مجلة متخصصة في صناعة الأغذية - مجلة هندسة الأغذية (https://www.foodengineeringmag.com/ينشر مقالاً مميزاً يغطي Rheonics يُعدّ مقياس اللزوجة المدمج SRV أحد الأجهزة الجديدة التي تُطرح في الأسواق، إلى جانب أجهزة معالجة جديدة أخرى. تتناول المقالة أهمية أن تتجاوز صناعات الأغذية والمشروبات الاعتماد على أجهزة الاستشعار الأربعة الأساسية (التدفق، والمستوى، والضغط، ودرجة الحرارة) لفهم عملياتها الصناعية بشكل أفضل والحفاظ على قدرتها التنافسية.

العنوان: "استخدام أجهزة الاستشعار لتحسين العمليات"، تحديث تقني: ما وراء التدفق والمستوى والضغط ودرجة الحرارة - أجهزة استشعار جديدة، حلول مبتكرة
متميز: RheonicsAllpax، Brooks Instruments، Festo، CHL systems، ECS Solutions، Endress+Hauser USA

ابحث عن رابط المنشور.

أصبحت أجهزة الاستشعار موجودة في كل مكان اليوم. فهناك أجهزة استشعار التقارب، ومقاييس التسارع، وأجهزة الجيروسكوب، ومقاييس المغناطيسية، وأجهزة القياسات الحيوية، وأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء ودرجة الحرارة، وأجهزة قياس الرطوبة، وحتى أجهزة قياس الأكسجين في هاتفك الذكي (على الرغم من أنك قد لا ترغب في الاعتماد على دقة جهاز قياس الأكسجين الموجود في الهاتف الذكي).

إلى جانب أجهزة الاستشعار الأربعة الأساسية (التدفق، والمستوى، والضغط، ودرجة الحرارة) المستخدمة لمراقبة العمليات الصناعية، توجد مجموعة كبيرة من أجهزة الاستشعار الأخرى في المنتجات اليومية، بدءًا من الألعاب وصولًا إلى غسالات الأطباق والسيارات. إذا لم تستخدم شركتك في مجال الأغذية أو المشروبات أجهزة الاستشعار على نطاق واسع لمراقبة عملياتها، فلن تتمكن من الحفاظ على قدرتك التنافسية لفترة طويلة، فكما يُقال، "لا يمكنك التحكم فيما لا تقيسه"، ولن تحصل على بيانات قابلة للتنفيذ من عملياتك بدونها.

توفر مقاييس التدفق الكتلي الدقة والضبط اللازمين لمعايرة المكونات بدقة في المنتج، بينما تساعدك مقاييس اللزوجة على التحكم في السوائل غير النيوتونية الصعبة، مثل الصلصات والعجائن. تتوفر أيضًا أجهزة استشعار متطورة مدمجة في خط الإنتاج لقياس مستويات الكحول، ومحتوى الدهون، والمكونات الجزيئية، وغير ذلك الكثير. بفضل الهندسة المبتكرة وأجهزة الاستشعار المناسبة، يمكنك التحكم الكامل في عملية الإنتاج.

Rheonics ردًا على أسئلة FE حول المقال المعنون: تحديث تقني: ما وراء التدفق والمستوى والضغط ودرجة الحرارة - أجهزة استشعار جديدة، حلول مبتكرة. 

س1: ما أنواع أجهزة الاستشعار التي تصنعونها؟ وما هي تطبيقات الأغذية والمشروبات التي تركزون عليها في حلولكم؟

رد:

Rheonics تقوم الشركة بتطوير وبناء وبيع أجهزة استشعار الكثافة واللزوجة والحلول الآلية التي تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات بدءًا من معالجة الأغذية وحتى البتروكيماويات.

تُستخدم أجهزة الاستشعار الخاصة بنا في مراحل مختلفة من معالجة الأغذية مثل النقل والخلط والتغليف، والتي تشمل السوائل النيوتونية وغير النيوتونية.

