Opinie i komentarze, Przemysł 4.0, Rozwiązania dla przemysłu, Technika i przemysł, Technologie, Utrzymanie ruchu

Robotyzacja życia

Fot. designed by Freepik.com

W obecnych czasach coraz więcej rzeczy wykonywanych jest przez roboty, czy zatem należy się ich bać? Gdzie i do czego najlepiej nadają się te urządzenia?

Największa zaletą wykorzystywanych robotów jest ich precyzja, wysoka powtarzalność czynności, a także bardzo często wydajność dalece przekraczająca wydajność człowieka. W przypadku bardzo trudnych warunków pracy lub po prostu tam, gdzie takie warunki byłby szkodliwe dla człowieka, roboty stają się niezastąpione.

Dotyczy to np. pracy ze szczególnie niebezpiecznymi substancjami, podczas której człowiek byłby narażony na bezpośredni z nimi kontakt. Jednakże pomimo bardzo wielu zalet robot pozostaje bezduszną maszyną, stertą metalu, która nic sama z siebie nie wymyśli i nic nie zrobi. Nadal za sterowanie pracą robota odpowiedzialny jest człowiek, to on musi wymyśleć oraz zaprogramować daną sekwencję pracy urządzenia, a co za tym idzie robot staje się tak dobry jak jego programista.

W ostatnich latach daje się zauważyć, iż polscy przedsiębiorcy coraz bardziej przekonują się do robotów, jednakże nadal nam bardzo daleko do światowej czołówki. Przez ostatnie 15 lat robotyka rozwijała się w sposób możliwy do przewidzenia, jednakże od 2014 roku inwestycje wystrzeliły bardzo mocno w górę. Tylko w tym roku zainwestowano w nią ponad 8 mld USD. Roboty zaczęły pojawiać się zarówno na farmach, jak i w szpitalach.

Z niechęcią do robotów jest trochę tak, jak z lękiem przed automatycznymi skrzyniami biegów – niby wygodne, ale auto spala więcej paliwa oraz istnieje ryzyko bardzo kosztownej awarii. Te i podobne mity zostały już dawno obalone, jednak kiedy większość ludzi w państwach Zachodu wybiera auto z automatyczną skrzynią, w Polsce nadal królują tradycyjne rozwiązania. Podobnie jest z robotyzacją – wszystkie twarde dane pokazują jednak, że liczba robotów na świecie rośnie.

Poszukiwanie niskiej dynamiki inwestycji w robotyzację w Polsce powiązane jest bardzo silnie z pytaniem o to, jak bardzo innowacyjna jest rodzima gospodarka. Dlaczego tak się dzieje, że nie jesteśmy skorzy do wydawania pieniędzy, aby doskonalić fabryki i gospodarkę? Analitycy bardzo mocno cały czas podkreślają, że stoi za tym opór mentalny. Dopóki nie będziemy musieli z nikim konkurować i nie przestaniemy czerpać zysków w dotychczasowej formie, nie uda nam się przełamać. Jednym słowem, po co mamy inwestować, skoro bardzo dobrze sprawdza się i wystarcza nam to, co mamy. Jak zatem gonić świat, który coraz szybciej i dalej ucieka, a proste przewagi konkurencyjne, jak chociażby tania siła robocza, są na wyczerpaniu?

Roboty szyte na miarę

Od czasu, kiedy pierwsze roboty przemysłowe pojawiły się w fabryce General Motors, minęło ponad pół wieku i dziś już trudno wyobrazić sobie prężnie działający zakład produkcyjny bez takich „pracowników”. Jednak robot przemysłowy sprzed kilku dekad ma już bardzo niewiele wspólnego ze współczesnym, przed którym stawia się coraz to nowsze i bardziej skomplikowane zadania.

