Roboty współpracujące: Bezpieczeństwo i szybszy zwrot z inwestycji

Roboty współpracujące stanowią coraz częstszy widok w zakładach przemysłowych. Decyzja o ich zastosowaniu wymaga wzięcia pod uwagę zasadniczych celów biznesowych, okresu zwrotu z inwestycji oraz kwestii bezpieczeństwa.

Na przestrzeni kilku ostatnich lat konstrukcja i działanie robotów współpracujących (collaborative robots) znacznie się rozwinęły, dzięki czemu niemal mityczna idea wspólnej pracy robotów i ludzi staje się powoli rzeczywistością. Wraz z rozwojem technologii ich użycie w wielu fabrykach będzie już niedługo standardem i to w odniesieniu do rozmaitych zastosowań.
Dwaj specjaliści z branży robotyki, Jeff Fryman i Rick VandenBoom, zbadali zalety robotów współpracujących, mające znaczenie dla procesów i rozwoju automatyzacji, przedstawiając efekty swojej pracy podczas jednego z webinariów. Omówiono je pokrótce w niniejszym artykule.
Fryman, główny doradca w firmie JDF Consulting Enterprises oraz emerytowany dyrektor firmy Robotic Industries Association (RIA), definiuje działanie robota współpracującego jako „specjalny rodzaj interakcji pomiędzy osobą i robotem, dzielących wspólną przestrzeń roboczą”.

Bezpieczeństwo wspólnej pracy
Działania przeprowadzane z wykorzystaniem robotów współpracujących powinny spełniać określone kryteria:
-> muszą stanowić część wcześniej zaplanowanych prac;
-> zanim zostaną podjęte, wymagają uaktywnienia wszystkich zabezpieczeń;
-> roboty muszą być wyposażone w funkcje zaprojektowane na potrzeby wspomagania pracy człowieka, opisane w pierwszej części normy ISO 10218.
Najważniejsze w tym wszystkim jest – związane z bezpieczeństwem – ograniczenie ruchów maszyny, przewidziane w oprogramowaniu, które określa przestrzeń jej działania. Oprogramowanie to tworzy przestrzeń roboczą, kreując bryłę geometryczną opisującą ruchy robota. Warto jednak pamiętać, że ta cecha dotyczy nowoczesnych robotów i trzeba zapytać o nią sprzedawcę podczas zakupu urządzenia. Nie jest to bowiem opcja standardowa.

Kolejna istotna funkcja związana z bezpieczeństwem to opcjonalna kontrola prędkości, spełniająca standard ISO 13849-1. Prędkość punktu centralnego narzędzia (TCP) nie może przekroczyć ustawionego limitu prędkości ograniczonej i dlatego zatrzymanie awaryjne następuje bezzwłocznie po wykryciu zagrożenia.
Kluczowy element bezpieczeństwa pracy z robotem stanowi całościowa ocena ryzyka, ponieważ każdy model jest inny. Należy więc wziąć pod uwagę rozmaite czynniki, istotne przy przewidywanej pracy i działaniach, zwłaszcza w przypadku robotów o ograniczonej sile i mocy. Istnieje tu wiele istotnych kwestii, które należy rozważyć – np. rodzaj podłoża w hali fabrycznej, wygląd stanowiska pracy, limity przewidziane w systemie robota, ryzyko i identyfikacja zadań, możliwość zmniejszenia ewentualnych zagrożeń.
Wymagania środowiska pracy muszą zostać jasno określone tak, by operator wiedział, gdzie może bezpośrednio wchodzić w interakcję z robotem. Pomocne może okazać się nawet oznaczenie tej przestrzeni na podłodze, mimo że normy o tym nie wspominają.
Układ miejsca pracy musi być też podatny na zmiany, tak by operator mógł z łatwością wykonywać wszystkie zadania, utrzymując przy tym odległość 50 cm od miejsca, w którym istnieje ryzyko bycia uwięzionym przez maszynę lub przygniecenia przez jej ramiona. Określenie takich miejsc jest związane z indywidualnymi cechami każdego modelu.

