Cyfrowa produkcja w rękach kobotów

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, w którym odbyło się spotkanie, aktywnie uczestniczy w tworzeniu zaawansowanych rozwiązań z zakresu automatyzacji i robotyzacji spod znaku Przemysłu 4.0. – Nasza aktywność nie kończy się na pracach badawczo-rozwojowych. W nie mniejszym stopniu stawiamy na to, by podejmowane przez nas działania znajdowały odzwierciedlenie w praktycznych zastosowaniach – podkreślił, witając zgromadzonych, profesor Piotr Szynkarczyk, dyrektor Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP. O tym, jak cenione są rozwiązania wypracowane w instytucie najlepiej świadczy fakt, że PIAP sprzedaje specjalistyczne roboty mobilne nawet dla Korei Południowej, która ma bardzo silną pozycję w tym sektorze. W Polsce instytut aktywnie działa także w obszarze automatyzacji i robotyzacji linii produkcyjnych oraz fabryk. – Wymiar praktyczny to jednak nie wszystko, dlatego podejmujemy działania mające walor edukacyjny i taki charakter ma to spotkanie. Tego typu inicjatywy są w Polsce bardzo potrzebne, ponieważ wielu przedstawicieli przemysłu, zwłaszcza z sektora MŚP, nadal nie ma świadomości na temat tego, czym jest Przemysł 4.0 i jakie korzyści może przynieść wdrażanie rozwiązań, które wpisują się w ideę czwartej rewolucji przemysłowej – zaznaczył profesor Piotr Szynkarczyk.

Jednym z nieodzownych i kluczowych elementów tej rewolucji są koboty, a robotyzacja przy udziale robotów współpracujących, sprzyjająca znacznemu usprawnieniu produkcji i zwiększeniu zysków, budzi coraz większe zainteresowanie. – Stałe aktualizowanie oprogramowania kobotów, a także fakt, że użytkownik może je samodzielnie programować, pozwala określić je mianem produktów cyfrowych, które wciąż ewoluują. Zaletą tego typu robotów jest łatwa konfiguracja i sprawna praca z człowiekiem przy wytwarzaniu produktów. Co istotne, jeśli robot ma wbudowane funkcje ograniczenia siły i mocy, w większości przypadków nie jest konieczne stosowanie dodatkowych systemów bezpieczeństwa, które zajmują dużo miejsca i znacznie podwyższają koszty aplikacji. Koboty mogą być szczególnie cennym nabytkiem dla firm, które nie mogą pozwolić sobie na wdrożenie robotów przemysłowych czy modernizację starszych fabryk. Roboty tego typu są dziś używane raczej jako narzędzie operatorów niż podmiot autonomiczny, ale warto pamiętać, że dzięki nim możliwe jest podejmowanie zdecentralizowanych decyzji – podkreślił Tomasz Ofiara, dyrektor sprzedaży Elmark Automatyka.

Wdrożenia w przełożeniu na profity

Rozwój kobotyzacji, która jest relatywnie nowym kierunkiem w robotyce, nabiera tempa, a wachlarz możliwości i korzyści, jakie można dzięki niej uzyskać – zarówno w odniesieniu do pracy zakładu produkcyjnego, jak i do działalności firmy w całościowym ujęciu – jest bardzo szeroki. Wdrożenie takich rozwiązań pozwala szybciej reagować na trendy i zmieniające się uwarunkowania rynkowe, zapewnia usprawnienie produkcji i poprawę jakości, a tym samym umożliwia budowanie przewagi konkurencyjnej. – Koboty wydają się być idealną odpowiedzą na współczesną potrzebę elastycznej, adaptacyjnej produkcji, w której coraz większego znaczenia nabiera zaspokajanie indywidualnych potrzeb odbiorców. Jedną z cech charakterystycznych silnie akcentowanego obecnie kierunku rozwoju, tj. Przemysłu 4.0, jest personalizacja wytwarzanych produktów. Aby osiągnąć poziom techniczny i technologiczny, który pozwala na tak rozumianą produkcję, konieczne jest uwzględnianie analiz i danych na dotychczas niespotykaną skalę – np. analiza Big Data w powiązaniu ze zrobotyzowanymi, adaptacyjnymi środkami wytwarzania. Wartością dodaną w przypadku stosowania kobotów – poza brakiem barier w strefach dostępu, gdzie robot pracuje ramię w ramię z człowiekiem – jest niezwykła wręcz łatwość ich programowania. Połączenie tych dwóch funkcjonalności stanowi o popularności nowego kierunku i niemal nieograniczonych możliwościach wsparcia pracownika dla zadań produkcji, nawet niewielkich serii – podkreślił Łukasz Wojtczak, pełnomocnik dyrektora ds. aplikacji przemysłowych w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP.

