Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Współpraca 
robotów i ludzi

-- czwartek, 30 listopad 2017

Badania przeprowadzone przez ABI Research pokazują, że do 2020 r. rynek robotów wspomagających będzie wart 1 mld dolarów, a liczba aplikacji, w których takie roboty zostaną zastosowane, wyniesie ponad 40 tys. Wraz z rozpowszechnieniem się technologii rośnie jednak troska o bezpieczeństwo pracy z robotami.

– Urządzenia współpracujące to

nowość, która w najbliższych latach będzie napędzać rozwój wielu biznesów. Technologia ta będzie stosowana w przypadku rozwiązań, których być może jeszcze nawet nie znamy – mówi Roberta Nelson Shea, specjalista techniczny ds. zgodności w firmie Universal Robots. – Głównym założeniem zasad bezpieczeństwa w aplikacjach przemysłowych i nie tylko było trzymanie ludzi z dala od robotów. Jednakże z czasem sytuacja ta uległa zmianie i jeśli robot wraz ze swoim narzędziem może mieć kontakt z operatorem bez ryzyka zranienia, dlaczego nie pozwolić na ich bezpośrednią współpracę?

Czynnik ludzki

– Zwykle w założeniach konstrukcyjnych systemów zautomatyzowanych nie uwzględniano bezpośredniego kontaktu ludzi i pracujących robotów. Jednakże wraz ze wzrostem mobilności tych ostatnich i rozwojem zdolności współpracy z ludźmi założenia te przestają być aktualne – twierdzi Roland Menassa, lider GE Global Research Automation Center. – Obecnie jestem w stanie umieścić w fabryce robota o ponadprzeciętnych zdolnościach manipulacyjnych blisko człowieka. Robot i człowiek mogą pracować obok siebie.

Działania ośrodka o nazwie The Global Research Automation skupiają się na 4 podstawowych obszarach: roboty, sterowanie, transport materiałów i integracja systemów śledzących przepływ danych w fabryce. Priorytetami dla GE są technologie IIoT (Przemysłowego Internetu Rzeczy) i automatyzacja, celem firmy jest bowiem optymalizacja przepływu materiałów, ludzi i procesów w obrębie organizacji i jej globalnego łańcucha dostaw.

– Produkujemy zarówno niewielkie serie bardzo dużych części przemysłowych, np. ważące kilka ton turbiny gazowe, jak i średnio- lub wielkoseryjne produkty, takie jak elementy oświetlenia i bezpieczniki. W przypadku produktów wielkoseryjnych na linii produkcyjnej jednocześnie znajduje się wiele numerów SKU (jednostka magazynowa, numer identyfikacji) produktu. Nadal potrzebujemy robotów spawalniczych i ciężkich robotów do trudnych zadań – mówi Menassa. – Wciąż widzimy wielu ludzi pracujących na linii produkcyjnej. Dzieje się tak z powodu trudności związanych z materiałami podatnymi (elastycznymi, o zmiennym kształcie) i ich obsługą. Podczas wytwarzania elementów oświetlenia lub bezpieczników na linii produkcyjnej znajdują się przewody i elementy elastyczne, które utrudniają automatyzację pewnych operacji. Wyzwanie stanowi sposób, w jaki dołączymy elementy automatyki do procesu manualnego w wypadku części wykonanych z materiałów podatnych.

GE wykorzystuje robota współpracującego o nazwie Sawyer, mającego jedno ramię, opracowanego i zbudowanego przez firmę Rethink Robotics. Robot pracuje na stanowisku montażowym w firmie GE lightning. Montuje komponenty w ulicznych lampach LED, zanim ludzie dokończą montaż całej lampy.

– Przez wiele lat nie wykorzystywaliśmy w fabryce żadnego robota – twierdzi Menassa. – Nie wiedzieliśmy, co pomyślą pracownicy, gdy wprowadzimy robota do zakładu. Prowadziliśmy warsztaty w fabryce, przyglądając się różnym zastosowaniom – zastanawialiśmy się, gdzie korzystnie byłoby zastosować robota. Następnie odwiedziliśmy kilka razy fabrykę wraz z robotem. Przedstawiliśmy załodze jego możliwości, omówiliśmy, jak można wchodzić z nim w interakcję i jaki kontakt jest dopuszczalny.

Roboty o ograniczonej sile i mocy są specjalnie zaprojektowane do bezpiecznego kontaktu z ludźmi, dzięki środkom bezpieczeństwa zawartym w ich systemach sterowania. Tego typu roboty są zwykle zbudowane z materiałów lekkich, mają czujniki siły i momentu obrotowego ruchomych elementów. Mogą być również wyposażone w miękkie poszycie.

