7 tajemnic udanego wdrożenia cobota w zakładzie przemysłowym

Fot.1. "Coboty dały nam możliwość rozwoju, ekspansji, stworzenia większej liczby miejsc pracy i przeniesienia naszych najcenniejszych zasobów - zasobów ludzkich - do nowych projektów, gdzie ich wiedza i umiejętności są najbardziej potrzebne" - mówi Aldo Albieri, dyrektor operacyjny w fabryce Thyssenkrupp Bilstein w Hamilton w stanie Ohio, w której coboty UR10 firmy Universal Robots realizują obsługę maszyn, montaż i kontrolę jakości produktów. "Gdybyśmy polegali tylko na zatrudnianiu nowych pracowników, nigdy nie bylibyśmy w stanie stworzyć trzykrotnie większego zakładu niż pierwotnie zakładaliśmy". | Źródło: Universal Robots

Wybór robota współpracującego (cobota) dla zakładu przemysłowego wiąże się z wieloma aspektami, a firmy muszą zdecydować o wielu rzeczach. Między innymi o tym, czy skorzystać z usług integratora systemów i jakie ryzyko może się z tym wiązać.

Pojawienie się robotów współpracujących stworzyło nowe wzorce dla automatyki przemysłowej. Dotychczas wdrażanie robotów przemysłowych zwykle wymagało od firm przemysłowych wielkich nakładów kapitałowych, posiadania specjalistów w dziedzinie inżynierii oraz programowania, a ponadto zajmowało wiele miesięcy. 

W niektórych przypadkach wdrożenie robotów przemysłowych na dużą skalę może trwać latami i kosztować dziesiątki milionów dolarów. A kwoty te nie uwzględniają kosztów ciągłej konserwacji i programowania robotów oraz wsparcia technicznego ekspertów.

W jaki sposób roboty współpracujące przyczyniają się do coraz większej automatyzacji w przemyśle?

Coboty zmieniły ten stan rzeczy, zapewniając producentom realną alternatywę dla złożonego, kosztownego i czasochłonnego podejścia „wszystko albo nic” stosowanego do tradycyjnej automatyzacji operacji realizowanych w zakładach. Stanowią one zmodernizowany i przyjazny dla ludzi wzorzec automatyzacji. Można je wykorzystywać w wielu procesach przemysłowych, takich jak produkcja urządzeń elektronicznych, obróbka metali oraz innych. Roboty współpracujące, które są tańsze i łatwiejsze do wdrożenia w porównaniu z robotami tradycyjnymi (nawet przez osoby nieposiadające doświadczenia w pracy z robotami), rozszerzyły zastosowanie automatyzacji na tysiące małych i średnich firm.

Ponadto, w przeciwieństwie do tradycyjnych robotów, coboty mogą być bezpiecznie wykorzystywane na tych samych stanowiskach pracy, co ludzie, bez konieczności stosowania rozległych wygrodzeń ochronnych i osłon, wystarczy jedynie przeprowadzić ocenę ryzyka. Ponieważ w większości zakładów przemysłowych i produkcyjnych przestrzeń robocza jest na wagę złota, niewielkie gabaryty, funkcje bezpieczeństwa i możliwość wykorzystywania bez klatek bezpieczeństwa sprawiają, że technologia cobotów zyskuje coraz większe uznanie na całym świecie.

Coboty mogą pracować obok ludzi bez specjalnego wygrodzenia (po przeprowadzeniu oceny ryzyka) i są łatwe do zaprogramowania. Mogą one również zapewnić ogromną poprawę ergonomii pracy dotychczasowych pracowników zakładów przemysłowych, przejmując od nich powtarzalne, obejmujące dźwiganie ciężarów prace, które prowadzą do nadwyrężeń i urazów u ludzi. Dzięki temu pracownicy mogą skupić się na zadaniach ambitniejszych, posiadających większą wartość. Coboty są również stale dyspozycyjne (24/7) i mają stałą, wysoką wydajność pracy, co prowadzi do lepszych wyników pod względem jakości w porównaniu z zadaniami wykonywanymi ręcznie przez ludzi.

Fot.2. Po przeprowadzeniu oceny ryzyka firma produkcyjna Tool Gauge z Seattle (stan Waszyngton) wdrożyła cobota UR5 do montażu i dozowania tworzyw sztucznych. Prace te wymagają ścisłej współpracy człowieka z robotem. System bezpieczeństwa cobota, ograniczający jego siłę, zapewnia automatyczne zatrzymanie maszyny w przypadku napotkania przeszkody. | Źródło: Universal Robots

Roboty współpracujące mogą pomóc w uzupełnieniu niedoborów siły roboczej

Niedobór dostępnej siły roboczej jest długotrwałym problemem dla sektora produkcyjnego w USA, który nasilił się jeszcze w wyniku pandemii COVID-19: 62,4% respondentów badania przeprowadzonego przez amerykańskie Krajowe Stowarzyszenie Producentów (NAM) w grudniu 2020 r. uznało przyciągnięcie i utrzymanie wykwalifikowanych pracowników za główne wyzwanie dla działalności swoich firm.