Jednym z czołowych producentów robotów współpracujących jest firma Universal Robots. – Do najważniejszych ich zalet należą łatwe programowanie, szybka konfiguracja, elastyczność wdrożeń, bezpieczeństwo stosowania oraz najszybszy zwrot z inwestycji w branży. Koboty Universal Robots, wyposażone w potężne komputery pokładowe, są interoperacyjne i można je łatwo włączyć do Internetu Rzeczy w dowolnym środowisku fabrycznym. Zdolność do gromadzenia danych i przekazywania ich innym systemom do analizy i modelowania zapewnia sprawny i przejrzysty przepływ informacji – zaznaczył Tomasz Ofiara z firmy Elmark Automatyka, która jest jednym z dystrybutorów kobotów Universal Robots w Polsce.

Firma Universal Robots nie tylko w naszym kraju, ale także w innych, sprzedaje roboty wyłącznie przez sieć autoryzowanych dystrybutorów. – To dość unikalny model biznesowy w obszarze robotyki, ale to właśnie dzięki partnerom mamy dziś tak mocną pozycję. Każdy z partnerów ma nasze pełne wsparcie – przedsprzedażowe, w trakcie uzgadniania szczegółów sprzedaży, a także posprzedażowe. Bardzo istotną stroną naszej działalności są bezpłatne szkolenia – prowadzimy on-line Akademię Universal Robots, w której można dowiedzieć się, co to są roboty współpracujące, jakie są korzyści z ich stosowania, a nawet jak programować takiego robota – mówił Marcin Gwóźdź, menedżer ds. rozwoju sprzedaży Universal Robots w Polsce. Firma udostępnia też internetową platformę dla firm, które chcą dopasować odpowiednie rozwiązanie do wdrażanych robotów. – Po wprowadzeniu informacji o typie robota, o tym, jakie zadania mają być realizowane, jaki jest udźwig itp., można uzyskać odpowiedź na pytanie, jaki chwytak jest w tym przypadku wskazany. Za pośrednictwem naszej strony można także bezpośrednio skontaktować się z producentem chwytaka, co znacznie ułatwia i przyspiesza aplikację i wdrożenie. W przypadku wystąpienia problemu wyszukiwarka na naszej stronie pozwala znaleźć jego rozwiązanie – podkreślił Marcin Gwóźdź.

Kobotyzacja i robotyzacja w praktyce

Wielu uczestników spotkania zadawało sobie pytanie, czy robot współpracujący może znaleźć zastosowanie w ich zakładach produkcyjnych. Te wątpliwości rozwiał Maciej Antosiuk, inżynier wsparcia technicznego Elmark Automatyka, pokazując, w jak wielu zadaniach może sprawdzić się takie rozwiązanie. – W każdym zakładzie liczy się przede wszystkim wydajność, obniżanie kosztów przy jednoczesnym wzroście produkcji i zysków, poprawa jakości, a co za tym idzie zwiększanie konkurencyjności. Kobot jest odpowiedzią na wszystkie te wyzwania. Przykładowo roboty współpracujące Universal Robots – UR3, UR5 i UR 10 – mają zaawansowane i bardzo przydatne cechy techniczne. Mogą przenosić ładunki o masie do 10 kg z powtarzalnością do 0,1 mm, a zastosowanie różnych interfejsów komunikacyjnych – m.in. EtherNet/IP, Modbus i Profinet – umożliwia łatwą integrację. Jednak kluczową jego zaletą jest możliwość współpracy z człowiekiem i bezpieczeństwo tej współpracy. W odróżnieniu od tradycyjnych robotów przemysłowych taki robot może pracować w bezpośrednim sąsiedztwie człowieka, nie stwarzając dla niego zagrożenia – wyjaśnił reprezentant Elmark Automatyka.

