Роботите – настояще и бъдеще

АвтоматизацияСтатииВисокотехнологична автоматизация - специално издание на сп. Инженеринг ревю

През последните няколко десетилетия индустриалните роботи се развиха от невероятно скъпи машини с ограничени функции до модерни устройства с многостранно приложение. Те могат да изпълняват най-разнообразни дейности и имат висока възвращаемост на инвестициите.

Промишлените роботи днес са много по-достъпни и евтини от когато и да било. Стандартните модели се произвеждат серийно и успяват да отговорят на все по-нарастващото търсене. Тази повишена достъпност на роботите, от своя страна, доведе до постоянно намаление на цените на новите модели. Освен това пазарът на употребявани роботи повишава още повече възможностите за създаване и пускане на пазара на евтини модели.

Интегрирането на технологичните устройства, свързани с роботиката, вече е много по-просто и се извършва почти на принципа „plug and play”. Периферните устройства, различните модели роботи и контролери са конструирани така, че да комуникират по-лесно помежду си. Тази съвместимост улеснява изграждането на по-надеждни и гъвкави системи от роботи.

Гъвкавостта и мултифункционалността, които предлагат модерните инструменти за захващане и за други операции, монтирани в края на манипулатора на робота, също създават безброй възможности за съкращаване на производствени разходи. Те позволяват обединяването на последователно или паралелно изпълнявани задачи чрез взаимнозаменяеми специализирани крайни компоненти - системи за захващане, вакуумни системи, патронници с три челюсти, високоскоростни валове, цилиндри и свредла.

Друг благоприятен за развитието на пазара фактор е стандартизацията на роботите. При сравнение на роботи от различни производители лесно се забелязва, че имат общи характеристики на стил и ползваемост. Конкуренцията на пазара доведе до създаване на почти взаимозаменяеми серии роботи, например по отношение на полезния товар и на работния обсег на манипулатора.

Напредъкът в технологията на роботите и на тяхното управление вече им позволява да излязат извън традиционните роли в производството и автоматизацията, да поддържат цели нови класове приложения, а със съответните разширения - да завладяват нови пазари. Може би най-добър пример за тази тенденция е развитието и използването на колаборативни роботи (системи, проектирани да работят в непосредствена близост и в сътрудничество с хора).

Колаборативни роботи
Тясното сътрудничество между хора и роботи, работещи като колеги на конвейери и на други места, ще бъде важен компонент от роботиката на бъдещето. Вероятно ще настъпи време, когато разделителната линия между операциите, извършвани от хора и от роботи, ще се размие до такава степен, че ще стане неразличима.

Това е особено видно през преходния период, когато роботите все още не могат да възпроизвеждат ловкостта на хората, но имат достатъчни способности за работа с крехки обекти и поемат някои операции, които понастоящем се извършват от хора. Типичен пример е все по-нарастващата необходимост от асемблиране на електронни устройства, състоящи се от много малки компоненти.

Роботите с два манипулатора, които понастоящем излизат на пазара, са конструирани с оглед на максимална сигурност и безопасност, което означава, че не могат да наранят работник. Те имат датчици, отчитащи силата на натиск, която прилагат манипулаторите им; осите им са проектирани, така че да се избегнат всички възможни точки на съприкосновение; имат електромотори с ограничена скорост и са програмирани със софтуер, управляващ безопасността.

Благодарение на всичко това, имаме роботи, при които рискът от нанасяне на вреда на работника при контакт с него е сведен до минимум. За допълнителна безопасност, в точките на потенциално съприкосновение са монтирани уплътнения.

Тези роботи ще повишат гъвкавостта и бързината на производствените системи. Тъй като роботът е компактен, преносим и конструиран с оглед да заема същото работно пространство като работник-човек, той лесно може да бъде заместен от такъв. Роботите могат лесно да бъдат обучени и поставени на конвейер вместо хора-работници. Това позволява на производителя да се приспособи към евентуални изненадващи промени на сроковете на производство.

