Til innholdet

Teknologi for automatisk fjerning av tykkfiskbein i hvitfisk

Sammendrag fra prosjektets faglige sluttrapport
Prosjektet har nådd sitt hovedmål ved å kartlegge mulighetene for å utvikle en teknologi hvor tykkfiskbein i hvitfisk plukkes automatisk ett-og-ett. Det er skissert et konsept som det er anbefalt å utvikle videre i et industriprosjekt. Konseptet er basert på roterende rørkniver og fluorescensavbildning.

Delmålene i prosjektbeskrivelsen var satt med hensyn til å nå dette hovedmålet. Underveis har prosjektet avdekket nye muligheter, som gjør at oppnåelse av noen delmål var prioritert over andre, slik at hovedmålet ble nådd på en best mulig måte. I lys av dette, oppsummeres prosjektet med hensyn til oppnåelse av delmål.

Delmål 1: Konkretisere mulige metoder for automatisk deteksjon av tykkfiskbein
Det ble gjort en teknologiforundersøkelse for å undersøke mulige metoder for automatisk deteksjon av tykkfiskbein. De to mest velegnede metodene er lavenergirøntgen og fluorescensavbildning.
Lavenergirøntgen kan benyttes til nøyaktig deteksjon av hvert enkelt tykkfiskbein og dets retning i hele filetens dybde – for lokalisering av tykkfiskbein før fjerning og/eller for etterkontroll etter fjerning. Ulempen med røntgen er den relativt høye kostnaden og størrelse på systemet. Fluorescensavbildning er rimeligere og mer kompakt, og egner seg til deteksjon og lokalisering av tykkfiskbein i overflaten på filéten.

Delmål 2: Avdekke hvilke teknologiske utfordringer det er ved å fjerne tykkfiskbein i filet av torsk og hyse
Prosjektet har vært rettet mot tre hovedutfordringer:
1) Teknologi for mekanisk fjerning eller plukking av ett-og-ett tykkfiskbein.
2) Teknologi for deteksjon og nøyaktig lokalisering av ett-og-ett tykkfiskbein.
3) Konsept for tykkfiskbeinfjerning.

Under arbeidet med hvert av disse hovedutfordringer har de spesifikke teknologiske utfordringene blitt klarere, og disse utfordringene har styrt prioriteringen i prosjektet. I prosjektet har man nesten utelukkende på torsk sett på torsk.

Delmål 3: Avklare effekt på beinfjerningsteknologi ved råstoffvariasjoner som fersk versus frosset og pre- versus post-rigor
Det ble tidlig i prosjektet klart at napping av tykkfiskbein – utført ved å ta tak i toppen av tykkfiskbeinet, holde fast filéten og dra tykkfiskbeinet ut – fører til store hull og drar med seg mye av omkringliggende fiskemuskel. Dette er spesielt en utfordring i fersk filét, ettersom bindevevet fester seg godt til tykkfiskbeinet i fersk tilstand. Det ble også gjennomført forsøk med hvor stor trekkraft som var nødvendig for å fjerne bein i fisk som var frosset i pre-rigor tilstand og deretter tint, siden dette var data som ikke var kjent fra tidligere. Trekkraft er noe høyere ved frosset/tint enn det som tidligere er dokumentert for ferskt råstoff, men det kan skyldes større filét og trinse i oppsettet. Det ble også observert samme effekt som i fersk pre-rigor filét, at det ved uttrekk av tykkfiskbein følger med mye fiskemuskel. Konklusjonen er at det uansett tilstand i filét på torsk er vanskelig å trekke ut tykkfiskbein uten å ødelegge filéten.

Det var et ønske å ha en løsning som egnet seg primært til fersk filét, og derfor endret prioriteringen seg fra napping til bruk av et såkalt rørkniv. Rørkniv med riktig utforming viste seg å fungere både på fersk og frosset-tint filét. 

