Roboty przemysłowe do zadań specjalnych

Wraz ze wzrostem robotyzacji sukcesywnie rozwija się również polski rynek robotów przemysłowych do zastosowań specjalnych. Oprócz standardowych aplikacji coraz częściej wykorzystuje się roboty do wykonywania prac wymagających wyjątkowo wysokiej precyzji, użycia dużej siły, jak również zagrażających zdrowiu człowieka. Specjalistyczne oprogramowanie i oprzyrządowanie zwiększa funkcjonalność jego podstawowej konfiguracji.
Dzięki zastosowaniu w zakładach produkcyjnych robotów przemysłowych możliwe jest obniżanie kosztów produkcji, przy jednoczesnej poprawie jakości produktu oraz skracaniu czasu potrzebnego na jego wytworzenie. Współczesne roboty przemysłowe są nieocenionymi narzędziami przyczyniającymi się zarówno do znacznego wzrostu efektywności produkcji, a tym samym do sukcesu finansowego firmy, jak i podniesienia jej prestiżu. Co ciekawe, obecnie poziom cywilizacyjny państw oceniany jest m.in. na podstawie stopnia zautomatyzowania gospodarki. Zrobotyzowanie stanowisk pracy w fabryce to dziś jeden z najważniejszych czynników skuteczne budujących przewagę konkurencyjnąna coraz bardziej wymagającym rynku. Właściwym podejściem jest traktowanie zakupu robota jako inwestycji stwarzającej perspektywy stabilnego wzrostu przedsiębiorstwa.
Niezliczone korzyści
Korzyści wynikających z zainstalowania robotów jest niewątpliwie wiele. Zdaniem zarówno użytkowników, jak i dostawców biorących udział w ankiecie przeprowadzonej przez magazyn Control Engineering Polska do najważniejszych powodów wpływających na zakup robotów przemysłowych należą: poprawa jakości, wydajności i powtarzalności produkcji; możliwość pracy w wymagających aplikacjach (np. w przemyśle spożywczym, trudnych lub szkodliwych warunkach środowiskowych), ochrona zdrowia pracowników oraz zmniejszenie kosztów pracy (m.in. redukcja kosztów związanych z zatrudnieniem personelu i szkoleniem pracowników).
Na liście powodów zachęcających do nabycia robotów znalazły się ponadto: malejące ceny robotów, większa przewidywalność i możliwość planowania wydajności produkcyjnej zakładu, braki w kadrach, a także zwiększenie elastyczności wytwarzania.
Z roku na rok rośnie świadomość społeczeństwa, patrzącego coraz bardziej przychylnym okiem na potrzebę zastosowania robotów w zakładach produkcyjnych. Warto odwołać się tutaj m.in. do tegorocznego raportu Instytutu Badań nad Gospodarką Rynkową (IBnGR). Z badania wynika, że praktycznie wszyscy przedsiębiorcy wykorzystujący roboty uważają, że są one źródłem wielu korzyści. Dlatego w najbliższej przyszłości planują zakup kolejnych robotów.
– Robot może pracować na trzy zmiany, być może to powoduje utratę prostych miejsc pracy, ale rosną działy sprzedaży, marketingu. Potrzebni są też konserwatorzy, programiści, twórcy robotów – zauważa Bohdan Wyżnikiewicz, wiceprezes IBnGR. Ponadto przywołuje on przykład Japonii, która w wyniku robotyzacji nie musiała zmagać się z problemem importowania siły roboczej. – Korzyści Polski również mogą być tej natury, bo w perspektywie 2030 lat grozi nam deficyt rąk do pracy. O tym trzeba myśleć już dzisiaj, zmieniać mentalność społeczeństwa, które się boi robotów, bo nie jest z nimi oswojone – dodaje Bohdan Wyżnikiewicz.
Pomocą w edukowaniu przedsiębiorców w Polsce w zakresie nowoczesnych technologii, a w szczególności wykorzystywania robotów przemysłowych w celu podnoszenia konkurencyjności firm ma być np. program edukacyjny „Nieznana Moc Robotów” – ogólnopolskie przedsięwzięcie, którego pomysłodawcą i głównym organizatorem jest polski oddział japońskiej firmy Fanuc. Program ukierunkowany jest na szeroką edukację Polaków w zakresie robotyzacji przemysłu, a także wskazanie bezpośrednich korzyści, jakie wynikają z modernizacji przedsiębiorstw produkcyjnych w Polsce – zarówno dla przedsiębiorców, jak i ogólnie dla społeczeństwa.