В бъдеще използването на колаборативни роботи ще се разраства. Според наскоро публикувано изследване на ABI Research на тема „Колаборативна роботика: състояние на пазара и технологиите”, секторът на колаборативната роботика се очаква да отбележи десетократен растеж през периода от 2015 до 2020 г. и да достигне над 1 милиард щатски долара, срещу приблизително 95 милиона през 2015-та.

Дан Кара, главен изпълнителен директор по роботика на ABI Research, заявява: „Колаборативните роботи бяха разработени в отговор на натиска от социални, така и от наложени от бизнеса фактори. За развитието им спомогнаха непрекъснатите технологични иновации и намаляващите цени на новаторските технологични решения. Този сектор е много динамичен и се разширява бързо. Нови продуктови оферти се предлагат на пазара както от утвърдени компании, така и от малки, прохождащи фирми”.

Бъдещият растеж на сектора ще се дължи на три ключови пазара: производителите на електроника и компаниите, осъществяващи услуги, свързани с електронното производство; малки и средни производители; производители, нуждаещи се от роботизирани решения, оптимизирани за поддръжка на бързина и продуктивност, се посочва още в изследването.

По-лесни за използване, внедряване и поддръжка
Един от най-големите технически проблеми, с които промишлеността в момента опитва да се справи, е намирането на начини роботите да станат по-лесни за използване, така че да не изискват твърде висококвалифицирани специалисти, за да бъдат внедрени, пуснати в експлоатация и поддържани.

Сред новостите в тази сфера е интерфейсът за програмиране тип WYSIWYG (what you see is what you get - получаваш това, което виждаш), който може да се използва за постигане на максимална ефективност и съкращаване до минимум на времето за подготовка преди началото на производството.

Освен това все по-често се срещат роботи, които могат да се самопрограмират. Очаква се те да стават все по-автономни и да могат да функционират в по-неопределена среда. Благодарение на усъвършенстващата се сензорика и елементите на самообучение, новото поколение роботи ще могат да се справят с доста по-широк кръг от “непредвидени” ситуации, прогнозират учените.

Дистанционно наблюдение и управление
Безспорно връзката на роботите с Интернет ще предостави нови възможности за компаниите в бъдеще. Те ще могат да управляват тях и екипите, които зависят от тях, навсякъде, където има връзка с интернет. Това опростява всички етапи на взаимодействието с роботите: проектиране, продажба, монтаж, приемане, експлоатация, надзор и обслужване.

Чрез дистанционен мониторинг през мрежата ще бъде възможно откриването на потенциални проблеми, така че те да не нарушават нормалния производствен процес. Например може да се засече дали роботът има нужда от обслужване или подобрения, а също да се направи анализ на ефективността на движенията му. Ще се оптимизира разрешаването на възникнали проблеми и ще се спестява време.

В ерата на Internet of Things роботите ще могат да обменят информация помежду си и да самоусъвършенстват функциите си на базата на богатата информация в интернет.

Подобрени „сетива” на роботите
Друг ключов аспект в техническия прогрес на роботите е свързан с устройствата, които им позволяват да взаимодействат със света около тях, включително чрез усъвършенствани сензори и инструменти за захващане. За да се даде възможност на роботите да изпълняват всички задачи, за които са създадени, те трябва да развият по-човекоподобни умения при намирането, разпознаването и манипулирането на обекти.

В комбинация с мощен изчислителен ресурс, технологии като управление на силата на натиск и усъвършенстваното двуизмерно и триизмерно зрение ще създадат своеобразна независимост на робота и ще му дадат възможност да взема решения за това какво да прави, когато срещне неизбежни препятствия по време на ежедневната си работа.

Роботите несъмнено могат да извършват много точни повтарящи се движения. Но когато става въпрос за приложения, като асемблиране на устройства, състоящи се от много малки компоненти, цялата тази точност би била безполезна, ако роботът не е способен да манипулира с тях.

В това отношение индустрията се нуждае от инструменти, монтирани на края на манипулатора на робота (end-of-arm tooling), които доколкото е възможно, да наподобяват човешката ръка с нейната чувствителност на докосване, гъвкавост, прецизно действие и бързина.