Integralną część robotów współpracujących stanowią chwytaki, które dziś są tak zaawansowanymi urządzeniami, że można określić je jako robota w robocie. Jednym z przykładów zaawansowanych urządzeń tego typu jest chwytak JL1 firmy SCHUNK, którego funkcje przybliżył Arkadiusz Mazurek, Area Sales Manager tej firmy. Do zalet rozwiązania należą m.in. ekran dotykowy, wizualna informacja zwrotna, czujniki pojemnościowe zainstalowane w obudowie, czujniki taktylne w palcach oraz równoległy i jednocześnie kątowy ruch palców. Chwytaki współpracujące firmy SCHUNK doskonale sprawdzają się w takich zadaniach, jak dźwiganie i montaż, 
np. w aplikacjach polegających na chwytaniu dużych i lekkich detali, również w przypadku dużego ich zróżnicowania. W przypadku certyfikowanego chwytaka Co-act siłę chwytu można dostosować do potrzeb (maksymalnie 140 N). Możliwa jest integracja plug&work z kobotami Universal Robots, a także wszystkich znaczących producentów kobotów, zarówno mechanicznie, jak i elektrycznie. W chwytaku wbudowany jest dodatkowo system wizualizacji za pomocą LED. Charakterystyczna dla urządzenia jest modułowa budowa w oparciu o trzy standardowe chwytaki – EGP, MPG+ i KGG. Z praktycznym zastosowaniem chwytaków SCHUNK można było zapoznać się na stanowisku demonstracyjnym, na którym prezentowano zautomatyzowany proces przyjęć magazynowanych na podstawie rejestrowanych odczytów – robot UR3 wyposażony w chwytak SCHUNK dokonywał pomiaru potrzebnych danych, takich jak np. wymiary elementów, masa, a także zdjęcie wykonane kamerą zamontowaną na przesuwnej ramie urządzenia, i przesyłał je do osób nadzorujących. Była to jedna z czynności prezentowanych na stanowisku przygotowanym w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP przy współpracy z firmą SICK. Zanim do gry wchodził robot UR3 z chwytakiem SCHUNK, inny robot Universal Robots – UR10 z podciśnieniowym chwytakiem firmy PIAB – pobierał element i przenosił go na wagę. Dopiero wtedy, po wysłaniu sygnału przez poprzednie urządzenie, pracę podejmował UR3. W ten sposób obrazowo pokazano, jak w praktyce współpraca kilku urządzeń może przełożyć się na usprawnienie procesów.

Bardzo duże zainteresowanie gości budziły także dwa stanowiska przygotowane przez firmę Elmark Automatyka. Na jednym z nich prezentowano pracę urządzeń w przypadku, gdy wskazane jest stworzenie stref bezpieczeństwa i zapewnienie, że w razie pojawienia się pracownika w obszarze pracy robota urządzenie zostanie zablokowane lub jego ruch ulegnie znacznemu spowolnieniu. Umożliwiło to zastosowanie laserowego skanera microScan3 Core firmy SICK (jego czas reakcji wynosi zaledwie 70 ms), który był podpięty do wejść bezpieczeństwa umieszczonych w skrzynce sterowniczej robota UR3. Na drugim stanowisku przedstawionym przez współorganizatora konferencji robot współpracujący UR5, zintegrowany z systemem wizyjnym PIM50 firmy SICK, przenosił umieszczone na stole detale do wskazanego miejsca. Takie połączenie gwarantuje maksymalną precyzję, która jest bardzo istotna przy pozycjonowaniu różnych elementów zarówno w produkcji, jak i np. w paletyzacji.

