Robotyka, kluczowa branża: eksperci omawiają trendy, możliwości i wyzwania
Nowe zastosowania w robotyce pojawiają się nieustannie, ponieważ branża wciąż opracowuje nowe rozwiązania pozwalające na efektywne zarządzanie złożonymi zadaniami. Robotyka jest kluczowym sektorem przemysłowym dla firmy HELUKABEL – kable i przewody są bowiem niezbędne we wszystkich rodzajach robotów. Jest to zatem wystarczający powód, aby w dyskusji pomiędzy ekspertami przyjrzeć się bliżej trendom i wyzwaniom w dziedzinie robotyki.
Gdy myślimy o robotach, przychodzi nam na myśl pewien konkretny obraz.
Ale czym właściwie jest robot, a czym nie jest?
Prof. Christian Wurll: Jedna z definicji określa moment kiedy łańcuch kinematyczny staje się robotem. Mówi ona, że powinny być to co najmniej trzy osie połączone mechanicznie. Istnieje jednak mnóstwo maszyn posiadających tylko dwie osie – na przykład w przemyśle opakowaniowym – i te również określane są mianem robotów.
Ronald Benedek: Pytanie czy w takim razie obrabiarka jest również robotem? Mają one zazwyczaj więcej niż trzy osie ruchome.
dr. inż. Werner Kraus: Różnica polega na tym, że robot może być wykorzystywany do różnych zastosowań, natomiast obrabiarka jest zbudowana do konkretnego celu, na przykład do frezowania. Tak więc to, czym robot jest, a czym nie jest, podlega dyskusji. Na przykład wielu producentów autonomicznych systemów przeładunku nie uważa się za producentów robotów, ale za dostawców usług logistycznych. Istotną rolę w definicji odgrywa również kwestia autonomii.
Benedek: Typowy obraz, który przychodzi na myśl, gdy mowa o robotach, to robot przemysłowy w fabryce – mechaniczne ramię, które porusza się i obraca.
Jaką rolę odgrywają kable i przewody w robotyce i jakie wymagania muszą spełniać?
Holger Dietz: Roboty sześcioosiowe to ekstremalne środowisko dla przewodów: muszą wytrzymać zginanie, skręcanie, obciążenia rozciągające, a także inne warunki. Roboty pracują również w ekstremalnych temperaturach, mają kontakt z pyłem, brudem, wilgocią i chemikaliami. To naprawdę jest szczególnie wymagające środowisko.
Janik Ebner: Przewody i złącza są krytycznymi elementami w robotyce, istnieje tu ryzyko awarii po milionach cykli ruchu. Nie trzeba dodawać, że nasze roboty są zaprojektowane tak, aby przewody nigdy się nie zaginały. Problem w tym że to właśnie skręcania nie da się uniknąć w wielu zastosowaniach.
Benedek: Ten właśnie aspekt przede wszystkim sprawia, że robotyka jest tak fascynującym obszarem dla nas jako producenta. Aby umożliwić ruch wzdłuż osi podłużnej, nasze przewody do robotów są skonstruowane zupełnie inaczej niż zwykłe przewody. Począwszy od splotu, poprzez izolację żył i skręcanie, aż po specjalne folie i włókniny, które są umieszczane w przewodzie, aby uczynić go odpornym na skręcanie.
Vincenzo Rio: W przypadku robotów wykorzystywanych do spawania należy również wziąć pod uwagę kwestię odporności na odpryski spawalnicze. Ostatnio dostajemy coraz więcej zapytań w tej sprawie, także z branży motoryzacyjnej.
Obciążenia dynamiczne są więc największym wyzwaniem dla komponentów w robotyce. Jak można zapewnić niezawodne działanie i jak wcześnie wykryć potencjalne usterki?
Horst Messerer: Oczywiście, spędzamy dużo czasu myśląc o żywotności naszych przewodów – ale to tylko jedna składowa robota. Są też elementy elektroniczne, które mogą się zepsuć, albo łożyska i silniki, które mogą się zużyć. Nawet kable do transmisji danych z czasem się starzeją i stają się bardziej podatne na usterki. W zastosowaniach z transmisją danych w czasie rzeczywistym, błędy pakietów lub bitów wpływają w końcu na wydajność całego systemu. Na przykład mogą wpływać na czas pracy maszyny, a to, gdzie leżą granice, zależy w dużej mierze od indywidualnego przypadku. Dlatego też monitorowanie stanu kabli do przesyłu danych jest również przedmiotem naszej troski.
