Így „neveld” a robotod

Ember-robot együttműködési lehetőségek az ipari részegységek összeszerelésében

2019. augusztus 22., csütörtök, 06:00

Címkék: ember-robot együttműködés ipari robot kollaboratív robot megfogó összeszerelés robot robotika Schunk

A szakemberhiány és a piaci verseny a hazai üzemeket is arra kényszeríti, hogy automatizálják az összeszerelési folyamatokat. A teljes körű automatizálás azonban költséges, és nem minden esetben megtérülő beruházás, ezért gyakran inkább az ember-robot együttműködés kerül előtérbe, amelynek sikere sok „apró”, de fontos részleten múlik. Többek között a megfogókon.

Az ipari részegységek összeszerelése a fejlett ipari országokban régóta az egyik fontos terepe, egyben húzóereje volt a robotikának, és általánosságban az automatizálásnak is. Ennek a hátterében értelemszerűen az áll, hogy az összeszerelés egyrészt monoton munka, másrészt a selejtgyártás elkerülése, illetve a vevői elvárásoknak való megfelelés érdekében nagy pontosságú és hibamentes folyamatokra volt és van szükség. Ehhez társul az, amit a nyugat-európai, japán vagy amerikai gyártók már évtizedek óta tudnak: a költséges humán munkaerőt bizonyos műveletek esetében érdemes automatizált megoldásokkal kiváltani, de legalábbis támogatni. Ez volt tehát az egyik hajtóereje az összeszerelés területén a különféle mechatronikai megoldásoknak, amelyeknek fontos részét képezik a megfogók, illetve a megfogórendszerek. A német SCHUNK, mint a befogási technológiák és megfogórendszerek egyik vezető gyártója, 1983-ban vezette be a piacra a világ első szabványosított ipari megfogórendszerét „ipari kéz” néven. Ez a megoldás szolgált a megfogórendszerek napjainkban is tartó, gyors ütemű fejlődésének kiindulópontjaként. A megfogási megoldások evolúciójának egyik fontos területe, illetve iránya az úgynevezett ember-robot együttműködési (HRC) rendszerek kialakítása és kiszolgálása.

Amíg az operátor összeszereli a megfogószerkezetet, addig – azaz a kézi szereléssel párhuzamosan – a robot más feladatokat végezhet, így például az alkatrészek adagolását vagy éppen a komponensek sorjázását

Nem csak beszélnek róla

A SCHUNK több mint 35 év óta gyárt olyan megfogókat és megfogórendszereket, amelyek robotkarokra installálva vagy más automatizált rendszerek részeként az összeszerelési műveleteket is rendkívül hatékonnyá teszik. Nem véletlen, hogy a német gyártó szakemberei arra biztatják a partnereket és a potenciális felhasználókat, hogy legyenek nyitottak az ember-robot együttműködésen alapuló rendszerek alkalmazása kapcsán. Például azért, mert ezek a „félautomata” megoldások egyszerre növelhetik a produktivitást és a munkabiztonságot, miközben az egyre égetőbb munkaerőhiányból fakadó problémákat is enyhítik. A SCHUNK azonban nemcsak beszél a lehetőségekről, hanem saját gyártási tevékenységében is bátran alkalmaz HRC-rendszereket. Sőt az ezek kapcsán szerzett tapasztalatait szívesen meg is osztja.

HRC-rendszer „SCHUNK módra”

