Cobots: Echte Oplossingen voor Personeelstekorten in de Productie

Zijn cobots het antwoord op het tekort aan gekwalificeerde werknemers in de productie-industrie?

Vraag de eigenaar van een winkel met werktuigmachines of een bladmetaalbedrijf wat het grootste obstakel is voor de groei van het bedrijf, en het antwoord zal bijna altijd hetzelfde zijn: het is geen gebrek aan werkkapitaal dat ze vertraagt, noch een tekort aan geavanceerde technologie, maar iets veel basiszinnigers: de behoefte aan iemand die op een groene knop drukt of dozen inpakt. "We kunnen niet genoeg mensen vinden," hoor je zeggen.

Als dat nog niet genoeg is, worden bedrijven die hun arbeidsproblemen wél wisten op te lossen – via partnerschappen met beroepsscholen of interne ontwikkelingsprogramma's – nog steeds geconfronteerd met een even grote uitdaging: harde concurrentie van fabrikanten in landen met lage arbeidskosten. Hoe kan iemand boven water blijven als de loonkosten van de concurrent maar een fractie zijn van de eigen?

Werkkrachtversterkers

De oplossing ligt voor de hand: automatiseren. Loop de gangen van een willekeurige autofabriek en je ziet scharen gele, oranje of witte robots die lange montagelijnen bedienen. Hetzelfde geldt voor grote productiebedrijven, waar industriële robots onderdelen in en uit bewerkingscellen laden, verf aanwenden op passerende werkstukken of componenten lassen in geautomatiseerde letselcellen. Arbeidsprobleem opgelost.

Maar wat met de rest van de productiewereld, waar lagere productievolumes automatisering een twijfelachtig voorstel maken? Iedereen weet dat industriële robots duur zijn. Ze vereisen gespecialiseerde technici om ze te programmeren, en uitgebreide afscherming of lichtgordijnen om letsel bij menselijke collega's te voorkomen. Omstellen van de ene taak naar de andere kost kostbare tijd, niet te spreken over de noodzaak voor speciale handgereedschap aan het einde van de arm, transportbanden om materiaal in en uit het bereik van de robot te bewegen, en routinematig onderhoud van nog een stuk shopfloor-apparatuur.

Een Universele Oplossing

Hoewel de herkomst van de termen "collaboratief" en "cobot" heftig wordt bediscussieerd, is één ding duidelijk: ongeveer 10-15 jaar geleden probeerden verschillende robotica-leveranciers de lastige factor op te lossen met een nieuwe kijk op automatisering. De UR5 "collaboratieve" robot van Universal Robots (Odense, Denemarken) beloofde bijvoorbeeld veiligheidsafscherming overbodig te maken. De installatie zou minder dan een uur duren. De touchscreen-interface zou simpel genoeg zijn voor iedereen, en de robot was licht genoeg om overalheen te verplaatsen waar hij nodig was. En met een prijsverhouding ver onder die van vergelijkbare industriële robots, voorspelde het bedrijf dat cobots snel in winkels groot en klein te vinden zouden zijn.

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

Een indrukwekkend cijfer, maar wat betekent dat voor traditionele, minder mensvriendelijke robots – zullen ze het lot van riemgetreven machines en koolstofstaal snijgereedschappen tegemoetgaan? En afgezien van hun enorme groeipotentieel: zijn cobots echt alles waar ze voor worden gehouden, of is dit weer een voorbeeld van marketing-hype die de realiteit voorbijstrekt?

Minder is Meer

Stuart Shepherd, regionale verkoopdirecteur voor Universal Robots Americas (Ann Arbor, MI), denkt dat niet. Er zijn heel goede redenen voor de hype, zegt hij, waaronder minder afscherming, minder vloerruimte en minder behoefte aan operateurstraining.

"Cobots bieden de kans om automatisering te gebruiken door meer bedrijven en in toepassingen die eerder niet aan bod kwamen," aldus Shepherd. "Ze kunnen de meest significante verandering in de automatiseringsindustrie zijn sinds de uitvinding van PLC's [programmeerbare logische controllers] en inderdaad robots zelf."

Fabrikanten van alle formaten genieten van de voordelen die cobots op de productievloer brengen, merkt Shepherd op. De gebruiksgemak, samen met een lage totale eigendomskost, maakt ze vooral aantrekkelijk voor kleinere bedrijven. Dit verklaart deels hun snellere groei dan het marktgemiddelde, zegt Shepherd, hoewel hij snel toevoegt dat, omdat cobot-implementatie eenvoudiger is dan bij industriële robots, hun gebruik zich uitbreidt buiten de productie naar voedselverwerking, magazijnactiviteiten, laboratorium- en wetenschappelijke toepassingen.