Coraz większa dynamika oraz stale rosnące wymagania rynku sprawiają, że robotyka przemysłowa cały czas się zmienia, ewoluuje. Ostatnie dekady wyraźnie pokazują, że gospodarka bez odpowiedniego rozwoju przemysłu nie jest w stanie rozwijać się w sposób zrównoważony. Jednocześnie daje się zauważyć, iż postęp przemysłowy także nie może zachodzić w perspektywie średnio- oraz długookresowej bez zwiększenia udziału robotyzacji. Spowodowane to jest przede wszystkim wytwarzaniem coraz większej liczby bardzo zróżnicowanych produktów z szerokiej gamy materiałów w trakcie niezwykle rozbudowanych oraz skomplikowanych procesów produkcyjnych.

Innym bardzo istotnym, a jednocześnie zaskakującym czynnikiem jest brak wysoce wykwalifikowanej siły roboczej. Ludzi w wieku produkcyjnym ubywa, dawne szkolnictwo zawodowe praktycznie przestało już istnieć. Obie wymienione rzeczy powodują niemożność dostarczenia przez zakłady produkcyjne wysokiej jakości wyrobów w krótkim czasie bez wspomagania się robotami.

Firmy korzystające oraz rozwijające się w kierunku robotyzacji odnotowują wzrost produktywności, rentowności, wzrost jakości oraz spadek kosztów produkcji, co za tym idzie, bardzo mocno poprawia się ich konkurencyjność na rynku danej branży. Robotyzacja procesów jest zatem realną szansą na zwiększenie wydajności i zachowanie jakości produktu bez względu na koszty oraz dostępność i rotację wykwalifikowanej kadry, siły roboczej. Większe zainteresowanie polskiego przemysłu robotyzacją wynika również z problemu niedoboru pracowników. Dzięki robotom przemysłowym polskie zakłady mogą zacząć rozwijać się w kierunku przemysłu 4.0, a także stać się bardziej konkurencyjne dla firm ze Wschodu oraz z Zachodu. Polskie firmy powinny więc rozpocząć energiczne przygotowania do konkurencji z firmami ze Wschodu, które choć nadal reprezentują przemysł 2.0, to wygrywają bardzo niskimi kosztami pracy.

Wraz z rozwojem technologii roboty zaprzęgane są już nie tylko do prac powtarzalnych, monotonnych, uciążliwych lub wręcz niebezpiecznych, ale zaczynają się także znakomicie sprawdzać wszędzie tam, gdzie wymagana jest wyjątkowa precyzja, niezawodność lub powtarzalność oraz zachowanie najwyższych standardów bezpieczeństwa, higieny i standardów środowiskowych. Elementy, w które obecnie uzbrajane są roboty, tj. czujniki, systemy wizyjne czy lasery skanujące, pozwalają na wykonywanie coraz bardziej złożonych sekwencji czy też natychmiastowe reagowanie na zmieniające się warunki otoczenia.

Zmianie ulega także postrzeganie robotów i ich zastosowania. Firmy odchodzą od stosowania robotów tylko w procesach wielkoseryjnych na rzecz używania ich także w produkcji zindywidualizowanej, małoseryjnej lub jednostkowej. Co najważniejsze – stało się to opłacalne. Można z łatwością przewidzieć, że w ciągu najbliższych kilkunastu lat roboty znajdą szerokie zastosowanie praktycznie w każdej dziedzinie gospodarki i będą wspierać ludzi w czynnościach powtarzalnych oraz tych wymagających zmian.

Nowoczesna technologia oznacza współdzielenie przestrzeni roboczej przez człowieka i robota, częste i, co najważniejsze, bezpieczne interakcje oraz bardzo szybki zwrot z inwestycji w maszyny. Początkowo roboty miały bardzo duże rozmiary i były drogie – cena jednego dochodziła do 1 mln USD. Jednakże w ostatnim czasie ich koszty znacząco spadły, dzięki czemu stały się dostępniejsze, a ich wymiary lepiej dopasowane do potrzeb klientów. Dodatkowo większość robotów staje się robotami współpracującymi, tzw. corobotami, a to oznacza, że nie będzie potrzeby zamykania ich w oddzielnych pomieszczeniach lub budowania specjalnych wytrzymałych ogrodzeń.