Wykorzystanie cobotów jest skutecznym sposobem rozwiązania przez firmy produkcyjne problemu niedoborów siły roboczej. Coboty umożliwiają zwiększenie mocy produkcyjnych oraz wydajności produkcji i poprawę jakości wyrobów, pomimo istnienia ciągłych niedoborów na rynku pracy. Ponieważ coraz trudniej jest znaleźć pracowników do wykonywania takich zadań, jak przenoszenie materiałów, spawanie, montaż małych części, obsługa maszyn sterowanych numerycznie (CNC), coboty przejmują od ludzi te zadania.

Według analityków z amerykańskiej firmy doradczej BIS Research światowy rynek cobotów, którego wartość w 2020 roku wynosiła około 674,9 mln dolarów, będzie rozrastał się w szybkim tempie – skumulowany roczny wskaźnik wzrostu (CAGR) do 2025 roku będzie wynosił 28%. Podobnie przewiduje firma badawczo-konsultingowa Emergen Research: do 2027 roku wartość sprzedaży cobotów wzrośnie do 9,3 mld dolarów, z około 700 mln dolarów w 2019 roku. Jednocześnie z danych Międzynarodowej Federacji Robotyki (IFR) wynika, że coboty są najszybciej rozwijającym się segmentem rynku robotów przemysłowych.

Trzy powody dokonywania automatyzacji zakładów przemysłowych za pomocą robotów

Pierwsze firmy, które wdrożyły technologię cobotów pod koniec pierwszej dekady XXI w., były przekonane o słuszności kilku nowych idei, takich jak:

  • Automaty mogą bezpiecznie działać w otoczeniu ludzi
  • Automaty mogą być programowane i wdrażane przez pracowników produkcji, a nie przez ekspertów od robotów przemysłowych.
  • Automatyzacja może być wprowadzana w sposób niewymagający wprowadzania dużych zmian w istniejących planach produkcyjnych, co jest szczególnie cenne dla mniejszych firm.

Jak z powodzeniem wdrożyć roboty współpracujące

Jak dotąd okazało się, że pierwsze firmy wdrażające coboty miały rację. Roboty udowodniły swoją przydatność w dziesiątkach tysięcy udanych wdrożeń w branży motoryzacyjnej, produkcyjnej, farmaceutycznej i elektronicznej, w zastosowaniach tak różnych jak: obsługa maszyn, montaż, wykańczanie powierzchni, kontrola jakości oraz pakowanie i paletyzacja. Obecnie coboty stanowią około 5% światowego rynku robotów przemysłowych. Na podstawie swoich badań firma Interact Analysis przewiduje, że do 2027 roku udział ten wzrośnie do około 30%.

Fot. 3: Firma Darex, producent wiertarek i ostrzałek do noży z siedzibą w Ashland (stan Oregon), zorganizowała konkurs, którego celem był wybór technika obsługującego cobota. Przeprowadzono kilka rund konkursów programowania, w oparciu o udostępnione przez producenta cobota moduły szkoleniowe online. W konkursie ostatecznie zwyciężyła Brittany Mohrman (powyżej). | Źródło: Universal Robots

Ponieważ technologia cobotów stoi u progu wejścia do głównego nurtu automatyki przemysłowej, można już teraz przeanalizować kilka kluczowych kwestii, co może pomóc firmom w pomyślnym wdrożeniu cobotów:

1. Wdrożenie cobota: Wybór między samodzielnym wdrożeniem a wynajęciem integratora systemów.

Ze względu na łatwość obsługi i niewielkie gabaryty, coboty idealnie nadają się do wdrożeń realizowanych samodzielnie przez firmy przemysłowe. Jeśli zadanie do wykonania jest proste, np. pick-and-place (podnieś i umieść na właściwym miejscu), firmy powinny zyskać pewność, że poradzą sobie z wdrożeniem cobota we własnym zakresie. Wdrożenia samodzielne są znacznie tańsze od tych, które wymagają udziału specjalistów od integracji systemów. Dlatego są one bardzo atrakcyjne dla małych firm, posiadających ograniczonym budżet na automatyzację.

