Coboty a sprawa Przemysłu 4.0. I Forum Cobotyki

Rola robotów współpracujących w realizacji założeń Przemysłu 4.0, wpływ wdrożeń na poprawę konkurencyjności polskich przedsiębiorstw, sposoby optymalizacji procesów produkcyjnych i logistycznych dzięki wdrożeniu cobotów – to tylko niektóre tematy poruszane podczas pierwszej edycji Forum Cobotyki, która odbyła się 18 października 2017 r. w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP. Prof. nzw. dr inż.Piotr Szynkarczyk, dyrektor Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP witając gości podkreślił, że jedną z misji instytutu jest propagowanie wiedzy z zakresu nowoczesnych technologii i działanie na rzecz ich rozwoju. – Nasz instytut często pełni niejako rolę przemysłowego hubu. Dążymy do tego, by postępowała industrializacja, automatyzacja i robotyzacja polskiego przemysłu, w szczególności w kontekście wszechobecnego dziś tematu czwartej rewolucji przemysłowej. Chcielibyśmy, by nowoczesne technologie w naszym kraju dynamicznie się rozwijały i temu m.in. służy to wydarzenie – powiedział prof. Piotr Szynkarczyk.

Opłacalna inwestycja

Bez wątpienia jedną z istotnych części składowych rozwoju polskiego przemysłu są coboty. – Roboty współpracujące to nowa generacja robotyki i nieodzowny element Przemysłu 4.0 – podkreślił Paweł Lewandowski, prezes spółki Encon-Koester. Świadczą o tym również prognozy rynkowe – z danych Bis Research Analysis wynika, że w ciągu pięciu lat (2016–2021) liczba robotów współpracujących na świecie wzrośnie o ponad 70 proc. O tym, jak ich wdrożenia mogą przełożyć się na praktykę, mówił Marcin Gwóźdź, Sales Development Manager Universal Robots. – Roboty współpracujące zapewniają prostą automatyzację, a wartość tego typu wdrożeń jest bezdyskusyjna. Z naszych danych, pozyskanych na bazie wielu przeprowadzonych wdrożeń – na świecie zainstalowanych jest już ponad 16 tys. cobotów Universal Robots – wynika, że współpraca człowieka z robotem jest o 85 proc. bardziej produktywna niż praca człowieka lub robota w pojedynkę – zauważył Marcin Gwóźdż. Co więcej, taka inwestycja szybko się zwraca – średni czas zwrotu to 195 dni.

Wśród długiej listy zalet robotów współpracujących, poza wspomnianą już efektywnością kosztową, przedstawiciel Universal Robots wymienił m.in. szybką i łatwą konfigurację oraz ograniczone wymagania w zakresie przestrzeni roboczej. Na tym jednak nie koniec – na znaczeniu zyskuje możliwość łatwego i szybkiego przeprowadzenia zmiany sposobu produkcji. To dziś jedno z kluczowych wymagań odbiorców wdrażających robotyzację i cobotyzację. – Klienci oczekują różnorodności, personalizacji i możliwości relokacji maszyny – podkreślił przedstawiciel Universal Robots. Ten problem w znacznym stopniu rozwiązują wózki mobilne, na których można dowolnie przemieszczać robota na terenie zakładu. Niemniej istotne jest nieskomplikowane programowanie. – Z naszych rozmów z odbiorcami wynika, że łatwe programowanie, obok elastyczności wdrażanego rozwiązania, jest dla inwestora najważniejsze – mówił Jarosław Szafran, dyrektor sprzedaży w Encon-Koester. To właśnie gwarantują roboty Universal Robots – mają bardzo intuicyjny interfejs użytkownika, a operatorzy bez doświadczenia w programowaniu mogą nauczyć się obsługi urządzenia za pomocą opatentowanego interfejsu 3D.

Ważny jest również prosty i szybki montaż, toteż duże zaciekawienie wzbudził pokaz, w trakcie którego w ciągu kilku minut robot Universal Robots został złożony od podstaw na oczach zgromadzonych.

