Zmiany w branży produkcyjnej — dlaczego zmienia się podejście do robotów

Autor: Esben H. Østergaard, dyrektor ds. technicznych i założyciel Universal Robots

W obliczu narodzin „Przemysłu 4.0” przełom w branży produkcyjnej jest nieunikniony. Dlatego też w nadchodzących latach kluczową rolę odegra automatyzacja. W centrum przemian znajdują się roboty przemysłowe, które nie są już uważane za niebezpieczne maszyny, tylko za asystentów produkcji bezpiecznie pracujących ramię w ramię z ludźmi. Jedno jest pewne - zmienia się podejście do robotów. Potrzebujemy jednak również wytycznych, które uregulują współpracę pomiędzy człowiekiem a maszyną. Aktualne normy są w obecnych warunkach niewystarczające i stawiają nieodpowiednie wymagania. Powinny być one ukierunkowane nie na to, jak mają wyglądać bezpieczne roboty, lecz na to, jak zapewnić ich bezpieczną współpracę z ludźmi.

Przedsiębiorstwa z branży produkcyjnej nie mają obecnie łatwego życia. Stoją bowiem przed wieloma wyzwaniami. Z jednej strony zmienia się popyt, rynki stają się bardziej chwiejne, a cykle produkcyjne coraz krótsze. Aby zachować konkurencyjność, fabryki muszą zmodernizować swoje metody produkcji i zwiększyć elastyczność. Istotną rolę odgrywa przy tym to, że niektóre branże są już wysoce zautomatyzowane, podczas gdy inne zostają w tej kwestii w tyle. Z drugiej strony wiele przedsiębiorstw musi się zmierzyć z jeszcze jednym wyzwaniem, a mianowicie ze zmianami demograficznymi i związanym z nimi niedoborem wykwalifikowanej kadry. Aby przyciągnąć i zatrzymać wykształconych i doświadczonych pracowników, przedsiębiorstwa muszą dbać o ich komfort pracy i bezpieczeństwo.

W takiej sytuacji potrzebne są nowoczesne roboty przemysłowe, które pełnią funkcję asystentów produkcji oraz spełniają wymagania w zakresie poprawy produktywności i wydajności pracy. Doskonale nadaje się do tego nowa generacja robotów — przede wszystkim lekkich, uniwersalnych i elastycznych robotów przemysłowych.

Automatyzacja pojawia się tam, gdzie dotychczas była niemożliwa
Nie ulega wątpliwości, że wymagania przemysłu wobec robotów znacznie się zmieniły. Obecnie producenci poszukują lekkich robotów przemysłowych, które zapewniają elastyczność, ekonomiczność i łatwość obsługi oraz mogą bezpośrednio współpracować z ludźmi. Ich celem jest wspieranie pracowników podczas wykonywania ich zadań oraz usprawnienie procesów. Oznacza to nowe możliwości dla producentów różnej wielkości, reprezentujących rożne branże. Automatyzacja procesów, która wcześniej w ogóle nie wchodziła tam w grę, staje się możliwa. Barierę stanowiły tradycyjne roboty przemysłowe, które były zbyt duże, ciężkie i drogie, a ponadto mogły być programowane wyłącznie przez specjalistów.

Lekkie roboty przemysłowe, będące asystentami produkcji muszą być proste w programowaniu i obsłudze, zapewniając jednocześnie utrzymanie jakości pracy na co najmniej dotychczasowym poziomie. Roboty te powinny również wyręczać pracowników przy wykonywaniu monotonnych lub niebezpiecznych prac. Powinny być małe, elastyczne i ciche, a dzięki swojej uniwersalności łatwo dostosowywać się do różnych stanowisk w ramach produkcji.

Przykładowo, ramiona robotyczne UR5 i UR10 Universal Robots, wykorzystywane są przez klientów reprezentujących różne branże oraz firmy różnej wielkości. W szwajcarskim przedsiębiorstwie Franke Küchentechnik AG lekkie roboty wykorzystywane do optymalizacji procesów. Firma szukała rozwiązania, w którym roboty będą współpracować z ludźmi w ramach procesu produkcji i przyklejać nakładki mocujące do zlewów kuchennych. „Przedsiębiorstwa o globalnym zasięgu mają do czynienia z ciągłą presją ze strony konkurencji. Optymalizacja procesów połączona z jednoczesnym zachowaniem jakości i utrzymaniem kosztów to istotne elementy umożliwiające zachowanie długoterminowej przewagi” — wyjaśnia Christoph Henzmann, kierownik projektu w firmie Franke. „Firma Universal Robots umożliwia wprowadzenie rozwiązań, w których człowiek i robot wzajemnie się uzupełniają”.

Przykładem z polskiego rynku może być spółka Ronet – producent sprężyn. Robot UR5 jest elementem w pełni zautomatyzowanej linii produkcyjnej. Do jego zadań należy przenoszenie sprężyn po obróbce cieplnej do szlifierki, a następnie wprowadzanie uprzednio zeszlifowanych sprężyn do maszyny wytrzymałościowej. Wykonane pomiary przekazywane są do lasera który na każdej sprężynie wykonuje znakowanie w postaci opisu jej paramentów. Tak opisane sprężyny robot przenosi na pole odkładcze do pakowania.