Należy pamiętać, że istnieją znaczne różnice w ilości i jakości zasobów edukacyjnych dostarczanych przez różnych producentów cobotów. Szczególnie jest to ważne, gdy w zakładzie pracują osoby z niewielkim doświadczeniem w robotyce lub nieposiadające takiego doświadczenia w ogóle. Należy w takiej sytuacji koniecznie wybrać cobota produkcji takiej firmy, która zapewnia szkolenia online, edukację i wsparcie, wymagane do wdrożenia cobota w zakładzie.

W przypadku bardziej złożonych zastosowań robotów lub z jakiegokolwiek innego powodu, umiejętności pracowników firmy przemysłowej nie są wystarczające do pełnego wdrożenia tych urządzeń. W takiej sytuacji firmy muszą skorzystać z usług jednego z trzech rodzajów integratorów:

  1. Dystrybutor z wartością dodaną (value-added distributor, VAD). Jest najtańszy i zapewnia pomoc techniczną w celu ułatwienia sprzedaży oraz zaleca konfiguracje cobota i jego urządzenia peryferyjne.
  2. Integrator typu Lean (Lean integrator).. Często koncentruje się na konkretnym zastosowaniu cobota (na przykład spawaniu lub wykańczaniu powierzchni) i podaje czas integracji w tygodniach.
  3. Tradycyjny integrator systemów. Buduje on stanowisko dla cobota od podstaw, integrując wszystkie urządzenia peryferyjne i sprzętowe, wymagane dla stanowiska gotowego do pracy. Tradycyjni integratorzy systemów podają czas realizacji w miesiącach, co sprawia, że proces integracji jest droższy, ale za to kompletny.

2. Identyfikacja czynników ryzyka związanych z zastosowaniem cobota

Każde zastosowanie cobota jest inne i wiąże się z odrębnymi wyzwaniami. Niektóre zagrożenia są nieodłącznie związane z procesem, np. spawanie łukowe. Inne zagrożenia wynikają z dodatkowej złożoności, np. gdy w gnieździe cobota instalowany jest dodatkowo system wizyjny. Zagrożenia może stwarzać także środowisko, zwłaszcza wilgotność i temperatura. Czynniki, takie jak obciążenie cobota w stosunku do maksymalnego, mogą mieć wpływ na żywotność sprzętu. Dlatego należy poprosić producenta cobota o kartę oceny ryzyka zastosowania, która pomoże w dokonaniu świadomej oceny tych czynników.

3. Przeprowadzanie oceny ryzyka związanego z cobotem

Ocena ryzyka jest obligatoryjnym elementem procesu wdrażania cobotów. Wskazówki dotyczące przeprowadzania oceny ryzyka można znaleźć na stronie internetowej organizacji A3 Robotics (będącej częścią Stowarzyszenia Rozwijania Automatyzacji). Znajdują się tam doskonałe zasoby i materiały szkoleniowe z zakresu bezpieczeństwa robotów. Ponadto w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu COVR („Bycie bezpiecznym w otoczeniu robotów współpracujących i uniwersalnych we współdzielonych przestrzeniach”), udostępniono niedawno bezpłatny cyfrowy zestaw narzędzi, który stanowi centralne repozytorium informacji i wskazówek dotyczących oceny ryzyka, studiów przypadku, dyrektyw dotyczących bezpieczeństwa, norm międzynarodowych i najlepszych praktyk w zakresie bezpieczeństwa cobotów.

4. Argumenty biznesowe przemawiające za inwestycją w cobota

Przypadki biznesowe przemawiające za cobotami są przekonujące, ale wiele osób na stanowiskach dyrektorskich, podejmując decyzję o jakiejkolwiek inwestycji w automatyzację, wymaga szczegółowych informacji na temat zwrotu z inwestycji (ROI). Dlatego należy poprosić swojego dostawcę cobotów o arkusz kalkulacyjny ROI i instrukcje, jak obliczyć całkowite korzyści z wdrożenia cobotów.

Rzeczywiste wartości ROI wykraczają poza koszty pracy. Obejmują one również ogólną efektywność wyposażenia (OEE), które są procentową miarą stopnia wykorzystania maszyn i sprzętu w zakładzie, odniesioną do maksymalnego potencjału tych maszyn i sprzętu podczas ich zaplanowanej pracy, oraz całkowitą efektywność pracy (OLE), które są procentową miarą efektywności wykorzystywania przez firmę swojego najbardziej wydajnego personelu. Wskaźniki te są skorygowane pod kątem takich zmiennych, jak dyspozycyjność, przepustowość i jakość.

