Výroba a jej pokrok v 21. storočí

Úloha človeka vo výrobe

Úplná automatizácia ľudských úloh vo výrobnom závode je snom každého výrobného inžiniera. Predstava robota, ktorý vykonáva všetku prácu vo dne v noci, je lákavým snom. Avšak tento sen narúšajú náklady na úplnú automatizáciu závodu, pričom pravidlo je 80/20, teda 80 percent automatizácie a 20 percent manuálnej práce. Dôvodom je, že náklady na automatizáciu posledných 20 percent sú výrazne vyššie ako prvých 80 percent. To môže zahŕňať aj úlohy ako automatické vymieňanie balení, ale aj samoopravné mechanizmy, synchronizovanie jednotlivých prostriedkov a podobne.

Spolupráca robot – človek

Aj keď roboty v budúcnosti vykonajú veľkú časť práce, ktorú dnes a v minulosti vykonávali ľudia, stále je veľká potreba ľudskej práce. Dôvodom je najmä to, že je ťažké nahradiť ľudskú kreativitu. S úplnou automatizáciou výrobných procesov sú spojené aj obrovské náklady. Roboty nenahrádzajú ľudí, ale dopĺňajú ich tým, že preberajú ťažkú, únavnú a stresujúcu prácu. Ľudia sa tak môžu plne sústrediť na vykonávanie kreatívnejších a zmysluplnejších úloh. Táto spolupráca prispieva k efektívnejšiemu procesu a lepšej kvalite výrobkov.

Autonomous Robots Special Issue | Interactive Robotics Laboratory — Spolupráca robot – človek s UR5 od Universal Robots

Dôvody pre inováciu

Výroba napreduje vďaka inováciám z rôznych dôvodov. Či už sú to konkurenčné „preteky“, alebo snaha inovovať produkciu a dosiahnuť pritom úsporu. Do budúcna jednými z najčastejších dôvodov budú napríklad:

Flexibilná výroba

Súčasné statické výrobné linky, kde sa vyrába veľa rovnakých výrobkov, pravdepodobne nahradí viac prispôsobená výroba, kde sa bude vyrábať menej a rôznych výrobkov. To si vyžaduje mobilné a kolaboratívne roboty, ktoré sa dokážu prepravovať po celej továrni. Táto flexibilná a prispôsobená výroba sa označuje ako rekonfigurovateľná výroba.

Dopyt zákazníkov

Jedná sa o prístup viac orientovaný na zákazníka a jeho požiadavky. Pre malé a stredné podniky by mohlo byť problémom zabezpečiť takéto flexibilné nastavenie výroby. Zákazníci budú tiež náročnejší v podobe toho, že budú chcieť výrobok rýchlejšie a často lacnejšie. Priemysel preto musí vyrábať nové výrobky stále rýchlejšie. Schopnosť rýchlo reštrukturalizovať výrobu bude preto na trhu zajtrajška absolútne kľúčová.

výroba — Výroba a jej automatizácia cobotom

Príklad inovácie – paletizácia cobotom

Riešením tohto problému by mohlo byť používanie robotov a cobotov na ťažké, opakujúce sa úlohy, pričom ľudia by mohli buď obsluhovať robota, alebo presunúť svoju pozornosť na iné, dôležitejšie úlohy. Paletovanie pomocou kolaboratívnych robotov je skvelým príkladom využitia tejto stratégie. Túto úlohu môže ľahko vyriešiť cobot len v niekoľkých krokoch, pričom použitím cobota na túto operáciu môžete uvoľniť ľudské zdroje na iné úlohy a zároveň zachovať alebo dokonca zvýšiť výrobu. Keďže cobot nevyžaduje veľa miesta ani veľké počiatočné investície, je skvelým riešením pre stredné a veľké podniky.
Príkladom tohto je aj naše riešenie paletizácie Cobot PalCo so softvérom Pally od RocketFarm – nájdete na našom webe.

Ktorá technológia sa stane najdôležitejšou?

