Колаборативни роботи в производството

• Коботите вече са практически навсякъде в производствения сектор, за да асистират на хората при изпълнението на различни задачи
  
  
• Едно понятие обединява всички разнообразни по характеристики и възможности модели на пазара – безопасността
  
  
• Внедряването на колаборативни системи в производството през последното десетилетие бележи истински бум

Колаборативните роботи едва ли се нуждаят от детайлно представяне. Те вече са практически навсякъде в производствения сектор, за да асистират на хората при изпълнението на различни задачи – от боравенето с фини компоненти в чисти стаи и прецизни приложения, през манипулирането с хранителни продукти и други изделия в хигиенни и агресивни среди, та чак до обслужването на машини и заваряването на конструкции и детайли в автомобилостроенето. Едно понятие обединява всички разнообразни по характеристики и възможности модели на пазара – безопасността. Именно във възможността на коботите да споделят безопасно и без предпазни ограждения обща работна зона с оператор се крие основният им “коз” пред мощните, динамични и прецизни класически индустриални роботи.

Внедряването на колаборативни системи в производството през последното десетилетие бележи истински бум, като паралелно с това се наблюдава експоненциален ръст на инсталациите в сектори и приложения, в които допреди това автоматизацията изобщо не е популярен вариант. На фона на това никак не е изненадващо, че коботите намират място сред петте водещи технологични тенденции в сферата на роботизацията за 2024 г. в най-актуалния доклад на Международната федерация по роботика (IFR).

Пълен пакет от предимства

За разлика от едрогабаритните индустриални роботи с тегло от няколкостотин килограма до над тон, чието закупуване и интеграция изисква не само сериозна инвестиция, но и цялостно преустройство на обекта (включително за монтаж на защитни прегради), коботите традиционно се отличават със значително по-компактна и олекотена концепция, често повече от 10 пъти по-малко собствено тегло в сравнение с традиционните промишлени системи и минимално монтажно пространство.

Така колаборативните конфигурации, леки, пъргави и маневрени, могат да бъдат вмествани практически навсякъде в производствения процес, както и лесно премествани при необходимост от смяна на ролята или работната станция. Все по-популярни стават малките настолни модели, предназначени за фиксиране директно върху работната маса, които гъвкаво, плавно и високоефективно се вписват в разнообразни приложения.
Освен в чисто физически аспект, коботите не изглеждат толкова заплашително за човека и от психологическа гледна точка, отбелязват експертите. Те не са тук, за да изместят хората от работните им места и да ги оставят без доход, а за да оптимизират усилията им, да им спестят уморителните, скучни и повторяеми задачи и да гарантират безопасността им при сравнително високо ниво на автоматизация.

Нещо повече – активното разработване и лансиране на пазара на колаборативни модели от страна на множество големи световни производители доведе до бързо насищане на пазара и динамичен спад в цените. Така освен по-достъпни откъм размери и лекота на внедряване, коботите стават и значително по-лесни за придобиване що се отнася до необходимото първоначално капиталовложение. Това е ключов фактор за голяма част от съвременните производства, особено в сегмента на малките и средни предприятия, където осъзнаването и приемането на неизбежността на автоматизацията продължава да е в конфликт с липсата на бюджет, а нерядко и на смелост да се инвестира по-мащабно. Друг фактор, който сериозно накланя везните в полза на колаборативните роботи е повсеместният глад за кадри.

Липсата на достатъчно на брой и адекватни по квалификация и умения служители за различни позиции в производството е глобално предизвикателство, в чието разрешаване коботите все по-често се считат за най-подходящото възможно решение.