Pomimo że nadal przodującym czynnikiem przy wyborze robotów jest ich cena, świadomość odbiorców co do stanowisk zrobotyzowanych cały czas rośnie. Klienci nie szukają już w robotach tylko zwiększenia wydajności, produktywności czy jakości, ale także koncentrują się na dodatkowych aspektach, takich jak możliwość programowania offline, czasy przezbrojeń stanowisk, zdalne systemy diagnostyki czy też dodatkowy nadzór nad procesami. Choć coraz większą rolę zaczynają odgrywać roboty specjalistyczne, m.in. spawalnicze (spawanie laserowe), to w ujęciu globalnym nadal bardzo pożądane są roboty do zastosowań uniwersalnych, gotowe do realizacji różnorodnych zadań produkcyjnych.

Roboty współpracujące

Coroboty, czyli tzw. roboty współpracujące bezpośrednio z człowiekiem, to najnowszy trend w obszarze produkcji. Mogą one pracować bez potrzeby instalowania zewnętrznych systemów zabezpieczeń w postaci kurtyn lub ogrodzeń. Tego typu roboty wyposażane są w inteligentne funkcje bezpieczeństwa typu contact stop (w momencie dotknięcia człowieka przez robota ten natychmiast się zatrzyma) czy też push to escape (w tym przypadku operator może odsunąć robota w dowolnym kierunku, kiedy nie jest on mu potrzebny).

Według analityków rynku to właśnie tego typu roboty będą najbardziej pożądane oraz będą najszybciej się rozwijać. Zapotrzebowanie na coroboty daje się zauważyć w takich branżach jak elektroniczna, spożywcza, motoryzacyjna, ale także np. farmaceutyczna. Coroboty są w nich wykorzystywane do pakowania, paletyzowania, kontroli, jakości czy też testowania produktów.

Kolejnym trendem w robotyzacji przemysłu jest stosowanie tzw. robotów humaidalnych, które są bardzo mocno integrowane z różnymi systemami bezpieczeństwa, a także możliwościami zdalnego sterowania robotem przy użyciu coraz mniejszych sterowników.

Pomysł stworzenia robotów współpracujących zrodził się już w 1955 roku w ramach projektu realizowanego przez General Motors Fundation. Pomysł polegał na stworzeniu takich robotów, które mogłyby ramię w ramię pracować z ludźmi. Z roku na rok popularność takich maszyn wzrasta, a w 2025 r. według prognoz sprzedaż robotów współpracujących ma stanowić 1/3 wszystkich dostarczanych jednostek.

Coroboty przede wszystkim wykonują zadania, które mogą być niebezpieczne dla człowieka, jak chociażby transportowanie ostrych, szpiczastych lub gorących elementów, a jednocześnie projektowane są w taki sposób, aby bezproblemowo i z zachowaniem wszelkich środków bezpieczeństwa móc pracować razem z ludźmi.

W przeciwieństwie do standardowych robotów coroboty potrafią wykrywać obecność ludzi, elementów stanowisk i odpowiednio na nie reagować, np. w przypadku robotów Fanuc za tę umiejętność jest odpowiedzialna zaimplementowana funkcja contact stop – maszyna w kontakcie z człowiekiem natychmiast się zatrzymuje. Roboty te są także wyposażone w wiele dodatkowych funkcji zwiększających ich bezpieczeństwo. Jedną z nich jest np. retract motion, dzięki której robot jest w stanie wykrywać przeszkodę, która pojawi się na jego drodze podczas odkładania detali, i cofnie się, co ochroni operatora np. przed zakleszczeniem dłoni.

Należy pamiętać, że pomimo wszystkich zabezpieczeń to, czy robot będzie bezpieczny dla ludzi, zależy nie tylko od zaprogramowanych funkcji, lecz także od przeprowadzonej analizy ryzyka. Każde stanowisko zrobotyzowane musi być zaprojektowane w taki sposób, aby poza możliwością spełnienia swojej funkcji przede wszystkim było bezpieczne. Wymaga to od projektantów systemów zrobotyzowanych znacznych kompromisów w zakresie prędkości, siły i ruchów robota. Obecnie użytkownicy robotów współpracujących oczekują, że maszyny te będą wyposażone we wszelkiej maści funkcje ułatwiające ich obsługę oraz będą gwarantowały stopień bezpieczeństwa umożliwiający ich pełną integrację z systemami posiadającymi certyfikat CE.

