Jednym z mniej oczywistych skutków globalizacji jest przekształcenie działów montażu i zaopatrzenia w  sektor tzw. montażu zintegrowanego (ang. Integrated Assembly Solutions – IAS). Pojęcie to – uwypuklające aspekty integracji nowoczesnych technologii w celu stworzenia spójnego łańcucha procesów składających się na produkcję i konfekcjonowanie podzespołów, części i półproduktów – wskazuje dalszy kierunek rozwoju tych ważnych, ale

niełatwych do zautomatyzowania działów. Rozwój ten w najbliższych latach będzie zależał od umiejętnego wdrażania środków robotyzacji i automatyzacji, które coraz śmielej przenikają z sektorów tradycyjnie stawiających na robotykę (np. branża motoryzacyjna) do tych, które na pozór niewiele z nią mają wspólnego. Ogromną rolę w tym procesie mają do odegrania roboty podające, ale też sami pracownicy, którzy będą musieli poszerzyć swoje kwalifikacje, zwłaszcza w zakresie technik współpracy człowiek–robot.

Egzoszkielety i cyfrowe bliźniaki

Rosnące wymagania klientów dotyczące złożoności, jakości i zindywidualizowanych cech oferowanych im produktów sprawiają, że wdrożenie robotów na stanowiskach montażowych lub w charakterze asystentów działów zaopatrzenia staje się dziś koniecznością. Za kilka lat pracownicy działów montażu będą dużo częściej niż obecnie korzystać z pomocy robotów współpracujących, co wpłynie na zakres ich zadań i kwalifikacji zawodowych. Już dziś wiele placówek badawczo-rozwojowych wdraża projekty mające na celu stworzenie elastycznych robotów przeznaczonych dla branży montażowej. Jedną z nich, znaną ze swojej innowacyjności, jest niemiecki Instytut Techniki Wytwarzania i  Automatyzacji im. Fraunhofera (IPA), który zaprezentował niedawno zaawansowany software ułatwiający programowanie robotów (tzw. drag & bot) i realizację szeregu procesów montażowych (pitasc).

Robot montażowy HC10 firmy Yaskawa

Nadrzędnym celem tego typu prac jest stworzenie nowych, innowacyjnych narzędzi stanowiących kompilację osiągnięć technicznych ostatnich lat. Egzoszkielety i roboty niwelujące słabości i wady człowieka czy inteligentni asystenci podający potrzebne komponenty – to tylko wybrane przykłady rozwiązań robotycznych wspomagających pracowników w wykonywaniu ich codziennych obowiązków. Pomoc ta nie będzie się zresztą ograniczała jedynie do wsparcia w wymiarze fizycznym. Równie istotna będzie możliwość uzyskania szybkiej i pewnej informacji na temat wszystkich urządzeń pozostających do dyspozycji personelu. Środowiska inżynierów i badaczy prowadzą dyskusje o tym, jakie rozwiązania techniczne tu zastosować, by osiągnąć wszystkie zakładane cele. Istnieje bowiem cały szereg możliwości generowania, przetwarzania i wyświetlania informacji.

Dziś największą popularnością cieszy się modelowanie 3D, pozwalające na tworzenie tzw. cyfrowych bliźniaków (wirtualnych modeli) projektowanych i produkowanych wyrobów. Dzięki takiej cyberfizycznej symulacji można nie tylko idealnie dopasować do siebie poszczególne komponenty i przetestować ich współdziałanie w realnych warunkach produkcyjnych, ale też zoptymalizować konstrukcję gotowego wyrobu pod kątem potrzeb klienta. Wyzwaniem wciąż pozostaje jednak uzyskanie takiej efektywności przetwarzania danych, aby można było stworzyć cyfrowego bliźniaka już na etapie procesu projektowania produktu, niezależnie od długości jego cyklu życia. Cykl ten coraz bardziej się skraca, a same produkty wytwarzane są szybciej i w mniejszych seriach, co powoduje, że tworzenie cyfrowych modeli 3D każdego komponentu staje się nieefektywne czasowo. Słabość ta jest jednak kompensowana przez konkretne korzyści związane z redukcją liczby błędów montażowych. Każdy cyfrowy bliźniak – poczynając od prostej śruby – zaopatrzony jest bowiem w szereg przydatnych informacji ułatwiających np. ustalenie odpowiedniego momentu obrotowego dokręcania wspomnianej śruby czy lokalizację właściwego otworu, w którym powinna się ona znaleźć. A gdy pojawiają się błędy, symulacje pozwalają uzyskać informacje ułatwiające rozwiązanie problemu.

