Zašto industrijska robotika postaje nužnost u proizvodnji
Industrijska robotika nadišla je tradicionalnu ulogu povećanja brzine proizvodnje. Za mnoge proizvođače sada postaje dio osnovne infrastrukture potrebne za održavanje produktivnosti, kvalitete i kontinuiteta poslovanja.
Promjenu istodobno potiče nekoliko pritisaka. Nedostatak radne snage, rast operativnih troškova, stroži zahtjevi kvalitete, kraća očekivana vremena isporuke i sve veća raznolikost proizvoda prisiljavaju proizvođače da preispitaju način organizacije proizvodnog rada.
Smatram da najvažnija promjena nije samo u tome što roboti postaju sposobniji. Stvarna je promjena u tome što proizvođači automatizaciju počinju promatrati kao dugoročnu operativnu strategiju, a ne kao izolirano ulaganje u opremu.
Robotika i otpornost proizvodnje
Nedavni globalni poremećaji pokazali su važnu slabost proizvodnih okruženja s velikim udjelom ručnog rada. Kada radnici nisu mogli ući u tvornice ili se broj zaposlenih naglo promijenio, proizvodni kapacitet mogao je gotovo odmah pasti.
Automatizirana oprema ne može ukloniti svaki operativni rizik, ali može smanjiti ovisnost o stalnoj prisutnosti ljudi pri ponavljajućim proizvodnim zadacima. Roboti mogu nastaviti unaprijed definirane operacije u više smjena, dok operateri i inženjeri daljinski nadziru proizvodnju.
To ne znači da su automatizirane tvornice imune na poremećaje. Senzori mogu otkazati, upravljački sustavi mogu prestati raditi, mreže mogu izgubiti komunikaciju, a mehaničke komponente zahtijevaju održavanje. Međutim, pravilno projektiran sustav automatizacije može olakšati otkrivanje, dijagnosticiranje i otklanjanje proizvodnih poremećaja.
Europa pokazuje različite putove robotizacije
Europska proizvodnja pruža koristan primjer načina na koji se primjena robotike razlikuje među industrijama i regijama. Automobilska proizvodnja i dalje je jedan od najvećih korisnika industrijskih robota jer proizvodnja vozila zahtijeva ponovljivo kretanje, kontrolirane procese, velik proizvodni kapacitet i ujednačenu kvalitetu.
Proizvodnja elektronike ima slične zahtjeve, iako su izazovi automatizacije drukčiji. Male komponente, osjetljivi materijali, česte promjene proizvoda i strogi zahtjevi inspekcije stvaraju potrebu za preciznim upravljanjem kretanjem i strojnim vidom.
Zemlje s razvijenim ekosustavima automatizacije također imaju koristi od lokalnih integratora sustava, distributera, inženjerskih tvrtki i stručnjaka za održavanje. Ta je prateća infrastruktura često jednako važna kao i sam robot.
Robot instaliran bez odgovarajućih integracijskih kapaciteta, podrške za rezervne dijelove, znanja programiranja i resursa za održavanje može postati skupi samostalni stroj, a ne produktivna proizvodna imovina.
Glavni ekonomski pokretači robotizacije
Rijetko postoji samo jedan razlog za uvođenje robotike. Većina uspješnih projekata objedinjuje nekoliko poslovnih i tehničkih zahtjeva.
Proizvođači obično razmatraju dostupnost radne snage, obujam proizvodnje, vrijeme ciklusa, kvalitetu proizvoda, sigurnost na radnom mjestu, otpad materijala, iskorištenost strojeva i očekivani povrat ulaganja.
Zato odabir robota nikada ne bi trebao započeti pitanjem: „Koji bismo robot trebali kupiti?” Bolje je pitanje: „Koje proizvodno ograničenje pokušavamo ukloniti?”
Ta razlika može znatno poboljšati odluke o automatizaciji.
Niži troškovi prerade i veći proizvodni učinak
Roboti mogu smanjiti troškove prerade kada zamijene ponavljajuće ručne postupke ili omoguće postojećoj proizvodnoj opremi učinkovitiji rad.
