Как автоматизация ускорилась во время COVID-19: тренды, гибкость и подъем коботов

Более безопасные, быстрые и интеллектуальные решения помогают отрасли в пандемию

Долгосрочный тренд к производственной автоматизации понятно ускорился пандемией COVID-19. Примерно через год после начала кризиса, хорошее время спросить о долгосрочных влияниях. Протолкнула ли пандемия автоматизацию в новые области? Сделали ли поставщики автоматизацию более гибкой? Легче внедряемой?

По своей природе коллаборативные роботы (коботы) легче внедрять, чем их традиционные кузены. Поскольку коботы спроектированы для разделения рабочего пространства с их человеческими коллегами, как рутина, они часто не требуют ограждения и могут вписаться в относительно небольшие, занятые пространства (при подтверждении оценки рисков безопасности). Они также легче настраивать, сказал Дик Мотли, директор группы авторизованных системных интеграторов FANUC America Corp. в Рочестер Хиллз, Мичиган. Он объяснил, что пользователь может частично обучать серию коботов CRX FANUC буквально захватывая руку и водя её вокруг. Это делает «настройку простого приложения действительно прямолинейной и интуитивной. У вас есть роботизированная автоматизация, которую можно развернуть быстро». Он добавил, что «есть растущая экосистема периферийных поставщиков для захватов и пьедесталов для робота, и разных провизий для легкого адресаания утилит, идущих к концевику манипулятора робота».

Плохая новость в том, что коботы медленные. Даже хотя они построены с датчиками, ограничивающими силу, которую они передадут при контакте с чем-то, «довольно трудно соблюдать стандарты безопасности на высокой скорости», объяснил Мотли. «Потому что независимо от того, насколько чувствительна ваша система контактного сенсирования, вы пытаетесь бросить вызов физике, если у вас есть что-то движущееся очень быстро и затем нужно немедленно остановить его». Так что хотя вы можете думать, что коботы захватят мир автоматизации (и продажи в эпоху COVID-19 были взрывными), их применимость имеет пределы.

Мотли отозвался на «относительно низкоскоростную паллетизационную операцию» в конце производственных линий клиента как хорошую подгонку для кобота. «Они делали два-четыре коробки продукта в минуту, с невероятной плотностью конвейерных линий, кормящих эти продукты вниз до конца для паллетизации. У них не было физического пространства для традиционной реализации робота с расчетами тормозного пути и всем, что входит в традиционную робототехническую ячейку. Их единственный вариант автоматизации — поставить кобот. ... Если вы идете достаточно медленно, картонная коробка, вероятно, не навредит вам».

Безопасно и легко для людей

Это не значит, что традиционные роботы не могут работать вблизи людей, или что они очень сложны в настройке. Или что медленные коботы могут работать без ограждения, если они манипулируют чем-то острым или иным опасным. Для адресации этих проблем FANUC и другие OEM имеют системы, которые «ограничивают либо диапазон движения, либо скорость робота» для разрешения периодического взаимодействия с человеком, объяснил Мотли. FANUC называет свою архитектуру безопасности «Dual Check Safety», или DCS. «Может, вы хотите установить зону "stay out" на одной стороне робота, пока оператор загружает детали или что-то, что робот собирается извлечь. Вы включаете программное ограничение, чтобы держать робота оттуда, обычно усиленное световой шторой, безопасным ковриком или сканером. Но затем, как только человек уходит из зоны загрузки, робот может быть обратно на полной скорости».

Мотли также указал, что «корректировки DCS можно делать в среде симуляции офлайн-программирования Roboguide FANUC. Их можно делать с ноутбуком, подключенным к роботу, или с одним из наших устройств пользовательского интерфейса, будь то наш iPendant или наш новый планшет Teach Pendant». Новый планшетный интерфейс особенно легок в использовании, сказал Мотли. «Это совершенно новый стиль программирования, который даже не близок к компьютерному языку. Это drag-and-drop иконная таймлайн».

В Promess Inc., Брайтон, Мичиган, директор по приложениям Джон Лайтл сообщил, что пандемия ускорила усилия его компании сделать свои Электрические Прессовые Рабочие Станции выполняющими дополнительные функции. Promess уже сделало легко добавлять свои единицы к производственной линии, делая их компактными и самодостаточными, с интегрированной световой шторой для предотвращения травм оператора. «Они автоматизируют сборку с сенсированием, определяющим, сделали ли они хорошую деталь, и вы можете положить их куда угодно и адаптироваться к вещам, пока они меняются на заводе». Promess добавил вспомогательные функции и улучшил информацию, которую единицы могут коммуницировать остальному заводу. Например, помимо прессования двух деталей вместе и подтверждения, что измеренная сила и ход были как ожидалось и сборка поэтому хороша, Рабочая Станция может также брать размерные измерения и передавать эту информацию дальше. Это устраняет необходимость в отдельной станции контроля.