Umelá inteligencia bude hrať dôležitú úlohu v závodoch budúcnosti. Tá pomôže robotom odhaliť chyby v kvalite v pokročilom plánovacom softvéri, ktorý dokáže predvídať poruchy strojov a navrhovať úpravy vo výrobe, napríklad na základe meškania alebo úpravy cien surovín. Umelú inteligenciu poznáme už teraz, kde svoje uplatnenie nachádza predovšetkým pri kamerových systémoch a kontrole kvality, aspektu, alebo profilu dielu, kde vďaka algoritmom dokáže systém analyzovať snímaný objekt v rôznych spektrách a zachytiť tak chybu. Umelá inteligencia však dokáže toho budúcnosti ponúknuť oveľa viac.

Deep Learning For Factory Automation – Metrology and Quality News - Online Magazine — Machine vision s využitím AI

Industry 5.0

Štvrtá priemyselná revolúcia nám zanechala spôsob, ako maximalizovať zisk znížením nákladov a zvýšením výroby. Všetky nástroje sú mimoriadne dostupné, ako napríklad „internet of things“, cloudové výpočty, inteligentné senzory atď. zákazníci sú spokojní a vracajú sa po ďalšie vďaka personalizácii a pohlcujúcim funkciám. Napriek tomu sa vynárajú otázky týkajúce sa nerovnováhy medzi strojmi a ľuďmi. Priemysel 5.0 sa zaoberá týmito otázkami a jeho cieľom je vytvoriť symbiotický vzťah medzi ľuďmi a robotmi pri ich vzájomnej kolaborácii vo výrobe. Možno si poviete – my sme to ešte nedotiahli ani k Industry 4.0 – nebojte sa, nie ste jediní, no akonáhle sa proces inovácií začne aj u Vás (a bude sa musieť začať), už to pôjde ľahko 🙂

Kráčanie s dobou

Priemysel 4.0(5.0) prichádza. Pevne veríme, že kolaboratívne roboty budú neoddeliteľnou súčasťou budúcnosti vďaka flexibilite, schopnosti pracovať vedľa človeka a veľkému potenciálu. Veľké korporácie, ktoré spájajú svoje aktíva, vytvárajú ďalší tlak na malé a stredné podniky. To sťažuje získanie konkurenčnej výhody na trhu orientovanom na vysokú rýchlosť výroby s náročnými zákazníkmi. Aby sa vyhli likvidácii, menšie organizácie v súčasnosti automatizujú svoje výrobné linky pomocou kolaboratívnych robotov a pracujú na symbiotickom vzťahu medzi ľuďmi a robotmi. Digitálne testovanie a predbežné overovanie bude v budúcom priemysle zohrávať kľúčovú úlohu, pretože to každému umožní pred investíciou otestovať, overiť a ľahko odhadnúť návratnosť investícií. Bude preto zavedenie týchto zmien nevyhnutným krokom aj u Vás?

3D tlač vo veľkom s využitím cobota

3D tlač poznáme ako veľmi užitočný element v priemysle – výroba akýchkoľvek súčiastok z plastu je vďaka nej bezproblémová záležitosť. No pri väčších rozmeroch narážame na negatívum s touto technológiou spojené: maximálny tlačový rozmer. Tlačiť veľké súčiastky je problém, ktorý sa rieši spojmi, adhéziou leptaného ABS, alebo inými technikami. Je však možné tomuto predísť razantným zvýšením tlačového priestoru? Napríklad využitím cobotov? Viacero firiem a nadšencov to už vyskúšalo a výsledky sú naozaj veľmi zaujímavé

3D tlač

3D tlač je aditívna technológia, pri ktorej tvoríme vopred definovaný tvar pomocou CAD technológií s použitím plastového filamentu. 3D tlač prebieha na dobre známych 3D tlačiarňach. Výhody tejto technológie sú pomerne jednoznačné, no aké sú jej nevýhody? Jednou z nich je paradoxne konštrukcia tlačiarní.

Konštrukcia

Tlačiarne majú konštrukciu prispôsobenú tomu, či sa jedná o karteziánske tlačiarne, Core XY, Delta, alebo Polar tlačiarne. V prípade najrozšírenejších, karteziánskych tlačiarní, vykonávajú pohyb nasledovne:

Nie je náhodou že tlačiareň má „kompaktné rozmery“, maximálna tlačová plocha pri štandardných tlačiarňach je približne kocka s rozmerom 470 mm. Súvisí to aj so zachovaním presnosti s kladením dôrazu na konštrukciu. Preto v záujem zachovania opakovateľnosti by museli byť väčšie rozmery spojené s veľmi hrubou a pevnou konštrukciou.

