Na rozdiel od svojich väčších „bratov“ pracujúcich v presklených bunkách pri výrobe automobilov či iných veľkých montážnych linkách sú spolupracujúce roboty podstatne ľahšie a prispôsobivejšie. Možno ich jednoducho premiestniť a preprogramovať na riešenie nových úloh, čo umožňuje zrýchlenie nábehu pri malosériovej výrobe pokročilých komponentov. Z hľadiska využívania robotov v USA ešte stále dominuje automobilový sektor, do ktorého smeruje takmer 65 % všetkých predaných robotov. Avšak Asociácia priemyselnej robotiky (RIA) uvádza, že len 10 % firiem, ktoré by mohli vyťažiť prínosy z nasadenia robotov ich má aj nainštalované.
Zmenšovanie začiatočných prekážok
Hlavnými dôvodmi, prečo je toto číslo také nízke, sú v podstate tri problematické oblasti, ktoré by teraz mali spolupracujúce roboty vyriešiť: cena, používateľská prívetivosť a použiteľnosť. Začnime teda najprv s finančnými otázkami.
Aj tam, kde sú pracovné sily cenovo dostupné, bude nová generácia zložitých produktov vyžadovať prispôsobiteľnú montáž, presnosť a spoľahlivosť, čo už je jednoducho nad sily a schopnosti ľudí. Podľa starých pravidiel platilo, že náklady na jedného robota sa rovnajú výške dvojročnej mzdy pracovníka. No náklady na jedného spolupracujúceho robota sa blížia k jednej štvrtine tejto ceny. V kombinácii s rýchlou návratnosťou, ktorú robot na pracovisko prináša, robotické technológie preukazujú, že presun výroby kvôli lacnejším pracovným silám už viac nedáva z hľadiska nákladov zmysel. Nové roboty sa naopak stávajú high-tech menou, ktorá mení v súčasnosti vedené cenové „vojny“ na súťaž o vyššiu kvalitu výrobkov a rýchlejšiu návratnosť.
Robot typu pripoj a pracuj
Kapitálové náklady pri bežných robotoch predstavujú len okolo 25 až 30 % celkových systémových nákladov. Zvyšné náklady sú spojené s programovaním, nastavovaním a príslušnou chránenou pracovnou bunkou robota. Prvá skúsenosť so spolupracujúcim robotom trvá zvyčajne menej ako hodinu. Do toho je zahrnuté rozbalenie robota, montáž a naprogramovanie prvej jednoduchej úlohy.
Z toho by sme mohli mať dojem, že spolupracujúce roboty sú „osobnejšie“ a prívetivé voči používateľom. Namiesto potreby zamestnávať skúsených programátorov dodáva sa spolu so spolupracujúcim robotom používateľské rozhranie s dotykovým displejom podobné tabletu, pomocou ktorého koncový používateľ navádza rameno robota vykonávaním pohybov po obrazovke. Alebo používateľ jednoducho uchopí rameno robota a naznačí mu požadovanú trajektóriu pohybu. Rozhranie je kompatibilné s väčšinou v priemysle používaných snímačov a PLC. Programovanie nových úloh je veľmi jednoduché – to je skúsenosť dánskeho výrobcu sluchových a načúvacích pomôcok Oticon, ktorý bol mimoriadne prekvapený intuitívnym navádzaním a presnosťou nových spolupracujúcich robotov. Oticon potreboval prispôsobiteľný robot, ktorý by bol cenovo dostupný pre malé série produktov. Výsledkom rýchlych pokrokov v medicínskej technike sú neustále sa meniace výrobné postupy a oveľa širšie spektrum modelov načúvacích prístrojov, ktoré od robotov vyžadujú, aby dokázali pracovať s menšími výrobnými sériami.
Spoločnosť Cascina Italia zautomatizovala pomocou robota UR5 od firmy Universal Robots baliacu linku s výkonom 15 000 vajec za hodinu. Pracovníci dokážu robot rýchlo preprogramovať a pracovať hneď vedľa neho bez nutnosti použitia ochrannej klietky. Prevádzka v spoločnosti Cascina nebola pripravená na vytvorenie oddeleného robotického pracoviska, preto bolo nasadenie prenosného robota, ktorého možno rýchlo premiestňovať medzi jednotlivými pracoviskami, pre talianskeho distribútora vajec rozhodujúce riešenie.
