Najnowsze trendy w robotyce przemysłowej

Źródło: Bohdan Szafrański

W ostatnich latach obserwujemy szybki wzrost liczby robotów w stosunku do osób zatrudnionych w przemyśle. Roboty spotykamy coraz częściej na różnych stanowiskach pracy, w tym również tam, gdzie prace do niedawna były zarezerwowane tylko dla ludzi. To wynik rozwoju robotów współpracujących i systemów wizyjnych, powiązanego ze sztuczną inteligencją.

Wymagania rynku sprawiają, że robotyka przemysłowa cały czas zmienia się dynamicznie, co pozwala na systematyczne zastępowanie ludzi na różnych stanowiskach pracy. Oczywiście nie zawsze wszystko się udaje. Przykładowo w 2015 r. otwarto w Japonii hotel, w którym obsługę klientów przejęły roboty. Hotel Henn w Nagasaki uzyskał nawet w 2016 r. certyfikat „Guinness World Records” jako pierwszy na świecie hotel, w którym personel stanowiły roboty. Jednak, jak się dość szybko okazało, po licznych skargach ze strony pracowników i klientów sieć zrezygnowała z ponad połowy swoich 243 robotów, ponieważ zamiast zredukować pracę personelu, tworzyły one nowe problemy, a goście często wzywali obsługę do pomocy przy rozwiązywaniu problemów w kontakcie z robotami. Nie znaczy to, że z robotami nie będziemy spotykać się coraz częściej, zwłaszcza w środowisku przemysłowym, które musi zwiększać stopień automatyzacji produkcji.

Zgodnie z opublikowanym w październiku 2018 r. nowym raportem „World Robotics Report” w 2017 r. przybyła na świecie rekordowa liczba 381 tys. sztuk robotów. To wzrost o 30% w porównaniu z rokiem poprzednim. Oznacza to, że roczna wielkość sprzedaży robotów przemysłowych wzrosła o 114% w ciągu ostatnich pięciu lat (2013–2017). Natomiast wartość sprzedaży wzrosła o 21% w porównaniu do 2016 r., osiągając w 2017 r. nowy szczyt na poziomie 16,2 mld dolarów. W 2017 r. stopień automatyzacji, według gęstości robotów, osiągnął 85 jednostek robotów na 10 tys. pracowników (w 2016 r. wynosił 74 jednostki). Patrząc na regiony świata, średnia gęstość robotów w Europie to 106 sztuk, w Ameryce – 91, a w Azji – 75 sztuk.

Zgodnie z opiniami specjalistów roboty przemysłowe są też głównym elementem postępu w przemyśle wytwórczym. Jak stwierdził Junji Tsuda, prezes Międzynarodowej Federacji Robotyki (IFR): „Roboty ewoluują dzięki wielu najnowocześniejszym technologiom. Są to: rozpoznawanie wizji, nauka umiejętności, przewidywanie awarii z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, nowa koncepcja współpracy człowiek-maszyna oraz łatwe programowanie itd. Pomagają poprawić wydajność produkcji i rozszerzyć zakres zastosowań robotów”.

W ocenie IFR w 2021 r. liczba robotów dostarczanych rocznie do fabryk na całym świecie osiągnie około 630 tys. jednostek. Zgodnie z raportem w 2017 r. największe rynki (obejmujące 73% całkowitej wielkości sprzedaży) stanowiły: Chiny, Japonia, Korea Południowa, Stany Zjednoczone i Niemcy.

Jeśli chodzi o branże, to przemysł motoryzacyjny pozostaje największym na świecie odbiorcą robotów z udziałem 33% całkowitej podaży w 2017 r. (sprzedaż wzrosła o 22%). Przy czym w ocenie analityków w przyszłości producenci samochodów będą również inwestować we wspólne aplikacje do ostatecznego montażu i zadań wykończeniowych. Dostawcy części samochodowych drugiego stopnia, z których wielu to firmy MŚP, choć wolniej się w pełni automatyzują, to można spodziewać się tu zmian, ponieważ roboty staną się mniejsze, bardziej elastyczne, łatwiejsze do zaprogramowania i mniej kapitałochłonne. Również przemysł elektryczny/elektroniczny nadrabia zaległości w stosunku do producentów samochodów. Tu sprzedaż wzrosła o 33%, osiągając poziom 121 300 sztuk (32% całkowitej podaży w 2017 r.). Jak zauważono w raporcie, rozszerzająca się gama inteligentnych efektorów końcowych i technologii wizyjnych rozszerza zakres zadań, które roboty mogą wykonywać w produkcji elementów elektronicznych. Również szybko rośnie wykorzystanie robotów w przemyśle metalowym (maszyny przemysłowe, wyroby metalowe i przemysł metali podstawowych). Udział całkowitej podaży robotów osiągnął tu 10% przy wzroście sprzedaży o 55% w 2017 r. Jak przewidują analitycy, duże firmy z branży metalowej wdrażają strategie automatyzacji zgodne z ideą Przemysłu 4.0 i chcą wykorzystać robotykę, by czerpać korzyści z ekonomii skali i móc szybko reagować na zmiany popytu na ich produkty.