Delmål 4: Benytte maskinsyn til bevegelse og re-posisjonering
For bevegelse og re-posisjonering ble det testet fluorescensavbildning, som er helt nytt for bruk ved fjerning av tykkfiskbein. Fluorescensavbildning ble gjort med et maskinsynoppsett som består av helt standard lavkostfargekamera, fluorescensfilter og UV-belysning i form av UV-LED eller UV-lampe. Et slikt oppsett kan potensielt ta opptil flere hundre bilder hvert sekund og egner seg derfor til bevegelse og re-posisjonering. Videre ble det utviklet en enkel maskinsynalgoritme for å fremheve tykkfiskbein slik at de kan lokaliseres på en robust måte.

Delmål 5: Utvikle konseptdesign av en maskin/ produksjonslinje for oppgaven
På dette stadiet i prosjektet var det hensiktsmessig å beskrive kun en delkomponent av en produksjonslinje, ettersom en utforming av en hel linje var avhengig av faktorer som ikke var avklart enda. Konseptet som ble utarbeidet involverer en roterende rørkniv for fjerning av ett-og-ett tykkfiskbein, fluorescensavbildning for deteksjon og lokalisering av tykkfiskbein, med mulighet for lavenergirøntgen for etterkontroll.

Delmål 6: Gjennomføre økonomiske beregninger av ny teknologi
Prosjektdeltagerne ble enige om å avvente økonomiske beregninger av ny teknologi til videreføringsprosjektet starter opp. Årsaken er at det på dette stadiet ikke er helt sikkert hvor hurtig det er mulig å fjerne hvert enkelt tykkfiskbein med en automatisk beinfjerningsenhet, og likeledes er det ukjent hva markedet mener i forhold til nytten og inntjeningen av slik teknologi. Ettersom disse faktorene påvirker både nødvendig størrelse på en linje og kostnaden for å bygge en linje, vil det måtte utforskes i detalj i et større industriprosjekt – muligens som preliminære faser som forsikrer seg om at en slik teknologi faktisk er lønnsom å utvikle.

Uten å gjennomføre økonomiske beregninger, ser man likevel et potensiale for bruk av ny teknologi ettersom det er muliggjort ved relativt enkel mekanikk og rimelig avbildningsteknologi.

Gjennom forprosjektet ble det skissert et konsept for å fjerne tykkfiskbein automatisk ett-og-ett basert på roterende rørkniv og fluorescensavbildning. Dette konseptet skal utvikles videre gjennom prosjekt BONELESS innenfor Brukerstyrt innovasjonsarena (BIA)-programmet i Norges forskningsråd, der Optimar Stette AS samarbeider med Norway Seafoods AS og SINTEF.
 
Hvis man lykkes i å utvikle en helhetlig løsning med nødvendig hastighet, kapasitet og nøyaktighet vil det være mulig å fjerne tykkfiskbein ett-og-ett på en måte som maksimerer utbytte av filéten. Det er estimert et utbyttetap på om lag 1 %, mens man ved dagens manuelle V-kutt har et utbyttetap på 6–10 %. 
 
En prosesseringslinje basert på den nye teknologien vil kunne gi stor næringsnytte ved at utbytte økes på filéten etter beinfjering, og ved fleksibilitet i forhold til å kunne produsere beinfrie porsjoner og/eller hel beinfri filét. Produksjon av hel beinfri filét forventes å kunne gi en høyere totalpris for filéten.  
Den norske fiskeindustrien, med unntak av salt- og klippfiskindustrien, har lav inntjening. I forhold til det disponible kvotegrunnlaget, ser det ut til at industrien ikke klarer å generere produkter med et positivt dekningsbidrag (inntekter ÷ variable kostnader). Antall norske filétbedrifter har blitt redusert fra 100 på begynnelsen av 1970-tallet til 10 i 2012. I følge Finstad et al. (2012) skyldes dette bl.a. et svært høyt norsk kostnadsnivå. Det vil derfor være avgjørende å utvikle automatiserte prosesser, hvor ny teknologi sammen med videreutvikling av norsk kompetanse kan gi foredlingsindustrien i Norge komparative fortrinn i forhold til lavkostland.

