Człowiek i maszyna – zespół marzeń

To jedno z najstarszych marzeń człowieka: ludzie i roboty pracujące ramię w ramię w idealnej harmonii. Wspaniała sprawność ruchowa człowieka oraz zdolność uczenia się na podstawie doświadczeń, daje mu przewagę w kontekście elastyczności, podczas gdy roboty są w stanie wykonywać uciążliwe i żmudne prace w niezawodnej jakości i powtarzalności. Połączenie najlepszych cech obu światów może pomóc zoptymalizować istniejące procesy i umożliwić powstanie całkiem nowych rozwiązań. Instalacja pokazowa montażu samochodowej klapy bagażnika EngRoTec udowadnia, że nawet w idealnych warunkach pracy wysoce wydajnych robotów, prawdziwa współpraca między ludźmi a robotami (HRC) to znacznie więcej niż pobożne życzenia.

To naprawdę robi wrażenie! Robot o zasięgu 2,7 m i maksymalnym udźwigu 220 kg transportuje całą klapę tylną samochodu do punktu mocowania, a inżynier EngRoTec Sebastian Filk kontoluje pracę z wyznaczonej bezpiecznej strefy. Gdyby przekroczył czerwoną listwę LED, robot zatrzymałby się w ciągu milisekund lub pracował z odpowiednio mniejszą prędkością, aby nie zagrażać operatorowi. Gdy tylko „stalowy kolega” Sebastiana Filka się zatrzymuje, światło zmienia się na zielone i operator może bezpiecznie podejść do stanowiska. Po zamocowaniu zawiasów, operator ponownie opuszcza obszar roboczy i naciska przycisk na terminalu, aby zakończyć proces pracy. Następnie robot przenosi wstępnie zmontowaną klapę tylną do nadwozia i ustawia ją precyzyjnie dzięki naprowadzaniu laserowemu. Ponownie zapala się zielone światło, które informuje Pana Sebastiana, że element roboczy znajduje się w prawidłowej pozycji i można bezpiecznie podejść do stanowiska. W czasie, gdy operator przykręca klapę tylną do nadwozia, sterownik wysyła dane jakościowe do systemu ERP i wysyła prośbę o kolejny element roboczy. W niedługiej przyszłości planowanej w ramach Przemysłu 4.0, taki rodzaj bliskiej współpracy zespołowej będzie normą.

Roboty serwisowe do wykonywania prac domowych czy opieki zdrowotnej od dłuższego czasu znajdują się na pierwszych stronach gazet. Bezpośrednia współpraca ludzie-roboty idealnie sprawdza się przy montażu oraz podawaniu drobnych części. Roboty są szczególnie mile widzianymi pomocnikami w przypadku prac wymagających przyjęcia niewygodnej pozycji, np. z rękami uniesionymi nad głową. ⁽¹⁾ Do tego celu służą lekkie roboty, ponieważ przenoszone przedmioty są lekkie, a napędy działają przy zmniejszonej prędkości i sile, aby nie powodować zagrożenia dla ludzi.

Zupełnie inaczej jest w świecie robotyki przemysłowej. W produkcji samochodów znajdujemy wiele przypadków, w których setki robotów pracujących w specjalnych celach spawają całe nadwozia samochodów. „Większość czynności można obecnie zautomatyzować w takich warunkach”, wyjaśnia Marc Burzlaff, dyrektor zarządzający EngRoTec. „W przyszłości kluczem będzie wprowadzenie ludzi do tego procesu i połączenie ich inteligencji z korzyściami płynącymi z robotyki”. Wynikiem takiej współpracy będzie bardziej wydajny i elastyczny proces produkcji oraz lepsze warunki pracy operatorów. „W dobie Przemysłu 4.0, u progu masowej standaryzacji, takie korzyści będą tylko zyskiwać na ważności”, twierdzi Burzlaff.

Burzlaff, który zrealizował wiele projektów HRC, wie, że czas reakcji w ramach całego łańcucha bezpieczeństwa może być czynnikiem rozstrzygającym o sukcesie aplikacji HRC. „Jeżeli można uzyskać bezpieczny czas reakcji wartości 350 do 400 milisekund, można zmniejszyć odstępy bezpieczeństwa nawet o 50% w porównaniu do obecnego stanu rzeczy”, wyjaśnia. W ten sposób można także ograniczyć ogólną przestrzeń zajmowaną przez urządzenia. Pracownicy cenią krótsze odległości, które muszą pokonywać, a także bardziej ergonomiczne stanowiska robocze.