Warto zwrócić uwagę, że obecnie jest rozwijanych kilka rodzajów robotów przemysłowych różniących się budową. To nie tylko najpopularniejsze roboty przegubowe, nazywane również ramieniowymi. Ramię robocze najbardziej przypomina tu swoją charakterystyką ruchu rękę człowieka. Najczęściej mają one sześć osi obrotu i dzięki temu łatwo je przystosować do wykonywania wielu zróżnicowanych zadań, co zapewnia dużą elastyczność. Jednak rozwiązanie to jest z reguły droższe i nie zawsze potrzebne w konkretnych zastosowaniach. Kolejna grupa to roboty kartezjańskie. Poruszają się w trzyosiowym układzie kartezjańskim, wykonując ruchy przód/tył, prawo/lewo oraz góra/dół. Najczęściej wykorzystuje się je do przenoszenia i pakowania materiałów. Kolejną grupę stanowią roboty cylindryczne, często też określane jako suwnicowe, bramowe. Ich przestrzeń robocza przypomina wydrążony cylinder. Podobne do nich są roboty sferyczne, w których ramię poziome nie porusza się równolegle do podłoża, ale wychyla się w górę i w dół, co powoduje, że przestrzeń robocza przypomina sferę ograniczoną od góry i dołu. Tego rodzaju rozwiązania oferuje firma Güdel. Są to np. roboty gantry, roboty osadzone na suwnicy, która tworzy strukturę nad obszarem roboczym (obszar wytyczony przez suwnicę zwany jest portalem). Firma Güdel zestawia osie liniowe z modułami obrotowymi w różnych konfiguracjach, wykorzystując moduły jednoosiowe w każdej orientacji, po moduły o wielu mostach/ramionach. Przygotowane przez firmę jednostki są gotowe do integracji z danym procesem i składają się z indywidualnie połączonych modułów liniowych, obrotowych lub przegubowych z podstawowym systemem sterowania i oprogramowaniem. Wśród innych rodzajów robotów należy wymienić też roboty typu SCARA, wykorzystywane w operacjach typu pick and place. Przestrzeń robocza jest w nich taka sama jak w robotach cylindrycznych. Natomiast do montażu sufitowego korzysta się często z robotów typu delta.

Opinie specjalistów

Zapytaliśmy osoby związane z branżą robotów o ocenę trendów. Jak stwierdził Radosław Matiakowski, prezes firmy CoRobotics, obecnie najsilniejszym trendem jest popularyzacja robotów współpracujących, które pozwalają na robotyzację każdej wielkości przedsiębiorstwa i obsługę krótkich, średnich i długich serii produkcyjnych. Dostępność ta wynika z łatwości i szybkości programowania w intuicyjnych narzędziach graficznych oraz możliwości uczenia robota przez pokazywanie. Dodatkowo są łatwo przestawialne od stanowiska do stanowiska i bezpiecznie pracują obok człowieka, dlatego nie wymagają kosztownych i stałych fundamentów oraz klatek bezpieczeństwa. To czyni je dostępnymi ekonomicznie i kompetencyjnie dla każdej firmy. Zdaniem eksperta obecnie można dostrzec dynamiczne trendy sztucznej inteligencji i coraz lepszej komunikacji robota z otoczeniem, dlatego też nie można wykluczyć, że za kilka lat programowanie robota współpracującego będzie przypominać wydawanie polecenia głosowego człowiekowi, a robot jeszcze będzie wyciągał wnioski i dostosowywał swoje działanie.

Warto dodać, że CoRobotics dystrybuuje produkty firmy HANWHA, która inwestuje w robotykę. HANWHA to 246. największe przedsiębiorstwo na świecie o rocznych przychodach w wysokości ponad 56 mld dolarów, mające wieloletnie doświadczenie w robotach dedykowanych dla ekstremalnie trudnych warunków, przeznaczonych dla sektora zbrojeniowego. Obecnie dostępna jest już rodzina trzech cobotów przemysłowych różnej wielkości, a nad dalszym rozwojem robotów HCR pracuje 250-osobowy zespół R&D. Jak dodaje, trwają prace nad innowacyjnymi rozwiązaniami, które uczynią roboty współpracujące jeszcze bardziej dostępnymi i łatwymi.