Heroverwegen van Automatisering

Ongeacht de brede toepassingen, is het binnen de traditionele productieruimte waar cobots het meest het ernstige en alomtegenwoordige probleem aanpakken dat hierboven werd uiteengezet: het gebrek aan gekwalificeerd, beschikbaar talent op de shopfloor. Dat zegt Jim Lawton, chief operating officer bij cobot-bouwer Rethink Robotics Inc. (Boston).

"Met hun vermogen om taken te voltooien die tot nu toe alleen door mensen konden worden gedaan, spelen cobots een sleutelrol in het verlichten van deze pijn," zegt hij. "Daarnaast kunnen ze banen vullen die werknemers niet graag willen aanpakken, waaronder die saai, zwaar of gevaarlijk zijn, wat werknemers de kans geeft om over te gaan naar meer gewenste rollen."

Industriële robots accepteren al decennia lang vervuilde taken met een glimlach. Wat maakt cobots zo bijzonder? Lawton noemt verschillende argumenten:

• Met hun ingebouwde krachtsensoren zijn cobots perfect geschikt voor elektronica-montage en vergelijkbaar delicaat werk.
• Omdat ze meestal geen afscherming vereisen, passen ze ook goed bij taken als 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 productieseries en frequente omstellingen, een grote trend in de productie.
• Cobots kunnen ook samenwerken met grotere industriële robots, als aanvulling op hun werk.
• De meeste cobots kunnen getraind worden door de arm simpelweg te bewegen in demonstratie van de gewenste taak. Geen uitgebreide softwarepakketten vereist.
• Voor seizoensgebonden fabrikanten of die met grote wisselingen in klantvraag, bieden cobots een betrouwbare, aanpasbare bron voor piekperiodes.

"Cobots geven fabrikanten de mogelijkheid om vandaag nog veel meer te automatiseren dan in eerdere jaren, zodat ze competitief en innovatief kunnen blijven, ongeacht de industrie," aldus Lawton. "Kortom: ze zijn betrouwbaar, effectief en aanpasbaar, en ze helpen bedrijven succesvoller te worden."

Op de Teen Treden

Als je je afvraagt waar je winkel die succes kan vinden, zijn er een paar dingen om in gedachten te houden voordat je op de Cobot Express stapt. Ten eerste wil geen productiemanager of winkelier zien dat zijn werknemers muiteren over een vermeende robotrevolutie. Bij de integratie van deze nieuwe technologie op de shopfloor is het belangrijk om de vlees-en-bloed werknemers te laten weten dat cobots er zijn om hen te helpen hun werk te doen, niet om ze te vervangen.

De sleutel tot succesvolle cobot-integratie begint ook met het selecteren van de juiste taak. Zoals Lawton aangeeft, wanneer een cobot niet gebruikt of gewaardeerd wordt, is dat bijna altijd omdat hij op de verkeerde taak is gezet. "Cobots zijn niet bedoeld om aan elke automatiseringsbehoefte te voldoen, en sommige taken zijn beter geschikt voor de technologie dan andere," zegt hij. "Hier wordt het echt belangrijk voor een fabrikant om vanaf dag één direct met de cobot-leverancier of distributeur samen te werken om de juiste toepassing te identificeren en te zorgen dat de cobot op de best mogelijke manier wordt gebruikt. Vanaf daar verloopt implementatie en integratie met bestaande processen soepel en naadloos."

Groen Gaan

Rick Maxwell, directeur engineering voor het algemene industrie- en automotivesegment bij FANUC America Corp. (Rochester Hills, MI), is het ermee eens, en voegt toe dat het belangrijk is de toepassingsbehoefte te evalueren om de juiste robotoplossing te bieden. "Is het werkelijk collaboratief van aard, of is het beter geschikt voor een traditionele industriële robot?" vraagt hij. "Bepalen welke meer geschikt is voor de behoeften van de klant, wordt grotendeels bepaald door de doorvoereisen van de operatie, samen met het gewicht en de complexiteit van het object of onderdeel dat gehanteerd moet worden."

Daar zit de knelpunt, iets wat aanhangers van traditionele automatisering snel benadrukken: de meeste cobots zijn niet bliksemsnel. Zoals Maxwell wijst, zijn cobots het beste geschikt voor eenvoudige, rechtop pick-and-place toepassingen, en dat op een rustig en constant tempo. Dit zal zeker veranderen naarmate cobot-technologie verbetert, maar voor nu tenminste: verwacht niet dat hun snelheid ook maar in de buurt komt van de bliksemsnelle bewegingen van industriële robots.

