Coboty w przemyśle

Robotyzacja rozwija się obecnie bardzo dynamicznie. Według danych IFR – Międzynarodowej Federacji Robotyki – liczba robotów współpracujących, tzw. cobotów, zwiększa się rocznie o 23%. Kolejnym istotnym wskaźnikiem jest gęstość robotyzacji, którą wyraża ilość robotów na 10000 zatrudnionych. Zdecydowany prym wiodą tu kraje azjatyckie: największą gęstość robotyzacji posiada Singapur: z ilością 831 robotów na 10000 zatrudnionych, drugie miejsce zajmuje Korea Południowa z ilością 774 robotów. Z krajów europejskich wyróżniają się Niemcy z ilością 338 robotów. Polska zajmuje odległe miejsce z 42 robotami, ale pozytywne jest to, że jeszcze rok wcześniej było to tylko 36 robotów. Historycznie robotyzacja zaczęła się w branży automotive już w latach 60. Do dziś to najsilniej zrobotyzowana branża. Obecnie robotyka intensywnie pojawia się również w innych branżach, gdzie potrzebne są powtarzalne i dokładne ruchy ludzkich rąk. Gdyby spojrzeć na robotyzację w ujęciu branżowym, to najczęściej automatyzuje się procesy produkcyjne w przemyśle motoryzacyjnym, farmaceutycznym, kosmetycznym, meblarskim, elektronicznym, AGD/ RTV, obróbce metalu, przetwórstwie tworzyw sztucznych, badaniach. Dziś aplikacje zrobotyzowane z wykorzystaniem cobotów pozwalają łatwo i szybko wykonywać operacje paletyzacji, pakowania, montażu, obsługi maszyn (CNC, pras, wtryskarek, itp.), operacje wykończeniowe, testowanie i kontrolę jakości, przykręcanie, nitowanie, polerowanie, lakierowanie, klejenie, spawanie. Rzekłbym, że dostępna dziś technologia pozwala zrobotyzować niemal każdą czynność.

Szczególną rolę w dynamicznej robotyzacji przemysłu mają roboty współpracujące tzw. coboty. Roboty współpracujące stały się popularne z kilku powodów. Po pierwsze ich łatwość programowania porównywalna jest z obsługą smartfona. Po godzinie nauki możemy sami programować podstawowe aplikacje, a co za tym idzie, mamy możliwość robotyzacji nawet krótko i średnioseryjnej produkcji. Po drugie elastyczność, która wynika z możliwości zastosowania ich w niemal każdej aplikacji. Do tego możliwość szybkiego przemieszczania pomiędzy stanowiskami na mobilnych podstawach. Po trzecie – bezpieczna praca obok operatora, bez kosztownego wygrodzenia i konieczności budowania fundamentów. Po czwarte – 100% powtarzalna jakość, a w przypadku przemysłowych robotów współpracujących, możliwość pracy z pełną prędkością przez 24 godziny na dobę. W efekcie dostajemy łatwe, szybkie, precyzyjne i wydajne narzędzie, które zwraca się już po 6 miesiącach. Trudno o lepszą inwestycję. Myślę, że to klucz do efektywnej produkcji w takich aplikacjach jak: obsługa maszyn (CNC, prasy, wtryskarki) i linii produkcyjnych, pakowanie, przykręcanie, testy i kontrola, paletyzacja, spawanie, polerowanie, klejenie, malowanie i wiele innych, gdzie zrobotyzowane ramię precyzyjnie wykonuje swoje zadania przez 24 godziny.

Jednym z najczęściej automatyzowanych procesów jest paletyzacja. To monotonny proces, który polega na długotrwałym przemieszczaniu znacznych ciężarów w nieergonomicznych pozycjach. Zrobotyzowanie tego procesu z wykorzystaniem cobota jest stosunkowo proste. Wystarczy wybrać odpowiedni chwytak próżniowy np. CoGRIP, który montuje się w systemie Plug’n’Play na robotach HCR. Następnie ustawiamy robota na końcu linii, pokazując miejsce, z którego będzie pobierał ładunek. W dalszej części pokazujemy naroża palety i wprowadzamy wymiar kartonów oraz ich liczbę wzdłuż i wszerz warstwy. Na koniec tylko ustawiamy liczbę warstw i robot może pracować. Oczywiście możemy, dla zwiększenia pewności działania, podłączyć na końcu linii fotokomórkę, która będzie sygnalizowała, że towar jest na linii do pobrania. Wiele firm zgłasza, że manualna paletyzacja wiąże się z dobowym układaniem kartonów o masie około 70-80 ton, co jest, niestety, szkodliwym czynnikiem dla pracujących ludzi. Coboty są doskonałym narzędziem do szybkiej robotyzacji paletyzacji na końcu linii.