– Są trzy główne powody, dla których klienci zwracają się w stronę robotyzacji. Pierwszy to poprawa bezpieczeństwa pracy na stanowisku. Związane jest to często z wdrożeniem różnego rodzaju systemów jakości i zarządzania produkcją w zakładzie. Często dotyczy to zakładów, które dostarczają swoje produkty na Zachód, a tam klienci wymagają zapewnienia odpowiedniej jakości produktu oraz procesu produkcji. Drugi to zapewnienie krótszego czasu cyklu i pełnej powtarzalności. Trzeci to oczywiście aspekt ekonomiczny, czyli obniżenie kosztów wytwarzania – tłumaczy Łukasz Drewnowski, kierownik marketingu i sprzedaży z firmy ABB.
Natomiast zdaniem Krzysztofa Kamińskiego, prezesa zarządu z firmy Alnea, polski rynek powinien trwale i sukcesywnie się powiększać, jeżeli chodzi o robotyzację. Także kierunek rozwoju rynku aplikacji zrobotyzowanych powinien się powoli przesuwać w kierunku aplikacji wysoko wyspecjalizowanych, bo przecież roboty do takich zadań nadają się najlepiej. Są elastyczne, dokładne (powtarzalność rzędu 0,01 mm), niewielkie, mogą ze sobą współpracować. Zalet jest wiele. Potrzeba tylko pomysłu na ich użycie i odwagi w podejmowaniu wyzwań – zarówno wśród klientów, jak i integratorów. Takie procesy, jak lutowanie, klejenie, precyzyjne składanie, testowanie, znakowanie są na tyle skomplikowane, że wykonywanie ich z dużą, powtarzalną jakością przez człowieka napotyka na problemy, a jednocześnie dość dobrze rozeznane przez integratorów, aby dało się je wykonywać za pomocą robotów.
Od spawania do frezowania
Obecność robotów w przemyśle, a zwłaszcza w niektórych jego gałęziach, jest nie do przecenienia. Przykładem jest chociażby spawanie, które zostało uznane przez ankietowanych za obszar najczęstszego zastosowania robotów (wykres 1).
Zrobotyzowane stanowiska spawalnicze były jednymi z pierwszych zastosowań robotów w przemyśle. Największymi atutami robotyzacji w tym obszarze jest zwiększanie niezawodności spawania, możliwe do osiągnięcia dzięki dokładności i powtarzalności wykonywanych spawów. Skutkiem tego jest m.in. zmniejszenie zużycia materiałów spawalniczych oraz znaczne zredukowanie występowania odprysków w porównaniu do ręcznych spawarek.
Dobrym przykładem, jeśli chodzi o tworzenie specjalistycznych aplikacji zrobotyzowanych, jest firma Cloos. – Nasze wdrożenia w 99% to specjalistyczne aplikacje spawalnicze, przygotowywane indywidualnie do konkretnego zadania produkcyjnego klienta. Stanowiska są konfigurowane w zależności od rodzaju spawanego detalu, wymagań klienta i możliwości technologii spawania. Wdrożenie w takim przypadku rozumiane jest nie jako dostawa robota z oprogramowaniem i osprzętem, ale wdrożenie i uruchomienie kompletnej działającej aplikacji – tłumaczy Tomasz Jastrzębski z firmy Cloos Polska.