Opłacalność współpracy człowiek-robot

Współpraca człowieka z robotem staje się opłacalna wówczas, gdy uzyskamy zmniejszenie powierzchni roboczej, otrzymując jednocześnie możliwość równoległej organizacji procesów produkcyjnych. Dążenie do osiągnięcia jak największej opłacalności staje się jednocześnie największą barierą w rozpowszechnieniu systemów współpracujących. Bardzo często nie zostają bowiem uwzględnione takie czynniki jak np. zwiększenie ergonomii pracy.

Założenie, by roboty współpracujące uzyskiwały czasy cykli zbliżone do tych uzyskanych z zastosowaniem pełnej automatyzacji, nie zostało jak dotąd spełnione. Właściwy podział zadań, zgodny z kompetencjami człowieka oraz robota, powinien być wynikiem specyfikacji danego procesu, natomiast same koszty należy bardziej analizować pod kątem zestawienia opłacalności produkcji ręcznej i w pełni zautomatyzowanej.

Dziś trudno byłoby sobie wyobrazić nowoczesny zakład produkcyjny bez wysoce wydajnych robotów przemysłowych. Obecnie jeszcze trudniej znaleźć fabrykę samochodów, w której roboty mają marginalne znaczenie lub nie ma ich w ogóle. Fabryki branży samochodowej są obecnie najbardziej zrobotyzowane i najbliższe realizacji idei Przemysłu 4.0.
Zwiększająca się rola robotów zatrudnianych przy produkcji samochodów, jak również najważniejszych wykorzystywanych w nich podzespołów, takich jak silniki, skrzynie biegów, dała się zauważyć już w minionym stuleciu, kiedy o czwartej rewolucji jeszcze w ogóle nie było mowy. Wówczas zastosowanie robotów na nowoczesnych liniach produkcyjnych wynikało głównie z potrzeby zwiększenia produktywności oraz wydajności, a co za tym idzie ze zmniejszenia jednostkowych kosztów wytwarzania.

Roboty zastępowały ludzi na stanowiskach, na których praca była nużąca, monotonna, ciężka lub niebezpieczna, m.in. przy spawaniu karoserii czy przenoszeniu ciężkich podzespołów. Dziś roboty wykorzystywane są częściej w zadaniach o wysokim stopniu powtarzalności oraz w celu zwiększenia jakości wytwarzanych produktów.

W przeprowadzonym niedawno badaniu, którego wyniki zostały opublikowane w Forbesie, na temat robotyzacji produkcji wypowiadali się menedżerowie fabryk samochodowych. Wnioski płynące z badania pokazują, że roboty przemysłowe najlepiej sprawdzają się w prostych pracach, bardzo powtarzalnych, a także tych wykonywanych w szkodliwych warunkach, np. w lakierowaniu poszczególnych elementów karoserii.

Roboty spisywały się również bez zarzutu w przypadku prac wymagających dużego stopnia dokładności, z zaawansowaną technologią. Jak wynikało z badań, czynnik ludzki był niezbędny do utrzymania robotów w dobrej kondycji, gotowych do pracy. Człowiek jest również niezastąpiony w sytuacjach, gdy na linii produkcyjnej znajdują się np. dwa różne modele tego samego elementu.

Bardzo odważna wizja zastąpienia wszystkich lub zdecydowanej większości zatrudnionych pracowników robotami jest wizją co najmniej mało realną, choć nie można jej w dalszej perspektywie całkowicie wykluczyć. Obecnie taki krok nie byłby opłacalny ani z punktu widzenia rentowności inwestycji, ani wydajności produkcji. Przykładem nieudanej próby zastąpienia pracowników przez roboty jest firma Tesla Motors.

