Robotintelligentie en -veiligheid in de productie verbeteren

De pandemie belicht een trieste waarheid in de productie: mensen worden ziek

COVID-19 heeftfabrikanten een waardevolle les geleerd: wanneer mensen ziek worden, staan machine-tools en apparatuur stil. Dat wisten ze al, net als dat werknemers lunchpauzes en vakanties nemen, te laat komen omdat hun auto niet wil starten, en naar de winkel over de straat gaan voor vijftig cent meer per uur. Om die redenen, en nog meer, hebben winkeliers en managers al lang druk gevoeld om te automatiseren; nu, in het gezicht van een mondiale pandemie, zijn ze in paniek om dit te doen.

“De VS worstelt al jaren met een tekort aan gespecialiseerde arbeidskrachten, maar de afhankelijkheid van menselijke operators is recent nog uitdagender geworden,” zei Mark Sumner, vicepresident sales en marketing bij industriële automatiseringsleverancier Acieta LLC, Waukesha, Wis. “Jarenlang kregen we oproepen van fabrikanten die zeiden: ‘Ik heb over automatisering nagedacht. Vertel me hoe het onze winst kan verbeteren.’ Sinds COVID-19 is dat veranderd in: ‘We hebben robots nodig. Hoe fangen we aan?’”

De Nieuwe Norm

Er zijn veel redenen voor deze verschuiving, zei hij. Overweeg machineshops en fabricagebedrijven in een wereld die zenuwachtig is over virusverspreiding. In deze omgevingen staan de machine-tools meestal ver genoeg van elkaar af dat sociale distancing geen probleem is. Maar wat gebeurt er tijdens de lunchpauze, wanneer werknemers bijeenkomen om verhaaltjes te delen over hun weekend aan het meer, of te klagen over de prestaties van hun favoriete sportteam?

En welke impact zal verplichte mondmaskers hebben op de moraal van werknemers, laat staan plexiglas scheidingen, temperatuurmeteringen aan de deur, en borden die mensen herinneren om anderhalf meter afstand te houden? Wat met de stilstand die onvermijdelijk optreedt wanneer een collega positief test? Met geluk is dit alles tijdelijk. Misschien ontwikkelen immunologen snel een vaccin, en kunnen we volgend jaar 2020 als een anomalie afboeken. Maar wat als er geen vaccin komt? En wat met de volgende pandemie? Vragen als deze geven fabrikanten te denken, en velen van hen hebben gezegd: “Genoeg is genoeg. Laten we waar mogelijk automatiseren.”

Het goede nieuws? Dit is nu makkelijker dan ooit. Sumner merkte op dat sociale distancing meer ruimte biedt voor het positioneren van robots tussen collega's, terwijl Steve Alexander, vicepresident operaties bij Acieta, toevoegde dat visiesystemen en andere geavanceerde mogelijkheden een positief effect hebben op robotkosten en flexibiliteit.

“Een toenemend aantal klanten gebruikt camera's om willekeurig geplaatste onderdelen te lokaliseren, of op een pallet, op een plank, of op een band,” zei hij. “De robot kan zijn oriëntatie bepalen en het onderdeel oppakken, evenals bepalen of een kenmerk bestaat—bijvoorbeeld een geboorde gat, of een streepjescode—en vervolgens dienovereenkomend beslissingen nemen. Dit vermindert de behoefte aan fixatie en de daarbij horende kosten, en maakt robots ook makkelijker inzetbaar.”

Helder Zien Met Camera's

Het populairste visiesysteem van Acieta is FANUC's iRVision, wat Alexander uitlegde een optie is op elke FANUC-robot. Toch wees hij er snel op dat third-party en OEM-camera's beschikbaar zijn voor praktisch elk merk robot, ongeacht de leeftijd. Het bepalen van hoe u een camera gaat gebruiken is vaak het moeilijkste deel van de visievergelijking.

“Er zit zeker enige engineering in,” zei hij. “U moet de juiste fysieke layout bepalen, het zichtveld, de juiste verlichting, enzovoort. En aan de softwareseite moet u de robot leren, het correleren van wat de camera ziet en hoe die beelden zich verhouden tot de taak. Het is niet zo simpel als een camera erop bouten.”

Iemand die hier alles van weet is Dave Bruce, engineering manager en robotvisie-expert bij FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich. Hij en collega Greg Buell—een cobot-expert en senior engineer voor FANUC's material handling segment—waren het ermee eens dat visiesystemen populairder en capabeler worden, maar waarschuwden dat hun gebruik extra huiswerk vereist.

“Visie is de afgelopen jaren een lange weg afgelegd,” zei Bruce. “We hebben het beschikbaar op onze laatste drie generaties controllers, en voor de laatste twee van die generaties hebben we een grote duw gegeven in 3D-visie (3DV), die zeer snelle point-cloud-gebaseerde camera's gebruikt om de omgeving van de robot af te beelden. We verwachten dat zowel industriële als collaboratieve robotgebruik de komende jaren sterk zal toenemen.”

