Робот-коллабораторы: оптимизация производства в эпоху глобального дефицита талантов

Высокая рыночная динамика, растущая конкуренция из-за глобализации, но также демографические разработки и растущий дефицит квалифицированных рабочих, ставят перед немецкими производственными компаниями серьезные препятствия. Эти изменения особенно затрагивают процесс сборки как последнее звено в цепочке создания стоимости.

Один подход для противодействия этим изменениям — использование так называемого человеко-роботного сотрудничества (HRC). Однако HRC-системы все еще ассоциируются с высокими затратами, как в деньгах, так и в персонале, из-за их планировочной сложности. Существует потребность в простых и гибких методах, позволяющих компаниям из многих отраслей с широким разнообразием граничных условий приложения (сложность продукта, вариативность, количества и т.д.) настраивать и внедрять коллаборативные сборочные рабочие места.

Исследовательский проект SafeMate

В исследовательском проекте SafeMate, финансируемом Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF) в программе «Инновации для производства, сервиса и работы завтра», были разработаны стратегии и концепции для внедрения и дизайна коллаборативных сборочных рабочих мест. Фокус был на безопасных и принимаемых рабочих местах, где сотрудники признают высокую пользу. Помимо известных немецких компаний, таких как Lenze, Lufthansa Sky Chefs, Miele и Sennheiser, детевольдская компания Weidmüller также была частью этого исследовательского проекта.

Группа Weidmüller — глобальный игрок, специализирующийся в области электрической соединенческой технологии и электроники. Вместе со своими клиентами она формирует цифровую трансформацию — с продуктами, решениями и сервисами для Smart Industrial Connectivity и Индустриального Интернета Вещей.

С своими продуктами Weidmüller преимущественно активна в машиностроении, процессной промышленности, выработке энергии и возобновляемых энергиях, транспортной технологии, строительной инфраструктуре и в области приборостроения. Компания давно занимается темой Индустрии 4.0 и, помимо SafeMate, участвует в других исследовательских коллаборациях.

Когда всё делалось вручную

До недавнего времени процесс сборки электромеханических компонентов в Weidmüller выполнялся полностью вручную сотрудниками на сборочном рабочем месте.

Как часть SafeMate, потенциальный анализ — проведенный командой под руководством инженера по процессам Weidmüller Тобиаса Штуке — должен был определить индивидуальные задачи, выполняемые человеком и машиной, и таким образом создать задачно-оптимальное разделение труда. Среди прочего было выяснено, что роботы очень хороши в выполнении монотонных, повторяющихся и силовых задач процесса размещения без усталости. И они могут делать это с последовательной точностью.

Но это не может быть сделано без людей: люди имеют специальные навыки, например, в захвате и удалении мелких деталей разных размеров из кучи или коробки. Они могут распознавать и сортировать их лучше. Люди также превосходят своих роботизированных коллег, когда речь идет о правильной подаче и последующем процессе инспекции.

Основываясь на этих выводах, ранее ручной процесс сборки был затем частично автоматизирован в первоначальном пилотном приложении SafeMate с использованием человеко-роботного сотрудничества (HRC). Результатом был гибридное сборочное рабочее место, в котором люди и роботы работают параллельно. Монотонные и силовые задачи выполняются роботом, в то время как когнитивно требовательные задачи выполняются человеком.

Человеко-роботное сотрудничество

В коллаборативной робототехнике люди и роботы могут работать рука об руку на одном рабочем месте. Благодаря чувствительной контрольной технологии робот может работать близко с человеком без защитных ограждений. Приложение требует валидации для обеспечения того, что опасности были достаточно минимизированы. Это может быть сделано как часть измерения силы и давления, проведенного TÜV, профсоюзами, внешними провайдерами услуг или независимо интегратором. Конечные инструменты манипулятора, такие как захват, также могут быть валидированы таким образом.