Robotska ćelija može održavati definirano vrijeme ciklusa tijekom dugih proizvodnih razdoblja bez varijacija povezanih s umorom. Kada je pravilno integrirana, može i koordinirati rukovanje materijalom, punjenje stroja, inspekciju i pražnjenje unutar istog proizvodnog slijeda.
Financijska korist, međutim, uvelike ovisi o iskorištenosti.
Robot koji radi jednu smjenu dnevno može ostvariti znatno drugačiji povrat ulaganja od jednakovrijednog sustava koji neprekidno radi u više smjena. Stoga bi izračuni ulaganja trebali uzeti u obzir stvarnu iskorištenost, a ne se oslanjati samo na nabavnu cijenu robota.
Produktivnost je više od brzine robota
Brzina robota često se naglašava pri odabiru opreme, ali sama brzina ne određuje proizvodni učinak.
Brzi robot povezan sa sporim postupkom strojne obrade, loše projektiranim protokom materijala ili neučinkovitom inspekcijskom stanicom neće automatski stvoriti bržu tvornicu.
Važan je cijeli proizvodni ciklus.
Proizvođači bi trebali procijeniti kretanje robota, vrijeme odziva stroja, promjene alata, utovar i istovar, inspekciju, komunikaciju, intervenciju operatera i oporavak od kvarova. U mnogim primjenama najveće povećanje produktivnosti proizlazi iz uklanjanja vremena čekanja, a ne iz povećanja ubrzanja robota.
Moderni roboti postaju sve fleksibilniji
Industrijski roboti znatno su se razvili izvan fiksnih ponavljajućih pokreta.
Suvremeni sustavi mogu rukovati različitim nosivostima, upotrebljavati više alata na kraju robotske ruke, razmjenjivati proizvodne recepte, komunicirati s upravljačkim sustavima i reagirati na informacije senzora. Zbog toga je robotika sve prikladnija za proizvodna okruženja u kojima se varijante proizvoda redovito mijenjaju.
Fleksibilna automatizacija osobito je vrijedna proizvođačima koji ne mogu opravdati namjensku proizvodnu liniju za svaki proizvod.
Programibilna robotska ćelija potencijalno može podržavati više operacija uz promjene alata, softvera, naprava i proizvodnih parametara. To ne uklanja potrebu za inženjerskim radom, ali može smanjiti fizičko preuređivanje potrebno kada se proizvodni zahtjevi promijene.
Strojni vid dodaje novu razinu prilagodljivosti
Strojni vid jedna je od tehnologija koja je promijenila praktične mogućnosti industrijskih robota.
Tradicionalni robotski sustavi često ovise o pažljivo pozicioniranim izratcima. Sustavi strojnog vida robotu omogućuju dobivanje informacija o lokaciji, orijentaciji, dimenzijama, stanju površine ili identifikaciji objekta.
To omogućuje primjene kao što su robotsko preuzimanje, provjera sklapanja, inspekcija nedostataka, provjera pakiranja, označavanje, praćenje i razvrstavanje.
Važno je shvatiti da vid robotu ne daje samo „oči”. On stvara povratnu vezu između fizičkog proizvodnog okruženja i upravljačkog sustava.
Takve povratne informacije mogu robotske operacije učiniti znatno fleksibilnijima.
Umjetna inteligencija proširuje donošenje odluka robota
Umjetna inteligencija ulazi i u industrijsku robotiku, osobito u područja percepcije, inspekcije, klasifikacije, optimizacije i analize procesa.
Sustavi temeljeni na umjetnoj inteligenciji mogu pomoći u prepoznavanju vizualnih obrazaca koje je teško definirati tradicionalnim metodama inspekcije temeljenima na pravilima. Također mogu podržati analizu proizvodnje prepoznavanjem odnosa između procesnih parametara i rezultata kvalitete.
Međutim, umjetnu inteligenciju ne treba smatrati zamjenom za konvencionalno industrijsko upravljanje.
PLC logika, sigurnosni sustavi, kontroleri gibanja, međusklopke, deterministička komunikacija i ustaljene inženjerske prakse i dalje su temeljni. Umjetna inteligencija najkorisnija je kada dodaje inteligenciju pravilno projektiranoj upravljačkoj arhitekturi, a ne kada pokušava zamijeniti samu arhitekturu.