<—newpage—>Aby zapewnić bezpieczne środowisko pracy dla wszystkich osób narażonych na potencjalne niebezpieczeństwo, trzeba właściwie dobrać funkcje zabezpieczające. Każda wykryta awaria systemu zabezpieczającego powinna skutkować natychmiastowym zatrzymaniem pracy.
– Zabezpieczenia te są konfigurowane przez integratora systemu, tak by odpowiadały konkretnemu zastosowaniu – twierdzi Fryman.
Kwestie te nabierają szczególnego znaczenia, gdy należy sparametryzować kierunek i sposób ruchu robota w stronę człowieka.
– Szczególne niebezpieczeństwo stwarza możliwość otrzymania od robota ciosu w głowę – zwraca uwagę Fryman. – Oczywiście uderzenia poniżej również są groźne, ale ryzyko obrażeń powyżej szyi musi zostać precyzyjnie skorygowane.
Właśnie z powodu niedostatecznego opanowania kwestii ograniczania siły i mocy robotów współpracujących podejście do nich inżynierów, załogi i kadry kierowniczej często cechuje daleko idąca rezerwa. Problem ten wciąż stanowi nie lada wyzwanie, w przeciwieństwie do zagadnień związanych z kontrolą prędkości, która może być łatwo zmierzona i określona.
Dodatkowych informacji i wskazówek na temat robotów współpracujących dostarcza opublikowany w lutym 2016 r. standard ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices – collaborative robots (więcej o nim: w drugim artykule tematu numeru).

Zrozumieć potrzeby zakładu
Rick VandenBoom, menedżer systemów zautomatyzowanych w firmie Applied Manufacturing Technology (AMT), twierdzi, że każda firma musi określić, czy w jej przypadku zastosowanie robotów współpracujących w ogóle ma sens. Kluczowe jest stwierdzenie, czy naprawdę w danym przypadku opłaca się zmieniać proces tak, by wykorzystywać w nim tego rodzaju maszyny, oraz ustalenie, co należy wziąć pod uwagę, obliczając zwrot z inwestycji (ROI).

Automatyzacja procesów jest z reguły korzystna, ponieważ:
-> sprzyja poprawie wydajności,
-> prowadzi do zmniejszenia kosztów zatrudnienia,
-> polepsza jakość produktu,
-> poprawia bezpieczeństwo pracownika,
-> redukuje przestrzeń zajmowaną przez urządzenia.
Jak widać, istnieje wiele powodów, by zastosować automatyzację przez wprowadzenie robotów do hal fabrycznych. Nie warto jednak sięgać po nią tylko dlatego, że tak robi konkurencja lub akurat dysponujemy funduszami na stworzenie efektownego stoiska na targach branżowych, zgodnie z panującą modą.
– Trzeba dobrze rozumieć, które z czynników kierują naszym procesem podejmowania decyzji i jaką mają rzeczywistą wagę – twierdzi VandenBoom. – Jeśli stosujemy automatykę bez istotnego powodu, skończymy jako posiadacze wadliwego systemu.
Zanim więc firmy zdecydują się na zastosowanie robotów współpracujących, powinny zdefiniować wymagania biznesowe swoich projektów, zrozumieć potrzeby i wymagania poszczególnych procesów i określić właściwy dla siebie poziom automatyzacji.

Odnośnie wymagań biznesowych, ważne jest osiągnięcie celów produkcji i założonego nakładu. Każde przedsiębiorstwo chce przecież szybszej produkcji, lepszej jakości i niższych kosztów.
– Możesz być szybki, dobry albo tani – mówi VandenBoom. – Czasem da się spełnić dwa z tych kryteriów, ale nigdy wszystkich trzech naraz. Wybierz więc dwa i uczyń je swoim celem. Bądź realistą dla swojego zespołu i swoich dostawców.
Sporą drogę trzeba przebyć, aby ustalić, gdzie w fabryce można jeszcze coś usprawnić, a gdzie proces stał się na obecnym etapie wystarczająco wydajny. Wśród rzeczy wartych rozważenia znajdują się: liczba procesów i operatorów, rodzaj wykorzystywanego sprzętu, czas cyklu i ilość zajmowanej przestrzeni.
– Im lepiej rozumiemy dany proces, tym wartościowsze cele możemy osiągnąć, tym bardziej jesteśmy w stanie ograniczyć ryzyko, stosować przemyślane, kompromisowe rozwiązania i poprzez różne skoordynowane działania dążyć do celu – zauważa VandenBoom.

To, co działa w przypadku jednej firmy, niekoniecznie sprawdzi się w innej, a każdy problem jest niepowtarzalny. Jeśli firma chce usprawnić automatyzację, powinna też znaleźć eksperta z szerokim doświadczeniem w wielu dziedzinach przemysłowych i korzystać z jego wiedzy. Nie warto bowiem wyważać otwartych drzwi. Liczba rozpatrywanych możliwości powinna być zawsze skutkiem usystematyzowanego i empirycznego podejścia, w którym nie ma miejsca na zgadywanie. Zaczyna się zawsze od zebrania danych, następnie przeprowadzenia ich analizy – a w końcu zaprezentowania możliwych rozwiązań opartych na tych danych.
Autor: Chris Vavra jest redaktorem magazynu Control Engineering.
Tekst pochodzi z nr 2/2017 magazynu "Control Engineering". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.