I fiskeindustrien har det skjedd svært lite teknologiutvikling de siste 30 årene i foredlingen av hvitfisk. Spesielt er det behov for automatisering av arbeidsintensive operasjoner som trimming og beinfjerning. SINTEF gjennomførte en arbeidsseminar (workshop) våren 2012 der teknologibehov for lønnsom bearbeiding av hvitfisk i Norge var hovedtema, der blant annet flere næringsaktører var tilstede. Her ble det mellom annet pekt på at utvikling av teknologi for automatisk fjerning av tykkfiskbein er nødvendig for å øke lønnsomheten i hvitfisknæringen.

Utviklingen av teknologi for automatisert fjerning av tykkfiskbein har kommet lengre for lakseindustrien enn den har for hvitfiskindustrien. Dette er muliggjort gjennom større og mer forutsigbare og stabil råstofftilgang og kvalitet. 

Fjerning av tykkfiskbein i hvitfisk er i dag hovedsakelig en manuell arbeidsoperasjon. Tykkfiskbein sitter nær den tykkeste delen av filétene (øvre muskelmasse - loins), og fjernes med et knivsnitt på hver side av tykkfiskbeinrekka, et såkalt V-kutt. Dette kuttet representerer et utbyttetap som ligger i området 4–6 % avhengig av operatørens dyktighet og råstoffets kvalitet. 

Av utstyr som finnes i dag har Maritech og islandske Marel Carnitech en automatisk beinnappemaskin for beinplukking av hvitfiskfilét. Maskinen baserer seg på innmating av manuelt pre-trimmet filét, og den plukker tykkfiskbein med tradisjonell beinplukker (for laks) slik at V-kutt unngås. I tillegg benyttes røntgenteknologi (Marel SensorX) til etterplukking for å identifisere filéter med beinrester som blir skilt ut fra linja. Beinrestene blir vist på en skjerm slik at operatørene kan identifisere og fjerne beina manuelt. Imidlertid har dette systemet ikke fått noen utbredelse i Norge. Det antas at dette skyldes at teknologien ikke gir tilfredsstillende effekt. Danske Uni-Food Technik tilbyr en maskin for fjerning av tykkfiskbein i hvitfisk. Denne har heller ikke fått noen utbredelse i Norge. Baader i Tyskland har/har hatt ulike maskinelle systemer for maskinell utførelse av V-kutt, men fortsatt dominerer den manuelle teknikken.

Det som er nytt i dette prosjektet i forhold til tidligere gjennomførte prosjekter er at beinene skal plukkes ett-og-ett. Posisjonen til hvert enkelt bein skal detekteres nøyaktig på hver filét, og deretter plukkes ved hjelp av en eller flere svært hurtige roboter.

I FHF sin handlingsplan for 2013 er en av prioriteringene å bidra til at det utvikles kosteffektive metoder for automatisk fjerning av tykkfiskbein. Handlingsplanen sier videre at økt automatisering er viktig for lønnsomhet og konkurransekraft i filétindustrien. Trimming av filéter med fjerning av tykkfiskbein er den operasjonen som krever mest manuelt arbeid/flest operatører i produksjonsprosessen. Automatisering av denne operasjonen vil redusere arbeidskraftkostnadene. Hvis tykkfiskbein kan fjernes automatisk uten at de skjæres ut, vil dette kunne gi høyere råstoffutbytte og dermed økt lønnsomhet i filétindustrien.
Å kartlegge mulighetene for å utvikle en teknologi hvor tykkfiskbein i hvitfisk plukkes automatisk ett-og-ett.
 