Fot.4. Aby dowiedzieć się więcej na temat konfigurowania oraz programowania robotów produkcji Universal Robots, dział inżynierski firmy DCL Logistics z Fremont (stan Kalifornia) wykonał darmowe moduły szkoleniowe online na Akademii Universal Robots oraz darmowy symulator zastosowania cobotów, umieszczony na stronie internetowej UR. Jak mówi Walter Perchinumio, starszy inżynier oprogramowania w DCL Logistics, “Kiedy pierwszy raz zobaczyłem ten symulator, od razu pomyślałem: bingo! Możemy teraz przetestować wszystko. W symulatorze zobaczyliśmy rzeczywisty interfejs. Pierwszy miesiąc naszej pracy z robotem to była wyłącznie praca z symulacją i skończyło się to tak, że symulator stał się dla mnie decydującym czynnikiem”. | Źródło: Universal Robots

5. Podnoszenie kwalifikacji operatorów cobotów

Pierwszym krokiem na drodze do bezproblemowego podnoszenia kwalifikacji pracowników zakładu przemysłowego, którzy mają zostać operatorami cobotów jest wybór takiego cobota, który jest przyjazny dla użytkownika. Jeśli robot ten jest łatwy do zaprogramowania za pomocą ręcznego programatora (ang. teach pendant), smartfona lub tableta to jedna z głównych przeszkód na drodze do skutecznego podnoszenia kwalifikacji operatorów została usunięta już na samym początku.

Następnie należy wybrać ambasadora cobota, który zostanie mistrzem (ang. champion) tej technologii. Z powodu tzw. efektu wow (ang. wow factor; pozytywna reakcja ludzi na ich działanie) kojarzonego z cobotami, wyzwaniem w tym punkcie nie będzie znalezienie mistrza cobota, tylko dokonanie wyboru spośród kilku entuzjastycznie nastawionych kandydatów do tej roli.

Należy poszukać takich producentów cobotów, którzy zapewniają naukę i szkolenia. To pomoże usprawnić proces szkolenia pracowników mających obsługiwać coboty oraz skrócić czas wdrożenia tych maszyn. Jakość ma tu znaczenie, dlatego należy poszukać firm robotycznych, które mają już udokumentowane doświadczenie w szkoleniach, a najlepiej takich, które mogą pochwalić się uznanymi w przemyśle certyfikatami.

6. Dobór akcesoriów do cobotów według konkretnej aplikacji

Roboty współpracujące mogą być wykorzystane do realizacji niewiarygodnie rozległego zakresu zadań – od precyzyjnej kontroli jakości do paletyzowania ciężkich towarów. Jednak, aby skompletować system, należy dobrać też elementy oprzyrządowania końcowego dla cobota, bowiem nie wszystkie produkowane coboty są takie same. Firma przemysłowa powinna wykonać kompleksowe badanie oferty cobotów i upewnić się, że inwestuje w te maszyny, które posiadają certyfikat na technologię plug-and-play oraz są kompatybilne z najszerszym zakresem oprzyrządowania końcowego oraz sprzętu i oprogramowania peryferyjnego. 

Ponadto należy poszukać cobotów tych producentów, którzy rozumieją, w jaki sposób ich produkty są wykorzystywane w różnych aplikacjach oraz konkretnych sytuacjach i dlatego oferują kompletne zestawy aplikacyjne, zawierające cały sprzęt i oprogramowanie, który jest niezbędny do przygotowania się do wykonania jakiegoś konkretnego zadania. Czy wybrany producent cobota zapewnia pomoc w zakresie dotyczące tworzenia aplikacji, zasoby i wsparcia technicznego? Warto to sprawdzić, bo powinien.

7. Wykonanie badań rynku cobotów

Wyszukiwanie potrzebnych informacji na temat robotów współpracujących spośród całego bogactwa dostępnego w Internecie jest największym wyzwaniem. Dobrym sposobem na znalezienie praktycznych informacji na temat wdrażania cobotów oraz uzyskiwania z nich korzyści są przypadki praktyczne (case stories). Dokumenty informacyjne wydawane przez producentów (ang. white papers) pokrywają jakąś konkretną aplikacje, temat czy gałąź przemysłu. Ze względu na to, że w ostatnich latach na rynku produkcji cobotów pojawiło się wiele nowych firm, należy w poszukiwaniach skoncentrować się na informacjach od tych firm, które posiadają udokumentowaną historię skutecznych wdrożeń. Ponadto warto też wykorzystać informacje na temat cobotów, podawane przez niezależne źródła, takie jak TÜV Rheinland, A3 oraz projekt COVR, finansowany przez Unię Europejską.


Joe Campbell, starszy menedżer ds. rozwijania aplikacji w firmie Universal Robots.