Samenwerkende robots:hype of hoop?

Zijn cobots het antwoord op het tekort aan gekwalificeerde arbeidskrachten in de maakindustrie?

Vraag de eigenaar van een machinewerkplaats of plaatwerkhuis om het grootste obstakel voor bedrijfsgroei te noemen en u krijgt waarschijnlijk hetzelfde antwoord - het is geen gebrek aan werkkapitaal dat hen vertraagt, noch een tekort aan geavanceerde technologie, maar iets veel fundamentelers:de noodzaak dat iemand op een groene knop drukt of dozen inpakt. "We kunnen niet genoeg mensen vinden", hoor je.

Om het nog erger te maken, worden degenen die op de een of andere manier hun arbeidsproblemen hebben overwonnen - via partnerschappen met lokale beroepsscholen of via interne programma's voor de ontwikkeling van werknemers - nog steeds geconfronteerd met een even uitdagend obstakel, namelijk de hevige concurrentie van fabrikanten in lagelonenlanden. Hoe kan iemand verwachten het hoofd boven water te houden als de loonlijst van uw concurrent maar een fractie is van die van u?

Werkkrachtverbeteraars

De oplossing ligt voor de hand:automatiseren. Vaar door de gangpaden van een autofabriek en je zult zeker hordes gele, oranje of witte robots zien die lange assemblagelijnen verzorgen. Hetzelfde kan gezegd worden van elk groot productiebedrijf, waar industriële robots onderdelen laden en lossen uit bewerkingscellen, verf aanbrengen op passerende werkstukken of componenten verbinden in geautomatiseerde lascellen. Arbeidsprobleem opgelost.

Maar hoe zit het met de rest van de productiewereld, waar lagere productievolumes automatisering tot een schijnbaar twijfelachtige propositie maken? Iedereen weet dat industriële robots duur zijn. Ze hebben bekwame technici nodig om ze te programmeren en uitgebreide bewaking of lichtgordijnen om letsel aan hun menselijke collega's te voorkomen. Het overschakelen van de ene taak naar de andere kost kostbare tijd, laat staan ​​de noodzaak van speciaal gereedschap aan het uiteinde van de arm, transportbanden om materiaal binnen en buiten het bereik van de robot te verplaatsen en routinematig onderhoud van nog een ander stuk uitrusting op de werkvloer.

Een universele oplossing

Hoewel er hevig wordt gediscussieerd over de bron van de termen 'collaborative' en 'cobot', is één ding duidelijk:zo'n 10-15 jaar geleden probeerden verschillende roboticaleveranciers de rompslomp op te lossen met een nieuwe kijk op automatisering. Zo beloofde de 'collaboratieve' robot UR5 van Universal Robots (Odense, Denemarken) de veiligheidsbewaking te elimineren. De installatie duurde naar verluidt minder dan een uur. De interface met aanraakscherm zou eenvoudig genoeg zijn voor iedereen om te gebruiken, en de robot was licht genoeg om te worden verplaatst naar waar hij maar nodig was. En met een prijs die veel lager is dan die van industriële robots van vergelijkbare grootte, zouden cobots binnenkort in grote en kleine winkels te vinden zijn, voorspelde het bedrijf.

Ze hadden gelijk. Andere robotica-bedrijven volgden al snel en tegenwoordig produceert vrijwel elke leverancier van industriële robots of werkt actief aan zijn eigen antwoord op de UR5. Cobots zijn zelfs zo populair geworden dat een recente blog op de website van de Robotic Industries Association (RIA; Ann Arbor, MI) suggereert dat het huidige marktaandeel van 3% van collaboratieve robots tegen 2025 zal vertienvoudigen.

Een indrukwekkend cijfer, dat zeker, maar wat betekent dat voor traditionele, minder mensvriendelijke robots - zullen ze binnenkort de weg gaan van riemaangedreven machines en koolstofstalen gereedschapswerktuigen? En afgezien van hun enorme groeipotentieel, zijn cobots echt alles wat ze zijn, of is dit weer een ander voorbeeld van een marketinghype die de realiteit overtreft?

Minder is meer

Stuart Shepherd, regionaal verkoopdirecteur voor Universal Robots Americas (Ann Arbor, MI), denkt van niet. Er zijn een aantal zeer goede redenen voor de hype, zei hij, waaronder minder bewaking, minder vloeroppervlak en minder behoefte aan training voor operators.

"Cobots bieden een mogelijkheid om automatisering door meer bedrijven te gebruiken en in toepassingen die niet eerder zijn behandeld", zei Shepherd. "Ze kunnen de belangrijkste verandering in de automatiseringsindustrie zijn sinds de uitvindingen van PLC's [programmeerbare logische controllers] en zelfs robots zelf."