Выполнение таких измерений требует камер и/или лазеров, и Promess интегрирует технологию так, что конечный пользователь все еще получает автономный, «plug and play» блок. Как объяснил Лайтл, «Мы фокусируемся на том, чтобы сделать это простым для конечного пользователя, так что это не как большой научный проект, требующий техника камеры, эксперта ПЛК, высокого интегратора и так далее. У нас команда ПО из 20 человек здесь, работающая каждый день, чтобы сделать это легким. Так что когда клиент получает Рабочую Станцию, она уже настроена. Они просто вводят параметры». Он добавил, что камеры могут делать больше, чем измерять детали. Они также могут использоваться для ориентации деталей. Это позволяет более сложные укладки, как возможность автоматически подбирать из множества деталей на паллете. Плюс Promess интегрировал коботов для автоматической загрузки/разгрузки деталей. Конечный результат, как видит Лайтл, — многофункциональная Рабочая Станция, упрощающая линию передачи и способствующая социальному дистанцированию, одновременно отправляющая данные другому оборудованию на заводе «через Интернет или Интранет для принятия решения о том, что делать».

Более интеллектуальные и гибкие

По Джо Чуди, гендиректору ABB Robotics USA, О번 Хиллз, Мичиган, «все отрасли, в больших и малых установках, ищут способы убрать людей из своих процессов». Самый большой рост спроса — прирост, который можно напрямую привязать к пандемии — в медицинском производстве, упаковке/логистике и пищевой переработке. Последние два особенно сложны, учитывая их потребность в экстремальной скорости перед лицом несовместимых входов. Как выразился Чуди, «не секрет, что Amazon не может нанять достаточно людей и не может автоматизировать достаточно быстро. То же верно для WalMart и всех остальных в этом пространстве. Но количество и разнообразие предметов, которые нужно подобрать и отсортировать быстро, заставляет вас внедрять некую форму ИИ (искусственного интеллекта)».

Чуди сказал, что пищеперерабатывающая отрасль также под давлением и драйвит инновации автоматизации. Он описал разделку и упаковку мяса как изначально мрачную среду для работы людей, с пандемией только добавляющей бед. И «белок» (как отрасль относится к своему продукту) варьируется от куска к куску. «Мы спрашивали себя, могли ли мы удалить кости у курицы. Что мы могли бы сделать с крыльями? Вещи вроде тех», — рассказал Чуди.

Учитывая несоответствия форм белка, встреча этого вызова требовало как умную камерную систему, так и ИИ для ориентации робототехнических захватов. «Также быстрый возврат на ограничение белка, потерянного при резке», — добавил Чуди. «Так что технология зрения, которую вы используете, с водяными ножами или другими техниками для резки этого материала максимально близко, — большое дело. Обучение тому, как белок представлен роботу, где должна быть система зрения и как вы должны её ориентировать, все факторы в приложении».

Долгосрочно Чуди думает, что достижения в ИИ, движимые этими вызовами, также будут применены к миру металлорезки. Например, способность случайного бин-пикинга улучшается благодаря улучшениям в ИИ, он заметил, «а также депаллетизация и некоторые логистические [задачи]. Время аквизиции — то, что важно в случайном бин-пикинге. Насколько быстро я могу локализовать деталь? Насколько быстро я могу пойти за ней? Это то же в логистическом рынке». Чуди верит, что скорость важна и обработка объема изображений, необходимых для подбора деталей, до сих пор ограничивала эти приложения. «[Теперь] мы видим эти приложения расцветающие на этом рынке по мере роста технологии и становления более сильной и менее требовательной к обслуживанию», — сказал Чуди.

Он сказал, что безоснасточная сварка и умная сварка также изучаются, в которой «вы представляете деталь и часть к камере и она решает, как сварить, и допуски, и измеряет зазоры, и делает все вещи, которые традиционный программист делал. Хорошо работает в лабе, но мы еще не внедрили в производство».

Технология зрения центральна для этих систем. И как выразился Чуди, это раньше «заставляло многих парней в металлической отрасли нервировать», потому что системы зрения ранее требовали специализированных техников для установки и обслуживания. «Теперь эти более новые приложения способны само-мониторить».