Koboti proširuju granice automatizacije
Kolaborativni roboti uveli su još jedan pristup industrijskoj automatizaciji.
Umjesto da svaku robotsku primjenu postave iza konvencionalne zaštitne ograde, koboti su osmišljeni za primjene u kojima se ljudske i robotske aktivnosti mogu koordinirati pod definiranim sigurnosnim uvjetima.
Tipične primjene uključuju posluživanje strojeva, montažu, pakiranje, inspekciju i rukovanje materijalom.
Njihova najveća prednost nije nužno u tome što mogu zamijeniti tradicionalne industrijske robote. Umjesto toga, mogu ponuditi mogućnost automatizacije procesa kod kojih je konvencionalne robotske ćelije teško opravdati zbog prostora, obujma proizvodnje ili varijacija proizvoda.
Procjena sigurnosti i dalje je obavezna. Kolaborativni robot nije automatski siguran samo zato što se oglašava kao kolaborativni.
Integracija je postala važan konkurentski čimbenik
Suvremeni projekti automatizacije sve više ovise o integraciji, a ne o performansama pojedinačnog hardvera.
Roboti moraju komunicirati s PLC-ovima, sigurnosnim upravljačima, HMI-jima, pogonima, vizijskim sustavima, senzorima, sustavima za izvršavanje proizvodnje i mrežama pogona. Kvaliteta tih sučelja izravno utječe na vrijeme puštanja u rad i dugoročnu održivost.
Standardizirani protokoli industrijske komunikacije, modularne upravljačke arhitekture, alati za simulaciju i poboljšana programska okruženja olakšali su integraciju u odnosu na prethodne generacije.
Ipak, inženjerska disciplina i dalje je ključna. Loš dizajn mreže, nejasne strukture signala, neadekvatna dijagnostika i nedokumentirani softver mogu nakon puštanja u rad stvoriti značajne probleme.
Automatizacija u postojećim pogonima često je praktičnija od automatizacije u novim pogonima
Proizvođači ne moraju uvijek izgraditi potpuno novu proizvodnu liniju kako bi imali koristi od robotike.
Mnoge tvornice i dalje koriste PLC-ove, pogone, robote, senzore i proizvodnu opremu koji rade više od deset godina. Zamjena svega odjednom može stvoriti nepotreban tehnički i financijski rizik.
Praktičniji je pristup često prepoznati jedan proces s jasnim problemom produktivnosti ili kvalitete te automatizirati tu operaciju uz očuvanje postojeće opreme koja je još korisna.
Ovaj pristup proizvođačima omogućuje da procijene stvarne rezultate prije proširenja projekta.
Prema mom iskustvu, fazna automatizacija često je održivija jer svaki projekt stvara operativno znanje koje se može primijeniti na sljedeći.
Nedostatak radne snage mijenja pristup automatizaciji
Dostupnost radne snage postala je jedan od najsnažnijih argumenata za industrijsku automatizaciju.
Proizvođači se sve teže suočavaju s pronalaskom ljudi za ponavljajuća, fizički zahtjevna, opasna ili visoko specijalizirana proizvodna radna mjesta. Obuka novih zaposlenika također zahtijeva vrijeme, nadzor i resurse.
Robotika može preuzeti odgovornost za ponavljajuće operacije, dok se zaposlenici usmjeravaju na aktivnosti veće vrijednosti, poput programiranja, održavanja, upravljanja kvalitetom, procesnog inženjerstva i nadzora proizvodnje.
To predstavlja važnu razliku: automatizacija ne uklanja nužno ljudski rad. Ona mijenja područje u kojem se primjenjuje ljudsko znanje.
Tvornice koje uspješno uvode automatizaciju stoga moraju istodobno ulagati u tehnička znanja i strojeve.
Sigurnost i dosljednost ne mogu se odvojiti od automatizacije
Robotika može smanjiti izloženost opasnim operacijama koje uključuju toplinu, kemikalije, teške materijale, ponavljajuće pokrete ili druge rizike na radnom mjestu.
Također mogu osigurati dosljednije izvođenje unaprijed definiranih operacija.
Međutim, automatizacija donosi i vlastite opasnosti. Neočekivano kretanje, pohranjena mehanička energija, softverske pogreške, kvarovi senzora, neispravna konfiguracija i pogreške pri održavanju mogu stvoriti sigurnosne rizike.