Również Tomasz Strzępek, wiceprezes zarządu w firmie Propes, jest przekonany, że zgodnie z wieloletnim trendem zastosowanie robotów będzie miało coraz większy wpływ na przekształcenie produkcji. Jego zdaniem można zaobserwować cztery główne trendy związane z zastosowaniem robotów, które odegrają kluczową rolę w niedalekiej przyszłości.

Po pierwsze jest to postępująca integracja technologii Industrial Internet of Things (IIoT). Jak dodaje ekspert, roboty coraz częściej korzystają z inteligentnych czujników, gromadząc dane niedostępne wcześniej dla producentów. Tak zebrane informacje są wykorzystywane na poziomie zarządzania przedsiębiorstwem. Ten trend prowadzi do nowych poziomów wydajności. Kolejny element to cyberbezpieczeństwo przemysłowe. Ponieważ roboty coraz częściej łączą się z systemami gromadzenia danych w przedsiębiorstwie, zwiększa się przez to ryzyko związane z cyberbezpieczeństwem. Przedsiębiorstwa będą zmuszone do eliminowania luk w procesach i do inwestycji w cyberbezpieczeństwo, aby zapewnić bezpieczną i niezawodną produkcję. Ważnym trendem są również rozwiązania wirtualne, czyli zaawansowane modele procesów oraz na pojedynczych stanowiskach, które staną się integralną częścią robotyki przemysłowej. Jak tłumaczy Tomasz Strzępek, jedną z rosnących aplikacji jest wirtualna reprezentacja zrobotyzowanych systemów do weryfikacji koncepcji, programowania offline, wykrywania i zapobiegania awariom. Również takim trendem są dziś roboty współpracujące. Stają się one coraz bardziej zdolne do pracy w trudnych warunkach przemysłowych i będą stosowane w aplikacjach, w których jeszcze niedawno nie brano ich pod uwagę. Jak uzupełnia ekspert z firmy Propes – oferującej rozwiązania wykorzystujące otoczenie robotów, pozwalające wpisać się w wymienione trendy – jako integrator firma stosuje rozwiązania czołowych producentów robotów, dla których równocześnie jest źródłem informacji o potrzebach klientów. W najbliższym czasie spodziewa się też rozwoju oferty robotów współpracujących do zastosowań pick and place oraz zaawansowanych pod względem koncepcyjnym elementów wykonawczych. Będzie również zwiększać ofertę wynikającą z przenikania świata informatyki do świata automatyki i robotyki.

Jakub Stec, Channel Manager w firmie ABB, przypomina, że rozwój robotyki nakierowany jest przede wszystkim na sprawienie, by roboty były bardziej przyjazne i łatwiejsze w użyciu. Dotyczy to zarówno ich programowania, instalacji, jak i też późniejszego użytkowania.

Pierwszy aspekt widać wyraźnie w rozwoju narzędzia ABB RobotStudio, które służy do programowania i konfiguracji robotów w środowisku wirtualnym. Narzędzie to oferuje pełne wsparcie dla wszystkich robotów ABB, pozwalając na ich symulację, testowanie, konfigurowanie i programowanie. RobotStudio wspiera w pełni technologię 3D w postaci okularów (Oculus Rift, HTC Vive, Samsung Gear) i umożliwia współdzielenie projektu między pracownikami w różnych lokalizacjach. Moduł fizyki pozwala symulować zachowanie obiektów takich jak pakiet przewodów czy też np. produktu. Jak dodaje, kolejnym aspektem jest łatwość instalacji i doboru robota. Podstawowe parametry to udźwig i zasięg. Dotychczas klienci mieli do wyboru kilka lub kilkanaście wariantów w danej grupie, np. dla robotów małych, tj. o udźwigu do np. 13 kg i zasięgu 1,2 m. Nowe podejście ABB w postaci modułowej konstrukcji robotów zapewnia wybór kilkudziesięciu wariantów, pozwalając klientom na jeszcze lepsze dopasowanie ich do swoich potrzeb. Podobnie ma się sytuacja z kontrolerem robota stanowiącym jego „mózg”. W konsekwencji komputery są coraz wydajniejsze obliczeniowo i pozwalają na nowe zastosowania. Również liczba wariantów zwiększa się, pozwalając dopasować je do potrzeb. Nowe kontrolery ABB z rodziny Omnicore stanowią tego najlepszy przykład. Duży postęp następuje również w zakresie bezpieczeństwa. Jak podsumowuje Jakub Stec, klasyczne roboty, dzięki zastosowaniu odpowiednich opcji programowych i sprzętowych, jak np. ABB SafeMove, pozwalają na budowę mniejszych i bezpieczniejszych cel zrobotyzowanych oraz stacji, w których współpracują z ludźmi.

Potwierdzeniem dużego zainteresowania robotami jest co roku spora ich reprezentacja na największych w naszym kraju targach dotyczących automatyki, jakim jest warszawski Automaticon. Chodzi nie tylko o roboty, ale również o nowoczesne elementy ich wyposażenia. To dzięki nim roboty nie tylko coraz sprawniej wykonują różne zadania, ale też poszerza się zakres ich zastosowań w zakładach przemysłowych.