A korszerű megfogórendszerek gyártása területén éppen az a trend érvényesül, mint amely számos más iparágban: egy adott terméknek számos variánsát állítják elő azért, hogy azok megfeleljenek az eltérő felhasználói elvárásoknak, illetve specifikumoknak. A szériatermékek „testre szabása” természetesen munkaintenzívebb feladat, mint egyetlen típus sorozatgyártása. A gyártók – köztük a SCHUNK is – a termékek „egyediesítését” manuális összeszereléssel oldotta meg. Az emberi munka azonban egyre költségesebb, illetve a megfelelően képzett humán erőforrás biztosítása is mind nehezebb – már csak azért is, mert monoton, és nemegyszer jelentős fizikai terheléssel járó munkavégzésről van szó. Márpedig a munkaerőpiacon az ilyen pozíciók kevésbé népszerűek. A kézi összeszerelés ráadásul – még a legszigorúbb kontroll és elővigyázatosság mellett is – magában hordozza a sérülés veszélyét. Mindezt természetesen a SCHUNK menedzsmentje is pontosan látta, éppen ezért a SCHUNK Smart Factory, azaz „Okos Gyár” program keretében az ember-robot együttműködés, tehát a HRC kiemelt területté vált. A német vállalat célja az, hogy növeljék a gyártás rugalmasságát, ezzel párhuzamosan pedig csökkentsék a dolgozók munkájának monotonitását, valamint a kézi összeszerelés legyártott egységre eső költségét (cost per item), nem utolsósorban pedig fejlesszék a munkahelyi ergonómiát.

Egyes iparágakban, így például az elektronikai iparban, a gyógyszeriparban vagy éppen a járműgyártásban bizonyos gyártási folyamatokat vagy műveleteket teljeskörűen automatizálnak. Ahhoz azonban, hogy a teljes körű automatizálás megtérülő beruházássá váljon, egyszerre számos feltételnek kell teljesülnie. Akár egyetlen meghatározó tényező hiánya is elegendő ahhoz, hogy egy „full” automatizálási projekt értelmét veszítse. Nem véletlen, hogy a részleges automatizálás, és főként az ember-robot együttműködésre épülő megoldások egyre nagyobb teret hódítanak az iparban – már a magyarországi kkv-k körében is. Az ilyen rendszerek beruházási igénye lényegesen kisebb, mint a teljeskörűen automatizáltaké, ráadásul rugalmasabb alkalmazást tesznek lehetővé, hiszen rövid idő alatt egy másik feladat elvégzésére is átállíthatók a HRC-rendszerek. Ugyanez például egy egyedileg fejlesztett full automata gyártósorról már nem feltétlenül mondható el. A HRC-megoldások egyesítik az emberi munkavégzés és a robotos alkalmazások erősségeit, előnyeit. A szinergia révén többek között csökken a dolgozókra nehezedő stressz, illetve a munkahelyi baleseteknek való kitettség, kevésbé lesz monoton a munka, javul az ergonómia, illetve – mert például a nagyobb súlyok emelését robotokra lehet bízni – idősebbek és hölgy kollégák is „bevethetők” olyan munkakörökben, amelyekben erre korábban nem volt lehetőség. Az ember-robot együttműködés mindemellett a gyártási logisztika hatékonyságát is nagymértékben képes növelni. Ezeket az előnyöket látva a SCHUNK-nál is a HRC-rendszerek alkalmazása mellett döntöttek.

Amint a dolgozó befejez egy összeszerelési feladatot, egyetlen érintéssel jelzi ezt a robotnak, a robot pedig felveszi az elkészült komponenst

Elemezz, értékelj, azután dönts

A projekt indítása előtt a SCHUNK-csapat alapos elemezést készített arról, hogy egy adott HRC-alkalmazás bevezetéséhez milyen változásokat kell végrehajtani a gyártási-összeszerelési folyamatokban. Jól látszott, hogy meg kell teremteni az érintett munkaterületeken a szabványos működés technikai előfeltételeit, erre alapozva pedig az újfajta, azaz ember-robot együttműködés megfelelő jogi környezetét is ki kell alakítani. Emellett az is fontos volt, hogy a dolgozókkal elfogadtassák azt, hogy a robotok gyakorlatilag „munkatársaikká” válnak.

A következő lépésben a SCHUNK szakemberei áttekintették a munkafolyamatokat, és azonosították, illetve kiválasztották azokat, amelyek alkalmasak lehetnek arra, hogy ember-robot együttműködésnek adjanak teret. Az értékelési kritériumok közé tartozott az, hogy a teljes folyamatláncban milyen programozási, illetve integrációs erőfeszítésekre van szükség, továbbá az is, hogy a kockázatelemzés ellenőrizhető legyen. Ugyanakkor előnyben részesítették azokat a feladatokat, amelyek kevésbé komplexek.

