Hoe Automatisering Versnelde Tijdens COVID-19: Trends, Flexibiliteit En De Opkomst Van Cobots

Veiligere, snelere en intelligentere oplossingen helpen de industrie in een pandemie

De langdurige trend naar productieautomatisering is begrijpelijk versneld door de COVID-19 pandemie. Ongeveer een jaar in de crisis, is het een goed moment om te vragen naar langetermijneffecten. Heeft de pandemie automatisering in nieuwe gebieden geduwd? Hebben leveranciers automatisering flexibeler gemaakt? Makkelijker te implementeren?

Van hun aard zijn collaboratieve robots (cobots) makkelijker te implementeren dan hun traditionele neven. Omdat cobots ontworpen zijn om een werkruimte te delen met hun menselijke tegenhangers, als routine, hebben ze vaak geen afscherming nodig en passen ze in relatief kleine, bezette ruimtes (wanneer bevestigd door veiligheidsrisicobeoordeling). Ze zijn ook makkelijker op te zetten, zei Dick Motley, de Directeur van FANUC America Corp.'s geautoriseerde systeemintegratorsgroep in Rochester Hills, Mich. Hij legde uit dat een gebruiker, deels, FANUC's CRX serie cobots kan trainen door letterlijk de arm te grijpen en hem rond te leiden. Dit maakt “opstelling van een eenvoudige applicatie echt straight forward en intuïtief. Je hebt robotautomatisering die snel geïmplementeerd kan worden.” Hij voegde toe dat “er een groeiend ecosysteem is van perifere leveranciers voor grepers en piedestals voor de robot om op te zitten, en verschillende voorzieningen om de utiliteiten die naar de robot's end-of-arm tool gaan gemakkelijk aan te pakken.”

Het slechte nieuws is dat cobots traag zijn. Hoewel ze gebouwd zijn met sensoren die de kracht beperken die ze uitoefenen als ze in contact komen met iets, “is het best lastig om veiligheidsstandaarden te halen bij hoge snelheid,” legde Motley uit. “Omdat ongeacht hoe gevoelig uw contact sensing systeem is, u probeert de natuurkunde te trotseren als u iets hebt dat echt snel beweegt en dan direct tot rust moet brengen.” Dus hoewel u misschien denkt dat cobots de automatiseringswereld zouden overnemen (en COVID-19 tijdelijke verkoop is exploderd), hun toepasbaarheid heeft grenzen.

Motley verwies naar “een relatief lage-snelheid palletiseringsoperatie” aan het einde van een klantens productielijnen als een goede fit voor een cobot. “Ze maakten twee tot vier dozen product per minuut, met een ongelooflijke dichtheid van bandlijnen die deze producten naar het einde voerden om te palletiseren. Ze hadden niet de fysieke ruimte om een traditionele robotimplementatie te doen met de stopafstandsberekeningen en al de dingen die in een traditionele robotcel gaan. Hun enige automatiseringsoptie was een cobot in te zetten. … Als je langzaam genoeg gaat, zal een kartonnen doos je waarschijnlijk niet kwetsen.”

Veilig En Makkelijk Voor Mensen

Dit is niet te zeggen dat traditionele robots niet in de buurt van mensen kunnen opereren, of dat ze heel moeilijk op te zetten zijn. Of dat langzaam bewegende cobots zonder afscherming kunnen opereren als ze iets scherps of anders gevaarlijks hanteren. Om deze zorgen aan te pakken, hebben FANUC en andere OEM's systemen die “ofwel de bewegingsbereik of de snelheid van de robot beperken” om intermittente interactie met een mens toe te staan, legde Motley uit. FANUC noemt zijn veiligheidsarchitectuur “Dual Check Safety,” of DCS. “Misschien wil je een ‘blijf weg’ zone op de ene kant van de robot instellen terwijl een operator onderdelen laadt of iets wat de robot gaat ophalen. Je schakelt een softwarebeperking in om de robot ervan te weerhouden daarheen te gaan, meestal versterkt door een lichtgordijn of een veiligheidsmat of een scanner. Maar dan, zodra de persoon die laadzone verlaat, kan de robot weer terug naar volle snelheid.”