Rheonics تُستخدم أجهزة قياس الكثافة واللزوجة على نطاق واسع من قبل مصنعي الآلات العالميين لمراقبة خلط وتغليف العجين، وتغليف رقائق الشوكولاتة، والكريمة، والحليب، والزبادي، والمايونيز، وتصنيع الصلصات، والتغليف المعوي لمنتجات الأغذية الحيوانية، ومراقبة محتوى الكحول والسكر في النبيذ والمشروبات، ولأتمتة تيارات مياه الصرف الصحي.

س2: صف تطبيقًا صعبًا في مجال الأغذية/المشروبات استخدمت فيه أجهزة استشعار تقليدية (مثل التدفق، والمستوى، والضغط، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة/التوصيل الكهربائي، والتعكر، ومقاييس التسارع، وما إلى ذلك) لإنشاء حل جديد؟

رد:

أحد عملائنا مورد أمريكي لخطوط خلط وتغليف المنتجات، يوفر خطوطًا آلية بالكامل لتغليف البطاطس المقلية، وقطع الدجاج، وأصابع السمك، ورقائق البطاطس. كانوا يستخدمون مضخات ومقاييس ضغط لمراقبة قوام خليط التغليف. تمثلت المشكلة في التباين الكبير والحاجة المستمرة لمعايرة الخطوط في كل مرة يتم فيها تغيير خليط التغليف. هذا جعل النظام معقدًا للغاية بالنسبة للمشغلين.

بعد تجربة استمرت أسبوعًا، اعتمدوا Rheonics نظام استشعار مدمج لمراقبة خليط العجين في الوقت الفعلي. يتميز المستشعر المستخدم بوصلة صحية، وقد تم تركيبه مباشرةً في خط الخلط وخط التغليف. واليوم، تُقدم هذه المستشعرات كتجهيز قياسي في معظم خطوط الخلط والتغليف، مما يضمن مراقبة العجين والتحكم فيه بنقرة واحدة.

س3: صف تطبيقًا صعبًا في مجال الأغذية/المشروبات استخدمت فيه أجهزة استشعار أكثر تطورًا لإيجاد حل؟

رد:

كان أحد عملائنا السويسريين بحاجة إلى ابتكار ألواح رقائق الشوكولاتة "المثالية"، وكانت المشكلة الرئيسية هي قوام طبقة الشوكولاتة والكريمة التي يجب وضعها بالسمك الدقيق لضمان السماكة النهائية الصحيحة للرقائق ولإعطاء القرمشة المثالية لعملائهم!

Rheonics قام العميل بتركيب مقياس اللزوجة المدمج SRV على خطوط إنتاجه لمراقبة خليط الشوكولاتة والكريمة، وذلك لضمان التحكم في لزوجة الخليط ضمن حدود دقيقة، مما يسمح بتجانس طبقة التغليف. كان خليط الشوكولاتة والكريمة والمكسرات سائلاً معقداً يحتوي على هواء محبوس، ولم يجد العميل أي جهاز قادر على إعطاء قياسات موثوقة وقابلة للتكرار قبل استخدام مقياس SRV.

س٤: ما هي أنواع أجهزة الاستشعار التي كانت نادرة في السابق والتي ستصبح شائعة الاستخدام في المستقبل؟ وكيف ستساهم تقنيات التصنيع في جعل هذه الأجهزة في متناول الجميع؟ وماذا عن أجهزة الاستشعار الشائعة لقياس التدفق، والمستوى، والضغط، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك؟

رد:

اللزوجة خاصية تتأثر على المستوى الجزيئي، وتحمل في طياتها معلومات قيّمة عن العملية، إلا أنه يصعب قياسها بدقة باستخدام الأجهزة الحالية. وهي تُسهم في فهم الخصائص الأكثر أهمية في المنتجات الغذائية، ألا وهي الملمس والقوام. تؤثر هذه الخصائص على الطعم والرائحة والنكهة، وعلى الإحساس الذي يتركه المنتج في الفم، وتُعدّ عاملاً حاسماً في تقييم المستهلكين له.

كان العائق الرئيسي أمام استخدام مقاييس اللزوجة في صناعة الأغذية ذا شقين: أولهما نقص مقاييس اللزوجة المتينة والمدمجة والقابلة للتكرار، وثانيهما نقص أنظمة التحكم المتكاملة في المصانع القادرة على الاستفادة من معلومات اللزوجة في استراتيجية التحكم الشاملة. لطالما ساد اعتقاد بأن علم ريولوجيا الأغذية، على الرغم من أهميته، يصعب رصده بدقة.