Goście spotkania poznali możliwości robotów kolaboracyjnych nie tylko na przykładzie stanowisk demonstracyjnych, ale także już zrealizowanych wdrożeń. Marek Petz, specjalista ds. zrobotyzowanych aplikacji przemysłowych w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP przybliżył wdrożenie robota UR zrealizowane przez PIAP w jednym z zakładów produkcyjnych. – Zbudowaliśmy trzy stanowiska, dzięki którym paletyzacja rurek doprowadzających chłodziwo do chłodnic samochodowych, produkowanych przez klienta, została w dużym stopniu zautomatyzowana. Rurki są podawane do maszyny kształtującej. Dla skrócenia czasu trwania cyklu zastosowano podwójny chwytak, za pomocą którego z maszyny wyjmowana była gotowa rurka, a wkładana druga. Ze względu na zasięg, który był potrzebny do obsługi paletki i maszyny, zastosowano robota UR 10. Stanowiska zostały zbudowane 2,5 roku temu, pracują bez zarzutu na trzy zmiany, co jest najlepszą rekomendacją zarówno dla robotów UR, jak i dla wykonawcy stanowiska – zauważył Marek Petz.

Niezależnie od tego, z jaką branżą przemysłową mamy do czynienia, wdrożeniu kobotów towarzyszy znaczna poprawa wydajności, a obszarów ich zastosowań jest wiele. – Najprostszym z nich jest pick&place. Roboty UR umożliwiają zwiększenie wydajności tego procesu nawet o kilkadziesiąt procent. Bardziej skomplikowanym działaniem jest przykręcanie i odkręcanie różnych elementów. Przykładowo stosując dodatkowy chwytak, jesteśmy w stanie zmagazynować śrubki czy inne elementy w ramieniu robota i odpowiednio je wkręcać. Bardzo ciekawą funkcją jest paletyzacja. Co istotne, w zależności od tego, jakie są wymiary przenoszonych przedmiotów, można szybko przeprogramowywać robota UR. Rozwiązanie można też np. wzbogacić o system wizyjny, który może rozpoznawać przedmioty, co umożliwia jeszcze większą automatyzację procesu. Koboty UR mogą być stosowane również w procesach wymagających dużej precyzji, których człowiek nie jest w stanie wykonać tak dokładnie i płynnie jak robot – np. dozowanie różnych substancji. Do wszystkich wymienionych zastosowań dochodzą takie jak np. obsługa maszyn i obrabiarek CNC, polerowanie czy spawanie. Niezależnie od realizowanych zadań, programowanie robotów UR jest bardzo proste, co zwiększa elastyczność produkcji – podsumował Maciej Antosiuk.

Inteligentne wsparcie dla robota

Aby koboty i robotyzacja produkcji przyniosły oczekiwane efekty, potrzebne są inteligentne rozwiązania, które nadążają za trendem cyfryzacji i wspomagają pracę maszyn i urządzeń. Paweł Golba, kierownik projektu Systemy Wizyjne w firmie SICK opowiadał o systemach wizyjnych dla robotyki w obliczu czwartej rewolucji przemysłowej. – Przemysł 4.0 to pełna cyfryzacja w obszarze produkcji i logistyki, włączając w to maszyny, które potrafią autonomicznie sterować swoją pracą i samodzielnie optymalizować wykonywane kroki robocze. Nie da się tego zrealizować bez inteligentnych czujników. Rozwiązania naszej firmy pozwalają już dziś budować podstawy dla dynamicznych, optymalizowanych w czasie rzeczywistym procesów przemysłowych przyszłości – podkreślił przedstawiciel SICK. Jednym z opisanych rozwiązań był system PLR. – To samodzielne urządzenie, które obejmuje funkcje lokalizacji, łatwy w obsłudze interfejs robota, a także wszystkie niezbędne narzędzia służące szybkiej integracji z robotem. System łączy najnowocześniejsze techniki wizyjne 2D i 3D, zapewniając unikalne rozwiązanie, które może pracować w zmiennych warunkach otoczenia – wyjaśnił Paweł Golba.