Industrijski robotski sustavi stoga zahtijevaju odgovarajuće zaštitne ograde, sigurnosne upravljačke funkcije, procjenu rizika, zaustavljanje u nuždi, međusobno blokiranje, postupke održavanja i obuku operatera.
Robot sam po sebi nije sigurnosno rješenje. Sigurnost proizlazi iz cjelovitog dizajna sustava.
Financijska analiza mora obuhvatiti više od ušteda na radu
Povrat ulaganja često se izračunava na temelju smanjenja troškova rada, ali to prikazuje samo dio slike.
Realistična poslovna analiza trebala bi uzeti u obzir i proizvodni kapacitet, smanjenje količine otpada, poboljšanje kvalitete, iskorištenost strojeva, zastoje, održavanje, potrošnju energije, alate, troškove integracije, obuku i očekivani vijek trajanja opreme.
Broj proizvodnih smjena posebno je važan. Robotski sustav koji radi neprekidno može imati znatno drukčiju ekonomsku isplativost od sustava koji se koristi samo povremeno.
Proizvođači bi također trebali izračunati trošak nečinjenja. Ako se dostupnost radne snage nastavi smanjivati ili zahtjevi kupaca za kvalitetom postanu stroži, održavanje postojećeg procesa može postati skuplje od automatizacije.
Mali proizvođači mogu početi s ciljanim projektima
Robotika više nije ograničena na velike automobilske tvornice.
Manji proizvođači mogu započeti s jasno definiranim primjenama kao što su paletizacija, pakiranje, zavarivanje, posluživanje strojeva, operacije preuzimanja i postavljanja, inspekcija, označivanje ili rukovanje materijalom.
Najbolji prvi projekt obično nije tehnološki najimpresivniji. To je proces s mjerljivim problemom i predvidljivom mogućnošću automatizacije.
Uspješan pilot-projekt trebao bi utvrditi mjerljive vrijednosti kao što su vrijeme ciklusa, broj radnih sati, stopa neispravnosti, iskorištenost opreme, vrijeme zastoja i zahtjevi održavanja.
Kada ti rezultati budu dostupni, uprava će moći donijeti sljedeću odluku o ulaganju na temelju operativnih podataka, a ne pretpostavki.
Što očekujem od sljedeće faze industrijske robotike
Sljedeći veliki razvoj neće se jednostavno odnositi na brže robote. Riječ je o bolje povezanim robotskim sustavima koji objedinjuju upravljanje kretanjem, strojni vid, industrijsko umrežavanje, analitiku i sve sposobniji softver.
Roboti će se sve više integrirati u širu arhitekturu automatizacije, umjesto da funkcioniraju kao izolirani proizvodni strojevi.
To će također povećati važnost kibernetičke sigurnosti, podatkovne arhitekture, standardiziranih sučelja, dijagnostike i inženjerstva životnog ciklusa. Kako sve više robotske opreme bude povezano s mrežama pogona, proizvođači će robotiku morati tretirati kao dio svoje industrijske digitalne infrastrukture.
Od konkurentske prednosti do nužnosti u proizvodnji
Industrijska se robotika postupno mijenja iz neobveznog ulaganja u produktivnost u strateški zahtjev za mnoge proizvođače.
Najjače opravdanje nije u tome što roboti mogu zamijeniti ljude ili raditi brže. Snažniji je argument da automatizacija proizvođačima može pružiti veću kontrolu nad proizvodnim kapacitetom, kvalitetom, ponovljivošću, sigurnošću i kontinuitetom poslovanja.
Tvrtke koje će najvjerojatnije imati koristi neće nužno biti one koje kupe najveći broj robota. To će biti tvrtke koje prepoznaju prave procese, pravilno integriraju opremu, osposobe svoju radnu snagu, mjere rezultate i neprestano poboljšavaju arhitekturu automatizacije.
Buduća tvornica stoga se neće definirati brojem robota u proizvodnom pogonu. Definirat će se time koliko učinkovito ti roboti surađuju s ljudima, strojevima, upravljačkim sustavima, podacima i inženjerskim procesima.