Roboty przemysłowe doskonale nadają się też do malowania, które zazwyczaj odbywa się w niekorzystnych dla człowieka warunkach związanych z toksycznością stosowanych materiałów oraz dużym ryzykiem samozapłonu i wybuchu. Konstrukcja robotów malarskich umożliwia wykonywanie bardzo płynnych i łagodnych ruchów. Muszą one jednak spełniać pewne kryteria, o których wspomina Paweł Handzlik, specjalista ds. sprzedaży i serwisu robotów przemysłowych z firmy ASTOR: – W aplikacjach malarskich (farby, kleje na bazie rozpuszczalnika) robot musi być iskrobezpieczny, aby nie spowodować wybuchu oparów farb i lakierów, które są obecne w jego bezpośrednim otoczeniu. Roboty malarskie wyposażone są w specjalne uszczelnienia oraz moduły obniżające napięcie do bezpiecznego poziomu. Istotne jest również to, aby ruchy realizowane przez robota były optymalne pod względem nakładania warstwy farby czy kleju. W tym celu stosuje się specjalne przeguby w kiści robota. Przy użyciu tego rodzaju robotów można malować różne materiały, takie jak metal, drewno czy plastik, nakładać preparaty antykorozyjne itd.
Jak zauważa Tomasz Nowak, dyrektor w firmie KUKA Poland, roboty do zastosowań specjalnych niejednokrotnie mają specjalne konstrukcje zwiększające ich wytrzymałość oraz odporność na często bardzo wymagające warunki pracy. Z najcięższymi warunkami pracy roboty spotykają się w branży odlewniczej, gdzie są narażone na wpływ wysokiej temperatury oraz zapylenia. Najwięksi producenci robotów oddają do dyspozycji klientów specjalnie przygotowane konstrukcje spełniające te wymagania.
– Roboty KUKA w wersjach Foundry są tak skonstruowane, aby sprostać tym wyzwaniom. Przykładowa aplikacja zastosowana u jednego z naszych klientów to robot zaopatrzony w łyżkę nabierającą ciekłe aluminium, następnie zalewający kokile – mówi Tomasz Nowak.
Z punktu widzenia firmy ABB do najbardziej popularnych rozwiązań należą wspomniane wcześniej aplikacje w odlewniach i kuźniach. Są to zwykle aplikacje dotyczące obsługi pras, przekładania materiałów, obsługi maszyn. – Roboty dostarczane dla tych odbiorców muszą być odpowiednio zabezpieczone przed działaniem negatywnych czynników środowiskowych. Odpowiedni stopień ochrony IP zapewnia ochronę manipulatora przed działaniem pyłu, kurzu, mgły olejowej etc. Natomiast dla aplikacji, gdzie występuje wysoka temperatura otoczenia lub gdzie przenosimy bardzo gorący produkt, musimy zabezpieczyć manipulator odpowiednimi ekranami termicznymi, aby nie spowodować jego uszkodzenia – wyjaśnia Łukasz Drewnowski. Przedstawiciel firmy ABB dodaje, że do aplikacji specjalnych potrzebna jest odpowiednia wiedza, zapewniająca zminimalizowanie ryzyka związanego z szeregiem czynników, które mogą mieć wpływ na finalne działanie, a których można uniknąć, mając odpowiednie doświadczenie już na etapie projektu.
Roboty przemysłowe wykorzystuje się również z powodzeniem w aplikacjach specjalnych związanych z cięciem (co odbywa się za pomocą wody pod wysokim ciśnieniem) oraz obróbką materiałów. Dzięki zastosowaniu robotów możliwe jest osiągnięcie wysokiej precyzji realizacji ścieżki ruchu podczas frezowania, szlifowania czy wiercenia. Efektem są idealnie wyprofilowane krawędzie wyrobów. Ciekawym rozwiązaniem jest stosowany w aplikacjach frezujących robot z zamontowanym elektrowrzecionem, który jest w stanie obrabiać elementy 3D,a przy użyciu odpowiedniego oprogramowania – mieć właściwości maszyn CNC.
Obecnie roboty wyposaża się także w czujniki siły, dzięki którym robot „czuje” to, co aktualnie wykonuje. Wskutek tego jest on w stanie z ogromnym wyczuciem reagować na działanie z zewnątrz i w zależności od tego wywierać zaprogramowane siły na obrabiany element.
Przykładem są najnowsze innowacyjne roboty LBR iiwa z firmy KUKA, zaprezentowane podczas tegorocznych targów Hannover Messe 2013, które otwierają nowe możliwości automatyzacji. Roboty o lekkiej siedmioosiowej budowie mają wbudowane czujniki siły w każdej osi. Dzięki zmysłowi czucia mogą zostać wykorzystane w dotychczas niezautomatyzowanych aplikacjach, np. montażu. Zdaniem Tomasza Nowaka zastosowane nowe technologie będą umożliwiały również konstruowanie gniazd produkcyjnych, w których będzie możliwa bezpośrednia współpraca robota z człowiekiem.