Motley wees er ook op dat “aanpassingen aan DCS gedaan kunnen worden in FANUC's Roboguide offline programmeringsomgeving simulatiepakket. Ze kunnen gedaan worden met een laptop aangesloten op de robot, of met een van onze gebruikersinterface apparaten, of het nu onze iPendant of onze nieuwe Teach Pendant tablet is.” De nieuwe tablet-gebaseerde interface is met name makkelijk te gebruiken, zei Motley. “Het is een heel nieuwe programmeringsstijl die niet eens in de buurt komt van computertaal. Het is een sleep-en-zet icoon timeline.”

Bij Promess Inc., Brighton, Mich., rapporteerde Directeur van Applicatie John Lytle dat de pandemie de inspanningen van zijn bedrijf versneld heeft om zijn Elektrische Pers Werkstations additionele functies te laten uitvoeren. Promess had het al makkelijk gemaakt om zijn units aan een productielijn toe te voegen door ze compact en zelfstandig te maken, met een geïntegreerd lichtgordijn om letsel aan de operator te voorkomen. “Ze automatiseren assemblage met sensing die bepaalt of het een goed onderdeel maakte, en u kunt ze overal plaatsen en aanpassen aan dingen zoals ze in de fabriek veranderen.” Promess heeft ancillaire functies toegevoegd en de informatie die de units in staat zijn om te communiceren naar de rest van de fabriek verbeterd. Bijvoorbeeld, naast het samenperzen van twee onderdelen en bevestigen dat de gemeten kracht en verplaatsing verwacht waren en de assemblage daarom goed is, kan de Werkstation ook dimensionele metingen nemen en die informatie doorgeven. Dit elimineert de noodzaak voor een aparte meetstation.

Het uitvoeren van dergelijke metingen vereist camera's en/of lasers, en Promess integreert de technologie zodanig dat de eindgebruiker nog steeds een stand-alone, “plug and play” unit krijgt. Zoals Lytle uitlegde, “We zijn gericht op het maken van het simpel voor de eindgebruiker, dus het is niet als een groot wetenschapsproject dat een camera technicus, een PLC expert, een high-level integrator, enz. vereist. We hebben een softwareteam van 20 mensen hier, die elke dag werken om het makkelijk te maken. Dus wanneer de klant een Werkstation krijgt, is het al ingesteld. Ze hoeven alleen parameters in te voeren.” Hij voegde toe dat camera's meer kunnen dan onderdelen meten. Ze kunnen ook gebruikt worden voor onderdeeloriëntatie. Dit stelt meer complexe arrangementen in staat, zoals het automatisch kunnen pikken van meerdere onderdelen op een pallet. Plus Promess heeft cobots geïntegreerd voor automatische onderdeel laden/lossen. Het eindresultaat, zoals Lytle het ziet, is een multi-functie Werkstation dat de transferlijn vereenvoudigt en bijdraagt aan sociale distancing, terwijl het ook data naar de andere apparatuur in de fabriek stuurt “via het Internet of Intranet om een beslissing te nemen over wat te doen.”

Intelligenter En Flexibeler

Volgens Joe Chudy, general manager van ABB Robotics USA, Auburn Hills, Mich., “kijken alle industrieën, in grote en kleine installaties, naar manieren om mensen uit hun processen te halen.” De grootste toename in vraag—een boost die direct aan de pandemie te maken heeft—is in medische productie, verpakking/logistiek, en voedselverwerking. De laatste twee zijn met name uitdagend, gegeven hun behoefte aan extreme snelheid bij inconsistente inputs. Zoals Chudy het uitdrukte, “het is geen geheim dat Amazon niet genoeg mensen kan inhuren en niet snel genoeg kan automatiseren. Hetzelfde geldt voor WalMart en iedereen in die ruimte. Maar de hoeveelheid en diversiteit van de items die je moet oppakken en snel sorteren, dwingt je om een vorm van AI (kunstmatige intelligentie) te implementeren.”