Elon Musk, właściciel firmy Tesla Motors, zapowiedział swego czasu stworzenie w pełni zautomatyzowanej fabryki produkującej modele marki Tesla. Jak dotąd w zakładach we Freemont, choć hale produkcyjne robią duże wrażenie i większość prac wykonywanych jest przez roboty, nadal pracują również ludzie. Rola człowieka sprowadza się do prac wykończeniowych na ostatnim etapie produkcji oraz do montażu elementów wewnętrznych auta.

Musk w jednym z wywiadów przyznał, że błędem było zbyt duże poleganie na robotach wykorzystywanych podczas produkcji aut. Stwierdził, że ludzie są niedoceniani. Okazało się, że fabryka Tesli miała problemy z wydajnością produkcji, dochodziło bowiem do spowolnienia jej tempa. Egzaminu nie zdały m.in. zaawansowane systemy przenośników taśmowych. Problemy te spowodowały znaczne opóźnienia w dostawach do klientów Modelu 3 (z zaplanowanej pierwotnie tygodniowej produkcji 5 tys. egzemplarzy tego modelu udało się wytwarzać jedynie 2 tys. aut), a w konsekwencji również problemy finansowe Tesli.

Norma ISO w odniesieniu do robotów współpracujących

Norma IS/TS 15066 jest pierwszą specyfikacją techniczną odnoszącą się do robotów współpracujących. Do tej pory o bezpieczeństwie robotów mówiła tzw. dyrektywa maszynowa nr 2006/42/EC (dokładna nazwa: Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn, zmieniająca dyrektywę 95/16/WE). Wszystkie maszyny oraz urządzenia zainstalowane na terenie Unii Europejskiej muszą spełniać podstawowe wymagania w zakresie zdrowia i bezpieczeństwa wymienione w załączniku do ww. dyrektywy. W ramach dokumentu zostały zharmonizowane normy ISO 10218-1, ISO 10218-2 i ISO 13849-1.

W lutym 2016 roku normy ISO odnoszące się do tej pory tylko do tradycyjnych robotów przemysłowych zostały wzbogacone o specyfikację techniczną dotyczącą robotów współpracujących. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) opublikowała nową specyfikacją techniczną ISO/TS 15066, wspierającą dokument ISO 10218-1, znany pod nazwą Safety Requirements for Industrial Robots (Wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych), oraz ISO 10218-2 – Wymagania bezpieczeństwa dla systemów robotycznych i integracji. ISO/TS 15066 zawiera wytyczne, które definiują, w jaki sposób zapewnić bezpieczeństwo podczas projektowania i wdrażania maszyn zrobotyzowanych.

Nowa specyfikacja techniczna została w pełni opracowana na podstawie opinii reprezentantów 24 krajów, w tym przedstawicieli największych producentów robotów na świecie. Prace nad ISO/TS 15066 rozpoczęły się w 2010 roku, a opublikowany wynik jest rezultatem porozumienia pomiędzy wszystkimi zainteresowanymi stronami.

ISO/TS 15066 w praktyce

ISO/TS 15066 zawiera wytyczne dotyczące oceny ryzyka podczas procesu instalacji i pracy robota współpracującego w danym zastosowaniu. Bardzo ważne jest to, że nie tylko robot, ale także cała infrastruktura odnosząca się do procesu robotycznego muszą w całości spełniać dane normy bezpieczeństwa.

Z punktu widzenia robotów współpracujących najistotniejszym jest dział 5.4 normy ISO 10218-1, odnoszący się do wymagań bezpieczeństwa dla systemów sterowania. Części systemów sterowania związane z bezpieczeństwem powinny być zaprojektowane oraz wykonane z PL=d strukturą kategorii 3. Kategoria ta dotyczy systemów skonstruowanych z użyciem podwójnych zabezpieczeń. Oznacza to, że pojedynczy defekt nie doprowadzi do utraty funkcji związanych z bezpieczeństwem.

Specyfikacja ISO/TS 15066 zawiera także bardzo cenne wskazówki odnoszące się do szacowania ryzyka i zmniejszenia go do akceptowalnego poziomu – mówi o tym norma 12100.

Autor artykułu: Aleksander Doliński