Či už sa tlač využíva na domáce účely pre nadšencov, alebo v priemysle pre hromadnú výrobu stoviek, až tisíc kusov, princíp fungovania je rovnaký. A limitovaný tlačovým priestorom. Toto sa mnohí technici a výskumníci pokúšajú zmeniť, zaujímavým vývojom a svojimi pokusmi

Kolaboratívna robotika

Kolaboratívna robotika zažíva najväčší rozmach práve posledné roky, kedy sa aj „vďaka“ COVID-19 potvrdilo, že „najslabším“ článkom vo výrobnom procese je operátor a preto je pre zachovanie produkcie určité úlohy automatizovať. S cobotmi a ich spoluprácou s človekom je možné dosiahnuť naozaj rôzne aplikácie, ktorých limit končí len u predstavivosti integrátora, alebo procesného inžiniera. Preto sa pokusmi a vývojom objavujú stále ďalšie možnosti aplikácie kolaboratívnej robotiky aj do iných odvetví priemyslu.

3D tlač robotom – výskum

Výskumom sa zaoberali Mohammad S. a kolektív pre Journal of Manufacturing Processes v roku 2022. Jeho cieľom bolo priniesť do aditívnej technológie stroje s viacerými stupňami voľnosti, ako napríklad coboty, ktoré môžu priniesť veľmi priaznivé tlačové výsledky a v neposlednom rade výrazne navýšiť tradičnú tlačovú plochu. Navrhovaný systém pozostáva z extrudéra (3D tlačovej hlavy) vybaveného na mieru vyrobeným jednoduchým riadiacim obvodom, kolaboratívneho robota a počítača so softvérom AMCS. Na riadenie rýchlosti vytláčania a teploty extrudéra sa používal mikrokontrolér (Arduino UNO). Používa sa rovnako aj na riadenie rýchlosti vytláčania príkazom krokovému motoru prostredníctvom riadiaceho obvodu. Na mikrokontroléri je implementovaný nízkoúrovňový riadiaci program (napísaný v jazyku C).

Výhody aplikácie

Hlavnou výhodou je nepochybne možnosť vyrobiť väčšie diely práve vďaka dosahu robota, ktorý sa odvíja od konkrétneho typu robota.
Ďalej to je viacero stupňov voľnosti, ktoré otvárajú nové možnosti pri tlači tak, že v niektorých prípadoch dokonca nebude nutná tlač tzv. „supportov“.
Možnosť nekonvenčnej finálnej vrstvy, kde nebude nutné, aby celá vrstva bola v rovnakej výške v osi Z, čo otvára zaujímavé možnosti pre vytvorenie perfektného hladkého povrchu po celej ploche súčiastky.

Test výskumu

Pri teste sa používal tlačový materiál PLA s filamentom o priemere 1.75mm. Na tlač sa používala dýza s priemerom 0.8mm. Bol použitý redundantný kolaboratívny robot KUKA 7R800. Navrhovaný systém dokáže úspešne vyrobiť aj typ dielov, ktoré sa vyznačujú geometrickou zložitosťou a kvalitou vzhľadu povrchu.

Dokončovanie finálnej vrstvy

Dokončovacia vrstva odstraňuje schodovitú štruktúru, ktorá je typickým problémom dielov vyrábaných na bežných 3-osových strojoch. Nižšie je zobrazené porovnanie 3D súčiastky vytlačenej konvenčným 3-osovým tlačovým strojom a tej istej súčiastky vyrobenej pomocou navrhovaného rámca s dokončujúcou vrstvou.

Použitie dokončovacej vrstvy znižuje potrebu následného spracovania na zlepšenie vzhľadu povrchu (zamedzenie schodovitého vzhľadu). Okrem toho zlepšuje mechanické vlastnosti dielov znížením zvyškového napätia a lepším prenášaním zaťaženia v určitých smeroch. Skúška trojbodovým ohybom preukázala, že pevnosť dielov sa aplikáciou dokončovacej vrstvy zlepší približne o 25 %.