Jak podkreślał Jarosław Szafran, różnice między standardową automatyzacją i robotyzacją produkcji a cobotyzacją są ogromne: w pierwszym przypadku mamy do czynienia ze stałymi instalacjami, bez ludzkiej interakcji, z rozdzieleniem przestrzeni, powtarzalną pracą i długoterminowym ROI (wskaźnikiem rentowności inwestycji), w drugim – z relokacją, częstymi interakcjami maszyny z człowiekiem, współdzieleniem przestrzeni, częstymi zmianami w zakresie produkcji i krótkoterminowym ROI.

Ramię w ramię

Bardzo duże zainteresowanie wzbudziła prezentacja Łukasza Wojtczaka, pełnomocnika dyrektora Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP ds. aplikacji przemysłowych oraz Marka Petza, specjalisty ds. zrobotyzowanych aplikacji przemysłowych w Instytucie PIAP. Pierwszy z prelegentów przedstawił zagadnienia związane z przygotowaniem firmy do cobotyzacji, zaś drugi przybliżył temat zrobotyzowanej aplikacji z robotami UR.

Jak podkreślał Łukasz Wojtczak, obecnie mamy do czynienia z całkowitym odwróceniem dotychczasowego sposobu myślenia: – Dziś już nie odgradzamy się od robota – wręcz przeciwnie: zbliżamy się do niego, ściśle z nim współpracujemy i jest to bardziej efektywny model działania – wyjaśnił. Czynników przemawiających za cobotyzacją jest wiele – począwszy od wzrostu wydajności (brak przestojów, równe tempo pracy, szybsza realizacja niektórych czynności), przez poprawę jakości (wynikającą m.in. z dokładności operowania narzędziem przez cobota oraz powtarzalności wykonywanych przez niego czynności), po poprawę warunków pracy (odsunięcie człowieka od trudnych i żmudnych procesów oraz ograniczenie rozprzestrzeniania się szkodliwych wpływów procesu technologicznego, związanych np. z hałasem czy oparami). To korzyści wymierne. Do tego trzeba jednak dodać równie istotne zalety niewymierne.

– Należy do nich m.in. poprawa wizerunku marki produktu i image’u firmy, możliwość wejścia w nowe sektory rynku – w tym te charakteryzujące się poważną barierą wejścia związaną z jakością produktu, aż po czynniki ekologiczne, jak ochrona środowiska dzięki obniżeniu emisji szkodliwych substancji – mówił Łukasz Wojtczak. Zanim jednak te założenia przełożą się na praktykę, potrzebna jest analiza techniczna danego projektu i ocena możliwości cobotyzacji. – Konieczne jest uwzględnienie charakterystyki procesu, np. technologii i narzędzi; wymagań technologicznych – dokładność, udźwig robota itp.; warunków środowiskowych, takich jak drgania, opary czy temperatura; współpracy z innymi elementami systemu produkcyjnego, jak np. system transportu; jakości procesów zachodzących przed robotem oraz wymagań procesów odbywających się za nim i oczywiście możliwości współpracy z człowiekiem w danym procesie produkcyjnym – wymieniał prelegent, podkreślając jednocześnie, że bardzo istotnym elementem przy projektowaniu stanowisk kooperacyjnych jest też uwzględnienie otoczenia manipulatora, na które często składa się wiele elementów – chwytaki, transportery, stoły pozycjonujące, stanowiska kontrolne i diagnostyczne, systemy czujników itp. Trzeba jednak pamiętać, że cobot – chociaż zapewnia lepszą efektywność produkcji i obniżenie jej kosztów – nie jest panaceum na każdy problem. – Nawet najlepszy robot współpracujący nie poradzi sobie np. z wadliwie przygotowanym produktem – zaznaczył Łukasz Wojtczak.