العوامل الرئيسية الدافعة للاعتماد:

• قابلية التطبيق الواسعة: تستفيد معظم عمليات تصنيع الأغذية والمشروبات من إدارة اللزوجة المدمجة - منتجات الألبان - الشوكولاتة، والزبادي، والزبدة، والقشدة، والجبن، والحليب؛ والعجائن، والمايونيز، والصلصات، والكحول، والنبيذ، وطلاءات الطعام.
• دعم المراقبة المستمرة للإنتاج، ومراقبة الجودة، وضمان التناسق بين الدفعات.
• الغذاء 4.0 - لم تعد معظم الشركات تنظر إلى بيانات عملياتها على أنها ترف، بل أصبحت ضرورة حيوية تؤثر بشكل مباشر على أرباحها النهائية. مجموعة من أجهزة قياس اللزوجة الموثوقة من Rheonicsإن التوسع في استخدام أنظمة التحكم الصناعية في عمليات تصنيع الأغذية، والحاجة إلى الاستجابة السريعة لتغير عادات المستهلكين، يخلق وضعاً مربحاً للطرفين لمزودي حلول الأتمتة مثل Rheonics، ومصنعي معدات الطعام، وفي نهاية المطاف منتجي الأغذية.

س5: كيف سيلعب البرمجيات دوراً في مستقبل أجهزة الاستشعار؟ هل ستكون مدمجة في الجهاز وجزءاً منه؟ هل ستوفر إمكانية مراقبة متغيرات العملية المحسوبة من المتغيرات المقاسة (المستشعرة)؟

رد:

ستلعب البرمجيات دورًا رئيسيًا في مستقبل أجهزة الاستشعار والإمكانيات اللانهائية التي ستوفرها لمهندسي المصانع من حيث الحصول على بيانات العمليات وتحليلها، واكتشاف الأحداث التي تتطلب التدخل، وتحسين عملياتهم، وجمع رؤى حول عمليات المصنع التي لها آثار قصيرة وطويلة الأجل.

توجد مجموعة من التطبيقات في صناعة الأغذية، ومن المهم فهم أن كل تطبيق فريد من نوعه من حيث أهداف العملية والمعايير واللوائح وتغييرات المنتجات وخبرة مهندسي المصنع والممارسات الشائعة في أرضية المصنع والمعرفة.

تعتمد طريقة تفاعل المستخدم داخل المصنع مع بيانات المستشعرات بشكل كبير على مدى ملاءمة البرمجيات وخوارزميات معالجة البيانات المستخدمة لتلبية احتياجات التطبيق. لذا، يجب أن توفر البرمجيات المرفقة مع المستشعرات إمكانية مراقبة متغيرات العملية المحسوبة بناءً على المتغيرات المقاسة، وذلك وفقًا للتطبيق/الصناعة المحددة. ويتم دعم ذلك بواسطة المستشعرات الذكية، مثل تلك التي توفرها شركة [اسم الشركة]. Rheonicsوالتي تستخدم مزيجًا من الحوسبة الطرفية والسحابية لتمكين المعرفة العميقة بالعمليات التي لا يمكن الحصول عليها من أجهزة الاستشعار التقليدية.

يضمن البرنامج البديهي سهولة التعلم لمديري المصانع والمشغلين والمهندسين للتفاعل بسلاسة مع البرنامج والاستفادة الكاملة من تقنيات الصناعة 4.0 والأتمتة.

س6: هل ستتوفر معظم أجهزة الاستشعار بخيار الاتصال اللاسلكي؟ هل هناك أي تطبيقات يمكن لأجهزة الاستشعار فيها أن تستمد طاقتها من الاهتزاز أو الضوء (مثل الطاقة الشمسية) وما إلى ذلك؟

رد:

يُعدّ الخلط أساسيًا في تصنيع العديد من المنتجات، وإن لم يكن بالضرورة دقيقًا في كثير من الأحيان. مع ذلك، في حالات أخرى، يُعتبر الخلط عملية دقيقة للغاية؛ إذ قد يؤدي نقص الخلط إلى توزيع غير متجانس للمواد المكونة، بينما قد يؤدي الإفراط فيه إلى تغيير حالة المنتج. عند استخدام أجهزة استشعار (مثل مقاييس اللزوجة) للتحكم الدقيق في عملية الخلط ومراقبتها، قد يكون موقع التركيب المطلوب محدودًا للغاية لاستيعاب الأسلاك المتصلة بجهاز الاستشعار، ما يجعل الحلول اللاسلكية خيارًا أفضل من ناحية التركيب. وقد لاحظنا مثل هذه الطلبات من عملاء سبق لنا العمل معهم، كما هو الحال في صناعة أوعية خلط الشوكولاتة.