Огромен плюс на тези системи, който ги превръща в своеобразна буферна зона на автоматизацията между компаниите без опит и по-комплексните промишлени роботи, е значително улесненото програмиране. Концепциите за конфигуриране и управление чрез т. нар. “low-code” и “no-code” стратегии (почти или изцяло без писане на код) са оптималният аспект от достъпността на колаборативните системи. Те могат да бъдат гъвкаво обучавани на различни задачи, работни траектории и пространствени положения директно и в реално време – буквално в движение. За целта се използват преносими пултове с опростен дизайн, интуитивни интерфейси за заучаване чрез демонстрация и ръчно превеждане на манипулатора през отделните точки на необходимото движение, както и удобни бутони за запаметяване на желаните позиции, без необходимост от потвърждаване чрез терминал. А ускореното програмиране на практика означава икономия на време и усилия, които биха могли да бъдат вложени в допълнително повишаване на производителността. По този начин ползите от роботизацията стават достъпни и за оператори, екипи и предприятия в производството без никакъв предишен опит или подготовка в сферата на програмирането. Както гласи мотото на Go4Robotics – една от най-актуалните и набиращи все по-голяма популярност кампании на Международната федерация по роботика, целяща да занижи бариерите пред автоматизацията в МСП – “Роботите са за всички”.

Специфики и възможности

Глобалното производство безспорно посреща коботите с огромен ентусиазъм – като решение от нова генерация, което отново сближава човека и машината по пътя към Industry 5.0 след физическото им разделяне в дните на масова индустриална роботизация в заводите. Въпреки това години наред редица предприятия подхождаха резервирано към колаборативните приложения, явно недостатъчно убедени в потенциалните ползи и възможности във връзка с внедряването им. До началото на настоящото десетилетие това се изразяваше във все още сравнително малък дял на коботите в общия брой инсталирани промишлени роботи в заводите и фабриките по цял свят. Прогнозите на пазарните анализатори сочат обаче, че до края на 2025 г. колаборативните системи ще съставляват повече от една трета (34%) от всички нови продажби в сегмента на роботиката. И ако глобалният пазар на такива системи през 2021 г. беше на стойност малко под 895 млн. щатски долара, то до 2030 г. се очаква той да надхвърли цели 7 млрд. долара, нараствайки повече от два пъти само за последните четири години на прогнозния период.

Коботите са оборудвани с богат арсенал от усъвършенствани сензори, подсистеми и технологии с разнообразно предназначение – безопасност, контрол на силата и мощността, ограничение на скоростта и въртящия момент, навигация, локализация и т. н. Благодарение на това тези роботи от ново технологично поколение се доказват като гъвкаво и високоефективно средство за автоматизация в производствени приложения, които се характеризират с по-малки обеми на партидите и по-голям продуктов микс. Компактният им и олекотен дизайн ги прави отличен избор за изпълнението на деликатни задачи в ограничени пространства, например pick-and-place операции на линии за асемблиране, манипулиране с прецизни компоненти, обслужване на машини с ЦПУ, 3D принтери и други работни станции, които изискват извършване на различни дейности от оператор в близост, но същевременно могат да бъдат рискови, натоварващи и уморителни за човека. Подходящи за оптимизиране чрез внедряването на колаборативен робот са и високоповторяеми задачи, като поставяне на продукти в опаковки и палетизиране. Роботизирането на такива процеси не само намалява рисковете за хората от инциденти и настъпване на физически увреждания в дългосрочен план вследствие на лоша ергономия, но гарантира и значително по-висока ефективност и рентабилност при изпълнение.

Коботите разполагат с възможности за улеснено превключване в безопасен режим – с по-ниска скорост, сила и мощност, при регистрирането на хора в работната зона и връщане в динамичен режим при освобождаването й. Така се елиминира необходимостта от прекъсване на производствения процес докато операторът изпълни необходимите задачи на машината или линията – зареждане на заготовки, разтоварване на готови изделия, проверки, поддръжка и т. н. Все по-популярна е практиката тези системи функционално да се надграждат и чрез камери и платформи за машинно зрение, които им позволяват да отменят хората и в по-ключови дейности, като качествения контрол и инспекцията. Автоматизирането им позволява незабавното откриване на дефекти или други проблеми с продукцията и своевременното предприемане на корективни мерки с цел предотвратяване на загуби на време, средства и усилия.