Мотли также говорил о технологии зрения как о огромном инейблере, ставшим легче внедрять. «Когда вы даете роботу глаза, чтобы адаптироваться к среде, это позволяет все виды вещей в терминах сниженной стоимости настройки приложения, сокращенного времени переналадки, меньшего числа меняющихся деталей, лучшей гибкости, более высокой надежности и в-процесс инспекции». Он сказал, что новая 3D-зрительная технология FANUC, называемая 3DV, предлагает «универсальный, компактный сенсор, который легко можно встроить в концевик манипулятора на роботе. Робот буквально несет свои глаза с собой, а не просто имеет стационарный сензор, хотя стационарные сензоры все еще имеют свое место». И 3D-точечное облако дает роботу намного больше информации, чем плоское 2D-изображение, добавил он. С большей информацией о том, что перед ним, «управление робота лучше способно решить, что делать дальше».

Производство в металле

Манипулирование упаковкой и белком сильно отличается от типичного металлообрабатывающего приложения. Так, как Дэйв Суйца, президент Fastems LLC, Уэст Честер, Огайо, объяснил, технология захватов меняется. «Мы начали переходить на серво-контролируемые захваты. Многие детали деформируемы. Обычный силовой захват может приложить слишком большую силу, больше, чем нужно для преодоления коэффициента трения для подъема детали. С серво-контролем вы идете в позицию, и потом у него есть переопределение для того, сколько давления он приложит». В более общем, Суйца сказал, что люди тянутся к «высшему уровню» автоматизации, которая не требует ручной смены захватов для смены работ. «С умной автоматизацией и автоматическими сменами захватов, и компьютерным контролем против ПЛК, вы можете сделать это динамичным. Вы можете переключаться от детали А к детали Б к детали В без людей там. У нас системы, которые работают 72 часа автономно».

Пока Fastems лучше известна большими гибкими производственными системами (FMS), она обрабатывает весь спектр робототехнических и паллетных конфигураций. Суйца сказал, что пандемия заставила некоторые компании покупать и автоматизировать одиночные станки просто для быстрого решоринга определенного продукта. Но независимо от того, доставляет Fastems большое FMS или робота для одиночного станка, «у неё всё еще полная линейка производственного управленческого ПО», сказал Суйца. «У неё всё еще есть планирование. У неё всё еще есть способности запускать разные детали в разное время». Fastems гордится способностью интегрироваться с ERP системой компании для предиктивного и динамического планирования. «Так что, как ERP система меняет требования, мы автоматически меняем последовательность того, какая деталь делается когда, так что вы поддерживаете свой поток без накопления инвентаря».

Возвращаясь к упаковочному и сборочному вызову, Мотли сказал, что автомобильные корни FANUC хорошо его обслужили. «Наша способность дозировать бусину герметика для закупорки кузова авто перед покраской, и координируя это очень тесно с движениями робота так, что когда вы идете быстро, вы не получаете тонкое место в бусине герметика... и когда вы идете медленно за угол вы не получаете большую толстую накопку...» напрямую способствовало способности дозировать клей в сборочных операциях.

Удаленный контроль переходит на HTML5

Рост автоматизации и социальное дистанцирование, движимые пандемией, в свою очередь подсветили потребность в возможностях удаленного мониторинга. Удаленный мониторинг не новый, и практически все контроль, автоматизация и производители станков предлагают такие решения. Но Fagor Automation–USA, Элк Гроув Виллидж, Иллинойс, недавно пошли дальше, ускоряя выпуск архитектуры управления на базе HTML5. Как объяснил Генеральный Менеджер для Северной Америки Харш Бибра, HTML5 не только браузер-базирован, это «консистентно через множественные браузеры. Один человек может использовать iPhone. Другой может иметь Google устройство. Третий может использовать Windows 10 на ноутбуке. С HTML5-базированным интерфейсом на станке, они все увидят одно и то же похожим образом. HTML5 делает ваш станок платформонезависимым».

HTML5 обеспечивает лучший мобильный доступ к бизнес-интеллекту тоже, сказал Бибра, вместе с геолокацией. С геолокацией он указал, можно ограничить удаленные соединения устройствами, находящимися в конкретных локациях, тем самым улучшая безопасность. Например, можно ограничить удаленное соединение домом сотрудника, но не другими местами, для предотвращения доступа, если сотрудник потерял телефон. Что больше, добавил Бибра, «HTML5 без лимитов. В зависимости от силы логики, которую вы пишете, или силы человеко-машинного интерфейса, который вы создаете, оно может предоставить N-ю степень свободы в том смысле, что человек на другом конце может иметь доступ к чему угодно». Это значит, что вы могли уполномочить удаленное соединение не просто мониторить активность, но и вводить команды станка, как цикл старт или цикл стоп. Иными словами, удаленный контроль — это высшее социальное дистанцирование.