Światowa Organizacja FAO szacuje, że globalna produkcja mięsa wzrosła w ostatnich latach o 20% oraz przewiduje się dalszy jej wzrost na podobnym poziomie. Jak podają dane statystyczne w 2018 r. na świecie wyprodukowano około 341 milionów ton mięsa. Zatem jest to olbrzymi rynek zbytu, a stojące przed nim wyzwania, ciągłego wzrostu wielkości produkcji, są bardzo ważne. Liczni autorzy podkreślają znaczenie wdrożenia do zastosowania automatyzacji i robotyzacji procesów, szczególnie w zakładach o dużej skali produkcji mięsa. Niestety w chwili obecnej duże koszty nowoczesnych rozwiązań zwykle ograniczają możliwość ich zastosowania w małych i średnich zakładach ubojowych. Z danych zawartych w opracowaniach technicznych wynika, że w pełni zautomatyzowana linia ubojowa może charakteryzować się wydajnością ponad 1000 ubitych świń na godzinę. Zatem dla mniejszych producentów zastosowanie automatyzacji nie zawsze jest zasadne, ze względu na brak możliwości wykorzystania maksymalnego wydajności, jaką taka nowoczesna linia ubojowa może osiągnąć a koszty inwestycyjne przerosnąć ewentualne zyski.
Jednym z podstawowych problemów dla funkcjonowania ubojni o przeciętnej skali produkcji, w której nie stosuje się rozwiązań automatycznych, są trudne i specyficzne warunki środowiska pracy dla pracowników. Warunki pracy w zakładzie ubojowym charakteryzują się: wysoką temperaturą, wilgotnością, hałasem oraz wykonywaniem szybkich, powtarzalnych czynności z użyciem noża, piły itp. Mogą one zwiększać ryzyko powstawania urazów wśród pracowników. Z badań przeprowadzonych w Stanach Zjednoczonych wynika, że osoby zatrudnione na linii ubojowej zakładów mięsnych 2,4 razy częściej ulegają różnego rodzaju urazom i aż 17 razy częściej przebywają na zwolnieniu lekarskim, niż przedstawiciele innych branż w przemyśle. Potwierdzają to dane pochodzące z Wielkiej Brytanii, w której w 2018 r. zanotowano 3 razy więcej urazów wśród rzeźników w porównaniu z innymi profesjami. W Norwegii natomiast w tym samym okresie stwierdzono absencję pracowników sięgającą nawet 20% podstawowego zatrudnienia na linii rozbioru tusz wieprzowych. Brak pełnej obsady linii technologicznej powoduje zwykle dezorganizację pracy, konieczność szybkiej reakcji i rotacji personelu, a także w konsekwencji może prowadzić do obniżenia wielkości produkcji i strat finansowych dla zakładu mięsnego. Wydaje się, że jest to jedna z ważniejszych przyczyn zwiększonego zainteresowania zastosowaniem automatyzacji, szczególnie tych procesów technologicznych przeprowadzanych w najbardziej trudnych dla pracowników warunkach, by zapobiegać zaistnieniu sytuacji zagrożenia ciągłości produkcji.
Jest jednak pewien aspekt moralny, który może budzić kontrowersje a mianowicie, zastosowanie robotów może prowadzić do wyeliminowania pracowników z linii technologicznej, a także w rezultacie z czynności zawodowej i prowadzić do zwiększonego bezrobocia. Z analiz ekonomicznych i prognoz wynika jednak, że jest to tylko pozorny i chwilowy efekt wprowadzenia automatyzacji do produkcji mięsa. W długofalowej perspektywie przewiduje się zwiększoną specjalizację stanowiska pracy oraz znaczną poprawę warunków jej środowiska. Prowadzić do tego ma położenie nacisku na podnoszenie kwalifikacji o wąskiej specjalności, edukację oraz wyższe zarobki dla pracowników.
Jednym z kolejnych pozytywnych aspektów wprowadzenia robotyzacji w procesie technologicznym produkcji mięsa jest możliwość ich wykorzystania do śledzenia całego łańcucha wytwarzania tego surowca (często używane słowo, tzw. „traceability” z ang.). Jest to znacznie ułatwione, gdyż zastosowanie automatów wymaga także do ich poprawnego działania zainstalowania licznych dodatkowych czujników, kamer, systemów kontrolujących i monitorujących, dzięki którym poszczególne tusze, a nawet częściowe elementy rozbiorowe, mogą być kontrolowane.