Een andere technologie is krachtsensing, een mogelijkheid die robots zowel veiliger als capabeler maakt. FANUC's Force Control wordt bijvoorbeeld vaak in combinatie met de visieproducten van het bedrijf gebruikt voor afgratings- en assemblagoperaties; deze taken worden nog makkelijker wanneer ze ondersteund worden door slimme software. “We hebben nog een product genaamd Intelligent Deburr,” zei Buell. “Het stelt gebruikers in staat een CAD-tekening van het onderdeel te uploaden, en de software genereert het beste beweegpad om het af te gratten. Het is dit niveau van kunstmatige intelligentie dat fabrikanten helpt de snelst mogelijke ROI te bereiken op hun automatiseringsinvestering.”

Beslissingen In Real-Time

Tenzi u een van die mensen bent die vreest voor een toekomstige robotische overname van de mensheid, is deterministische kunstmatige intelligentie (AI) misschien wel het meest opwindende segment van de automatiseringsindustrie. Dat is omdat robots uitgerust met AI niet alleen capabeler zijn, maar ook ver goedkoper in de exploitatie.

“Volledig 40 procent van de lopende kosten van een robot liggen in de programmering,” zei Jason Barton, chief commercial officer van het in Boston gevestigde Realtime Robotics Inc. “AI kan die kosten met maximaal 70 procent verminderen. Realtime Robotics bereikt dit door het robotprogrammeringsproces te automatiseren om de meest efficiënte manier te bepalen om van punt A naar punt B te gaan, en vervolgens een programma te genereren.” Bovendien kan het systeem dat programma dynamisch aanpassen naarmate bepaalde omstandigheden zich voordoen, technologie niet anders dan die gebruikt door autonome voertuigen om door de stad te navigeren.

“Voordat we GPS in onze auto's en telefoons hadden, printten chauffeurs gedetailleerde routebeschrijvingen naar onbekende plaatsen,” zei Barton. “Maar als er een wegdichting of zware verkeersdrukte was, had je pech omdat je geen manier had om je route op de vlucht te wijzigen. Dat is hoe conventionele programmering voor robots vandaag de dag is. Je moet elke individuele wegpunt programmeren voor elke beweging die nodig is voor een gegeven robot, en als je meerdere robots hebt die samenwerken, moet je elk van hen programmeren om harmonieuze samenwerking. Het is een arbeidszame, tijdrovende taak, die we kunnen elimineren.”

Zelfprogrammerende robots die zich bewust zijn van hun omgeving, zullen waarschijnlijk een game-changer zijn, genoeg voor Realtime Robotics om samen te werken met een aantal robotfabrikanten, onder andere Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois. Adam Welch, robotica productmanager bij Mitsubishi, merkte op dat geavanceerde 3D-visiesystemen helpen ervoor te zorgen dat alle robots binnen een cel of werkruimte efficiënt zullen opereren, ruimtelijk bewust van waar ze zich momenteel bevinden, en waar ze in de toekomst zullen zijn.

Risicobeoordeling En Capaciteit

“We gebruiken deze technologie voor een verscheidenheid aan hoge-dichtheid robotische applicaties, inclusief in de auto- en food-and-beverage-industrie,” zei Welch. “Omdat het systeem intuitief de rollen en verantwoordelijkheden van elke robot begrijpt, kan het een hiërarchie creëren, waarin staat dat robot nummer één prioriteit heeft over robot nummer twee, enzovoort. Het beheert zelfs zeer strikte productieprocessen redelijk efficiënt, zonder de noodzaak voor geavanceerde programmering.”

Natuurlijk betekent dat niet dat traditionele programmeringssystemen en veiligheidsapparatuur snel verdwijnen. Ben Sagan, business development manager bij Mitsubishi Electric Automation, stelde voor dat de MELFA SafePlus-oplossing van het bedrijf de industriële robotlijn aanvult door te interfaceren met diverse veiligheidsapparatuur. Deze omvatten gebiedsscanners, lichtgordijnen, en veiligheidsmatten, die allemaal dienen om de robotsnelheid te verlagen of de beweging te beperken op basis van feedback van deze accessoires.

Voor wie denkt: “Geweldig, laten we die grote lelijke kooien verwijderen en vervangen door systemen als deze,” niet zo gauw. Zoals hun collega's in de industrie, stelden beide experts dat klanten een risicobeoordeling moeten doorlopen voordat ze een robot inzetten. “Dit geldt zelfs voor collaboratieve robots,” voegde hij toe, wijzend erop dat Mitsubishi Electric Automation deze herfst zijn eerste cobot—de MELFA ASSISTA—zal lanceren. “Het is cruciaal dat fabrikanten elke robotische toepassing analyseren in relatie tot de cellayout, de machine-tools, de banden en ander materiaalhanteringsapparatuur, en hoeveel menselijke interactie er zal zijn,” zei Sagan.