O tym, jak sobie radzić w przypadku, gdy występują problemy z chwytaniem przedmiotów przez manipulatory robotów opowiadali Piotr Sidorowicz, dyrektor Piab Polska oraz Tomasz Olesiewicz, inżynier sprzedaży w tej spółce. Z kolei Mirosław Jaślan oraz Krzysztof Ilnicki, menedżerowie produktu w Encon-Koester, przybliżyli zastosowania i właściwości wielofunkcyjnych chwytaków do robotów współpracujących oraz innowacyjnych czujników siły nacisku – np. czujników sześcioosiowych OptoForce i Robotiq – których stosowanie przekłada się na oszczędność czasu i optymalizację kosztów produkcji.

Transport w fabryce 4.0

Ogromną zaletą cobotyzacji jest szerokie spektrum zastosowań robotów współpracujących. Jednym z nich jest usprawnienie transportu w fabrykach, w czym istotną rolę mogą odegrać mobilne roboty współpracujące. – Mogą przyczynić się do usprawnienia procesów logistycznych, zwiększenia efektywności transportu, skupienia pracowników na ważniejszych czynnościach, urozmaicenia ich pracy dzięki współdziałaniu z cobotami, a także oszczędności dla pracodawcy i wzrostu ergonomii pracy ludzi. Kolejne zalety to możliwość wdrożenia cobota na każdym etapie rozwoju firmy, brak konieczności rekonfigurowania planu fabryki i możliwość dostosowania cobota do pracy w warunkach cleanrooms – mówiła Zuzanna Treichel, inżynier produktu w firmie Encon-Koester, która przybliżyła w trakcie Forum Cobotyki temat przyszłości transportu w fabrykach 4.0.

Finansowanie inwestycji

Rozwój nowych technologii, w tym robotyzacji i cobotyzacji, nie byłby możliwy bez odpowiednich nakładów finansowych. Jak je pozyskać? Na to pytanie odpowiedział zgromadzonym Krzysztof Lipiec, pełnomocnik dyrektora Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP ds. partnerstwa gospodarczego i prezes spółki PIAP-ScienTech, który omówił aktualne możliwości finansowania inwestycji w innowacyjne technologie ze środków publicznych.

Dość powszechne jest myślenie, że jeśli chcemy zainwestować w rozwój i nowe technologie, najlepszym wyjściem jest dotacja. W rzeczywistości, jak podkreślał Krzysztof Lipiec, możliwości jest wiele: od bonów na innowacje dla MŚP (można je wykorzystać na zakup usługi polegającej na opracowaniu nowego wyrobu, usługi, technologii produkcji itp.), przez tzw. szybką ścieżkę (w tym przypadku beneficjentami mogą być również duże przedsiębiorstwa), aż po projekty aplikacyjne (przeznaczone dla konsorcjów jednostek naukowych i przedsiębiorstw) i szereg innych opcji w regionach i programach tematycznych. We wszystkich tych przypadkach warto rozważyć współpracę z Przemysłowym Instytutem Automatyki i Pomiarów PIAP, który jako jednostka naukowa kategorii A jest partnerem umożliwiającym skorzystanie z preferencyjnych form finansowania. – Jeśli ogranicza nas czas, wówczas lepszym pomysłem będzie skorzystanie ze środków własnych i z roku na rok coraz korzystniejszych ulg podatkowych. W sytuacji, kiedy możemy pozwolić sobie na sfinansowanie tylko części przedsięwzięcia ze środków własnych i możemy poświęcić czas na złożenie wniosku i podpisanie umowy dotacyjnej, dotacja będzie doskonałym rozwiązaniem. W PIAP-Scientech jesteśmy specjalistami w finansowaniu B&R z obszaru innowacji procesowych i produktowych. Oferujemy naszym klientom również pełną obsługę – od koncepcji, przez finansowanie, po kontraktowanie i rozliczenie – podkreślił prezes spółki.