Presná manipulácia
Nový robot dokázal vyriešiť problémy týkajúce sa nasaditeľnosti a prenositeľnosti, ktoré tradičné roboty nasadené v Oticon neboli schopné vyriešiť. Jednotlivé súčasti moderných načúvacích prístrojov sú čoraz menšie a často majú veľkosť len jeden milimeter. Výrobca načúvacích prístrojov hľadal riešenie, ktoré by dokázalo nasať z formy takéto malé časti. Ručne to nebolo možné vykonať a nebolo to vhodné riešiť ani pomocou starých dvoj- alebo trojosových robotov, ktoré boli schopné pohybovať sa len do strán a vertikálne. Ak napríklad nejaká malá časť zostane vo forme, robot je schopný ju odstrániť.
Inštalácia robota na riešenie nových úloh v prevádzke odlievania spoločnosti Oticon trvala len jeden deň. Nový robot namontovaný priamo na vstrekovací lis sa dokázal pohybovať nad formou a odsať plastové diely s použitím špeciálne vyvinutého vákuového systému. Zložitejšie plastové diely sa prenášajú pneumatickým uchopovacím nástrojom. Vďaka svojim šiestim osiam je nový robot veľmi dobre polohovateľný, pričom môže otáčať alebo naklápať diely, aby ich dokázal čo najrýchlejšie odstrániť z formy. Robot pracuje v 4 – 7-sekundových cykloch v závislosti od veľkosti série a vyrábaného typu. Vďaka optimalizácii výrobných postupov sa podarilo dosiahnuť obdobie návratnosti na robot len na 60 dní.
Práca v rámci priestorových obmedzení
V talianskej spoločnosti Cascina Italia pracujú spolupracujúce roboty na baliacej linke, kde manipulujú s približne 15 000 vajíčkami za hodinu. Robot je vybavený pneumatickým uchopovacím zariadením a napĺňa kartónové škatule so zásobníkmi vajíčok každý s kapacitou 10 vajec. Tento typ práce vyžaduje presnú manipuláciu a veľmi opatrné uloženie deviatich vrstiev na 10 vajíčok v každej škatuli.
V spoločnosti Cascina si mysleli, že pri svojej práci robot nebudú schopní používať, avšak po zhliadnutí demoukážky zachytávajúcej prácu robota UR5 priamo vo svojej prevádzke bolo pre spoločnosť distribuujúcu vajíčka už jednoduché predstaviť si s tým spojené výhody a prínosy. O 90 dní neskôr už robot pracoval na linke. S hmotnosťou len 5 kg možno robotického spolupracovníka ľahko premiestniť medzi baliacimi linkami, čo bolo pre pracovníkov v Cascina, ktorí narábali so štyrmi rôznymi veľkosťami vajec, mimoriadne dôležité, keďže potrebovali robot, ktorý by pracoval po ich boku bez zásadnejších priestorových obmedzení.
Bezpečnosť na prvom mieste
Pre výskumné a vývojové laboratóriá z oblasti robotiky bola istý čas horúcou témou bezpečnosť. Predstava vzájomnej spolupráce s človekom zaoblila novému druhu priemyselných robotov kĺby, nasadili sa motory so spätným chodom, snímače sily a robot bol skonštruovaný s veľmi ľahkých materiálov. Ak sa robot v spoločnosti Cascina dotkne zamestnanca, zabudované riadenie sily obmedzí silu kontaktu do takej miery, aby robot nespôsobil ujmu na zdraví, a to všetko v súlade s platnými bezpečnostnými požiadavkami týkajúcimi sa sily a krútiaceho momentu. Po vykonaní odhadu rizika umožňuje takáto bezpečnostná funkcionalita robotom vo väčšine aplikácií pracovať bez nutnosti dodatočnej ochrany.
Predchádzanie únavným pohybom
To je prípad Scandinavian Tobacco Company, kde spolupracujúci robot teraz pracuje priamo vedľa pracovníkov narábajúcich s uzávermi (viečkami) na plechovky s cigarami v časti balenia tabaku. Nový robot šetrí pracovníkov od únavných, opakujúcich sa pohybov a navyše uvoľňuje jedného alebo dvoch pracovníkov, ktorí túto činnosť vykonávali doteraz ručne. Títo pracovníci dostali v rámci fabriky nové zamestnanie. Nasadenie spolupracujúceho robota významným spôsobom znížilo náklady.