Konwencjonalne rozwiązania MRC opierają się na standardowych robotach posiadających własne systemy sterowania, które komunikują się z systemem bezpieczeństwa i kontroli celi. Zdecentralizowane zarządzanie wieloma parametrami bezpieczeństwa oraz komunikacja pomiędzy systemami wymagają ogromnych nakładów pracy projektowej. „Przy takim poziomie złożoności nie jest możliwe osiągnięcie czasów reakcji poniżej 500 milisekund”, twierdzi Burzlaff.

W 2015 r. EngRoTec opracował oparty o sztuczną inteligencję układ sterowania robotem. Pozwolił on na znaczną optymalizację montażu części karoserii i usprawnił współpracę między człowiekiem i robotem. To sprawdzone i uznane przez branżę rozwiązanie zostało obecnie rozwinięte w postaci nowej instalacji pokazowej HRC. „Możliwość realizowania takich scenariuszy dla naszych klientów w oszczędny sposób stała się podstawą naszej pracy”, mówi Burzlaff. „By to osiągnąć, musieliśmy całkowicie przeprojektować nasze rozwiązania w zakresie automatyki ”.

Po dogłębnej analizie rynku, inżynierowie EngRoTec zdecydowali się na robota Comau, wspieranego przez dowolnie konfigurowalną technologię sterowania B&R. Wynikiem tej współpracy jest openROBOTICS, pozwalający na ścisłą integrację wspomnianego robota z całością linii. „Firma Comau zrezygnowała z własnych komponentów sterujących robotami, co znacznie uprościło całą technologię. Ponadto technologia B&R stosowana do sterowania i poruszania robotem oraz do celów bezpieczeństwa, jak też pakiet technologii SafeROBOTICS nie tylko istotnie obniżyły koszt projektowania, lecz także skróciły czas reakcji”, mówi Tobias Daniel, dyrektor ds. sprzedaży i marketingu robotyki w firmie Comau.

Jednym z takich pakietów jest SafeROBOTICS, zawierający funkcje bezpieczeństwa, które można zastosować w różnorodnych rozwiązaniach HRC. Przykładowo, wiele kołnierzy, połączeń, punktów monitorowania oraz punktów centralnych narzędzi, a także do 20 prostopadłościanów lub płaszczyzn umieszczonych gdziekolwiek w określonej przestrzeni, może być równocześnie monitorowanych, a ich konfiguracja może być zmieniana w czasie rzeczywistym. Konfigurowanie jest jeszcze łatwiejsze, gdy dane te można zastosować bezpośrednio z narzędzia symulacyjnego.

SafeROBOTICS obejmuje także bezpieczne funkcje sterowania napędami, które monitorują przesuwanie się punktu centralnego narzędzia (TCP) robota i zapewniają bezpieczne pozycjonowanie, prędkość i kierunek pracy robota. Bez takich funkcji zastosowanie HRC byłoby trudne, a nawet niemożliwe.

Dzięki nim czas reakcji aplikacji bezpieczeństwa może zostać istotnie skrócony. „W tej aplikacji uzyskaliśmy bezpieczny czas reakcji 320 milisekund od momentu, gdy skaner laserowy wykryje naruszenie obszaru roboczego, do momentu bezpiecznego unieruchomienia napędu. To światowy rekord”, nadmienia Markus Sandhöfner, dyrektor zarządzający B&R Niemcy. Wyniki pracy zostały jeszcze ulepszone dzięki doświadczeniu EngRoTec, która była w stanie wyeliminować potrzebę stosowania wielu sprzętów i urządzeń poprzez inteligentne oprogramowanie wspierane przez bazę danych oraz projekt sterownika.

⁽¹⁾ BGHM (2016)[Stowarzyszenie Branżowe Przemysłu Drewna i Metalu], Fraunhofer IFF Magdeburg prowadzi badania w imieniu BGHM w zakresie współpracy człowiek-robot w ramach Przemysłu 4.0: www.bghm.de/bghm/presseservice/pressemeldungen/detailseite/sichere-zusammenarbeit-von-mensch-und-roboter/ (dostęp 11.14.2016)

⁽²⁾ Schenk (2012). Michael Schenk, Norbert Elkmann: Bezpieczna interakcja człowiek–robot, wymogi, warunki, scenariusze i proponowane rozwiązania. Zmiany demograficzne – wyzwanie przyszłościowe dla pracy i organizacji firmy dla Stowarzyszenia Akademickiego ds. Pracy i Organizacji Przemysłu (HAB). Egon Müller (wydawca)