Obecnie najbardziej zautomatyzowane są linie ubojowe drobiu i świń. Wyróżniającymi się europejskimi zakładami ubojowymi w zakresie ilości zastosowań robotów są duńskie ubojnie należące do Danish Crown. Rozwiązania technologiczne tam zastosowane są jednymi z najbardziej zaawansowanych na świecie i w zdecydowanej większości informacje zawarte w tym artykule będą opierać się właśnie na nich. Jednym z podstawowych procesów technologicznych, o bardzo istotnej roli w zakresie otrzymania surowca o pożądanej jakości i bez wad, jest oszałamianie. W omawianym przypadku jest to proces w dużej mierze zautomatyzowany. Kolejny proces – wykrwawianie, jest wykonywany przez pracownika, pomimo pewnego wspomagania ze strony pomocniczych automatycznych urządzeń. Następne etapy mogą przebiegać bez konieczności ingerencji ludzkiej. Aż do momentu usunięcia ośrodków (narządów wewnętrznych, wytrzewianie) z tuszy, które wprawdzie częściowo może być przeprowadzane przez roboty, jednak obecność osoby na tym stanowisku jest jak dotąd niezbędna. Pozostałe etapy w przypadku uboju trzody chlewnej mogą być prowadzone automatycznie. W uboju bydła procesem, który sprawia problemy w automatyzacji, jest skórowanie. Zatem, pomimo wprowadzenia robotyzacji obecność pracowników na linii ubojowej w pewnych etapach jest niezbędna i na chwilę obecną niezastąpiona.
O ile większość procesów technologicznych na linii ubojowej w obecnym stanie rozwoju automatyzacji może być prowadzonych przy użyciu robotów i inteligentnych systemów, to rozbiór tuszy na elementy i ich dalszy podział jest zwykle w większości wykonywany ręcznie. Wydaje się, że głównym powodem takiej sytuacji jest uzyskanie ogromnej precyzji dokonywania cięć nożem, którą trudno osiągnąć przy zastosowaniu automatyzacji. Dodatkowo należy pamiętać, że tusze ubitych zwierząt mają różnorodną strukturę, która ulega odkształceniom, może przybierać różne kształty a także są w ruchu, mogą się niekontrolowanie obracać, układać się pod różnym kątem w stosunku do powierzchni np. stołu rozbiorowego, co utrudnia jednoznaczną identyfikację i przeniesienie jej struktur anatomicznych i morfologicznych na obraz cyfrowy. Ponadto, sama tusza składa się z różnych elementów tkankowych, które charakteryzują się różnymi właściwościami fizyko-chemicznymi. Z doniesień literaturowych wynika, że użycie robotów na tym etapie prowadzi do częstych uszkodzeń elementów handlowych, złamań kości itp., co obniża wartość surowca ale także może stwarzać większe ryzyko awarii mechanicznych urządzeń i kosztownych ich napraw lub konserwacji.
W duńskim przemyśle mięsnym dominują automaty firmy Frontmatec, których rozwiązania są także popularne również w innych krajach. Z danych producenta wynika, że najpopularniejszym rozwiązaniem są roboty typu: Frontmatec AiRA, używane komercyjnie, o wydajności ubojowej 450-750 sztuk świń na godzinę. Zastosowano w nich technologię trójwymiarowej detekcji kształtu tuszy przy użyciu skanera laserowego. Na podstawie informacji producenta możliwe jest zastosowanie urządzeń całej linii ubojowej do większości procesów technologicznych. Wśród najczęściej zainstalowanych automatów wyróżnia się: AiRA RBD Bung Dropper do identyfikacji na linii ubojowej części ogonowej tuszy, AiRA RHC i AiRA RBO do precyzyjnego przecięcia okolic mostka i boczku oraz AiRA RNG służy do obróbki części głowowej tuszy i AiRA Splitters do przepoławiania tuszy na półtusze, który może być wykorzystany w różnych konfiguracjach, tj. robot z piłą, robot z nożem albo 2 roboty by zwiększyć wydajność. Należy jednak zaznaczyć, jak wskazują norwescy badacze, że pomimo zastosowania najnowocześniejszej technologii, wykonanie cięć, skomplikowanych wymagających znacznej precyzji nadal może sprawiać pewne trudności i konieczne są dalsze prace badawcze. Więcej informacji, wraz z opisem oraz fotografiami dostępne są na stronie internetowej producenta (www.frontmatec.com). Norwescy badacze dokonali także oceny kolejnego urządzenia dostępnego do komercyjnego zastosowania – Hamdas RX. Automat ten przeznaczony jest do wykrawania kości (udowej i podudzia) z szynek.