Fabrikanten van elke omvang genieten van de voordelen die cobots bieden op de productievloer, merkte Shepherd op, eraan toevoegend dat het gebruiksgemak, samen met de lage totale eigendomskosten, ze vooral aantrekkelijk maken voor kleinere bedrijven. Dit verklaart voor een deel hun sneller dan het marktgemiddelde groei, zei Shepherd, hoewel hij er snel op wijst dat, omdat de implementatie van cobots eenvoudiger is dan met industriële robots, hun gebruik zich verder uitbreidt dan productie tot voedselverwerking, magazijnactiviteiten, laboratorium- en wetenschappelijke toepassingen.

Automatisering heroverwegen

Ondanks brede toepassingen pakken cobots het vaakst het ernstige en alomtegenwoordige probleem aan dat hierboven is geschetst:het gebrek aan gekwalificeerd, beschikbaar talent om op de fabrieksvloer te werken. Dat zegt Jim Lawton, chief operating officer bij cobotbouwer Rethink Robotics Inc. (Boston).

"Met hun vermogen om taken uit te voeren die tot nu toe alleen door mensen konden worden gedaan, spelen cobots een sleutelrol bij het verlichten van deze pijn", zei hij. "Bovendien kunnen ze banen invullen die menselijke werknemers niet graag willen aannemen, inclusief die vervelend, inspannend of ronduit gevaarlijk zijn, waardoor werknemers de kans krijgen om door te stromen naar meer wenselijke rollen."

Industriële robots nemen al decennia vrolijk vuile klussen aan. Wat maakt cobots zo bijzonder? Lawton voerde verschillende argumenten aan:

• Met hun ingebouwde krachtdetectie zijn cobots perfect geschikt voor elektronica-assemblage en vergelijkbaar delicaat werk.
• Omdat ze doorgaans geen bewaking nodig hebben, zijn ze ook uitstekend geschikt voor taken zoals verpakken, producttesten en inspectie, en inderdaad elke omgeving waar mensen aanwezig zijn.
• De mogelijkheid om cobots snel en eenvoudig in te zetten, maakt ze ideaal voor korte productieruns en frequente omschakelingen, een enorme trend in de productie.
• Cobots kunnen ook samenwerken met grotere industriële robots, als aanvulling op hun werk.
• De meeste cobots kunnen worden getraind door simpelweg de arm te bewegen als demonstratie van de gewenste taak die moet worden voltooid. Er zijn geen uitgebreide softwaresuites vereist.
• Voor seizoensfabrikanten of voor fabrikanten die een grote variabiliteit in de vraag van de klant zien, bieden cobots een betrouwbare, aanpasbare hulpbron voor perioden van piekvraag.

"Cobots bieden fabrikanten de mogelijkheid om tegenwoordig zoveel meer te automatiseren dan in voorgaande jaren, waardoor ze concurrerend en innovatief kunnen blijven, ongeacht de branche", aldus Lawton. "Simpel gezegd, ze zijn betrouwbaar, effectief en aanpasbaar, en ze helpen bedrijven om succesvoller te worden."

Op tenen stappen

Als je je afvraagt ​​waar je winkel een deel van dat succes kan halen, zijn er een paar dingen waar je rekening mee moet houden voordat je aan boord van de Cobot Express stapt. Om te beginnen wil geen enkele productiemanager of winkeleigenaar zijn werknemers zien muiten over een vermeende robotrevolutie. Bij het integreren van deze nieuwe technologie op de fabrieksvloer is het belangrijk dat fabrikanten de arbeiders van vlees en bloed laten weten dat cobots er zijn om hen te helpen hun werk te doen, niet om ze te vervangen.

De sleutel tot succesvolle cobotintegratie begint ook bij het selecteren van de juiste taak. Zoals Lawton opmerkt, wanneer een cobot niet wordt gebruikt of gewaardeerd, komt dat bijna altijd omdat hij voor de verkeerde taak is ingezet. "Cobots zijn niet bedoeld om aan elke automatiseringsbehoefte te voldoen, en sommige taken zijn beter geschikt voor de technologie dan andere", zei hij. “Hier wordt het echt belangrijk voor een fabrikant om vanaf dag één rechtstreeks samen te werken met de cobotleverancier of -distributeur om de juiste toepassing te identificeren en ervoor te zorgen dat de cobot op de best mogelijke manier wordt gebruikt. Van daaruit verloopt de implementatie en integratie met bestaande processen soepel en naadloos.”

Groen worden

Rick Maxwell, directeur engineering voor het algemene industrie- en automobielsegment bij FANUC America Corp. (Rochester Hills, MI), was het daarmee eens en voegde eraan toe dat het belangrijk is om de toepassingsbehoefte te evalueren om de juiste robotoplossing te bieden. "Heeft het echt een collaboratief karakter, of is het beter geschikt voor een traditionele industriële robot?" hij zei. "Bepalen welke meer geschikt is voor de behoeften van de klant, wordt grotendeels bepaald door de doorvoervereisten van de operatie, samen met het gewicht en de complexiteit van het object of onderdeel dat moet worden verwerkt."