في مثل هذه الحالات، تُسهّل التقنيات اللاسلكية عملية التركيب والتشغيل. فعلى سبيل المثال، يُمكن استخدام وصلة لاسلكية، دون الحاجة إلى اتصال مادي، لإرسال الطاقة إلى عنصر الاستشعار واستقبال إشارات القياس منه.

بحسب التطبيق، قد يكون استخلاص الطاقة من الاهتزازات أو الحرارة أو التدفق أو الطاقة الشمسية خيارات مجدية. ويتمثل العائق الأكبر حتى الآن أمام التوسع في استخدام تقنيات حصاد الطاقة في انخفاض إنتاج الطاقة من أجهزة الحصاد وارتفاع متطلبات الطاقة من أجهزة الاستشعار. وتستفيد أجهزة الاستشعار المتطورة منخفضة الطاقة، التي يجري تطويرها اليوم، من خبرات أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة السمع لتقليل استهلاكها للطاقة، مما يجعل التزويد الذاتي بالطاقة احتمالاً وارداً على المدى المتوسط.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لأجهزة الاستشعار اللاسلكية ذاتية التشغيل في خفض تكلفة تركيبها بشكل ملحوظ. ففي الوقت الحالي، يُخصص ما بين 70% و80% من ميزانية المشروع لأجهزة الاستشعار للتركيب، لذا فإن الاستغناء عن الأسلاك قد يُقلل هذه التكلفة بشكل كبير، ويُحدث نقلة نوعية في مجال الصناعة، مما يُحفزها على تبني تقنيات الاستشعار الشاملة.

حلقات مراقبة الجودة المغلقة وتساهم زيادة مستوى أتمتة قياس اللزوجة، بفضل مقاييس اللزوجة من نوع SRV، في تعزيز عملية الإنتاج من حيث الجودة والاتساق وتقليل الفاقد وزيادة الكفاءة والإنتاجية. كما يتم تجنب الخطأ البشري، ويصبح التصحيح التلقائي الكامل لأي انحراف في عملية التصنيع ممكناً.

البيانات المقدمة من Rheonics تساعد أجهزة قياس اللزوجة والحلول المتكاملة على تسريع عملية التعلم و استيعاب التغييرات المتكررة في تركيب المنتجات الغذائيةمما يساهم في عملية تصنيع أكثر كفاءة في استخدام الموارد، وأكثر اقتصادية، وأكثر مراعاة للبيئة.

في الحالات التي إنتاجية الأصول وكفاءة المعدات الإجمالية تُعدّ البيانات القابلة للتنفيذ التي يوفرها حلّ قياس اللزوجة أساسية، وتكاليف الصيانة باهظة، لذا فهي تُساعد مُصنّعي الأغذية على تقليل انقطاعات العمليات من خلال الصيانة التنبؤية لأدوات وآلات الإنتاج. كما تُتيح البيانات التي توفرها أجهزة الاستشعار التنبؤ بأحداث التوقف المحتملة وتشخيص الجودة.

لمعرفة المزيد حول سبب سعي مصنعي الأغذية إلى دمج حلول الأتمتة في خطوط إنتاجهم/مصانعهم، يرجى قراءة مقالنا بعنوان "معالجة الأغذية الرقمية - دوافع تبني المصنعين للصناعة 4.0".

Rheonics تحتوي المستشعرات على خاصية قياس درجة الحرارة المدمجة، مما يسمح بمراقبة درجة حرارة العجين عند نقطة الاستخدام. وهذا يسمح بتعديل قراءات اللزوجة تبعًا لدرجة الحرارة، وهو أمر ضروري لضمان إنتاج متسق في ظل التغيرات اليومية والموسمية المعتادة في درجات الحرارة.