Osiąga on wydajność od 170 do 500 szynek na godzinę, przy precyzji cięcia na poziomie porównywalnym z pracownikiem na tym stanowisku. Automat do oszacowania trajektorii cięcia wykorzystuje promienie rentgenowskie, które umożliwiają precyzyjne określenie umiejscowienia kości i mięśni oraz rozróżnienie, pomiędzy szynkami pochodzącymi z lewej czy prawej półtuszy. Jak podają autorzy pracy pewnym czynnikiem ograniczającym jego zastosowanie w istniejących już liniach rozbiorowych jest duży rozmiar tego urządzenia, tj. szerokość 3,5 metra, długość 12,5 metra oraz wysokość 3 metry. Ponadto stosowanie jest dość kosztowne i zwykle opłacalne przy dużej skali produkcji.
Do rozbioru tusz jagnięcych zastosowanie znajduje urządzenie SCOTT (automated Boning Room for lambs) oparte na podobnym rozwiązaniu technologicznym (skaner laserowy), jak te użyte w automatach firmy Frontmatec. Urządzenie, złożone jest z 6 poszczególnych robotów, dzieli tusze na 3 części anatomiczne, przód, tył i środek tuszy i może pracować z wydajnością 12 tusz jagnięcych na minutę. Istnieje jeszcze kilka rozwiązań będących w fazie badań. Należy do nich np. SRDViand Project, który w założeniu ma służyć do rozbioru tusz wołowych i wieprzowych. Szczególne znaczenie ma wykorzystanie robotów w precyzyjnym podziale tusz bydła, gdyż jak potwierdzają doniesienia pochodzące np. z francuskiego przemysłu mięsnego, brak jest wykwalifikowanych pracowników do wykonywania skomplikowanych podziałów tej tuszy, a ponadto często notowano wypadki. Robot wykonuje precyzyjne cięcie półtuszy na ćwierćtusze w kształcie litery Z (pistoletowe), od 5 do 13 żebra, i w poprzek kręgosłupa.
Do wykrawania szynek badana jest również możliwość użycia robota – ECHORD-DEXDEB. Podstawowym założeniem jego funkcjonowania jest wspomaganie pracy rzeźnika, który jest praworęczny, a część pracy wymaga przełożenia noża do lewej ręki. Jak wynika z doświadczenia w takich sytuacjach najczęściej dochodzi do zranień lub innych wypadków.
Do wykrawania filetów z tusz drobiowych prowadzi się badania nad wykorzystaniem urządzenia GRIBBOT. Urządzenie w fazie testowej osiąga wydajność przygotowania 1 obrobionego elementu w czasie około 4 sekund.
W artykule przedstawiono wybrane rozwiązania technologiczne umożliwiające automatyzację procesów produkcji mięsa. O ile proces uboju może być prawie w całości zautomatyzowany dostępnymi komercyjnie robotami, to proces rozbioru nadal dostarcza pewnych trudności, związanych z wymieniowymi w artykule powodami, z których głównym wydaje się być trudność w opanowaniu precyzji cięcia ze względu na odkształcanie tkanek miękkich tuszy. Wydaje się jednak, że automatyzacja produkcji przemysłowej mięsa jest nieunikniona i prace badawcze postępować będą dalej w tym kierunku. Jak podkreślono długofalowo powinno to prowadzić do podniesienia kwalifikacji zawodowych pracowników i wykonywania przez nich prac bardziej specjalistycznych, precyzyjnych a nie powtarzalnych, w ciężkich warunkach środowiska pracy.
dr Piotr Janiszewski
Wykaz literatury znajduje się u autora.