Nel settore alimentare e delle bevande, il controllo qualità va ben oltre la semplice verifica che l’etichetta UPC corrisponda al contenuto della confezione. Nel contesto dell’ispezione alimentare, l’obiettivo è assicurare la piena e costante corrispondenza tra le informazioni riportate sulla confezione e il prodotto effettivamente presente all’interno. Le non conformità e altri errori possono danneggiare il brand di un’azienda e i suoi risultati economici, dato che un richiamo alimentare costa in media al produttore 10 milioni di dollari per singolo episodio; nei casi peggiori, potrebbe avere ripercussioni anche sui consumatori.
Anni fa, uno dei figli di David Kotula, presidente di Sensors Integration, azienda che sviluppa soluzioni di visione innovative per migliorare la qualità dei prodotti, ebbe una reazione allergica alle arachidi. Fortunatamente la famiglia aveva a disposizione un EpiPen e il bambino non ha riportato conseguenze. Segnato da questo episodio che avrebbe potuto trasformarsi in una tragedia, Kotula ha fatto della sicurezza nel settore food & beverage una vera e propria missione. Tra i risultati di questo percorso c’è il Control Reliable Inspection System (CRIS). Il sistema utilizza quattro lettori di codici a barre Cognex DataMan 474 con tecnologia Edge Intelligence per eseguire un’ispezione a 360° dei contenitori alimentari lungo le linee di produzione, consentendo spaziature minime tra i prodotti e, allo stesso tempo, riducendo i requisiti sul PLC e i costi correlati. Oltre a massimizzare la capacità produttiva grazie alla riduzione della spaziatura dei prodotti sui trasportatori, CRIS integra un approccio “fail-to-safe” progettato per garantire la sicurezza operativa in ogni condizione. Il sistema parte dal presupposto che ogni prodotto sia etichettato in modo errato finché non viene dimostrata la conformità, portando a livelli di accuratezza senza precedenti in produzione e a una tutela nettamente superiore per il consumatore.
Partire dallo scenario peggiore per arrivare al risultato migliore
Molti sistemi di ispezione si basano su criteri prestabiliti per individuare i prodotti non conformi. Questi sistemi partono dal presupposto che ogni prodotto sia conforme, a meno che non venga rilevata una o più anomalie. Secondo Kotula, però, considerare tutti i prodotti conformi finché non viene rilevato un errore significa dare per scontata la perfezione del sistema di ispezione. Ma molte cose possono influenzare l'accuratezza di un sistema di visione nel tempo. Ad esempio, se una telecamera è anche solo leggermente fuori fuoco, potrebbe non riuscire a rilevare i criteri di non conformità. Un errore di cablaggio a livello di PLC può causare la mancata trasmissione dei segnali di esito negativo (“fail”) generati dal sistema di ispezione automatizzato. Ulteriori criticità possono insorgere quando, dopo un intervento di manutenzione, il sistema di scarto a valle non viene riattivato. CRIS affronta in modo diretto tutte queste criticità.
Ulteriori problematiche sono legate alla funzione di apprendimento (“teach”) integrata in numerosi sistemi di visione artificiale. L'utilizzo della funzione di autoapprendimento può accidentalmente insegnare al sistema ad accettare prodotti non conformi. Inoltre, se il sistema non mette a disposizione registri o sistemi di tracciamento, diventa difficile capire per quanto tempo la linea abbia lasciato passare prodotti che avrebbero dovuto essere scartati, o risalire a chi abbia effettuato la modifica che ha generato quel falso “ok”.
“Un’azienda si è trovata a dover fermare una linea perché il sistema aveva rilevato prodotti non conformi”, ha raccontato Kotula. “L’operatore ha resettato la macchina, come da procedura, ma il sistema si è fermato di nuovo. Successivamente, un operatore con maggiore esperienza suggerì l’utilizzo di un comando alternativo per impedire il ripetersi dell’arresto, il pulsante di apprendimento (teach). L’azienda ha continuato a produrre per due giorni con un’immagine errata caricata nel sistema, con il rischio concreto di spedire prodotti non conformi.”