Zhodnotenie

Zhotoveným systémom riadenia orientácie robota dokázal vytvárať kvalitnejšie a pevnejšie súčiastky, ktoré dokážu lepšie znášať zaťaženie vo vybraných smeroch. Výsledkom preto sú diely, ktoré sú identické ako z konvenčných 3 osových tlačiarní. Pracovný systém cobota je veľký, pretože ho definuje len maximálny dosah cobota. Integrovaný systém preukázal všestrannosť pri tvorbe zložitých súčiastok aj s experimentálnou finálnou vrstvou.

Automatizovaný sorting produktov – spoľahlivo a efektívne

Triedenie, alebo sorting produktov je na prvý pohľad veľmi jednoduchá úloha, ktorá je dobre známa či už pri kvalitatívnej kontrole, výstupe z výrobných liniek, balení produktov, alebo aj na pošte. Všade tam, kde vychádza viacero typov produktov, ktoré je potrebné rozdielne zabaliť, alebo podľa špecifických kritérií rozdeliť. Aj keď sa jedná o jednoduchú úlohu, každú spoločnosť stojí čas minimálne jedného operátora. Pokiaľ sa budeme zamýšľať nad penalizáciami od zákazníka v prípade pochybenia, ku ktorému môže dôjsť v závislosti od spracovávaných objemov, hodnota tejto služby sa môže ešte navýšiť.

Ako by bolo možné z tohto procesu vynechať ľudský faktor, odstrániť riziko pochybenia, automatizovať a navýšiť hodinový takt (ppm), všetko jedným riešením?

Automatický systém sortingu pomocou dopravníkov

Prevratom oproti konvenčným systémom sa dá nazvať systém modulárnych dopravníkov Modsort, ktoré vďaka jedinečnej technológií dokážu pohybovať produkt až v dvoch osiach a to aj súčasne. Práve vďaka modularite sú najefektívnejšie pri triedení aj mnohých typov produktov, kde je možné za seba naskladať aj desiatky dopravníkových modulov a postupne triediť najrôznejšie produkty, podľa zadaných kritérií.

Parametre a limity

Tento modulárny dopravníkový systém dokáže triediť až 35 – 50 produktov za minútu, plynule, bez zastavenia a bezchybne. Konečný možný maximálny objem závisí na type, veľkosti a váhe Vašich produktov, pričom maximálnu váhu výrobca definuje ako 20 kg na jeden produkt, s maximálnymi rozmermi 75×75 cm. S týmito parametrami štandardne nie je problém triediť približne 2500 – 3000 produktov za hodinu. Viac parametrov a detailov nájdete aj na stránke výrobcu.

Každý z blokov takéhoto dopravníka je možné ovládať autonómne napojením na PLC. Každý blok obsahuje plné vybavenie, ktoré zabezpečuje dokonalú kontrolu nad tým, čo daným dopravníkom prechádza. Obsahuje až 4 senzory, a to senzor príchodu a odchodu produktu (po osi X), ale aj senzory po oboch bočných stranách (osi Y), v prípade, že produkt bude môcť opúšťať dopravník týmto smerom.

Detekcia produktov

Samotný systém začína príjmom produktov. Ten môže byť jednoducho napojený napríklad aj na Vašu linku pomocou dopravníka. Následne je nutné produkt identifikovať. Spôsob detekcie závisí od konkrétneho riešenia – je možné použiť široké spektrum periférií – profilometre, kamery s OCR funkciou, scanery, váhy, prípadne ich kombináciu. Po prejdení produktu vstupom bude identifikovaný a následne pomocou definovaných parametrov zatriedený na konkrétnu pozíciu v systéme. Viac o celom riešení nájdete napríklad aj u nás – našom webe v sekcii „Riešenia“.

Výhody

Nízka hlučnosť, len 72 dB
Adaptívna ochrana operátorov pracujúcich v okolí – automatické zastavenie pri preťažení
Dopravníky pracujú pri 24V napätí
Bez nutnosti používať stlačený vzduch

Modulárny dopravník v akcií nájdete na videu nižšie:

Sorting produktov s využitím modulárnych dopravníkov