Obowiązki maszyn: powtarzalne czynności

Szybki postęp w zakresie automatyzacji procesów montażu wywiera wpływ na organizację i podział zadań na stanowisku montażowym. Podczas gdy maszyny przejmują proste, monotonne czynności, w gestii człowieka pozostaje realizacja złożonych zadań i kroków wymagających dużej sprawności manualnej. Przykładem może być konfekcjonowanie wiązki kabli – pozornie proste zadanie, które wykracza poza możliwości dostępnych dziś na rynku robotów. Pierwsze udane eksperymenty w tym zakresie pozwalają jednak przypuszczać, że niebawem problem zostanie rozwiązany, co znacznie poszerzy obszar zastosowania robotów w sektorze IAS.

Przebieg procesu zintegrowanego montażu

Drugim trendem w najbliższych latach będzie z pewnością dalsza optymalizacja robotów współpracujących pod kątem ich możliwości i zakresu współpracy z człowiekiem. Mimo że producenci od dawna dążą do stworzenia rozwiązania spełniającego wszystkie wymogi funkcjonalnego kobota, jak dotąd efekty ich prac są dalekie od doskonałości. Aby ją osiągnąć, konieczne jest opracowanie bardziej czułych układów sensorycznych i systemów sterowania robotem. Firmy, którym się to uda, mogą liczyć na ogromne profity. Potencjał wykorzystania kobotów w procesach montażowych jest bowiem ogromny, a bodźcem jego dalszego wzrostu będzie postępujące zróżnicowanie modeli poszczególnych produktów, a także rosnący popyt na wyroby dostosowane do potrzeb klienta. Do ich wytwarzania potrzebne są elastyczne, skalowalne, zautomatyzowane systemy montażowe i podawcze. Ich obsługa wymaga z kolei odpowiednich kwalifikacji, a tym samym stałego rozwoju kompetencji pracowników.

Montaż ręczny na czele peletonu

Przykładem dziedziny, w której rozwiązania bazujące na systemach zrobotyzowanych są szczególnie pożądane, jest montaż ręczny. Scyfryzowane i częściowo zautomatyzowane procesy manualnego montażu stwarzają bowiem możliwość wytwarzania produktów idealnie odpowiadających potrzebom klienta przy zachowaniu krótkich czasów cykli i niskich kosztów jednostkowych. Wyzwaniem w ich wdrożeniu było do niedawna zapewnienie płynnego i ustandaryzowanego przepływu danych między systemem ERP a halą produkcyjną. Wraz z przezwyciężeniem tej bariery praca monterów na stanowiskach montażu ręcznego, wspomagana przez zintegrowane systemy robotyczne, uległa istotnym zmianom.

UR3 – najmniejszy z rodziny robotów współpracujących Universal Robots

Wbrew powszechnym obawom w sektorze montażu współpraca człowieka i robota nie doprowadziła do redukcji miejsc pracy, a wręcz przeciwnie – umożliwiła ich utrzymanie dzięki obniżeniu kosztów pracy, które do tej pory stanowiły główną przesłankę przemawiającą za outsourcingiem montażu do krajów o niższych wynagrodzeniach. Co więcej, w sektorze IAS robotyzacja wkroczyła także do małych i średnich przedsiębiorstw, z reguły pozostających nieco z tyłu w zakresie wykorzystania nowoczesnych rozwiązań. W branży montażowej bowiem największą popularnością cieszą się małe roboty współpracujące uniwersalnego zastosowania, które jako jednostki tańsze od tradycyjnych robotów są dostępne także dla firm dysponujących mniejszym kapitałem, a dodatkowo zapewniają szybszy zwrot z inwestycji.

