Интеллект и безопасность роботов в производстве: новый уровень автоматизации

Пандемия подсветила грустную правду производства: люди болеют

COVID-19 научил производителей ценному уроку: когда люди заболевают, станки и оборудование простаивают. Конечно, они уже знали об этом, как и о том, что сотрудники уходят на обед и в отпуска, опоздывают из-за поломок авто и уходят к конкуренту за 50 центов больше в час. По этим и другим причинам владельцы цехов и менеджеры давно испытывали давление для автоматизации; теперь, перед лицом глобальной пандемии, они делают это в панике.

«США годами страдают от нехватки квалифицированных кадров, но зависимость от живых операторов стала особенно острой», — говорит Марк Самнер, вице-президент по продажам и маркетингу провайдера промышленной автоматизации Acieta LLC (Уокеша, Висконсин). «Годами нам звонили: "Я думаю об автоматизации. Расскажите, как это улучшит наш доход". После COVID-19 это превратилось в: "Нам нужны роботы. С чего начать?"».

Новая нормальность

Причин для этого сдвига много, говорит он. Рассмотрим станочные цеха и предприятия по металлообработке в мире, нервирующемся из-за передачи вируса. В этих условиях станки обычно достаточно далеко друг от друга, чтобы социальное дистанцирование не было проблемой. Но что происходит на обеденном перерыве, когда работники собираются делиться историями о выходных или ругаться на любимые спортивные команды?

Какое влияние окажет обязательное ношение масок на мораль, не говоря уже о плексигласовых барьерах, проверках температуры на входе и знаках о дистанции в 2 метра? А что с неизбежным простоями при обнаружении зараженного коллеги? С удачей всё это временно. Возможно, иммунологи быстро создадут вакцину, и к следующему году 2020 год станет аномалией. Но что, если вакцины не будет? И как быть со следующей пандемией? Вопросы вроде этих заставляют производителей остановиться, и многие говорят: «Хватит. Автоматизируем везде, где возможно».

Хорошая новость? Сделать это сейчас проще מתמיד. Самнер отмечает, что социальное дистанцирование означает больше места для размещения роботов между коллегами, а Стив Александр, вице-президент операций Acieta, добавляет, что системы зрения и другие передовые возможности положительно влияют на стоимость и гибкость роботов.

«Всё больше клиентов используют камеры для локации случайно размещенных деталей — на паллете, полке или конвейере», — говорит он. «Робот определяет ориентацию и захватывает деталь, а также распознает наличие признаков — сверленного отверстия, штрих-кода — и принимает решения соответственно. Это снижает потребность в оснастке и связанных расходах, а также упрощает внедрение роботов».

Четкое зрение с камерами

Самая популярная система зрения Acieta — FANUC iRVision, которая, как объяснил Александр, доступна как опция для любого робота FANUC. Однако он быстро указал, что сторонние и OEM-камеры есть практически для любой марки роботов, независимо от возраста. Сложнее часто бывает определить, как именно использовать камеру.

«Здесь определенно нужна инженерия», — говорит он. «Необходимо задать правильную физическую компоновку, поле зрения, надлежащее освещение и так далее. На программной стороне нужно обучать робот, коррелируя то, что видит камера, с выполняемой задачей. Это не так просто, как прикрутить камеру».

Дэйв Брюс, менеджер по инженерии и эксперт по робототехническому зрению FANUC America Corp. (Рочестер Хиллз, Мичиган), и его коллега Грег Бюэлл — эксперт по коботам и старший инженер сегмента манипулирования материалами FANUC — согласились, что системы зрения становятся популярнее и мощнее, но предупредили, что их использование требует дополнительной подготовки.

«Зрение прошло долгий путь за последние годы», — говорит Брюс. «У нас оно доступно на последних трех поколениях контроллеров, а за последние два мы сделали большой упор на 3D-зрение (3DV), использующее сверхбыстрые камеры на основе точечных облаков для картирования окружения робота. Мы ожидаем, что использование как промышленных, так и коллаборативных роботов сильно вырастет в ближайшие годы».

