos O. E. Fiskerstrand. Volumtestingen er nødvendig i og med at dette er biologisk materiale hvor hvert individ er litt forskjellig fra alle andre.
Fisk som er testet med griperen skal kontrolleres for å verifisere at kvaliteten ivaretas. Det må undersøkes om det bli merker, bloduttredelser eller andre endringer av kvaliteten. Justeringer av griperen må gjøres dersom kvaliteten påvirkes.
• Realisering av pre-pilot
Produksjon av pre-pilotlinjen vil foregå hos Optimar på Valderøya. Her er det tilgang på avanserte maskiner og godt kvalifiserte fagarbeidere, blant annet innen for platebearbeiding, sveising, montering og automasjon. Maskinen vil bli bygget hovedsakelig i rustfritt stål, og utstyrt med nødvendige motorer, aktivatorer, sensorer og et styreskap med berøringsskjerm for enklest mulig brukergrensesnitt.
Første testkjøring gjøres i Optimars lokaler med tint fisk.
• Testkjøring hos Olav E. Fiskerstrand
Det blir i denne fasen en del manuell mating av fisk og kasser inn og ut av systemet. Det skal pakkes et fast antall fisker i hver kasse, lagt i et forhåndsbestemt mønster. Testingen vil foregå gjennom en sesong, og nødvendige korreksjoner og tilpasninger tas underveis.
Testkjøringen skal gi nødvendig kunnskap for det videre arbeidet i prosjektet. Informasjon fra testkjøring skal logges av styresystemet.
Det blir i denne fasen en del manuell mating av fisk og kasser inn og ut av systemet. Det skal pakkes et fast antall fisker i hver kasse, lagt i et forhåndsbestemt mønster. Testingen vil foregå gjennom en sesong, og nødvendige korreksjoner og tilpasninger tas underveis.
Testkjøringen skal gi nødvendig kunnskap for det videre arbeidet i prosjektet. Informasjon fra testkjøring skal logges av styresystemet.
• Evaluering
Basert på erfaringene gjort under testkjøringen skal det besluttes om det er grunnlag for å gå videre. Det må undersøkes om kvaliteten på fisken er påvirket, om pakkingen er tilfredsstillende, og hastigheten og stabiliteten er innenfor det som kreves.
• Utarbeiding av design av pilotlinje
Basert på en beslutning om at det er grunnlag for å gå videre, skal det designes en komplett pilotlinje. Dette arbeidet skal detaljeres nok til kunne lage en kostnadskalkyle til et industrielt produkt.
• Kost-nytte-analyse
Det skal utarbeides en kost-nytte-analyse for en komplett pilotlinje. Basert på analysen skal det besluttes om man skal gå videre til fase 2.
Fase 2: Teknologien skal tas fra TRL 6 til TRL 9
• Detaljdesign av pilotlinjen med automatisk logistikk av fisk og emballasje
• Detaljdesign av pilotlinjen med automatisk logistikk av fisk og emballasje
Det skal detaljdesignes et system som mater fiskene single inn til visjonssystemet.
Kassene skal mates automatisk inn til arbeidsområdet til roboten og automatisk ut når de er ferdig. Dette arbeidet vil i hovedsak utføres av ingeniører fra Optimar støttet av et team med lang erfaring innen utvikling av maskiner til fiskeindustrien. Det skal gjennomføres møter med O. E. Fiskerstrand for å verifisere at utviklingen i prosjektet er som ønsket.
Det skal i denne fasen utarbeides en komplett maskinsikkerhetsanalyse som dokumenterer at maskinen tilfredsstiller de regulativene den kommer i berøring med. Sikkerhetsanalysen vil basere seg på analysen gjennomført i fase 1.
Kassene skal mates automatisk inn til arbeidsområdet til roboten og automatisk ut når de er ferdig. Dette arbeidet vil i hovedsak utføres av ingeniører fra Optimar støttet av et team med lang erfaring innen utvikling av maskiner til fiskeindustrien. Det skal gjennomføres møter med O. E. Fiskerstrand for å verifisere at utviklingen i prosjektet er som ønsket.
Det skal i denne fasen utarbeides en komplett maskinsikkerhetsanalyse som dokumenterer at maskinen tilfredsstiller de regulativene den kommer i berøring med. Sikkerhetsanalysen vil basere seg på analysen gjennomført i fase 1.
• Realisering av komplett pilotlinje
Den komplette pilotlinjen vil produseres av Optimar og monteres hos O. E. Fiskerstrand. Den vil da være komplett med automatisk mating av fisk og emballasje. Piloten som ble satt opp hos O. E. Fiskerstrand vil bli fraktet tilbakte til Optimars lokaler og integrert i den komplette linjen.
Som beskrevet under fase en, har Optimar internt den nødvendige kompetansen for å gjennomføre dette.
• Software utvikling til løsningen
Det tas utgangspunkt i det som er utført i fase 1, og lagt til nødvendige tilpasninger av utbygging av systemet. Nye funksoner vil bli programmert i PLS-en og lagt inn i HMI. Programmeringen vil gjennomføres av Optimar og Roboconsept sine programvareingeniører.
Det tas utgangspunkt i det som er utført i fase 1, og lagt til nødvendige tilpasninger av utbygging av systemet. Nye funksoner vil bli programmert i PLS-en og lagt inn i HMI. Programmeringen vil gjennomføres av Optimar og Roboconsept sine programvareingeniører.
• Testkjøring hos Olav E. Fiskerstrand
Testkjøring av komplett pilotlinje i en sesong. Når det oppdages feil eller ønskelige forbedringer vil disse bli utført av Optimar så raskt som mulig. Dette er en langtidstest av systemet, og i en tidlig fase vil det være en del feil og forbedringspotensialer som avdekkes, men etter hvert forventes det at feilene blir sjeldene og stabiliteten tilfredsstillende.
• Evaluering og justeringer
Etter en sesong med testing skal erfaringene samles og evalueres. Eventuelle forbedringer iverksettes og implementeres i piloten.
Etter en sesong med testing skal erfaringene samles og evalueres. Eventuelle forbedringer iverksettes og implementeres i piloten.
• Fullskala testkjøring og fintuning
Det er behov for å kjøre systemet over lengre tid for å oppnå stabil drift. Problemer som dukker opp løses etter hvert, og forbedringer for å forbedre brukergrensesnitt og brukeropplevelsen utføres. Det er nødvendig å ha et testprogram over en lengre periode for å avdekke eventuelle endringer i råstoffet knyttet til forskjellige båter og årstiden.
Følge formidling planlegges:
• Presentasjon på FHF-samlinger.
• Presentasjon på våre Optimar sine nettsider.
• Presentasjon på messer hvor Optimar er tilstede.
• Pressemeldinger til fagtidsskrift / nettsteder.
• Mulighet for besøk på anlegget til O. E. Fiskerstrand for å se maskinen i drift.
• Presentasjon på våre Optimar sine nettsider.
• Presentasjon på messer hvor Optimar er tilstede.
• Pressemeldinger til fagtidsskrift / nettsteder.
• Mulighet for besøk på anlegget til O. E. Fiskerstrand for å se maskinen i drift.
-
Sluttrapport: Robotisert handlegging av makrell i 10 kilos kasser
Optimar. Sluttrapport. 1. juni 2022. Av Johan Espelund.