توجد العديد من الفوائد لاستخدام مستشعر لزوجة مدمج مثل مستشعر SRV في تطبيقات الأغذية، ومنها:

• رأس مستشعر متين ومحكم الإغلاق. يمكن تنظيف جهاز SRV ضمن جميع عمليات التنظيف القياسية CIP، أو بقطعة قماش مبللة، دون الحاجة إلى تفكيكه أو إعادة معايرته.
• لا توجد أجزاء متحركة معرضة للتقادم أو التلوث بالرواسب.
• غير حساس للجسيمات الدقيقة؛ لا توجد فجوات ضيقة لتتراكم فيها الجسيمات.
• جميع الأجزاء الملامسة للسائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، وهو يفي بالمعايير الصحية دون أي مشاكل تآكل.
• تصميم صحي ونظيف لتطبيقات الأغذية والمشروبات - متوفر في tri-clamp ووصلات DIN 11851 لسهولة التشغيل والتنظيف
• معتمد وفقًا لمعايير ATEX و IECEx باعتباره آمنًا بطبيعته للاستخدام في البيئات الخطرة
• نطاق تشغيل واسع وتكامل بسيط - تجعل إلكترونيات المستشعر وخيارات الاتصال من السهل للغاية دمجها وتشغيلها في أنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الصناعية وأنظمة التحكم.

يسعى مصنّعو الأغذية جاهدين لتلبية احتياجات المستهلكين، لا سيما فيما يتعلق بخصائص الملمس والإحساس في الفم، والتي غالباً ما يذكرونها كأساس لإعجابهم بالطعم. كما أن الملمس والإحساس في الفم، إلى جانب الوعي الصحي والطلب على المنتجات ذات المكونات الطبيعية، يؤثران على قرارات الاستهلاك المستمر. وتُعدّ اللزوجة عاملاً مهماً في تحضير وتطبيق جميع أنواع العجائن، سواءً كانت عجينة لاصقة أو متماسكة أو عجينة التمبورا.

الوجبات الرئيسية:

1. مقاييس اللزوجة الاهتزازية، مثل Rheonics تُعدّ قياسات معدل القص الدوراني (SRV) أقرب إلى محاكاة معدلات القص العالية في عملية تغليف العجين مقارنةً بمقاييس اللزوجة الدورانية أو الأكوابية. ولذلك، فإنّ القياسات باستخدام SRV هي الأقرب إلى التنبؤ بسلوك العجين في ظروف التغليف الفعلية.
2. التحكم المباشر في اللزوجة باستخدام صمام التحكم في اللزوجة (SRV) و Rheonics يُمكّن نظام مراقبة الإنتاج والتحكم فيه من التحكم المستمر في اللزوجة، وإجراء التخفيفات اللازمة في الوقت الفعلي. ويضمن النظام ثبات الجودة بغض النظر عن تقلبات درجة الحرارة، أو حالة معدات الخلط، أو نوع وظروف المواد الأولية، أو تركيبات العجين، أو تفاعلات خطوات العملية، أو معايير وقت الخلط.
3. Rheonics يتحكم نظام مراقبة الإنتاج والتحكم في اللزوجة الحقيقية المعوضة عن درجة الحرارة، وهو أمر ضروري لضمان إنتاج متسق من خلال التغيرات اليومية والموسمية النموذجية في درجة الحرارة.

باستخدام SRV يؤدي استخدام المستشعر في خط خلط أو تغليف العجين إلى تحسين الإنتاجية وهوامش الربح والامتثال التنظيمي.

بمجرد تحديد معايير العملية، لا يتطلب الأمر سوى القليل من الجهد للحفاظ على سلامة العملية. ويمكن للمشغلين الاعتماد على التحكم الدقيق الذي توفره... Rheonics يُتيح حل إدارة الجودة الأفضل جني فوائد ليس فقط في الإنتاج، بل أيضاً في مرحلة البحث والتطوير للمنتج عند تحديد معايير التركيبة. وهذا يمكّن المشغل من اكتساب ميزة تنافسية مع زيادة الإنتاج لتلبية الطلب المتزايد.