Chudy zei dat de voedselverwerkingsindustrie ook hard gedrukt wordt en automatiseringsinnovatie drijft. Hij beschreef vleessnijden en verpakken als een inherent ellendige omgeving voor mensen om in te werken, met de pandemie die alleen de ellende verergerde. En het “eiwit” (zoals de industrie hun product noemt) varieert van stuk tot stuk. “We vroegen ons af of we een kip konden ontbeenderen. Wat konden we met de vleugels doen? Dingen als die,” herinnerde Chudy.

Gegeven de inconsistenties van de vormen van het eiwit, vereiste het aanpakken van deze uitdaging zowel een slim camerasysteem als AI om de robotgreppers te oriënteren. “Er is ook snelle terugverdientijd op het beperken van het verloren eiwit bij het snijden,” voegde Chudy toe. “Dus de visietechnologie die u gebruikt, met watermessen of andere technieken om dit materiaal zo dicht mogelijk te snijden, is een groot ding. Leren hoe het eiwit aan de robot gepresenteerd wordt, waar het visiesysteem moet gaan, en hoe u het moet oriënteren, allemaal factoren in de applicatie.”

Langetermijn denkt Chudy, zullen vooruitgang in AI gedreven door deze uitdagingen ook toegepast worden op de metaalbewerkingswereld. Bijvoorbeeld, willekeurige bin picking capaciteit verbetert door verbeteringen in AI, observeerde hij, “alsook de-palletiseren en sommige van de logistieke [taken]. Acquisitietijden zijn echt wat er toe doet in willekeurige bin picking. Hoe snel kan ik dat onderdeel lokaliseren? Hoe snel kan ik ernaartoe gaan? Het is hetzelfde in de logistieke markt.” Chudy gelooft dat snelheid belangrijk is en het verwerken van het volume beelddata dat nodig is om de onderdelen te pikken heeft tot nu toe die toepassingen beperkt. “[Nu] zien we die toepassingen bloeien in deze markt naarmate de technologie groeit en sterker en minder onderhoudsintensief wordt,” zei Chudy.

Hij zei dat fixtureless lassen en slim lassen ook bestudeerd worden, waarin “u het stuk en onderdeel aan een camera presenteert en het beslist hoe te lassen, en de toleranties, en de gaten meet, en al dingen doet die een traditionele programmeur zou doen. Het werkt goed in de lab, maar we hebben het nog niet in productie geïmplementeerd.”

Visietechnologie is centraal voor deze systemen. En zoals Chudy het uitdrukte, dat vroeger “veel kerels in de metaalindustrie nerveus maakte,” omdat visiesystemen voorheen gespecialiseerde technici vereisten om te installeren en te onderhouden. “Nu zijn deze nieuwere toepassingen in staat zichzelf te monitoren.”

Motley sprak ook over visietechnologie als een geweldige enabler die makkelijker te implementeren is geworden. “Wanneer je een robot ogen geeft om zich aan de omgeving aan te passen, dat stelt allerlei dingen in staat in termen van verminderde kosten voor het opzetten van een applicatie, verminderde changeover tijd, minder gewijzigde onderdelen, betere flexibiliteit, hogere betrouwbaarheid, en in-proces inspectie.” Hij zei dat FANUC's nieuwe 3D visietechnologie, genaamd 3DV, “een veelzijdige, compacte sensor biedt die gemakkelijk in end-of-arm tooling op een robot gebouwd kan worden. De robot draagt letterlijk zijn ogen mee met zich mee in plaats van alleen een stationaire sensor, hoewel stationaire sensoren nog steeds hun plaats hebben.” En een 3D point cloud biedt de robot veel meer informatie dan een plat 2D beeld, voegde hij toe. Met meer informatie over wat er voor het is, “is de robotbesturing beter in staat om te beslissen wat er als volgende te doen is.”