Для нового гибридного рабочего места, для сборки электромеханических компонентов, такой кобот от датского производителя роботов Universal Robots (UR) теперь был поставлен рядом с сотрудниками для работы вместе с ними. Сначала коллега собирает соединительные элементы. Затем кобот вдавливает электрические контактные элементы, соединяет корпус соединителя и завинчивает контактные соединения. Производительность всего гибридного рабочего места увеличена использованием коллаборативного робота и результирующим сокращением промежуточных шагов или времени ожидания в процессе сборки. Фокус этой частичной автоматизации — облегчить оператору станка от времени-затратных и монотонных промежуточных шагов и достичь сбалансированного разделения труда между людьми и роботами.

Кобот с захватом Zimmer HRC

Помимо выбора подходящего робота, подходящий захват также требовался как часть дизайна рабочего места. Это потому, что захватная технология — элементарный компонент каждого робототехнического приложения. Захват HRC-02 от Zimmer Group, специалиста по захватам из Ринау, Германия, был найден относительно быстро. Zimmer Group в настоящее время имеет самый большой портфель HRC захватов в мире. Выбранный захват безопасен и идеально гармонирует с выбранным UR роботом.

Полностью электрический сервозахват HRC-02, специально спроектированный для HRC использования, не имеет острых краев и построен так, что с его скругленной формой со всех сторон случайное зацепление практически невозможно. Кроме того, HRC-02 имеет гибко регулируемый ход и силу захвата, позволяя ему захватывать гораздо более чувствительно, чем конвенциональный захват.

Эти функции, объединенные с индустриально-доказанным дизайном, обеспечивают максимальную безопасность для этого проекта. Все HRC захваты от Zimmer Group соответствуют высоким требованиям принципов защиты согласно ISO/TS 15066 (стандарт HRC) и сертифицированы BG/DGUV.

Программирование сделано легким

В проекте SafeMate Weidmüller, еще один фокус был на возможности эффективно и гибко использовать UR кобот на новом гибридном рабочем месте. Поэтому внимание также уделялось легкой обработке робота.

Легкость операции кобота была убедительной, особенно в комбинации с захватом HRC-02. В конце концов, это не совпадение, что все захваты Zimmer Group могут идеально работать с легкими роботами UR — как UR+ партнер, Zimmer Group в настоящее время демонстрирует самый большой портфель UR-совместимых захватов на сайте UR+.

Где ранее требовалась сложная программная работа и сложные навыки программирования, кобот от Universal Robots и его захват Zimmer очень легки в операции. Он контролируется или программируется прямо через панель управления роботом, которая интуитивно спроектирована — сравнима с приложением для смартфона.

Повышенная производительность и удовлетворенность

Пилотное использование кобота в машиностроительном отделе Weidmüller открывает новые возможности в эффективности и гибкости.

Благодаря этому новому гибридному разделению труда и простой оперируемости и легкой установке интеллектуального робота и его захвата, производитель электроники теперь может немного лучше справляться с растущим дефицитом квалифицированных рабочих и глобальной конкуренцией. Помимо повышения производительности, были также важные нематериальные успехи, такие как эргономическая оптимизация рабочего места и общее облегчение работы для сотрудников.

Например, силовые задачи, такие как вдавливание контактных элементов («защелкивание») и монотонные задачи могли быть переданы роботу. Этот высокий уровень принятия сотрудниками также был достигнут через участвующий процесс внедрения. Это означает, что сотрудники были вовлечены в процесс изменений вокруг их рабочего места с самого начала.

«Особенным критерием выбора для захвата Zimmer Group было то, что, помимо его технических особенностей, захват уже имел протестированную и сертифицированную безопасность для HRC систем, что означает, что мы уже были на "безопасной стороне" — в самом буквальном смысле слова — для нашего проекта захватной технологии», — сказал Штуке.

Для компании особенно важно, чтобы ее сотрудники выиграли от коллаборативной работы. Коботы с их захватами предназначены для облегчения.