Branża robotów przemysłowych z roku na rok coraz bardziej się umacnia. Zainteresowanie robotami wykazują już nie tylko przedstawiciele sektora motoryzacyjnego, ale również przedsiębiorcy w innych branżach. Jeśli chodzi o najważniejsze gałęzie przemysłu, w których wykorzystywane są roboty przemysłowe, to zgodnie z odpowiedziami ankietowanych są to przede wszystkim: przemysł motoryzacyjny i maszynowy, spożywczy oraz elektroniczny i komputerowy.
Szczególnie wymagający jest przemysł spożywczy, gdzie robot pracuje w bezpośrednim kontakcie z produktami spożywczymi, dlatego musi on spełniać rygorystyczne normy czystości. Jak podkreśla Paweł Handzlik, roboty takie są dodatkowo uszczelnione oraz pokryte specjalnymi farbami, które pomagają utrzymać powierzchnię maszyny w czystości. Dodatkowym zabezpieczeniem jest stosowanie smarów pochodzących w 100% z tłuszczy jadalnych.
Jeszcze większe wymogi dotyczące czystości stawiane są robotom pracującym w przemyśle farmaceutycznym lub medycznym. Tu standardem jest wykonanie robota ze stali nierdzewnej. Pozwala to na stosowanie niezwykle agresywnych środków czystości. Warto dodać, że branża ta została wymieniona w czołówce (tuż po przemyśle spożywczym, motoryzacyjnym i maszynowym) jako jeden z najbardziej perspektywicznych obszarów zastosowania robotów.
Przykładem innowacyjnego rozwiązania w dziedzinie medycyny – przytoczonym przez Artura Wojewodę, inżyniera sprzedaży z firmy Yaskawa, jest wykorzystanie dwuramiennego robota Motoman w celu zbudowania automatycznego laboratorium. Robot pobiera niebezpieczne lub zakażone substancje do badań. Operuje pipetami, umieszcza próbki w wirówkach, lodówkach, piecach, urządzeniach emitujących niebezpieczne promieniowanie itp. Wszystkie te czynności wykonuje o wiele szybciej i dokładniej niż człowiek. Dzięki temu testy kliniczne mogą być wykonywane bez obawy o zdrowie i życie ludzi, którzy pracując w laboratorium byli narażeni na niebezpieczeństwo, przebywając w otoczeniu szkodliwych substancji czy drobnoustrojów chorobotwórczych.
Inną grupą robotów do zastosowań specjalnych są urządzenia wykorzystywane w produkcji ogniw fotowoltaicznych. Te roboty również muszą spełniać najwyższe normy czystości. – Proces produkcji ogniw fotowoltaicznych wymaga eliminacji najdrobniejszych pyłków z otoczenia, tak więc pracujące roboty nie mogą wprowadzać najmniejszych drobin do tych pomieszczeń. Dodatkowo roboty te muszą pracować niezwykle szybko, ale również bardzo delikatnie, ponieważ produkt jest kruchy i cenny – dodaje ekspert z firmy ASTOR.
Współczesne roboty przemysłowe są wyposażane w systemy wizyjne, co stwarza nowe możliwości ich zastosowań w coraz większej liczbie aplikacji. Dzięki temu, że robot „widzi” otoczenie, jest w stanie z wielką dokładnością określić obecną pozycję obiektu oraz ocenić, w jakiej odległości od swojego pierwotnego położenia aktualnie przebywa dany przedmiot. W konsekwencji taki robot znajduje zastosowanie w pracach, które ze względu na brak pozycjonowania elementów oraz zmienność produktów musiały być do tej pory wykonywane wyłącznie przez człowieka.
Wokół ceny
Przyjrzyjmy się teraz stosunkowi ankietowanych do cen robotów. Aż 67% dostawców oraz 46% użytkowników jest zdania, że aktualne ceny robotów są adekwatne do ich możliwości. Jedna czwarta osób biorących udział w sondażu twierdzi, że jest wprost przeciwnie, a pozostały odsetek odpowiadających nie ma na ten temat zdania.