Kolejnym, chętnie automatyzowanym procesem, w którym coboty się doskonale sprawdzają, jest obsługa maszyn, linii i gniazd produkcyjnych. To monotonne zajęcie wymagające precyzji. W celu robotyzacji obsługi maszyn należy wybrać robota o odpowiednim zasięgu i udźwigu. Następnie należy wyliczyć jaki potrzebujemy bufor na surowce i wyroby gotowe. Od wielkości tego bufora będzie zależało, jak często niezbędna będzie ingerencja operatora związana z uzupełnieniem surowca i odbiorem produktów gotowych. Programowanie polega po pokazaniu lokalizacji gniazda maszyny i miejsc z surowcem i wyrobem gotowym. Dodatkowo do wejść i wyjść w sterowniku robota HCR łatwo podłączymy sygnały sterujące maszyny, by robot po załadunku mógł zainicjować cykl pracy. W celu optymalizacji wydajności zasadne jest stosowanie podwójnego chwytaka, który jedną stroną odbiera wyrób gotowy, a w drugiej części trzyma surowiec, ładując go do kolejnego cyklu obróbczego. Jako przykład mogę przytoczyć tu firmę z południowej Polski, która realizuje wieloletnie zlecenia dla sektora lotniczego w zakresie kontraktowej produkcji elementów z aluminium na maszynach CNC. Firma ta posiada kilkanaście wysoko specjalistycznych maszyn CNC. Niestety, coraz trudniej jej skompletować obsadę nocnej zmiany. Podobnie w dni wolne i święta. Przedsiębiorstwo to zdecydowało się zainwestować w roboty HCR, chwytaki ROBOTIQ, szkolenie i asystę wdrożeniową. Dzięki takiemu podejściu firma zbudowała wewnętrzne kompetencje do programowania robotów, a każdy załadunek i rozładunek maszyny CNC dla dowolnego nowego produktu jest wdrażany w ciągu kilku minut. Po wprowadzeniu robotów HCR, maszyny CNC mogą pracować przez 24 godziny, a do ich obsługi wystarcza tylko jedna osoba, która zajmuje się uzupełnianiem podajników z materiałem i odbiorem palet z produktami gotowymi.

Kolejnym procesem wartym omówienia jest spawanie. To proces wiążący się z pracą w trudnych warunkach, gdzie wydajność spawacza maleje z każdą godziną pracy. A należy zachować tu szczególną ostrożność i dokładność, by spoiny były wykonane precyzyjnie. Z pomocą przychodzi tutaj EasyWelder, bazujący na robocie współpracującym HCR. Dzięki zastosowaniu cobota można w łatwy i prosty sposób programować ruchy poprzez pokazanie kilku punktów, pomiędzy którymi ma zostać wykonana spoina. Dodatkowo dla każdej spoiny ustawiamy technologię z biblioteki gotowych ustawień, możemy również wprowadzić swoje własne ustawienia. Programowanie spawania jest szybkie i łatwe – wybieramy odpowiednie ikonki i prowadzimy ramię w trybie uczenia od punktu do punktu. W efekcie uzyskujemy wydajne narzędzie, zapewniające w 100% powtarzalne spawy. To wszystko powoduje, że robotyzacja spawania jest jedną z częściej wybieranych aplikacji dla cobotów. Szczególnie mając na uwadze łatwość i szybkość wdrożenia wobec ograniczonej liczby spawaczy w Polsce.

Często spotykam się z pytaniami jakiego cobota wybrać. Na rynku istnieje wiele różnorodnych cobotów, które dość podobnie spełniają swoje funkcje. Należy jednak zwrócić uwagę na istotne szczegóły, które mają duże znaczenie w codziennej eksploatacji, takie jak:
- Udźwig i zasięg. Warto zakładać, że cobot może jutro pracować przy innej aplikacji i jeżeli mamy możliwość wyboru cobota o lepszych parametrach, warto mieć to na uwadze.
- Producent – sprawą kluczową jest potencjał technologiczny dostawcy. Warto stawiać na sprawdzonych i poważnych dostawców, którzy będą oferowali gwarancję rozwoju sprzętu, serwisu i aktualizacji oprogramowania przez kolejne lata.
- W pełni metalowa obudowa, zapewniająca pracę w trudnych warunkach 24 godziny na dobę, o stopniu ochrony minimum IP54, a w przypadku zastosowań laboratoryjnych – certyfikat Cleanroom.
- Ilość wejść i wyjść, zarówno w sterowniku, jak również w nadgarstku robota. Większa ilość interfejsów pozwala na podłączanie wielu różnorodnych akcesoriów.
- Wsparcie techniczne, jakie zapewnia dany produkt, np. szkolenia, serwis.