Metody współpracy człowieka z maszyną

Według standardów bezpieczeństwa dla robotów współpracujących, takich jak ANSI/RIA 15.06, ISO 10218 oraz ISO/TS 15066, istnieją cztery typy i zasady współpracy człowieka z maszyną (ramka obok). Niestety, są one często źle interpretowane. By zapobiec nieporozumieniom, Roberta Nelson Shea sugeruje producentom myślenie o nich bardziej jako o możliwych scenariuszach niż o konkretnych trybach pracy.

W każdym przypadku istnieje wspólna przestrzeń robocza człowieka i maszyny. W wypadku kontrolowanego zatrzymania robota celem jest, aby we wspólnej przestrzeni robot nie poruszał się w ogóle. W przypadku ręcznego naprowadzania często powielanym błędnym stwierdzeniem jest, że jest to sposób nauczania robota drogi. Roberta Nelson Shea twierdzi, że nie o to chodzi. – Jeśli poruszasz ramieniem robota, ucząc go konkretnych zadań, nie jest to ręczne naprowadzanie w rozumieniu współpracy. Wówczas robot nie pracuje w trybie
automatycznym.

W przypadku współpracy robota z człowiekiem ręczne naprowadzanie oznacza stan, w którym człowiek i robot dzielą wspólną przestrzeń, a robot porusza się jedynie wtedy, gdy jest pod bezpośrednią kontrolą pracownika.

– W metodzie kontroli prędkości i kontaktu zarówno robot, jak i człowiek mogą wykonywać ruchy we wspólnym obszarze roboczym – twierdzi Nelson Shea. – Jeżeli jednak dystans pomiędzy człowiekiem a robotem okaże się zbyt mały, robot zatrzyma się, powodując realizację scenariusza pierwszego – z kontrolowanym zatrzymaniem robota.

W metodzie ograniczenia mocy i siły może występować kontakt pomiędzy człowiekiem a robotem, jednak zasoby mocy i generowanej siły robota są ograniczone. Robot jest również dodatkowo pokryty odpowiednim materiałem zapewniającym ochronę przed uderzeniem, co sprawia, że kontakt jest bezbolesny i bezurazowy dla ludzi.

Shea twierdzi również, że w jednym robocie możliwe jest uzyskanie mieszanej strategii bezpieczeństwa, złożonej z opisanych metod – nawet wszystkich czterech.

Nowy standard ISO/TS 15066 zawiera wzory pozwalające obliczyć odpowiedni dystans w przypadku metody kontrolującej prędkość i dystans. Najciekawszą częścią tej specyfikacji technicznej jest aneks zawierający informacje na temat definicji progów bólu dla różnych części ciała, zwłaszcza w przypadku metody ograniczenia mocy i siły robota. Te dane mogą być następnie ekstrapolowane w celu zdefiniowania granicznych prędkości robota w zastosowaniach współpracujących.

– Pomimo zaleceń dla wszystkich czterech metod najciekawsze informacje odnoszą się do metody ograniczenia mocy i siły – twierdzi Jean-Philippe Jobin, CTO w firmie Robotiq, produkującej adaptacyjne uchwyty do robotów. – Obecnie na rynku występuje więcej rodzajów tego typu robotów, ale oprócz ISO 10218 brak jest standardów pomagających bezpiecznie zainstalować je w fabryce.

Zacznij od oceny ryzyka

Zarówno Nelson Shea, jak i Jobin podkreślają, że kluczowym elementem zastosowania robota współpracującego jest ocena ryzyka1. – Jeśli zastosowanie wymaga nieco więcej siły lub mocy, niż jest to określone w dokumencie, nie oznacza to, że aplikacja nie będzie bezpieczna. Dane podane w dokumencie są określone w odniesieniu do bólu, podczas gdy w dokumencie ISO 10218 stwierdzono, że nie może wystąpić jakikolwiek uraz – mówi Jobin. – Nie istnieje różnica pomiędzy bólem a urazem. Użytkownik powinien wykonać testy, by pokazać, że nawet w przypadku nieco przekroczonych wartości norm ISO/TS 15066 użytkowanie maszyny wciąż jest bezpieczne dla człowieka, bowiem nie jest w stanie skrzywdzić lub zranić pracowników w określonych warunkach pracy.

Jobin twierdzi, że podczas oceny ryzyka bardzo ważne jest wzięcie pod uwagę zastosowania robota, a nie samego urządzenia. – Jeśli zajrzysz do dokumentu, rzadko napotkasz określenie „robot”. Często używanym terminem jest „jednostka współpracująca” lub „aplikacja robota współpracującego. Odnosi się to do przewodów, zacisków, szczęk, całego robota oraz uchwytu, a także wszystkiego wewnątrz stanowiska pracy.