Czy cena robota jest czynnikiem decydującym podczas jego zakupu? Twierdząco na to pytanie odpowiedziało aż 92% dostawców oraz 42% użytkowników (wykres 2).
Okazuje się, że zmniejszenie ceny już o kilkanaście procent skłoniłoby ankietowanych do poważnego zastanowienia się nad zwiększeniem zakupu. Natomiast ćwierć sondowanej grupy deklaruje, że cena nie ma dla nich większego znaczenia w kontekście podejmowania decyzji o nabyciu nowych robotów.
Około połowa dostawców uczestniczących w badaniu byłaby skłonna zredukować cenę robotów o 510%, a nawet o 1120% (jak deklaruje kolejne 50% dostawców), mając w perspektywie znaczne zwiększenie ich sprzedaży. Pozostały odsetek respondentów w ogóle nie bierze pod uwagę zmniejszenia ceny.
Żeby stać się szczęśliwym posiadaczemrobota, trzeba jednak dysponować niemałą sumą pieniędzy. Jakiego rzędu jest to kwota? Jak wynika z przeprowadzonej ankiety, ceny robotów oferowanych przez ok. 60% dostawców oscylują w granicach od 51 do 200 tys. zł. Jedna trzecia dostawców ma w ofercie roboty kosztujące powyżej 200 tys. zł, a niespełna 10% ma w sprzedaży roboty w cenie do 50 tys. zł.
Inwestowanie w robota z pewnością się opłaca. Musi jednak minąć pewien czas, żeby zwrócił się jego zakup. Zgodnie z odpowiedziami dostawców okres ten wynosi najczęściej od 1 roku do 4 lat w zależności od aplikacji, rzadziej powyżej 4 lat, a według wskazań 8% respondentów trwa to  krócej niż rok.
Jak wynika z badania, 85% użytkowników jest w pełni usatysfakcjonowanych z robotów stosowanych w ich zakładach. Uważają oni, że zakupione roboty spełniły pokładane w nich nadzieje – zarówno pod względem finansowym (lepsza jakość i wydajność produkcji), jak i technicznym (dokładność, szybkość, mała awaryjność itd.).
Z obserwacji Pawła Handzlika wynika, że ciągle jeszcze roboty postrzegane są jako rozwiązania drogie, przeznaczone do produkcji masowej, najczęściej w przemyśle motoryzacyjnym. Natomiast większość firm, które decydują się na analizę możliwości robotyzacji, inwestuje w roboty. Wynika to z chłodnych i precyzyjnych kalkulacji nakładów i zysków. Koszty inwestycji w ostatniej dekadzie znacząco się zmniejszyły, a wzrost kosztów pracy oraz kosztów materiałów powoduje, że zyski są coraz większe. Najtrudniejszy jest pierwszy krok – podjęcie decyzji o analizie możliwości robotyzacji.
Wsparcie techniczne
Jak pokazuje wykres 2, na wybór robota przemysłowego ma wpływ wiele czynników, wśród których jednym z najważniejszych jest wsparcie techniczne. Tego zdania jest aż 92% dostawców oraz 58% użytkowników.
42% naszych respondentów dobrze ocenia współpracę i poziom wsparcia technicznego ze strony dostawców robotów. Doceniają zwłaszcza takie aspekty, jak: szybka reakcja serwisu na problemy, możliwość uczestniczenia w specjalistycznych szkoleniach, telefoniczne wsparcie w problemach oraz fachowość i kompetencje serwisantów. Jedynie 6% osób źle ocenia poziom wsparcia technicznego ze strony swoich dostawców, a pozostały odsetek użytkowników nie ma na ten temat zdania.
Co z awaryjnością?