Obserwując dzisiejsze funkcje cobotów, należy mieć na uwadze, że producenci nie powiedzieli wciąż ostatniego słowa. Przed nami jeszcze wiele faz rozwoju tych urządzeń. Do najważniejszych z nich zaliczyć należy zwiększanie parametrów roboczych, a szczególnie prędkości pracy, przy zachowaniu bezpiecznej interakcji z człowiekiem. Dzięki temu możliwe stanie się stosowanie cobotów w miejscach o jeszcze krótszych czasach cyklu, a jednocześnie w fabrykach, gdzie układ przestrzeni produkcyjnej nie pozwala na stosowanie tradycyjnych robotów przemysłowych.

Kolejnym kierunkiem rozwoju cobotów z pewnością będzie lepsza interakcja z otoczeniem i gromadzenie wiedzy z wykonywanych procesów. Z pomocą przychodzi tutaj dynamiczny rozwój systemów wizyjnych, skanerów bezpieczeństwa, czujników siły, ale również komunikacji między samymi cobotami w obrębie fabryki. Dzięki coraz inteligentniejszemu oczujnikowaniu i komunikacji, cobot będzie mógł precyzyjnie się pozycjonować i widzieć wszystkie zmiany w swoim otoczeniu. Nie będzie problemu, gdy wtargnie postronna osoba. Dziś naruszenie strefy wywołuje konkretne działanie. W niedalekiej przyszłości robot oceni rodzaj ruchu i zachowanie człowieka w swoim otoczeniu. Na tej podstawie podejmie optymalne decyzje, by z jednej strony zachować bezpieczeństwo, a z drugiej – nie zatrzymywać procesu produkcji. Podobnie będzie w przypadku, gdy element na taśmie przyjedzie źle spozycjonowany czy pojawi się niekompletny. Robot, mając doświadczenie z poprzednich cykli i operacji, będzie mógł zaadaptować się do inaczej rozłożonych elementów lub powiadomi obsługę, że nastąpił błąd.

Kolejną zaletą płynącą z coraz wydajniejszego i inteligentnego oprogramowania i sprzętu, będzie możliwość automatycznego odnajdywania się robota w przestrzeni. Nie będzie już konieczności precyzyjnego pozycjonowania elementów na stanowisku – cobot będzie pracował jak człowiek, samodzielnie biorąc poprawkę na dynamiczne zmiany w otoczeniu.

Obserwuję, że proces robotyzacji cały czas przyśpiesza. Po pierwsze demografia – nie tylko w Polsce ale również na świecie. Według danych GUS do 2030 roku w Polsce liczba osób czynnych zawodowo, zmniejszy się o 20%. To oznacza wzrost płac i drastyczny spadek dostępności siły roboczej. Firmy, które się nie zrobotyzują, stracą konkurencyjność. Z drugiej strony raport McKinsey „Ramię w ramię z robotem” z 2018 roku pokazuje, że w Polsce jest potencjał do robotyzacji: 49% operacji wykonywanych jest obecnie manualnie, co przekłada się na automatyzację 7,3 mln. miejsc pracy. Ten sam raport prognozuje, że przy powszechnej robotyzacji możemy osiągnąć dodatkowy 15% wzrost PKB. Dzięki powszechnej automatyzacji powstaną nowe miejsca pracy, a pracownicy będą podnosić kompetencje. Obecnie obserwujemy wzmożone zainteresowanie przedsiębiorców robotami.

Warto wspomnieć przykład, gdzie ostatnio wdrażaliśmy robota współpracującego do paletyzacji. Z jednej strony firma borykała się z brakiem rąk do pracy, a z drugiej nikt nie chciał dźwigać ciężarów przez 8 godzin pracy. Okazało się, że w ciągu 24 godzin pracy ludzie przeładowują prawie 80 ton produktów. To zdecydowanie monotonna i szkodliwa praca, którą warto oddać robotom. Zakład ten pracuje 24 godziny, 7 dni w tygodniu, dzięki czemu odzyskał 4 etaty do prac o większej wartości dodanej.

Artykuł pochodzi z czasopisma LOGISTYKA 1/2020.
e-wydanie czasopisma jest dostępne w naszej ofercie!

Bądź na bieżąco, zamów prenumeratę czasopisma LOGISTYKA!