Maar dat is okay. De behoefte aan mensen om veilig met machines in productiewerkcellen te interacteren is heel reëel, een activiteit die mogelijk wordt gemaakt door de capaciteit van een cobot om onverwacht contact met objecten in zijn werksone te voelen, waardoor beperkingen voor het delen van werkstations met mensen vervallen. Maxwell zegt: "Dit is een groot veiligheids- en kostenvoordeel, omdat het de robot in staat stelt zware taken en herhalende operaties uit te voeren zonder de noodzaak voor dure industriële veiligheidsbarrières."

Wie Koopt?

Net als andere bouwers ontvangt FANUC een groeiend aantal verzoeken van bedrijven die op zoek zijn naar een collaboratieve robotoplossing. Iets ironisch genoeg komen een eerlijk deel van deze verzoeken van een onverwachte bron: grotere fabrikanten die uitgebreide ervaring hebben met industriële robots. "Kansen voor collaboratieve robottoepassingen zijn beschikbaar in alle bedrijven, groot en klein," zegt Maxwell.

Nicolas De Keijser, assembly and test business line manager bij ABB Robotics (Auburn Hills, MI), ziet een vergelijkbare trend. "Omdat cobots doorgaans gemakkelijker te gebruiken zijn en minder kostbaar te integreren, zijn ze erg aantrekkelijk voor kleine of middelgrote ondernemingen, omdat ze automatisering bereikbaarder maken," zegt hij. "Dus vergeleken met traditionele robots is er waarschijnlijk een meer gelijkmatig gebruik van cobots over het hele productiespectrum, in bedrijven van alle formaten."

Naast pick-and-place, waarvoor worden cobots gebruikt? Van de totale vraag zijn De Keijser en Maxwell het erover eens dat het leeuwendeel van de toekomstige groei verwacht wordt uit het materiaalhanteringssegment, waar cobots gebruikt worden om onderdelen te verpakken, dozen te palletiseren, transportbanden te laden, en meer, hoewel De Keijser toevoegt dat sommige cobots uitstekend geschikt zijn voor complexe montage taken, inclusief kleine of delicaat componenten. Ze zijn ook een favoriet voor machine tending, het laden en lossen van CNC-draaibanken en bewerkingscentra, of het halen van afgeronde onderdelen uit plastic injectiegieten.

Niet Te Snel

Ongeacht de toepassing of bedrijfsgrootte, moeten die gewend zijn aan de prestaties van een industriële robot zich bewust zijn van diverse zaken, merkt David M. Robers op, robotica verkoopmanager voor Amerika bij Denso Robotics (West Chester, OH). "Cobots worden vaak verkocht voor toepassingen waar ze geen zak zaken hebben," zegt hij. "Ja, ze zijn prima voor basis pick-and-place taken, en in toepassingen met relatief lange cyclus tijden, maar de meeste kunnen niet concurreren met de snelheid en nauwkeurigheid van een traditionele industriële robot."

Hun collaboratieve aard kan ook overdreven worden. Robers zegt: "Als je een mes op het einde van een cobot zet, is het niet meer collaboratief. Als je een grijper gebruikt die iemands vinger kan knijpen, dan wordt het niet als collaboratief beschouwd. Of het nu de onze is of die van een ander, je moet beoordelen of de oplossing echt veilig is, en zo nodig de juiste afscherming toevoegen."

Er is ook het "wat als" om na te denken. Gebruikers die bekend zijn met de mogelijkheid van een industriële robot om te herstellen bij een gevallen onderdeel of in te trekken diep binnenin een werkstuk bij een stroomstoring, kunnen teleurgesteld zijn als hun blikende nieuwe cobot menselijke hulp nodig heeft om een ongemakkelijke situatie op te lossen.

"Als je veel cyclus tijd hebt, geen extreme herhaalbaarheid vereist, en mensen in en rond het werkgebied moeten zijn, dan zijn dat fatsoenlijke toepassingen voor een cobot," zegt Robers. "Anders zou ik kunnen argumenteren dat een industriële robot een betere oplossing is, en afhankelijk van de resultaten van de veiligheidsbeoordeling die elke robotklant zou moeten doen vóór de aankoop, kan het minder geld kosten om te implementeren terwijl het betere prestaties biedt. Er is veel hype rondom cobots – mensen zijn enthousiast, en de theorie achter hen is fundeerd, maar dit is zeker een geval waar kopers hun huiswerk moeten doen."