Другая технология — сила-ощущение, делающая роботов безопаснее и способнее. FANUC Force Control часто используется в связке с продуктами зрения для операций зачистки и сборки; эти задачи становятся еще проще при поддержке умного ПО. «У нас есть продукт Intelligent Deburr», — говорит Бюэлл. «Он позволяет загрузить CAD-чертеж детали, и ПО генерирует оптимальный траекторию для зачистки. Именно этот уровень искусственного интеллекта помогает производителям достичь максимально быстрого ROI от инвестиций в автоматизацию».

Решения в реальном времени

Если вы не из тех, кто боится будущего роботов-захватчиков, детерминированный ИИ, пожалуй, самый захватывающий сегмент автоматизации. Роботы с ИИ не только способнее, но и гораздо дешевле в эксплуатации.

«Полные 40% текущих затрат робота лежат на его программировании», — говорит Джейсон Бартон, директор по коммерции Realtime Robotics Inc. (Бостон). «ИИ может снизить эти затраты до 70%. Realtime Robotics достигает этого автоматизацией процесса программирования для определения наиболее эффективного пути из точки А в точку Б и генерации программы соответственно. Более того, система может динамически модифицировать программу при изменении условий — технология, аналогичная используемой в беспилотных авто для навигации».

«До появления GPS в авто и телефонах водители распечатывали подробные маршруты в незнакомые места», — говорит Бартон. «Но при перекрытии дороги или пробке вы были в беде, так как не могли изменить маршрут на лету. Так и работает традиционное программирование роботов сегодня. Нужно прописывать каждую точку для каждого движения, и если несколько роботов работают вместе, нужно синхронизировать их все. Это трудоемкая задача, которую мы устраняем».

Самопрограммирующиеся роботы, осведомленные об окружении, станут переломом — настолько, что Realtime Robotics партнерится с производителями роботов, среди которых Mitsubishi Electric Automation Inc. (Вернон Хиллз, Иллинойс). Адам Уэлч, менеджер по робототехнике Mitsubishi, отметил, что сложные 3D-системы зрения помогают обеспечить эффективную работу всех роботов в ячейке, пространственно осознающих свое текущее и будущее положение.

Оценка рисков и возможности

«Мы используем эту технологию для различных высококонцентрированных робототехнических приложений, включая автопром и пищевую промышленность», — говорит Уэлч. «Поскольку система интуитивно понимает роли каждого робота, она создает иерархию: робот №1 имеет приоритет над роботом №2 и так далее. Она эффективно управляет даже строгими процессами без сложного программирования».

Конечно, это не значит, что традиционные системы программирования и безопасности исчезнут. Бен Саган, менеджер по бизнес-развитию Mitsubishi Electric Automation, предложил решение MELFA SafePlus, дополняющее линейку промышленных роботов интерфейсом с разным оборудованием безопасности: сканерами зон, световыми шторами, безопасными ковриками, которые снижают скорость или ограничивают движение робота по обратной связи.

Для тех, кто думает: «Отлично, уберем эти громоздкие клетки и поставим такие системы», — не так быстро. Как их коллеги по отрасли, оба эксперта заявили, что клиенты должны проходить оценку рисков перед внедрением любого робота. «Это верно даже для коботов», — добавил он, указав, что Mitsubishi Electric Automation выпустит свой первый кобот — MELFA ASSISTA — этой осенью. «Критично анализировать любое робототехническое приложение в контексте планировки ячейки, станков, конвейеров, другого оборудования манипулирования и степени взаимодействия с людьми», — сказал Саган.