Végül az összeszerelési folyamatlánc azon állomásait választották ki HRC-megoldások bevezetésére, amelyek esetében jelentős mértékben fejleszthetőnek tűnt a munkahelyi ergonómia, illetve csökkenthető volt a dolgozók monotonitás miatti mentális terhelése, valamint az ember-robot együttműködési idők rövidnek, a beavatkozások igénye pedig alacsonynak mutatkozott. A munkahelyek kiválasztásában egy másik kulcsfontosságú tényező az volt, hogy a robotok és a dolgozók „erősségei” élesen elváljanak egymástól, magyarul meg lehessen különböztetni azt, hogy az adott részfolyamatban mi az ember és mi a robot dolga. Erre azért volt és van szükség, mert ha a dolgozó érzi, hogy az ő munkájára, képességeire szükség van egy munkafázisban, akkor a robot jelenlétét is jobban elfogadja, és a gépet segítő társnak, nem pedig „ellenfélnek” tekinti. A kísérleti projektbe pedig eleve olyan operátor munkatársakat vontak be, akik megfelelő technikai affinitással rendelkeztek, nem mellékesen pedig előremutatóan kíváncsiak voltak, azaz kifejezetten pozitív kihívásként tekintettek a robotokkal való együttműködésre.

Ki mit tud?

Az egyik ember-robot együttműködésre kiválasztott gyártási folyamat a megfogók előszerelése lett. Ennél az alkalmazásnál egy 7 tengelyes, „lightweight”, azaz egy könnyen installálható, és csekélyebb súlyának is köszönhetően könnyen mobilizálható KUKA LBR iiwa 7 R800 robotot állítottak üzembe. A robotkar szabványos (DIN ISO 9409-1-A-50) adapterére egy módosított, fekete-fehér ipari kamerával integrált SCHUNK Co-act EGP megfogót csatlakoztattak. A robot – a robotkarvégi megfogóval – egy univerzális ipari szállítókonténerből különféle alapházakat vesz ki, és azokat az összeszerelést végző dolgozónak adja át. Az alapházak pozícióját a robotkarra integrált kamera ismeri fel, a detektált helyinformációkat pedig korrekciós jelekként továbbítja a robotnak. A munkadarab-megfogó belső felületét a megfogandó munkadarab formájához igazították. A megfogó szorítóerejét 140 N-ban maximalizálták, hogy ne sérthesse meg a munkadarabot. A különböző munkadarabok méretkülönbségeit a kamera és a képértékelő rendszer segítségével ismerik fel, a rendszer pedig kiválasztja az összeszerelési folyamathoz aktuálisan szükséges munkadarabot, végül beállítják a folyamatparamétereket.

A monoton és eddig kizárólag manuálisan végrehajtott részfeladatok közé tartozik a csavarkészlet becsavarozása, a megfogó sűrítettlevegő-csatlakozóinak zárása, valamint a csavartömítő folyadék maradványainak eltávolítása. Ezeket a műveleteket – egy következő lépésben – szintén automatizálták, ezáltal az összeszerelést végző munkatársak éppen az általuk kifejezetten nem kedvelt munkafolyamatoktól „szabadultak meg”, és az esetleges munkahelyi balesetek esélye is jelentősen csökkent. A nyers munkadarab összeszerelő munkahelyen történő átvétele és az összeszerelési folyamat zárása közötti folyamatba olyan új műveleteket is beiktattak, amelyeket leghatékonyabban a dolgozók képesek elvégezni. Ilyen például a rugóelemek és a tömítőgyűrűk beillesztése, az első érintési funkcionális teszt elvégzése, valamint a további egyedi részegységek beépítése a gyártás alatt álló megfogóba. Ezen műveletek elvégzése során gyakran adódnak olyan egyedi helyzetek, amelyekhez igazodni kell – márpedig ez az emberi munkaerő erőssége.