Z kolei Tomasz Olesiewicz, Area Sales Manager PIAB przedstawił zaawansowaną, bazującą na technologii IO-Link, nową koncepcję piSMART, a także flagową serię eżektorów piCOMPACT. Oba rozwiązania odpowiadają na potrzeby Przemysłu 4.0 i umożliwiają bardziej wydajną oraz energooszczędną produkcję. – W przypadku gromadzenia i analizowania różnych danych produkcyjnych inteligentny sprzęt pozwala na automatyczne i cyfrowe sterowanie, kontrolę oraz weryfikację procesów w fabrykach Przemysłu 4.0. W ten trend wpisują się rozwiązania piSMART, które zapewniają automatyczne dostrajanie, symulację i korektę w czasie rzeczywistym, automatyczne monitorowanie stanu, większą oszczędność energii, interoperacyjność i przejrzystość informacji – mówił Tomasz Olesiewicz.

Bezpieczeństwo pod kontrolą

Integrator, który tworzy stanowisko z kobotem musi zagwarantować, że spełnia ono wymagania dyrektywy maszynowej. – Najprostszym i najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest powołanie się na odpowiednie normy zharmonizowane „podpięte” do dyrektywy, o ile oczywiście są one spełnione – zaznaczył Robert Krupiński, inżynier wsparcia technicznego Elmark Automatyka. Bardzo istotne jest przeprowadzenie analizy ryzyka. – Taka ocena jest szczególnie ważna, gdy stanowisko nie ma osłon, kurtyn świetlnych itp. Ocenę ryzyka – jeśli mamy odpowiednią wiedzę – można przeprowadzić we własnym zakresie albo skorzystać z pomocy firm, które się w tym specjalizują. Trzeba pamiętać, że nigdy nie ograniczymy go do zera – zawsze pozostanie tzw. ryzyko szczątkowe. Jednak już na etapie tworzenia maszyny można zastosować urządzenia i rozwiązania, które sprawią, że niektóre jego rodzaje zostaną wyeliminowane. Przykładem jest robot współpracujący Universal Robots, który ma odpowiednią konstrukcję – np. nie ma ostrych krawędzi – i wbudowane różne funkcje bezpieczeństwa – powiedział Robert Krupiński.

Dla zapewnienia bezpieczeństwa ważne jest też określenie obszaru roboczego robota i identyfikacja źródeł zagrożenia. – Jeśli robot ma mieć bezpośredni kontakt z człowiekiem, należy określić nie tylko szczegółowe parametry pracy, jak np. dynamika ruchu, dopuszczalne wartości siły itp., ale także rodzaj i skalę możliwych obrażeń oraz możliwą częstotliwość występowania ryzyka. Kolejna sprawa to dobór funkcji bezpieczeństwa. Najprostszym rozwiązaniem jest wygrodzenie. Trzeba jednak pamiętać, że zastosowanie funkcji bezpieczeństwa może spowodować pojawienie się nowego rodzaju ryzyka. Dlatego przy wprowadzaniu takich funkcji należy ponownie wykonać proces jego oceny – wyjaśnił przedstawiciel Elmark Automatyka.

Finansowanie i ulgi

Aby możliwe było wdrażanie innowacji z zakresu robotów współpracujących i Przemysłu 4.0, niezbędne są środki finansowe. O możliwościach finansowania ze środków publicznych inwestycji w innowacyjne technologie mówił Krzysztof Lipiec, prezes PIAP-ScienTech. – Jedną z opcji jest skorzystanie z bonów na innowacje dla MŚP. Dofinansowanie jest udzielane na zakup usługi związanej z opracowaniem nowych albo znacznym ulepszeniem istniejących produktów, usług, technologii albo projektu wzorniczego – wyjaśnił.