Praktyka pokazuje, że roboty przemysłowe są prawie bezawaryjne. Tę opinię potwierdzają ankietowani użytkownicy, twierdząc, że do usterek używanych przez nich robotów dochodzi jedynie czasami (36%), wcale (36%) bądź rzadko (28%). Z doświadczenia dostawców (58%) wynika, że awarie zdarzają się sporadycznie. Jakie problemy eksploatacyjne zgłaszają najczęściej nabywcy? Są to przede wszystkim: błędy kontrolerów, drgania przegubów, trudność wykrywania pozycji lub jej gubienie, brak możliwości zapamiętania pozycji, błędy wynikłe z niewłaściwego użycia robota, problemy z osprzętem „wokół” robota (np. z chwytakami) oraz uszkodzenia mechaniczne.
Na szczęście w razie pojawienia się awarii klient nie musi długo czekać na jej usunięcie. Do większości napraw dochodzi w ciągu 24 godzin lub 23 dni.
Zakup i sprzedaż
Z przeprowadzonej ankiety wynika, że 36% respondentów ma w najbliższych planach zakup większej liczby robotów przemysłowych (wykres 3). Wśród czynników wpływających na tę decyzję zostały wymienione m.in.: wdrażanie nowych projektów, rozwój produkcji, automatyzacja stanowisk obecnie manualnych, redukcja personelu, a także chęć zwiększenia wydajności oraz obniżenia kosztów produkcji.
Ponad połowa respondentów (52%) dokonując zakupu robota, kieruje się opinią dostawcy lub integratora, a 18% klientów w ogóle się nią nie sugeruje. Dla pozostałej części osób opinia ta ma w pewnym stopniu wpływ na ich decyzję, ale na pewno nie jest to czynnik najważniejszy (inne kryteria brane pod uwagę przy zakupie robota – wykres 2).
Z kolei dostawcy biorący udział w sondażu wierzą, że sytuacja sprzedażowa w ciągu najbliższych miesięcy/lat się poprawi. Tego zdania jest 75% osób (wykres 4). W opinii tej grupy dostawców na zwiększenie popytu wpłyną przede wszystkim: ogólna poprawa sytuacji rynkowej, ożywienie w obszarze automatyki, wzrost świadomości konieczności rozwoju w zakładach, coraz wyższe koszty pracy oraz umacniający się na całym świecie trend automatyzacji przemysłu.
Większość dostawców (76%) dobrze ocenia sytuację na polskim rynku robotów przemysłowych, 21% uważa nawet, że jest ona bardzo dobra. Jedynie 3% jest rozgoryczonych obecną sytuacją rynkową.
Ankietowani dostawcy uważają, że czynnikami ograniczającymi sprzedaż robotów są w głównej mierze: konkurencyjność w postaci niższych nakładów finansowych ponoszonych na drodze zatrudniania pracowników (83%), brak dostatecznej wiedzy o możliwościach tych urządzeń (58%), wysoka cena zakupu oraz obawa przed skomplikowaną obsługą robota (42%), a także niedostateczna liczba rodzimych zakładów, w których istnieje potrzeba zastosowania tak zaawansowanych technologii (17%).
Odbiorcami robotów w Polsce są: średnie rodzime zakłady przemysłowe (75%), oddziały międzynarodowych koncernów (67%), duże rodzime zakłady przemysłowe (58%), a także małe rodzime zakłady przemysłowe (25%).
W naszej ankiecie zapytaliśmy także dostawców o liczbę sprzedanych w ubiegłym roku robotów. Okazuje się, że połowa respondentów sprzedała mniej niż 10 sztuk robotów, 42% – od 51 do 100 sztuk, natomiast 8% – od 11 do 50 sztuk.
Warto dodać, że największym zainteresowaniem wśród klientów cieszą się średnie roboty o udźwigu od 6 do 100 kg oraz roboty o 6 stopniach swobody (więcej na temat najistotniejszych dla użytkowników parametrów technicznych robota – wykres 5).
W tym miejscu warto przytoczyć wyniki sprzedaży robotów przemysłowych na świecie. Według Departamentu Statystyk Międzynarodowej Federacji Robotyki (IFR) rok 2012 był dla branży robotów przemysłowych okresem rekordowej sprzedaży tych urządzeń. Eksperci IFR prognozują wzrost poziomu instalacji robotów, co w konsekwencji spowoduje, że bieżący rok będzie dla branży równie owocny jak poprzedni.
Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej w sierpniu 2013 r. wśród czytelników miesięcznika Control Engineering Polska. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców robotów przemysłowych. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.
CE