Приложения и ползи

Специалистите идентифицират пет основни области на производството, в които колаборативните роботи имат най-голям шанс да се докажат като рентабилна инвестиция – монтажните операции/асемблирането, обслужването на машини, манипулирането с материали и обекти, качествените инспекции и заваряването.

Интегрирането на кобот в линия за асемблиране позволява въвеждането на гъвкаво решение за автоматизация без допълнителни разходи и усилия за реорганизация на работния процес или станция. Предприятия, внедрили колаборативни системи, докладват оптимизация на бюджета в такива приложения с до 30 на сто. Подходящи задачи са: избор, захващане и ориентация на части и детайли, нанасяне на лепила и адхезиви, съединяване на компоненти, полагане на лакобояджийски покрития, запояване на електронни елементи, затягане на крепежни елементи, довършителна обработка, като шлайфане, полиране и зачистване и т. н.

Коботите са проектирани да се интегрират в среди, поначало предназначени основно за хората. Така при обслужването на машини например ролята на човека може да бъде качествено променена – от изпълнител на тежки, монотонни и рискови операции в надзорник и координатор, който съблюдава за ефективното и безопасно изпълнение на задачите, но е свободен да се ангажира и с по-стратегически дейности, където човешкият интелект носи много повече добавена стойност. Роботизираното обслужване на металорежещи, металообработващи машини, преси, шприц автомати и друго подобно оборудване може да доведе до 40% по-висока производителност, отчитат експертите.

Сред областите на производството, в които коботите истински се открояват, са т. нар. bin-picking и pick-and-place операции. Те изискват захващането на произволен обект от контейнер или поточна линия и поставянето му върху работна маса, станция или на друго място, където обработката му да продължи. Тъй като колаборативните роботи могат да бъдат оборудвани с най-различни хващачи и крайни изпълнителни устройства, както и да бъдат изработени в хигиенно изпълнение, те могат да намерят приложение в подобни сценарии практически във всеки отрасъл на индустрията – от електронното производство, през ХВП, до автомобилостроенето, включително за сортиране, опаковане, палетизиране и т. н.

Надграждането на тези системи с външни сензори, камери и платформи за машинно зрение позволява извличане на максимума от автоматизирането на визуалната инспекция без необходимост от обособяване на отделен етап или станция, на която да се извършват проверките на компонентите и изделията. Коботът може да ги изпълнява с висока точност, свеждайки дефектите с до 50%, като същевременно върши и други задачи в непосредствена близост до работниците.

Истинска технологична революция в производствения сектор е колаборативното заваряване. Заваръчните операции в редица сектори, като автомобилната промишленост например, от години се делегират основно на индустриални роботи, поради високата им прецизност и ефективност и възможностите драстично да се намалят рисковете за човешкото здраве в тези традиционно тежки и опасни среди. Опциите за инвестиция в заваръчен робот обаче дълги години бяха привилегия основно на големите предприятия в бранша. През последното десетилетие това значително се промени с налагането на коботите като рентабилно решение за автоматизация и в сегмента на МСП. Така с разумен бюджет и бърза възвръщаемост на капиталовложението (често под 1 година) цеховете могат значително да оптимизират заваръчните си приложения без необходимост от инсталация на тежки и едрогабаритни конфигурации и сложни обучения за работа със специализирана заваръчна система. Резултатът е сериозно редуциране на бракуваната продукция и частите, които се нуждаят от преработка, което пести ценно време, средства и усилия на компаниите. Нещо повече – коботите са решение дори за приложения, които поначало са твърде динамични за интегрирането на голям заваръчен робот за фиксиран монтаж. Колаборативните конфигурации могат да бъдат гъвкаво премествани там, където в момента са необходими, без да се нарушава организацията на работния процес.