Ebner: W celu planowanych konserwacji różne dane, takie jak odległość przebyta przez silniki, są gromadzone i przesyłane z robota. Na podstawie danych empirycznych można na przykład bardzo dokładnie przewidzieć, kiedy oś wymaga serwisu lub narzędzie wymiany.
Dietz: Roboty w sektorze motoryzacyjnym – na przykład na liniach spawalniczych – mają żywotność do 16 lat. Odpowiednie przewody poradzą sobie z tym bez problemu. Ponadto, temat doposażenia robotów jest obecnie bardzo popularny. Ponieważ czas dostawy nowych modeli jest czasami bardzo długi, wiele mówi się o modernizacji i naprawie starych robotów. Dobrym pomysłem może być również wymiana przewodów w tym samym czasie.
Wurll: Kiedy robot przestaje działać prawidłowo, najprawdopodobniej jest to spowodowane uszkodzeniem elementu peryferyjnego, takiego jak chwytak lub dysze spawalnicze. Za ich naprawę odpowiada integrator systemu, który wyposażył robota w te komponenty. Urządzenia peryferyjne stanowią znaczną część kosztów większości systemów robotycznych. Dlatego właśnie na tym należy się skupić, jeśli chodzi o planowanie konserwacji.
Przestrzeń pomiędzy ludźmi a robotami zmniejsza się w wielu zawodach – słowem kluczowym są coboty. Jakie są Pana zdaniem związane z tym wyzwania?
Kraus: Jednym z najważniejszych punktów jest unikanie wypadków w jak największym stopniu. W końcu ryzyko zranienia przez cobota bez ogrodzenia ochronnego jest znacznie wyższe niż przez robota przemysłowego w całkowicie zamkniętej przestrzeni. Osoby pracujące z robotami muszą być odpowiednio przeszkolone, np. uzyskując swego rodzaju uprawnienia, takie „prawo jazdy na robota”. Fakt, że roboty są również zdolne do wykonywania nieoczekiwanych ruchów w dowolnym momencie jest często pomijany, a sytuacja taka może szybko doprowadzić do kolizji. To właśnie z tego powodu prędkości przemieszczania się cobotów są znacznie mniejsze.
Dietz: Podejmowano próby monitorowania zachowania cobotów za pomocą kamer w celu oceny ryzyka kolizji i zapobiegania im w przyszłości. W zależności od zastosowania, należy tu przestrzegać szeroko rozumianych praw ochrony danych osobowych gdyż pracownicy mogą mieć poczucie, że są nadzorowani przez takie systemy.
Ebner: Warto też wspomnieć, że choć możliwa jest współpraca bez przestrzennego rozdzielenia człowieka i robota, to nie brakuje operatorów, którzy nie chcą tego robić. W konsekwencji, w praktyce, coboty często nie są wykorzystywane jako coboty, tj. jako roboty współpracujące, w prawdziwym tego słowa znaczeniu, ale jako kompaktowe warianty bardziej tradycyjnych robotów przemysłowych.
Roboty i nowa generacja łatwych w obsłudze robotów przemysłowych ułatwiają wielu operatorom przejście na robotykę. Kiedy jest zatem właściwy czas na inwestowanie w robotykę i jakich korzyści można się spodziewać?
Ebner: To w dużej mierze zależy od danego zastosowania. Ogólnie rzecz biorąc, coboty i nowa generacja kompaktowych i łatwych w obsłudze robotów przemysłowych, takich jak nasz HORST, są skierowane do małych i średnich firm, które jak dotąd dysponują jedynie niewielkim odsetkiem robotów w ogóle. Nie chodzi tu o zastosowania z najwyższej półki, ale raczej o zdobycie pierwszego doświadczenia z technologią i odkrycie, jak w prosty i ekonomicznie opłacalny sposób poruszać się w tym obszarze. Często zaczyna się od pomysłu pozyskania robota, a konkretne zastosowanie krystalizuje się dopiero później – jest de facto odwrotnie niż w przypadku tradycyjnych robotów, które znamy np. z branży motoryzacyjnej. Coboty i nowa generacja robotów przemysłowych są też znacznie bardziej elastyczne i nie są przeznaczone do powtarzania w kółko tego samego zadania przez sześć czy dziesięć lat. Oferują one zupełnie inny poziom dostępności, zarówno pod względem cenowym, jak i pod względem konfiguracji i obsługi. Jesteśmy więc przekonani, że wciąż drzemie tu duży potencjał.