Maksymalne wsparcie publiczne, czyli pomoc de minimis, może stanowić 85% wartości usługi. Minimalna wartość kosztów kwalifikowanych projektu wynosi 60 000 złotych (z czego wartość dofinansowania to 51 000 złotych), zaś maksymalna – 400 000 złotych (w tym przypadku dofinansowanie wynosi 340 000 złotych). – Wykonawcą usług mogą być m.in. jednostki naukowe, w tym Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, który ma doświadczenie w finansowaniu B&R z obszaru innowacji procesowych i produktowych. Korzyści dla klientów to m.in. uzyskanie finansowania publicznego na nowatorskie elementy inwestycji oraz pełna obsługa – począwszy od koncepcji, przez finansowanie i kontraktowanie, po rozliczenie – podkreślił Krzysztof Lipiec.

Opracowywanie i wdrażanie innowacji w bardzo dużym stopniu ułatwiają ulgi podatkowe. O szczegółach i korzystnych zmianach w przepisach w tym zakresie opowiadała Beata Cichocka-Tylman, dyrektor ds. innowacji i B+R oraz dotacji i ulg w PwC. – Od 2016 r. przedsiębiorstwa prowadzące działalność badawczo-rozwojową mogą korzystać z ulgi w podatku dochodowym w związku z prowadzeniem działań badawczo-rozwojowych, czyli B+R. W styczniu 2018 r. weszły w życie przepisy znacznie zwiększające wysokość odliczeń z tytułu ulg – dziś przedsiębiorcy mogą skorzystać z odliczenia 100% kosztów kwalifikowanych, a dodatkowo rozszerzono katalog kosztów kwalifikowanych do odpisu, co bardzo zwiększa atrakcyjność ulgi. Te zmiany uważam za rynkowy hit 2018 r. – podkreśliła Beata 
Cichocka-Tylman.

Co bardzo istotne, ulga na B+R może dotyczyć również projektów rozpoczętych przed 2016 r. (w zakresie kosztów ponoszonych od stycznia 2016 r.). Koszty zatrudnienia osób prowadzących prace B+R, materiały i surowce, amortyzacja sprzętu czy koszty jednostki naukowej – to wszystko przedsiębiorstwa mogą zaliczyć do odpisu. – Sam mechanizm ulgi jest bardzo prosty. Oprócz tego, że koszty działalności B+R są standardowo wykazywane w kosztach działalności przedsiębiorstwa, można je odpisać jeszcze raz – stąd 100% odpisu – od podstawy opodatkowania. W ten sposób podstawa opodatkowania ulega zmniejszeniu, a przedsiębiorstwo płaci mniejszy podatek – wyjaśniła Beata Cichocka-Tylman. Dużym udogodnieniem dla przedsiębiorstw jest to, że nie obowiązuje konkurencyjny wybór ofert, nie ma specjalizacji, czy branż, które byłyby preferowane albo wykluczone z możliwości skorzystania z ulgi, a ponadto nie jest oceniany poziom innowacyjności, lecz sam fakt prowadzenia działalności z obszaru B+R. – Projektowanie nowego produktu, opracowywanie nowej metody produkcji albo ulepszanie istniejącej, tworzenie oprogramowania dla urządzeń, a nawet projekty pilotażowe i demonstracyjne – to wszystko wchodzi w skład działań B+R i umożliwia skorzystanie z ulgi. Same przepisy o uldze są dość krótkie i przejrzyste, a definicje działalności B+R, wzorowane na obowiązujących w UE, są szerokie i pojemne. Kluczowe jednak jest takie zaplanowanie i wdrożenie systemu, aby był on bezpieczny dla przedsiębiorstwa i łatwy do obrony w czasie kontroli skarbowej. Mimo że przepisy tego nie wymagają, my zalecamy odpowiednie zmapowanie i opisanie procesów B+R oraz prowadzenie odpowiedniej ewidencji czasu pracy czy postępu prac B+R – podsumowała Beata Cichocka-Tylman.

source: Automatyka 6/2018