Пандемия ускоряет автоматизацию

Джо Кэмпбелл полностью поддерживает идею большего числа коботов. Старший менеджер по стратегическому маркетингу и разработке приложений Universal Robots USA Inc. (Анн Арбор, Мичиган) говорит, что производителям нужно внедрять робототехнику — коллаборативную или нет — максимально быстро. «Даже до пандемии ситуация была кристально ясна», — говорит он. «Хотя бы 500 000 производственных вакансий не заполнялись. Более 10 000 беби-бумеров уходили на пенсию ежедневно, и 27% производственных рабочих были старше 55. Последний аргумент за автоматизацию? Желание миллениалов и молодежи идти в рабочие специальности на рекордно низком уровне».

Эта ситуация уже давно стимулировала автоматизацию, отмечает Кэмпбелл. Теперь добавьте глобальную пандемию. В результате цехи всех размеров начинают покупать коботов и роботов, чередуя их с социально дистанцированными людьми, чтобы вернуть объемы до пандемийных. Вместе с этим растет желание решорить производство, выравнивая низкую стоимость труда за счет более умных и способных роботов.

Пример — ActiNav от Universal Robots, автономная система бин-пикинга, представленная в апреле. В отличие от бин-пикеров на складах e-commerce, которые по сути «поднял — бросил», ActiNav — это «поднял — поместил». Она достаточно точна для обслуживания ЧПУ и достаточно умна, чтобы выбирать случайно разложенные объекты даже из очень глубоких ящиков. Большая часть этой способности — еще одно новшество компании: высокорешающая система зрения от Photoneo Inc. (Эрлангер, Кентукки) и собственное ПО.

«В этом и есть магия ActiNav», — говорит Кэмпбелл. «При традиционном бин-пикинге нужно запрограммировать все сценарии, что практически невозможно в ящике с мелкими металлическими деталями. С ActiNav вы показываете деталь, ящик и место назначения, а ПО делает остальное. Это достаточно просто, чтобы настроить новую деталь с нуля за 2–4 часа, вместо пары месяцев».

Безопасное движение

По Кэмпбеллу, COVID-19 наконец показал всем, что происходит, когда производство уходит за границу. «Достаточно пандемии или подобного сбоя — и вы остановлены», — говорит он. «Из-за этого компании везде хотят вернуть работу в-house и сделать это прямо сейчас. Учитывая нехватку кадров, единственный способ сделать это эффективно — гибкая автоматизация, легко внедряемая, программируемая и эксплуатируемая, и при соблюдении протоколов безопасности способная работать рядом с людьми. Коботы идеально подходят».

Джо Чуди, вице-президент и гендиректор ABB Robotics U.S. (О번 Хиллз, Мичиган), тоже услышал призыв к автоматизации, хотя его решение немного иное. «Клиенты говорят, что ускорение внедрения робототехники и автоматизации критично — и для защиты здоровья сотрудников, и для непрерывности бизнеса», — говорит он. «Большинство хотят сменить баланс глобализации и локализации, приблизив производство домой — так называемый неаршоринг — повышая гибкость производства и устойчивость цепочек поставок».

Для этого нужны интуитивные инструменты для лучших решений. Один из них — пакет ПО SafeMove компании, который, по словам Чуди, дает операторам большую свободу коллаборации с роботами в ограниченном пространстве практически без ограждений, при условии соответствующих датчиков безопасности, лазерных сканеров и световых барьеров. Его можно использовать на всей линейке промышленных роботов ABB, «делая каждый робот коботом» через настраиваемое электронное обнаружение и предотвращение движения, ограничивающее скорость, движение и позицию робота при приближении человека.

Он также отметил потребность в ПО для симуляции и офлайн-программирования, в том числе RobotStudio компании. Первое позволяет создавать, симулировать и тестировать полную робототехническую установку в виртуальной 3D-среде без вмешательства в реальную линию. «Это значит, что новые линии можно устанавливать быстрее и разгонять до полной скорости без сюрпризов при пусконаладке. Это критически важная компетенция для производителей, учитывая сегодняшнюю массовую кастомизацию и сокращение жизненных циклов продуктов», — говорит он. «Как и с CAM-ПО и ЧПУ-станками, офлайн-программирование роботов устраняет простоя и нарушения на производстве, возникающие при ручном программировании».