A SCHUNK Co-act EGP-C a világ első ipari megfogója, amelyet a Német Szociális Baleset-biztosító jóváhagyott ember-robot együttműködési műveletekhez, ezáltal érvényes baleset-biztosítás is köthető az olyan tevékenységekre, valamint személyekre, amelyeknél, illetve akik ezzel az eszközzel dolgoznak

Az első találkozás döntő lehet

Annak érdekében, hogy az ember-robot együttműködésre alapozott munkahelyek, munkaállomások felszerelései, munkaeszközei megfeleljenek a vonatkozó szabványoknak, a SCHUNK-nál előzetes kockázatelemzéseket és az adott munkatérre vonatkozó biztonsági elemzéseket készítettek. Mindemellett a Német Szociális Baleset-biztosító (DGUV) auditja, valamint munkabiztonsági mérések alkalmával egyaránt ellenőrizték, hogy egy ütközés, vagyis ember-robot „találkozás” emberi szervezetre, egészségre gyakorolt hatása az előírások szerinti határértékeken belül marad-e. Az is lényeges, hogy a HRC-s munkahelyeken dolgozók rendszeres robotikai, valamint munkabiztonsági képzésben részesülnek. A SCHUNK-nál arra is figyelmet fordítanak, hogy mérjék a HRC-s munkaterületeken dolgozók elégedettségét, és kikérik a munkatársak véleményét a robotos alkalmazásokkal kapcsolatban. A felmérések eredményéből többek között az is kiolvasható, hogy az üzemi operátorok számára egy robottal való első „találkozás”, azaz az első közös munka meghatározó, és a robot megjelenése, illetve a szubjektív biztonságérzet is fontos tényező.

A SCHUNK szerint

A SCHUNK-nál az eddigi alkalmazási tapasztalatok azt mutatják, hogy a HRC-megoldásokkal dolgozó munkatársaknak már a kezdetektől fogva meg kell tapasztalniuk azt, hogy megfelelő idő áll rendelkezésükre az ember-robot együttműködésen alapuló munkafolyamatok elsajátítására, ráadásul lehetőségük van a munkafolyamatok definiálására, és azt is, hogy az előírásoknak megfelelő biztonsági rendszereknek köszönhetően nincsenek veszélyben. A kezdeti tapasztalatokból az is jól látszott, hogy egy túl gyorsra programozott vagy a dolgozót – például gyakori hibaüzenetekkel – irritáló robotműködés ellenérzést válthat ki az üzemi munkatársak körében, és ez gátat szabhat a további gyártásautomatizálási törekvéseknek. Éppen ezért egy HRC-alkalmazás sikeres bevezetésének egyik döntő tényezője az, hogy az ember minden esetben maga határozhassa meg tempót az adott összeszerelő munkahelyen. Másképpen: soha ne a robot diktálja az ütemet és irányítsa a dolgozók munkáját. Ennek ugyanis éppen fordítva kell lennie, azaz az ember diktálja a tempót. Szintén nagyban felgyorsíthatja egy ember-robot alkalmazás bevezetését, illetve segítheti elfogadottságát, ha a dolgozói szakmai érdekképviseleteket már a projekt kezdetétől bevonják a közös munkába.

A HRC-projektek gazdasági-pénzügyi tervezésekor és értékelésekor a SCHUNK az azonnali és közvetlen ráfordításokon túl más tényezőket is figyelembe vett, így például azt, hogy:

  • a gyártás rugalmasabbá tehető a többgépes üzemmód révén;
  • a munkadarab-adagolás költségeinek csökkentésével jelentősen növelhető a teljes gyártási tevékenység költséghatékonysága;
  • a rendszer üzemképességét növelni lehet azzal, ha egy felmerülő probléma kapcsán adott a lehetőség a gyors válaszadásra és a beavatkozásra.

www.schunk.hu


 

Pozitív „mellékhatások”

A SCHUNK által kialakított HRC-s munkahelyeken a további előnyöket olyan részleges automatizálási megoldásokkal érték el, amelyek révén a dolgozók tevékenységi köre kiszélesedett, illetve amelyeknek köszönhetően komissiózási vagy éppen felügyeleti műveleteket lehetett gépesíteni. Mindez a folyamatok minőségében érezhető fejlődést eredményezett.

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Austria transfers

Média Partnerek