Delmål
• Å konkretisere mulige metoder for automatisk deteksjon av tykkfiskbein.
• Å avdekke hvilke teknologiske utfordringer det er ved å fjerne tykkfiskbein i filét av torsk og hyse.
• Å avklare effekt på beinfjerningsteknologi ved råstoffvariasjoner som fersk versus frosset og pre- versus post-rigor.
• Å benytte maskinsyn til bevegelse og re-posisjonering.
• Å utvikle konseptdesign av en maskin/ produksjonslinje for oppgaven.
• Å gjennomføre økonomiske beregninger av ny teknologi.
Prosjektet er nødvendig for å få til en kostnadseffektiv, lønnsom og kvalitetsmessig stabil fiskeprosessering. Dagens manuelle operasjoner for beinfjerning av filéter er noen av de mest arbeidsintensive i verdikjeden og bidrar til å øke produksjonskostnadene vesentlig. Automatisering vil bety en mulighet for å redusere kostnadene og bedret konkurranseevne for bedriftene i Norge. Automatisering med maskinsyn og robotteknologi innen beinfjerning av fiskefilét er nyskapende. Prosjektet vil i tillegg styrke norske teknologiprodusenter.
Det ønskes å gjennomføre et prosjekt for automatisk deteksjon og fjerning av tykkfiskbein i hvitfisk. Prosjektet skal bidra til å utvikle en teknologi hvor beinene plukkes ett-og-ett. Posisjonen til hvert enkelt bein skal detekteres nøyaktig på hver filét, og deretter plukkes ved hjelp av en eller flere svært hurtige roboter.
 
Prosjektet deles inn i følgende oppgaver:
1) Identifisere aktuelle teknologileverandører, samt andre relevante kompetansemiljøer
Følgende konkrete aktiviteter inngår:
• Identifisere leverandører som utvikler utstyr, spesielt innenfor visionsystemer, sensorteknologi og robotteknologi for utbeining av kylling, sau og gris.
• Identifisere FoU-institusjoner med kompetanse med hensyn til utbeining av kylling, sau og gris.

2) Innledende studier
Deteksjon av tykkfiskbein
Skissere mulige løsninger for å detektere tykkfiskbein. Her vil man vurdere ulike teknologier bl.a. maskinsyn og røntgen, for å finne hvilken teknologi som antas å være mest hensiktsmessig ut fra behov, pris og effektivitet. Det vil bli utarbeidet et kort notat som omhandler dette.

Fra maskinsyn til bevegelse og re-posisjonering
I samarbeid med aktuelle leverandører skissere og prøve ut mulige løsninger for deteksjon av bein samt relokalisering av bein etter hver plukking. Det skal også sjekkes ut at en anvendelig robot kan posisjonere seg til beinenes posisjon ved hjelp av valgte deteksjonsmetoder. Rapport som beskriver metoder skal utarbeides.

Fjerning av tykkfiskbein
Teste ulike løsninger for fjerning av bein. Griping, suging og skjæring skal testes uten å utelukke andre metoder som kan være aktuelle. Det skal testes på fryst råstoff versus fersk/tint råstoff, pre- versus post-rigor. I prosjektet vil man fokusere på å teste noen løsninger for å plukke ett og ett bein i hvitfiskfilét. Det skal da vurderes hvorvidt og hvor hurtig og med hvor stor kraft det lar seg gjøre. Rapport som beskriver forsøk, resultater og konseptevaluering skal utarbeides.
 
3) Økonomiske betraktning
Vurdering av lønnsomhet utfra kostnader på teknologi sett opp mot verdiøkning av produktet og reduserte lønnskostnader. Investeringskostnader versus alternative produksjonskostnader (ved tradisjonell produksjon) skal beregnes. Dette skal gjøres i samarbeid med bedriftene som er involvert i prosjektet.

Følgende planlegges:
1. Opprette prosjektside på SINTEF sine nettsider (innen 30.10.2013)
2. Nyhetsproduksjon på hjemmeside, samt FHFs nettsider (innen 30.03.2014)
3. Faktaark (innen 30.03.2014)
4. Presentasjon på FHF samling (innen 30.03.2014)

keyboard_arrow_up