Jobin uważa również, że częstym nieporozumieniem jest stwierdzenie, że jeśli robot jest bezpieczny, to operacja z jego użyciem również jest bezpieczna. Na przykład jeśli manipulator przenosi obiekty o ostrych krawędziach, to nie jest bezpieczne dla człowieka znajdowanie się w niedużej odległości, bez stosowania przy tym właściwych środków bezpieczeństwa. Inny przykład to robot przeznaczony do przenoszenia ciężkich przedmiotów, które mogą zranić kogoś, gdy zostaną upuszczone lub stanowią niebezpieczeństwo przy pewnej prędkości przenoszenia.

Bezpieczeństwo to główny czynnik podczas adaptacji robota do procesów. Ważne jest również zapewnienie pracownika o bezpieczeństwie współpracy z manipulatorem.

– W firmie GE bezpieczeństwo zdecydowanie jest priorytetem – mówi Roland Menassa. – W przypadku każdej instalacji ważne jest, czy dana aplikacja robota jest bezpieczna, a nie tylko to, czy sam robot nie stwarza zagrożenia. Dokonujemy analizy ryzyka według metody RIA. Badamy wszystkie regulacje prawne i standardy RIA. Zapraszamy ludzi z RIA, by nas szkolili. Upewniamy się, że wiemy, co robi robot, jaki kształt ma końcówka robocza, czy są na niej ostre krawędzie, czy istnieje możliwość zranienia kogokolwiek. Jeśli wykryjemy, że potrzebne jest zastosowanie dodatkowych środków bezpieczeństwa wykraczających poza ograniczenie siły lub momentu obrotowego robota, zainstalujemy odpowiednie urządzenie, takie jak zapora świetlna lub skaner laserowy, w celu zmniejszenia ryzyka.

Wzrok skupiony na zadaniu

Jedną z unikatowych cech wspomnianego wcześniej robota Sawyer, oprócz skomplikowanego kinematycznie ramienia siedmioosiowego pomagającego pracować robotowi w ciasnych przestrzeniach fabryki GE, są jego animowane oczy wyświetlane na ekranie LCD. W rzeczywistości oczy niczego nie widzą. Tę funkcję spełniają wbudowane czujniki w głowicy i ramieniu. Oczy sprawują bardziej „ludzką” funkcję.

– Ludzie zastanawiają się, po co robotowi oczy – mówi Roland Menassa. – Dla nas bardzo ważne jest, aby ludzie czuli się w pobliżu robota bezpiecznie. Aby tak było, pracownicy potrzebują wiedzieć, co robot zamierza zrobić. Oczy na ekranie są bardzo ważne, ponieważ sygnalizują ruch robota – „patrzy” on w lewo, zanim wykona ruch ramieniem w lewo.

Sprawienie, by robot wykonał zadanie, jest bardzo łatwe. Wyzwaniem w przypadku instalacji robota jest sposób, w jaki ma on poradzić sobie z materiałem – dodaje Menassa. – Skąd doprowadzany jest obiekt? W jaki sposób? Jak będziemy go chwytać? Jak należy go przytrzymać? Jak będą ustawione pojemniki do recyklingu? Jaka jest najbardziej odpowiednia pozycja dla Sawyera do podnoszenia i upuszczania, by wykonywać w przestrzeni tylko ruch po prostych odcinkach? Jeśli odpowiemy na te pytania, robot będzie w stanie bezpiecznie i efektywnie wykonywać swoją pracę.

Wartość dodana od samego początku

W grudniu 2015 r. Sawyer dołączył do swoich ludzkich współpracowników na głównej linii montażowej GE.

– W zadaniu każdej osoby, niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z cyklem 60-sekundowym, czy z 2-minutowym, można dostrzec od 50% do 70% czegoś, co nazywamy wartością niedodatnią – mówi Menassa. – Przerywasz pracę, by sięgnąć po narzędzie lub część albo zerknąć do dokumentacji. Jeśli ostatecznie dodasz część do złożenia, będzie to jedyna wartość dodana z twojej strony. Cała reszta to wartość niedodatnia. Część jej przynosi nawet straty.