Scandinavian Tobacco vyvinulo svoj vlastný uchopovací nástroj, pričom začiatočné programovanie vykonal jeden ich interný zamestnanec. Vďaka tomu sa vo firme udržalo know-how a zabezpečila sa vysoká produktivita. Naopak podarilo sa predísť odstávkam výroby a plateniu drahých externých konzultantov. Optimalizovaná výroba umožnila majiteľovi zachovať výrobu v škandinávskej krajine charakterizovanej vysokými mzdami. Návratnosť investície (ROI) do nového robota bola pre tabakovú spoločnosť len 330 dní.
Zo 45 na 70 fliaš za minútu
Väčší výrobcovia takisto profitujú z nasadzovania nových robotov. Vo výrobnom závode spoločnosti Johnson&Johnson v gréckych Aténach dokázali spolupracujúce roboty významným spôsobom zoptimalizovať proces balenia šampónov a produktov určených na starostlivosť o pokožku. Robotické rameno pracuje nepretržite. Z výrobnej linky zdvíha každú 2,5 sekundu tri fľaše súčasne, natočí ich a položí do baliaceho stroja. Ručným spôsobom bolo možné spracovať 45 fliaš za minútu; robotom podporovaná výroba dokáže spracovať až 70 fliaš za minútu.
Fľašky sú zdvihnuté pomocou vákua a prenesené úplne bez nebezpečenstva poškriabania alebo posunutia. Zručnosť robota zohráva mimoriadne dôležitú úlohu, pretože etikety nie sú na všetkých produktoch vytlačené na rovnakej strane a fľaše majú navyše rôzne rozmery a veľkosť, čo znamená, že robot ich musí vedieť uchopiť či už z pravej, alebo ľavej strany. Každý pracovník z Johnson&Johnson dokáže robot preprogramovať na novú úlohu, čím sa spoločnosti šetria náklady na využívanie externých programátorov.
Nový spôsob, akým sa približuje robotika
Uviedli sme niekoľko príkladov novej generácie robotov riešiacich reálne úlohy, ktoré predchádzajúce roboty neboli schopné v takej miere vyriešiť. Pokiaľ ide o spoluprácu s človekom a prispôsobiteľnú výrobu, musia sa schopnosti klasických priemyselných robotov rozvinúť takmer na každej úrovni: od pevnej inštalácie po možnosť premiestnenia, od periodicky opakovaných úloh po časté zmeny úloh, od občasného po trvalé prepojenie, od žiadneho kontaktu s ľuďmi po častú spoluprácu, od oddeleného priestoru po spoločne využívaný priestor, od ziskovosti rádovo v rokoch po takmer okamžitú návratnosť investícií. V blízkej budúcnosti uvidíme aj ďalšie pokroky v tejto rodiacej sa oblasti robotiky a budeme svedkami zmeny spôsobu, akým sme doteraz pracovali a boli v kontakte s takýmito technológiami.
O autorovi
Esben Ostergaard, Ph.D., je riaditeľom oblasti pre technológie v spoločnosti Universal Robots (UR) a zodpovedný za rozvoj existujúcich UR robotov a vývoj nových produktov. V rokoch 2001 – 2005, keď pracoval ako výskumník a profesor v oblasti robotiky a používateľských rozhraní na University of Southern Denmark, založil nadáciu pre nový vývoj priemyselných robotov. V roku 2005 založil spolu s ďalšími dvomi kolegami – výskumníkmi spoločnosť Universal Robots. Odvtedy im bolo udelených okolo 30 patentov na technológie súvisiace s robotmi. E. Ostergaard participoval aj na národnom výskumnom projekte a je externým skúšajúcim na viacerých univerzitách v Dánsku.
Translated and reprinted with permission of ISA. Copyright © 2014. InTech magazine. All rights reserved.
Zdroj: Your new robot colleague – coming out of its cage. [online]. In: InTech, január – február 2014. Citované 15. 8. 2014.