W trakcie cyfryzacji raz po raz pada pytanie o to, czy automatyzacja i robotyka zabiorą miejsca pracy, czy też stworzą w zamian nowe. W jakich kluczowych technologiach prace wykonywane przez ludzi zostaną przejęte przez roboty? Gdzie widzi Pan szanse i możliwości powstania nowych miejsc pracy dzięki robotyce i automatyzacji?
Dietz: Nie postrzegam robotyki jako zagrożenia dla ludzkich miejsc pracy, a raczej jako ich ulepszenie. W Niemczech brakuje wykwalifikowanej siły roboczej; coraz trudniej jest znaleźć wykwalifikowanych pracowników w wielu zawodach. Roboty mogą przejąć wymagające fizycznie lub monotonne prace, których ludzie nie lubią wykonywać, siedem dni w tygodniu, 24 godziny na dobę, bez przerw i z dużą dokładnością. Myślę, że jest mało prawdopodobne, aby miejsca pracy zniknęły w tych sektorach, ponieważ nawet dzisiaj nie mamy wystarczającej liczby wykwalifikowanych pracowników. Inaczej może być w krajach o niskich zarobkach, gdzie jest większa dostępność siły roboczej. Z drugiej strony powstają nowe miejsca pracy dla osób, które będą zajmować się programowaniem i obsługą robotów. Zapewnienie odpowiedniego przeszkolenia pracowników do wykonywania tych prac jest jednak z pewnością dużym problemem dla firm. Jest to sytuacja z którą będziemy musieli się zmierzyć w najbliższych latach.
W medycynie i opiece, w gastronomii, w gospodarstwach domowych czy przy produkcji zabawek dla dzieci: możliwe zastosowania robotów wydają się niemal nieograniczone, nawet poza przemysłem. Czy za 10, 20 lub 50 lat będziemy otoczeni robotami we wszystkich dziedzinach życia?
Benedek: Widzę, że rozwija się trend w kierunku robotów usługowych. Roboty będą coraz częściej wdrażane w gospodarstwach domowych, domach opieki i szpitalach. Na przykład pomogą ludziom podnosić ciężkie przedmioty lub wykonywać inne czynności, których nie mogą już robić z powodów zdrowotnych. Istnieją już roboty, które autonomicznie wchodzą np. do sal szpitalnych i dezynfekują je za pomocą światła UV. Zgaduję, że pojawi się taki czy inny racjonalny lub absurdalny pomysł na roboty mające na celu pomoc osobom prywatnym, a nie przemysłowi.
Dietz: Widzę duży potencjał również w sektorze medycznym. Już teraz opracowywane są roboty asystujące, które mają wykonywać np. operacje endoskopowe. W takich operacjach bierze udział zazwyczaj do czterech lekarzy stojących blisko siebie wokół pacjenta. Z kolei robot ma aż cztery ramiona i jest sterowany za pomocą konsoli, monitora i kamery – pozwala to na znacznie lepszy ogląd sytuacji. Zabiegi fizjoterapeutyczne lub regulowane stoły operacyjne to kolejne ważne obszary zastosowań. Ponadto wykorzystanie robotów jest oczywiście preferowane, jeśli chodzi o pracę w miejscach, które stanowią zagrożenie dla zdrowia lub życia, takich jak detonacja bomb czy reaktory jądrowe.
Wurll: Obecnie dużo czasu spędzamy na placach budowy, gdzie współpracujemy z firmą budowlaną nad stworzeniem robota do budowy ścian z kamienia wapiennego. Robotyka to także ciekawy obszar dla rolnictwa. Jesteśmy w kontakcie z wieloma producentami chwytaków, którzy rozważają automatyczne zbieranie truskawek lub jabłek. Oczywiście przydatność do użytku na zewnątrz odgrywa tutaj ważną rolę. Technologia musi działać w każdych warunkach pogodowych. Firmy takie jak Google inwestują ogromne pieniądze w tzw. roboty codziennego użytku. Są to mobilne platformy z ramionami, które mogą ustawiać krzesła i wycierać stoły np. w restauracjach i kawiarniach. Trudno w tej chwili powiedzieć, czy rzeczywiście przyjmą się w branży, ale na pewno są nowym trendem w gastronomii.