Firma Piab Polska pokazała w tym roku m.in. chwytaki podciśnieniowe piCOBOT – certyfikowane przez Universal Robots. To podciśnieniowe urządzenie z wbudowanym systemem sterowania, wskaźnikami stanu i wyświetlaczem. Montowane jest bezpośrednio na ramieniu robota UR. Jest wyposażone w gniazdo do programowania (URCaps) dla podręcznego urządzenia programującego (z możliwością samouczenia), które ułatwia instalację, nastawę oraz przygotowanie do startu. Uniwersalny chwytak umożliwia przenoszenie detali szczelnych i nieszczelnych, np. różnego rodzaju pudełek i bloków.

Innymi przykładami są chociażby sprzęt do pozycjonowania 3D firmy Cognex, który można wykorzystać do pozycjonowania robotów, czy tory jezdne do przesuwu liniowego robota, prezentowane przez niemiecką firmę Rollon.

Na tegorocznym Automaticonie firma Fanuc pokazała robot SCARA do paletyzacji i aplikacji typu pick and place – model SR-6iA. To dobry wybór do zastosowań w procesach montażu, przenoszenia elementów, czynności kontrolnych czy podczas pakowania przy maksymalnej nośności 6 kg. SR-6iA zajmuje niewiele miejsca oraz oferuje prędkość i precyzję na obszarze koperty pracy 360°. Lekka, podestowa budowa oraz zintegrowane połączenia minimalizują ryzyko zakłóceń z urządzeniami peryferyjnymi.

Polską premierą była prezentacja robota drugiej generacji KR Quantec-2 firmy KUKA. Charakteryzuje go uproszczone uruchamianie, niższe koszty konserwacji oraz optymalizacja procesów obsługiwanych przez system. Również smukłe krawędzie kolizji, rozszerzona obsługa w środowisku i mała podstawa, co jest ważne na etapie planowania gniazda produkcyjnego. Wprowadzono w nim dwa nowe rodzaje ruchu. Jeden, którego celem jest uzyskanie większej prędkości, i drugi, zoptymalizowany w celu uzyskania większej dokładności. Korzystając z tych dwu rodzajów ruchu, można konfigurować przebieg programu robota, by móc uzyskać większe dokładności lub o 10% lepszy czas cyklu. Jak mówi Łukasz Szczepkowski, regionalny kierownik sprzedaży w firmie Kuka, kolejnym elementem wprowadzonym w drugiej generacji robotów jest możliwość programowego zwiększenia ich nośności. Na przykład dla robota o udźwigu 120 kg można ją zwiększyć programowo do 150 kg. Przy okazji warto dodać, że w tym roku wśród pięciu firm, które otrzymały Złoty Medal targów AUTOMATICON, znalazły się firmy Cobotics (za robota współpracującego HCR-3/5/12) i KUKA CEE GmbH Oddział w Polsce za wspomnianego już robota KR Quantec-2. To tylko kilka przykładów prezentowanych w tym roku rozwiązań związanych z robotyką.

Roboty w zakładach przemysłowych oraz poza nimi nie są nowością. Pracownicy przyzwyczajają się do wykonywania pracy, przy której są wspomagani przez roboty współpracujące. Obecnie większość czynności wykonywanych na liniach produkcyjnych mogą wykonać roboty. O tym, czy je zastosować, decyduje rachunek ekonomiczny. Przy coraz większych niedoborach występujących na rynku pracy w krajach uprzemysłowionych, ale również w Polsce, robotyzacja stanowisk pracy stanie się koniecznością. Jak wynika z badań przeprowadzonych w ostatnich latach, prace fizyczne w przewidywalnych środowiskach, np. wykonywane przez operatorów maszyn czy też np. pracowników fast-foodów, są najczęściej zastępowane przez roboty. Z raportu przygotowanego w 2017 r. przez firmę konsultingową McKinsey wynika, że na razie, choć jest to już możliwe, najwolniej (do 2030 r.) będą zastępowane przez roboty prace wykonywane dziś przez ludzi w nieprzewidywalnych środowiskach. Dotyczy to zawodów wykonywanych przez ogrodników, hydraulików lub osoby zajmujące się opieką nad dziećmi i osobami starszymi. Jako powód wymieniono trudność w ich automatyzacji i często relatywnie niższe w tych zawodach płace, co czyni automatyzację mniej atrakcyjną pod względem biznesowym. Można jednak przewidywać, że wszędzie tam, gdzie jest to możliwe i opłacalne, pojawią się wcześniej lub później roboty. Roboty w przemyśle to już dziś standard.


Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.