Productie In Metaal

Het hanteren van verpakking en eiwit is heel anders dan een typische metaalbewerkingsapplicatie. Zoals Dave Suica, president van Fastems LLC, West Chester, Ohio, uitleegde, verandert grippertechnologie. “We zijn begonnen met servo-gecontroleerde grepers. Veel van de onderdelen zijn deformeerbaar. Een reguliere krachtsgreper kan te veel kracht toepassen, meer dan wat nodig is om de wrijvingsfactor te overwinnen om het onderdeel op te tillen. Met servo-controle, ga je naar een positie, en dan heeft het een override voor hoeveel druk het toepast.” Algemeener, zei Suica dat mensen neigen naar “hogere eind” automatisering die niet vereist handmatig grepers te wisselen om taken te switchen. “Met slimme automatisering en automatische gripperwissels, en computerbesturing versus een PLC, kunt u het dynamisch maken. U kunt schakelen van onderdeel A naar onderdeel B naar onderdeel C zonder enige mensen er. We hebben systemen die 72 uur autonom draaien.”

Terwijl Fastems bekend is om grote flexibele productiesystemen (FMS), beheert het de hele reeks robot- en pallethanteringsconfiguraties. Suica zei dat de pandemie sommige bedrijven heeft gedwongen om enkele machines te kopen en te automatiseren om snel een bepaald product te reshoren. Maar of Fastems een groot FMS of een robot voor een enkele machine levert, “het heeft nog steeds een volledige lijn van productiebeheersoftware,” zei Suica. “Het heeft nog steeds planning. Het heeft nog steeds de capaciteiten om verschillende onderdelen op verschillende tijden te draaien.” Fastems verheugt zich erop in staat te zijn om te integreren met een bedrijfs ERP-systeem voor voorspellende en dynamische planning. “Dus, naarmate het ERP-systeem de vereisten verandert, veranderen we automatisch de volgorde van welk onderdeel wanneer gemaakt wordt, zodanig dat u uw stroom behoudt zonder voorraad op te bouwen.”

Terugkerend naar de verpakking en assemblage uitdaging, zei Motley dat FANUC's automotieve wortels het goed hebben gediend. “Ons vermogen om een randje kit aan te brengen om een autocarrosserie voor het schilderen af te dichten, en dat heel strak te coördineren met robotbewegingen zodat als je snel gaat, je geen dunne plek in de kitrand krijgt … en als je langzaam om een hoek gaat, je geen grote, dikke opstapeling krijgt …” droeg direct bij aan het kunnen doseren van lijm in assemblage-operaties.

Remote Besturing Verplaatst Naar HTML5

De toename in automatisering en sociale distancing gedreven door de pandemie heeft op zijn beurt de noodzaak voor remote monitoring capaciteiten benadrukt. Remote monitoring is niet nieuw, en praktisch alle besturings-, automatiserings- en machinefabrikanten bieden dergelijke oplossingen. Maar Fagor Automation–USA, Elk Grove Village, Illinois, ging recent een stap verder door de release van een HTML5-gebaseerde besturingsarchitectuur te versnellen. Als General Manager voor Noord-Amerika Harsh Bibra uitlegde, is HTML5 niet alleen browser-gebaseerd, het is “consistent over meerdere browsers. Een persoon kan een iPhone gebruiken. Een ander kan een Google apparaat hebben. Een derde persoon kan Windows 10 op een laptop gebruiken. Met een HTML5-gebaseerde interface op de machine, zouden ze allen hetzelfde zien op een vergelijkbare manier. HTML5 maakt uw machine platformonafhankelijk.”

HTML5 biedt betere mobiele toegang tot business intelligence ook, zei Bibra, samen met geolocatie. Met geolocatie, wees hij erop, kunt u remote verbindingen beperken tot apparaten die in specifieke locaties zijn, wat de beveiliging verbetert. Bijvoorbeeld, u kunt een remote verbinding beperken tot een werknemershuis, maar niet elders, om toegang te voorkomen als de werknemer zijn telefoon verliest. Wat meer is, voegde Bibra toe, “HTML5 is zonder limieten. Afhankelijk van de kracht van de logica die u schrijft, of de kracht van de human-machine interface die u creëert, kan het de N-de graad van vrijheid bieden in de zin dat de persoon aan de andere kant toegang kan hebben tot alles.” Dat betekent dat u een remote verbinding kunt maken niet alleen om activiteit te monitoren, maar ook machine commando's in te voeren, zoals cyclus start of cyclus stop. Met andere woorden, remote besturing is de ultieme sociale distancing.