Per prevenire questo genere di errori operativi, Sensors Integration esclude deliberatamente la funzione di apprendimento (teach) dal sistema. Al suo posto, l’azienda mette a disposizione schermate di selezione delle ricette già preimpostate, accessibili solo al personale autorizzato tramite tessera RFID, insieme a funzioni aggiuntive per registrare gli eventi e associarvi una data e un’ora. Un dettaglio fondamentale per capire perché un prodotto è stato scartato, verificare che il sistema stia funzionando correttamente e documentare qualsiasi modifica. Sensors Integration ha inoltre integrato Cognex Edge Intelligence (EI) nei quattro lettori DataMan del sistema CRIS, attivando l’archiviazione delle immagini per analisi successive, troubleshooting e ottimizzazione dell’impianto. In più, collegando il sistema al MES o all’ERP di stabilimento, l’intero processo del cliente ne beneficia in termini di controllo e tracciabilità. Edge Intelligence (EI) fornisce a Sensors Integration un’interfaccia semplice e veloce per la connessione centralizzata a tutti i lettori di codici a barre Cognex, supportando le attività di gestione e ottimizzazione del sistema, un componente progettuale fondamentale dell’architettura CRIS basata su quattro telecamere.
Oltre all'archiviazione delle immagini, CRIS aumenta la precisione operativa controllando l'accesso al sistema tramite badge RFID con diversi livelli di accesso. Ogni interazione con il sistema viene registrata in formato digitale, includendo data e ora, il nominativo dell’operatore e altre informazioni rilevanti. Inoltre, i sensori sono collegati ai dispositivi di scarto, consentendo al sistema CRIS di verificare che tutti i sottosistemi siano operativi e correttamente in linea. Al verificarsi di tre esiti negativi consecutivi, o in caso di codici di errore relativi a cablaggi o attuatori, CRIS procede all’arresto della linea di produzione e notifica la catena di responsabilità secondo le procedure definite. Nel complesso, tutte queste funzionalità hanno permesso a CRIS di raggiungere un livello di accuratezza superiore al Six Sigma: in un test, ha gestito oltre 6,2 milioni di codici UPC senza un solo errore. Il test è stato interrotto a quel punto perché i contenitori di prova mostravano evidenti segni di usura causati dal nastro trasportatore!
La sicurezza degli alimenti a un prezzo inferiore
Per Sensors Integration la sicurezza viene prima di tutto, ma i sistemi automatizzati devono anche rientrare nei budget dei clienti. CRIS è progettato come un retrofit facile da installare sulle linee di confezionamento esistenti, molte delle quali non sono state concepite con le spaziature necessarie per supportare la lettura automatizzata dei codici UPC. Le quattro telecamere disposte attorno al nastro di confezionamento devono riuscire, nel giro di pochi millisecondi, a catturare le immagini, individuare il codice UPC, decodificarlo e inviare il valore numerico al PLC di controllo. I lettori di codici a barre DataMan di Cognex 474 offrono funzionalità di lettura ad alta velocità con ottica a fuoco variabile. Questi parametri possono essere regolati rapidamente per ridurre, o eliminare del tutto, sfocature e mancata lettura dei codici. Tuttavia, per integrare tutte queste funzionalità di sicurezza in una soluzione economicamente sostenibile, Sensors Integration ha dovuto spingersi oltre.
L’impiego di più telecamere aumenta complessità e costi, creando una barriera all’adozione. Tuttavia, grazie a un’esperienza pluriennale come integratore Cognex, Sensors Integration progetta il proprio sistema di controllo in modo da contenere complessità e costi, ove possibile.
L’utilizzo di un PLC più compatto, con un numero inferiore di indirizzi IP e di porte, al posto di un modello più costoso consente un risparmio di circa 10.000 dollari. Nel complesso, il design di Sensors Integration riduce i costi di oltre 30.000 $. Ridurre il numero di componenti e la complessità porta anche altri vantaggi e risparmi, come una supply chain più snella, tempi di assemblaggio più rapidi e fasi di integrazione più brevi. Grazie all’impiego dei prodotti e dei servizi Cognex, Sensors Integration propone una soluzione economicamente sostenibile, capace di garantire in modo costante livelli di qualità pari o superiori al Six Sigma. L'obiettivo generale dell'ispezione alimentare è quello di tenere le persone al sicuro. CRIS è una soluzione di visione avanzata pensata per verificare la qualità del prodotto e confermarne l’integrità. Con l’aumento dei volumi e delle velocità produttive nel settore food & beverage, sistemi di visione come quelli proposti da Sensors Integration e Cognex stanno evolvendo le soluzioni di ispezione per tutelare sia i consumatori sia le aziende.