Współpraca pomiędzy ludźmi a robotami zmienia dotychczasowe wyobrażenia
Nie ulega wątpliwości, że współpraca pomiędzy ludźmi a robotami to od pewnego czasu kluczowy trend w branży. Zupełnie zmienia on dotychczasowe postrzeganie robotów przemysłowych. Bezpieczeństwo jest tu oczywiście priorytetem. Aby człowiek mógł współpracować z robotem bez ogrodzenia ochronnego, trzeba przeprowadzić ocenę ryzyka w całym zakładzie na podstawie obecnych wytycznych dotyczących maszyn oraz norm DIN (Niemieckiego Instytutu Normalizacyjnego) dotyczących zakładów, w których występuje współpraca ludzi z robotami. Standardy te dotyczą jednak wciąż „tradycyjnych robotów przemysłowych”. Dlatego należy rozszerzyć normy, aby oprócz technologii obejmowały również odpowiednie warunki współpracy pomiędzy ludźmi a robotami.

Lekkie roboty we współpracy z człowiekiem okazały się być prawdziwymi pomocnikami. Roboty Universal Robots zostały zintegrowane z procesem produkcji w zakładzie Volkswagena w Salzgitter w ubiegłym roku – pomagają tam ludziom w montowaniu głowic cylindrów przy świecach żarowych: „Poprzez ergonomiczną organizację miejsca pracy we wszystkich obszarach naszej firmy, chcielibyśmy uniknąć długotrwałych obciążeń pracowników. Dzięki wykorzystaniu robotów bez ogrodzeń ochronnych mogą ze sobą współpracować. Maszyny stają się przez to asystentami produkcji, przejmującymi od ludzi monotonne zadania”, wyjaśnia Jürgen Häfner, kierownik projektu w zakładach Volkswagena w Salzgitter.

Człowiek z czerwoną flagą...
Jeśli spojrzymy w przeszłość, stanie się jasne, że regulacje prawne nie zawsze nadążały za przełomowymi zmianami na rynku. Kiedy pierwsze samochody zaczęły się poruszać po nieprzystosowanych do tego ulicach z bardzo małą prędkością, w Wielkiej Brytanii uchwalono tzw. Ustawę o czerwonej fladze (Red Flag Act). Stanowiła ona, że przed każdym pojazdem musiał biec człowiek z czerwoną flagą, ostrzegając innych użytkowników dróg. Nie było to oczywiście ani praktyczne, ani idealne rozwiązanie. Gdyby nie odważono się na rezygnację z tego przepisu, samochód prawdopodobnie nigdy nie wyszedłby z roli zabawki nielicznej warstwy zamożnych ludzi, mimo że zapotrzebowanie na niego było wysokie.

Ustawa o czerwonej fladze w Wielkiej Brytanii

Podobnie wygląda sytuacja z robotami przemysłowymi. Najbardziej przełomowe są obecnie lekkie. O zainteresowaniu rynku świadczy wysoki popyt na te maszyny. Dotychczasowe normy i regulacje nie nadążają jednak za nowymi wymaganiami wobec robotów. Jak bowiem powinien wyglądać taki bezpieczny lekki robot przemysłowy?
Na to pytanie równie trudno odpowiedzieć, co w przypadku pierwszych samochodów — czy samochód tylko wtedy jest bezpieczny, gdy biegnie przed nim człowiek z czerwoną flagą? Czy jest on bezpieczny, gdy wyposaży się go w pasy bezpieczeństwa, poduszki powietrzne lub system ostrzegania przed niezamierzoną zmianą pasa ruchu? Przez te wszystkie lata intensywnie pracowano nad bezpieczeństwem samochodów, co nie zmienia faktu, że co roku dochodzi do wielu wypadków. Mimo to ludzie codziennie siadają za kółkiem, ponieważ zalety samochodów zdecydowanie przeważają nad związanym z nimi ryzykiem.

Konieczne są nowe regulacje
Podana analogia nie powinna nas oczywiście odrywać od dyskusji o tym, jak powinien wyglądać bezpieczny robot. Universal Robots traktuje tę dyskusję bardzo poważnie. Aby używać robotów UR5 i UR10 bez ogrodzenia ochronnego, przed ich uruchomieniem trzeba przeprowadzić ocenę ryzyka. Roboty UR5 i UR10 są wyposażone w opatentowany system bezpieczeństwa, certyfikowany przez TÜV Nord i testowany zgodnie z normą EN ISO 13849:2008 PL d oraz EN ISO 10218-1:2011, pkt. 5.4.3. Ustawienia bezpieczeństwa można elastycznie dopasować do rodzaju zastosowań. Robot może być używany w dwóch różnych trybach bezpieczeństwa — normalnym i zredukowanym. Firma TÜV Nord w szczegółowych testach sprawdziła te funkcje i potwierdziła, że zapewniają one bezpieczną współpracę pomiędzy człowiekiem a robotem.
Potrzebna jest jednak również ocena ryzyka w odniesieniu do całego zakładu. Jest to bowiem wielka różnica, czy robot będzie wyposażony w ostry chwytak, czy w tępą ssawkę. Obowiązująca norma nie może zatem udzielić ostatecznej odpowiedzi na pytanie, jak ma wyglądać bezpieczny robot.

Komisja TS15066, odpowiedzialna za opracowanie nowej normy ISO, pracuje nad stworzeniem jasnych regulacji. Jednak również i w tym gremium jest to bardzo trudna dyskusja. Mimo to jest ona niezbędna, ponieważ dotychczasowe normy nie nadążają za dotychczasowym, a co dopiero przyszłym, stanem rozwoju automatyki. Firma Universal Robots angażuje się w prace tej komisji, gdyż jest zdania, że na rynku jest duży popyt na lekkie roboty przemysłowe współpracujące z ludźmi, dlatego potrzebne są jasne regulacje dotyczące ich zastosowania.