Pandemie Versnelt Meer Automatisering

Joe Campbell staat volledig achter het idee van meer cobots. De senior manager voor strategische marketing en applicatieontwikkeling bij Universal Robots USA Inc., Ann Arbor, Mich., zei dat fabrikanten robotica—collaboratief of anders—zo snel mogelijk moeten omarmen. “Zelfs vóór de pandemie was de situatie kristalhelder,” zei hij. “Ten minste 500.000 productiebanen bleven onbezet. Meer dan 10.000 babyboomers gingen elke dag met pensioen, en 27 procent van de productiewerkgevers was 55 of ouder. En het laatste argument voor meer automatisering? De bereidheid van millennials en andere jongeren om de ambacht te betreden, was op een historisch laagpunt.”

Deze situatie alleen is al een constante drijfveer voor automatisering, merkte Campbell op. Nu werpt u een wereldwijde pandemie in de mix. Als resultaat beginnen winkels van alle maten cobots en robots te kopen, ze te interspergeren met hun sociale-gedistandeerde menselijke werkgevers in een poging om terug te keren naar pre-pandemie-niveaus. Hierbij is een wens ontstaan om waar mogelijk te reshoren, het laag-loonkostspelveld te nivelleren met slimmere, capabelere robots.

Een voorbeeld hiervan is Universal Robots' ActiNav, een autonom bin-picking systeem geïntroduceerd vorige april. In tegenstelling tot de bin-pickers in e-commerce magazijnen en fulfilmentcentra die eigenlijk “pick and drop” oplossingen zijn, is ActiNav wat Universal Robots “pick and place” noemt. Het wordt gezegd nauwkeurig genoeg te zijn voor CNC-machine tending, en slim genoeg om willekeurig geplaatste objecten uit zelfs zeer diepe bakken te pikken. Veel van deze mogelijkheid is te danken aan nog een eerste voor het bedrijf, een hoog-resolutie visiesysteem geleverd door Photoneo Inc., Erlanger, Ky., samen met software die Universal Robots in-house ontwikkelde.

“Dat is de echte magie achter ActiNav,” zei Campbell. “Bij traditionele bin-picking moet u alle verschillende scenario's programmeren, wat praktisch onmogelijk is in een bak vol kleine metalen onderdelen. Met ActiNav toont u het onderdeel, de bak, en waar u de onderdelen wilt hebben, en de software doet de rest. Het is simpel genoeg om een nieuw onderdeel vanaf nul in twee tot vier uur in te stellen, iets wat anders een paar maanden zou duren.”

Veilig Bewegen

Volgens Campbell heeft COVID-19 uiteindelijk iedereen laten zien wat er gebeurt als u uw productie ergens anders laat gaan. “Het kost slechts een pandemie of een soortgelijke storing en u bent dicht,” zei hij. “Daarom willen bedrijven overal werk terug halen naar in-house, en ze willen dat nu. Dankzij het arbeidstekort is de enigste manier om dit effectief te doen met flexibele automatisering die makkelijk in te zetten, makkelijk te programmeren en te bedienen is, en gegeven de juiste veiligheidsprotocollen, naast menselijke werknemers kan worden gebruikt. Collaboratieve robots voldoen aan al deze behoeften.”

Joe Chudy, vicepresident en general manager van ABB Robotics U.S., Auburn Hills, Mich., heeft ook de oproep van de industrie voor meer automatisering gehoord, hoewel zijn voorgestelde oplossing iets anders is. “Onze klanten vertellen ons dat de noodzaak om de adoptie van robotica en automatisering te versnellen kritiek is, zowel om de gezondheid van hun werknemers te beschermen als om de bedrijfscontinuïteit te verbeteren,” zei hij. “De meeste willen nu de balans van globalisering en lokalisatie veranderen om productie dichter bij huis te brengen, zogenaamde nearshoring, terwijl ze productieflexibiliteit verhogen en de veerkracht van de toeleveringsketen verbeteren.”

Het voldoen aan deze behoefte vereist intuïtieve tools die gebruikers helpen betere beslissingen te nemen. Een van deze is het SafeMove-softwarepakket van het bedrijf, wat Chudy zei operators meer vrijheid geeft om te collaboreren met robots in een beperkte ruimte en met praktisch geen afscherming, mits de juiste veiligheidssensoren, laserscanners, en lichtbarrières aanwezig zijn. Het kan gebruikt worden over de gehele reeks industriële ABB-robots, “wat elke robot een cobot maakt” via configureerbare elektronische bewegingdetectie en -preventiemaatregelen die de snelheid, beweging en positie van een robot beperken wanneer een persoon in de buurt komt.

Hij wijz er ook op de noodzaak voor simulatie- en offline-programmeringsoftware, zoals het RobotStudio van het bedrijf. De eerste stelt gebruikers in staat een complete robotinstallatie in een virtuele 3D-omgeving te creëren, simuleren en testen zonder de daadwerkelijke productielijn te storen. “Dit betekent dat nieuwe productlijnen sneller geïnstalleerd kunnen worden en zonder verrassingen tijdens de inbedrijfstelling op volle snelheid kunnen draaien. Dit is een kritieke competentie voor fabrikanten, gezien de huidige mass customization en kortere productlevenscycli,” zei hij. “En net als bij CAM-software en CNC-machine-tools, elimineert offline robotprogrammering de downtime en storingsgevoeligheid van de fabriekvloer die optreedt bij handmatige programmeringsmethoden.”