Kraus: Uważam, że postępy robotyki w zakresie czynności manualnych są znacznie większe niż postępy w zakresie interakcji językowych. Istnieje tu ciekawa analogia do ewolucji ludzkich umiejętności językowych, które rozwinęły się zauważalnie później niż nasze umiejętności manualne. Podobnie, moim zdaniem, ciężko będzie nam to wymodelować i opanować w postaci sztucznej inteligencji. Dlatego uważam, że następną rewolucją robotów będą platformy mobilne, wykorzystywane na przykład w logistyce.
Wurll: Istnieją już innowacyjne podejścia do załadunku ciężarówek i nadwozi wymiennych. Niedawno amerykański dostawca zademonstrował platformę mobilną z niestandardowym ramieniem, które zostało zoptymalizowane pod kątem wymiennego nadwozia. Robot jest w stanie przemieszczać się po przestrzeni załadunkowej oraz lokalizować i ładować skrzynie za pomocą przenośnika teleskopowego. Niekoniecznie robi to szybciej niż człowiek, ale nie potrzebuje przerw. Oznacza to, że już teraz istnieją potencjalne korzyści w zakresie wydajności.
Kraus: Innym zastosowaniem, które obecnie pojawia się w bardzo szybkim tempie, jest robot spawalniczy. Niedobór wykwalifikowanych spawaczy jest szczególnie dotkliwy i nie ma znaczenia, że robot porusza się powoli – spawanie zawsze było pracą, która wymaga czasu. Jednym z tematów, nad którymi obecnie pracujemy w IPA jest inteligentne rozpoznawanie początku i końca spoiny oraz dokonywanie automatycznych korekt w oparciu o dane tolerancje. Uważamy, że w spawalnictwie jest duży potencjał dla robotyki.
O ludziach
- dr inż. Christian Wurll jest profesorem elektrotechniki i automatyki na Wydziale Nauk o Zarządzaniu i Inżynierii Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Karlsruhe. Specjalizuje się w robotyce i automatyce. Jest również rzecznikiem Instytutu Badań Stosowanych. Wcześniej przez 16 lat pracował u producenta robotów Kuka.
- inż. Werner Kraus jest kierownikiem działu robotów i systemów wspomagających w Instytucie Fraunhofera ds. Inżynierii Produkcji i Automatyki IPA w Stuttgarcie. Instytut buduje między innymi „Dolinę Robotyki” w Badenii-Wirtembergii, której celem jest skupienie różnych podmiotów w dziedzinie robotyki.
- Janik Ebner jest kierownikiem projektu w firmie Fruitcore Robotics GmbH. W 2018 roku firma z Konstancji wprowadziła na rynek robota przemysłowego HORST, który umożliwił małym i średnim firmom łatwe i niedrogie wejście w robotykę.
- Holger Dietz jest kierownikiem jednostki biznesowej w firmie Robotec Systems GmbH, spółce zależnej HELUKABEL. Firma z Duisburga specjalizuje się w akcesoriach osłonowych dla przewodów media technology w robotyce przemysłowej. Wcześniejsze doświadczenie zawodowe Dietza obejmuje pracę w różnych firmach zajmujących się inżynierią mechaniczną i zakładową, w tym w Kawasaki Robotics.
- Ronald Benedek jest związany z firmą HELUKABEL od 2008 roku i jako kierownik zespołu automatyki i napędów odpowiada za tematy związane z techniką napędową i robotyką.
- Horst Messerer jest kierownikiem produktu ds. technologii danych, sieci i magistrali w firmie HELUKABEL. Zanim dołączył do firmy w 2014 roku, spędził 28 lat w branży kablowej. Jest również aktywny w różnych stowarzyszeniach magistrali busowych i Ethernetu, będąc dobrze zaznajomionym z obowiązującymi standardami.
- Vincenzo Rio od 2020 roku wspiera zespół Ronalda Benedeka jako ekspert ds. kabli robotycznych. Do jego zadań należy zarządzanie portfolio produktów branżowych oraz praca na rzecz międzynarodowych spółek zależnych HELUKABEL.