Er zit een addertje onder het gras, iets waar fans van meer traditionele automatisering snel de aandacht op vestigen:de meeste cobots zijn minder dan bliksemsnel. Zoals Maxwell opmerkte, zijn cobots het meest geschikt voor eenvoudige, ongecompliceerde pick-and-place-applicaties, en dit met een langzame en constante snelheid. Dit zal vrijwel zeker veranderen naarmate de cobottechnologie verbetert, maar verwacht voorlopig niet dat hun snelheid in de buurt komt van de razendsnelle bewegingen van industriële robots.

Maar dat is oke. De noodzaak voor mensen om veilig te communiceren met machines in productiewerkcellen is heel reëel, een activiteit die mogelijk wordt gemaakt door het vermogen van een cobot om onverwacht contact met objecten in zijn werkzone te voelen, waardoor de beperkingen worden geëlimineerd voor hen om hun werkstations met mensen te delen. Maxwell zei:"Dit is een groot veiligheids- en kostenvoordeel, omdat de robot inspannende taken en repetitieve handelingen kan uitvoeren zonder dat er dure industriële veiligheidsbarrières nodig zijn."

Wie koopt?

Net als andere bouwers ontvangt FANUC een groeiend aantal aanvragen van bedrijven die op zoek zijn naar een collaboratieve robotoplossing. Enigszins ironisch komt een behoorlijk deel van deze verzoeken uit een onverwachte hoek:grotere fabrikanten die uitgebreide ervaring hebben met industriële robots. "Mogelijkheden voor collaboratieve robottoepassingen zijn beschikbaar in alle bedrijven, groot en klein," zei Maxwell.

Nicolas De Keijser, business line manager assemblage en test bij ABB Robotics (Auburn Hills, MI), ziet een vergelijkbare trend. "Omdat cobots doorgaans gebruiksvriendelijker en goedkoper te integreren zijn, zijn ze zeer aantrekkelijk voor kleine of middelgrote ondernemingen, omdat ze automatisering haalbaarder maken", zegt hij. "Dus in vergelijking met traditionele robots is er waarschijnlijk een gelijkmatiger gebruik van cobots in het hele productiespectrum, in bedrijven van elke omvang."

Waar worden cobots naast pick-and-place voor gebruikt? Van de totale vraag waren De Keijser en Maxwell het erover eens dat het leeuwendeel van de toekomstige groei naar verwachting zal komen uit het material handling-segment, waar cobots worden gebruikt om onderdelen te verpakken, dozen te palletiseren, transportbanden te laden en meer, hoewel De Keijser eraan toevoegde dat sommige cobots zijn bijzonder geschikt voor complexe montagetaken, inclusief kleine of delicate componenten. Ze zijn ook favoriet bij het machinaal verzorgen, laden en lossen van bijvoorbeeld CNC-draaibanken en bewerkingscentra, of het trekken van afgewerkte onderdelen uit kunststof spuitgietmatrijzen.

Niet zo snel

Ongeacht de toepassing of de bedrijfsgrootte, moeten degenen die gewend zijn aan de prestaties van een industriële robot zich van verschillende dingen bewust zijn, merkte David M. Robers op, salesmanager robotica voor Amerika bij Denso Robotics (West Chester, OH). "Cobots worden vaak verkocht in toepassingen waar ze niets mee te maken hebben", zegt hij. "Ja, ze zijn prima voor elementaire pick-and-place-taken en in toepassingen met relatief lange cyclustijden, maar de meeste kunnen niet concurreren met de snelheid en nauwkeurigheid van een traditionele industriële robot."

Hun collaboratieve karakter kan ook worden overschat. Robers zegt:"Als je een mes op het uiteinde van een cobot legt, is het niet langer collaboratief. Als je een grijper gebruikt die de mogelijkheid heeft om iemands vinger af te knijpen, dan wordt dit niet als collaboratief beschouwd. Of het nu van ons is of van iemand anders, u moet beoordelen of de oplossing echt veilig is en zo nodig de juiste beveiliging toevoegen.

Er is ook het "wat als" om over na te denken. Gebruikers die bijvoorbeeld bekend zijn met het vermogen van een industriële robot om te herstellen in het geval van een gevallen onderdeel of terug te trekken van diep in een werkstuk in het geval van een stroomstoring, kunnen teleurgesteld zijn als hun glanzende nieuwe cobot menselijke hulp nodig heeft om een ​​lastige situatie op te lossen. .

"Als je veel cyclustijd hebt, geen extreme herhaalbaarheid nodig hebt en er mensen in en rond het werkgebied moeten zijn, dan zijn dat goede toepassingen voor een cobot", zegt Robers. "Anders zou ik kunnen beweren dat een industriële robot een betere oplossing is, en afhankelijk van de resultaten van de veiligheidsbeoordeling die elke robotklant zou moeten doen voordat hij er een koopt, zou het minder geld kunnen kosten om te implementeren terwijl het betere prestaties biedt. Er is veel hype rond cobots:mensen zijn enthousiast over ze, en de theorie erachter is goed, maar dit is zeker een geval waarbij kopers hun huiswerk moeten doen."