Водещи области на приложение
Търсенето на промишлени роботи ще продължи да се увеличава, като през периода 2015-2017 г. ще нараства средно с около 12% на година, твърдят от Международната федерация по роботика. Основни двигатели на този растеж ще бъдат автомобилната и електронната промишленост.

Най-голям брой поръчки за промишлени роботи и в бъдеще ще се получават от автомобилната промишленост. Инвестициите в нея обикновено имат цикличен характер, но от 2010 г. насам обемът на инвестициите предимно расте, без значителен цикличен ефект. В своя статия, посветена на бъдещите предизвикателства пред роботиката в автомобилната индустрия, д-р Щефан Маркус Багински от BMW вижда широк спектър от перспективи за използване на още повече роботи в автомобилното производство.

Възможностите както на програмируемите логически контролери (PLCs), така и на контролерите за роботи, сега се използват в пълния им потенциал: „Вижте колко широко свързани са днес нашите мобилни устройства с телефонната мрежа, социалните платформи и облачните услуги. Всичко това има за цел да бъдат създадени по-добри услуги за нас и животът ни да стане по-удобен.

Едно от предизвикателствата на бъдещето е всичко това да се адаптира за навлизането на роботи. Представете си колко енергия, усилия за поддръжка, място и хардуер бихме спестили, ако например, контролерът на робота е просто една облачна услуга, с която са свързани всички роботи, за да могат индивидуалните им програми да работят”.

Багински вярва, че това оказва влияние на друга важна тема - необходимите усилия да се научим как да програмираме и използваме робот. В тази област все още се изисква много обучение и експертен опит. Всеки доставчик на роботи използва свой собствен език на програмиране. Според Багински, на първо време трябва да бъдат създадени отворени стандарти за контролерите.

Освен това разширеното сътрудничество между хора и роботи, което позволява директно взаимодействие между тях, е само в начална фаза и ще открие нови възможности за използване на роботи в автомобилната промишленост.

Багински прави заключение, че цялата общност в роботиката - към която се числят и производителите на автомобили - трябва да поеме отговорността не само да развива технологията, но и да променя начина на мислене на обществото за нови посоки на автоматизация.

„При много хора използването на роботи все още създава чувство на страх. Същевременно те използват своите смартфони за автоматизация на ежедневните си дейности. Това се случва, защото технологията не се обяснява правилно и не се разбира от масите. При по-задълбочено разбиране, ние бихме спечелили още повече от бъдещото развитие на технологията на роботите”.

Вероятна област на широко приложение на роботи в бъдеще е и производството на електромобили. Тази индустрия се развива и около нея се създава нов пазар. Нараства и нуждата от стационарни инсталации за съхранение на енергия, които да служат за буферно съхранение на възобновяема енергия в електрическите мрежи.

Тяхното производство е по-сложно от това на обикновените акумулатори от потребителски тип, които се предлагат днес на пазара. Ключови фактори за успех тук са голямата точност, високото качество и повишеното производство. А това изисква автоматизация и внедряване на роботи. При електромобилите се обсъжда изграждането на станции за смяна на акумулаторните батерии, като алтернатива на зарядните станции. Те също биха били привлекателен пазар за роботи.

В електронната промишленост инвестициите в роботи нарастват заради нуждата от автоматизация на производството и оборудване на нови производствени процеси.
Твърде вероятно е в бъдеще да има ново увеличение на поръчките на роботи, особено в пластмасовата и каучуковата промишлености, фармацевтичната, хранителната промишленост (най-вече при производството на напитки), както и металообработващата индустрия и машиностроенето.

Според прогнозите, през периода 2015-2017 г. продажбите на роботи ще нарастват средно годишно с 6% в Северна, Южна Америка и в Европа, и с около 16% в Азия и Австралия. Очаква се в края на 2017 г. 2 милиона промишлени роботи да бъдат внедрени в заводи по цял свят.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top