W przełożeniu na praktykę

Pierwsza edycja Forum Cobotyki, poza częścią wykładową, przyciągała uwagę umieszczonymi we foyer Centrum Konferencyjnego PIAP stanowiskami z aplikacjami, wśród których były m.in. aplikacje śledzenia nadążnego (w tym przypadku użyty został robot UR i kamera Robotiq), polerowania (robot UR z aktywną końcówką siły ACF) i kontroli jakości za pomocą skanera (robot UR i skaner). Wielu gości zainteresowało również przygotowane przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP zrobotyzowane stanowisko do kontroli jakości wyrobów. – Zaprezentowaliśmy model aplikacji, który bezpośrednio oddaje główne założenia cobotyki i pokazuje, czym zajmuje się nasz instytut. Stanowisko obrazowało zautomatyzowaną kontrolę jakości wyrobów, pobieranych z taśmy produkcyjnej – wyjaśnia dr inż. Maciej Cader, kierownik Laboratorium Szybkiego Prototypowania i Obliczeń Numerycznych w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP i ekspert PIAP design.

Robot (na zdjęciu oznaczony cyfrą 2) na komendę wydawaną przez człowieka – operatora stanowiska, sięgał po wyrób umieszczony na stosie (1) i precyzyjnie pozycjonował w polu widzenia przemysłowego skanera 3D (3). Następnie skaner wykonywał procedurę skanowania górnej, a po wykonaniu obrotu detalu przez robota również dolnej powierzchni pobranego wyrobu. Operator, mając dane z procesu skanowania i stosując odpowiednie oprogramowanie nakładał skan na wzorzec geometryczny części – model CAD – i dokonywał oceny jakości wyrobu, na podstawie analizy mapy odchyłek (4).

Cały proces trwał około 30 sekund. Po tym czasie operator wydawał robotowi polecenie, aby ten odłożył skanowany detal do odpowiedniego zasobnika – z detalami spełniającymi lub niespełniającymi wymagań normy jakościowej, w zależności od wyniku oceny jakościowej (5). – Przedstawione stanowisko pokazało, że zastosowanie robota w takim przypadku eliminuje konieczność wykonywania przez człowieka żmudnych czynności związanych z pobieraniem detalu z taśmy produkcyjnej i układaniem go w przestrzeni roboczej skanera, a także likwiduje konieczność ręcznego sortowania. Korzyści, jakie zyskujemy, to – oprócz precyzji, powtarzalności i szybkości przenoszenia detalu – odsunięcie człowieka od czynności pośrednich, tj. przenoszenia, segregowania, pozycjonowania detali, które musiałyby być wykonywane bezpośrednio na linii produkcyjnej.

Operator-specjalista może skupić się na głównym celu całego procesu, czyli prawidłowej ocenie jakościowej produktów – zaznacza Maciej Cader. Co więcej, człowiek nie musi tych czynności wykonywać w zakładzie – jego komputer może znajdować się w dowolnym miejscu na świecie, w którym jest dostęp do Internetu. – Stanowisko, które reprezentuje nową jakość pracy współczesnych kontrolerów jakości, jest tylko jednym z przykładów naszych prac badawczych silnie ukierunkowanych na wdrożenia aplikacji zgodnie z filozofią Przemysłu 4.0. Opracowywane przez nasz instytut zautomatyzowane aplikacje są odpowiedzią na wymagania współczesnego przemysłu – w tym przypadku na oczekiwanie bardzo dokładnych pomiarów jakościowych wyrobów – podsumowuje Maciej Cader.

Forum Cobotyki, zorganizowane w tym roku po raz pierwszy przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, to kolejne z wydarzeń organizowanych przez instytut. Debiutancka edycja pokazała, że taka platforma do dyskusji na temat szans i wyzwań oraz możliwości i ograniczeń związanych z cobotyzacją jest potrzebną i cenną formą współpracy i wymiany wiedzy. Partnerami wydarzenia były firmy Universal Robots, Piab, OptoForce, On Robot i MiR. Miesięcznik „Automatyka” i portal AutomatykaOnLine.pl były patronami medialnymi wydarzenia.

źródło: Automatyka 11/2017