Świetlana przyszłość kobotów

Koboty uważane są za środek automatyki, który przyczyni się do zachowania dotychczasowych, a nawet przywracania zlikwidowanych miejsc pracy nie tylko w sektorze montażu. Ich wdrażanie sprzyja wzrostowi konkurencyjności przedsiębiorstw, co napędza kolejne inwestycje i dalszą automatyzację procesów produkcyjno-montażowych. Jak podkreślają jednak eksperci z Universal Robots, firmy będącej jednym z pionierów produkcji ramion robotycznych, w ostatecznym rozrachunku nie doprowadzi to do wyparcia człowieka z tych procesów. W koncepcji UR robot pozostaje bowiem użytecznym narzędziem, porównywalnym z młotkiem czy piłą, a jego wdrożenie stanowi szansę na optymalizację pracy na stanowisku roboczym i pełne wykorzystanie kreatywnego potencjału człowieka przez wyręczenie go w wykonywaniu monotonnych czynności.

Świetlana przyszłość kobotów wydaje się przesądzona, zwłaszcza że z roku na rok ich funkcjonalność w zakresie programowania i obsługi rośnie. Dziś są to często jednostki podłączane na zasadzie plug & play, wyposażone w przyjazne interfejsy umożliwiające proste programowanie i obsługę bez konieczności dodatkowych szkoleń. Łatwo też zintegrować je z różnymi narzędziami, co sprawia, że zakres ich potencjalnych zastosowań staje się niemal nieograniczony. Przykładem takiego inteligentnego pomocnika może być UR10 – największa jednostka z rodziny robotów współpracujących marki Universal Robots o maksymalnym udźwigu do 10 kg. Wyposażona w sensoryczną powłokę Airskin jest w stanie wykryć minimalny opór, dlatego świetnie sprawdzi się w pracach wymagających dużych prędkości przy zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa, np. przy montażu elektroniki.

Konkurencja nie śpi

Przykładem firmy specjalizującej się w produkcji małych robotów współpracujących jest również duński Mobile Industrial Robots (MIR) ze swoimi robotami MiR. Jego najnowsza jednostka MiR200 – mimo że stworzona z myślą o montażu komponentów elektronicznych – cechuje się wyjątkowo dużym udźwigiem do 200 kg, a w wykonaniu MiRHook200 – nawet do 500 kg.

Mobilny robot firmy Omron z funkcją generowania map trasy

Funkcje transportu komponentów z powodzeniem realizuje też nowy system robotyczny firmy Yaskawa. Producent zintegrował robota HC10 z chwytakiem i wkrętakiem automatycznym, tworząc funkcjonalnego kobota obsługiwanego z poziomu panelu dotykowego i wyposażonego dodatkowo w nową generację naciskowych mat bezpieczeństwa.

Z kolei firma Omron opracowała system automatycznego montażu składający się z jednostki robotycznej zintegrowanej z przenośnikiem. Autonomiczny system transportowy przejmuje wszystkie obowiązki związane z dostawą części, a zintegrowana nawigacja i sterowanie ruchem umożliwia sprawną realizację operacji montażowych. Robot został także dodatkowo wyposażony w funkcję generowania map ułatwiającą mu samodzielne dotarcie do wybranego celu.

Tych kilka przykładów dowodzi, że producenci dostrzegli potencjał drzemiący w branży montażu zintegrowanego i starają się jak najlepiej wykorzystać powstałą lukę rynkową, zanim segment ten w pełni się nasyci. Jest więc wysoce prawdopodobne, że liczba dostępnych na rynku modeli i wariantów kobotów będzie w kolejnych latach sukcesywnie się zwiększać, a tym samym wzrośnie stopień automatyzacji samego sektora IAS – także w Polsce.