Sawyer podnosił części i montował je, ale to człowiek nadzorował proces, kontrolując, czy zostały prawidłowo zamontowane, i wkładał ostatnie śruby, używając do tego typowo ludzkich umiejętności: zręczności, percepcji i logiki. Dla nas wykorzystanie człowieka do wyższych celów – kontroli jakości (wartości dodanej) – jest bardzo ważne. Był to spory sukces – dodaje Menassa. – To biznes, który musi się rozwijać, takie są wymagania. Pytanie: w jaki sposób osiągnąć wzrost produktywności bez zatrudniania większej liczby ludzi? Czasem bardzo ciężko jest zatrudnić pracowników do procesu ze względu np. na ograniczoną przestrzeń. Dzięki robotom możemy osiągać lepszą produktywność, zatrudniając tę samą liczbę osób przy najniższych możliwych kosztach, przy wykorzystaniu taniej i uniwersalnej technologii. Ucieleśnieniem idei taniej i uniwersalnej automatyki są tak naprawdę roboty współpracujące.

Menassa wspomina, że GE, przy pomocy swoich dostawców, opracowuje również mobilne roboty współpracujące. – Połączenie robotów współpracujących i mobilności pozwoli na realizację wizji o mobilnym robocie poruszającym się po fabryce, wykonującym różne zadania. Każda minuta pracy takiego robota to zysk dla fabryki, zwłaszcza w przypadku produkcji średnioseryjnej. Obecnie istnieją już roboty mobilne, które współpracują z maszynami CNC i maszynami do obróbki addytywnej – mówi Menassa. – Wyposażenie maszyn w roboty pozwoli firmie GE na uzyskanie odpowiedniej elastyczności produkcji, równocześnie zwiększając nakład produkcji za pomocą mobilnych robotów współpracujących.

Autorka: Tanya M. Anandan jest redaktorem Robotic Industries Association (RIA) oraz partnerem CFE Media.

Tekst pochodzi ze specjalnego wydania “Bezpieczeństwo 2018”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Przeczytaj także

Nowa, skalowalna platforma analityczna dla zastosowań przemysłowego IoT
Powszechne korzystanie z rozwiązań sieciowych i mocy obliczeniowej w przedsiębiorstwach przemysłowych spowodowało, że dostępność danych zrewolucjonizowała sposób rozwiązywania problemów i... więcej »
Siemens Advanced Machine Engineering usprawni proces budowania maszyn
Siemens Advanced Machine Engineering pozwala konstruktorom maszyn na wdrożenie procesu projektowania modułowego, co niesie korzyści w postaci zwiększonej elastyczności projektu oraz możliwości... więcej »
Podstawy projektowania efektywnego systemu zarządzania alarmami
Aby wdrożyć i utrzymywać efektywny system zarządzania alarmami, użytkownicy końcowi muszą już w fazie projektowania rozumieć wymagania, jakie stawia się tego typu rozwiązaniom, oraz zdawać... więcej »
Targi branżowych specjalistów – podsumowanie EUROTOOL®
Co stanowi o sile Międzynarodowych Targów Obrabiarek, Narzędzi i Urządzeń do Obróbki Materiałów EUROTOOL®? Międzynarodowy skład Wystawców, nowoczesna przestrzeń wystawiennicza, branżowi Zwiedzający,... więcej »
Raport: Czy ufamy chmurze?
Sieciowe infrastruktury akwizycji i przetwarzania danych bazujące na tzw. chmurze stanowią jedną z głównych sił napędowych cyfrowych technologii wchodzących w skład czwartej rewolucji... więcej »
Rozbudowany system sterowania pomaga Grupie Azoty zwiększyć produkcję poliamidu
Grupa Azoty uruchomiła nową wytwórnię poliamidu 6 (PA6) – tworzywa konstrukcyjnego wykorzystywanego m.in. w branży motoryzacyjnej. Inwestycja pozwoli zwiększyć jego produkcję o 80 tys. ton rocznie... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

INDUSTRYmeeting 2018
2018-02-20 - 2018-02-21
Miejsce: Sosnowiec
Technovation Forum
2018-03-14 - 2018-03-15
Miejsce: Bydgoszcz
AUTOMATICON Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów
2018-03-20 - 2018-03-23
Miejsce: Warszawa
PRZEMYSŁ 4.0
2018-04-10 - 2018-04-10
Miejsce: Warszawa
Hannover Messe
2018-04-23 - 2018-04-27
Miejsce: Niemcy

Katalog

UNILIFT Sp. z o.o. sp.k.
UNILIFT Sp. z o.o. sp.k.
Ołowiana 16
85-461 Bydgoszcz
tel. +48 52 581 05 15

Indusoft Polska Sp. z o.o.
Indusoft Polska Sp. z o.o.
St. Kunickiego 10A/II
54-514 WROCŁAW
tel. 071-7890881

zobacz wszystkie




SONDA


tak
nie
nie wiem


Wydania specjalne


Profesjonalne Tłumaczenia Techniczne
O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce