يهتم العديد من المهندسين بآلات الجيل التالي هذه التي يمكنها التحكم في القوى والعمل بأمان جنبًا إلى جنب مع الأشخاص على خطوط التجميع دون الحاجة إلى أجهزة السلامة التقليدية.
منذ ظهور الروبوتات التعاونية لأول مرة قبل عقد من الزمن، قامت بتحويل العديد من أرضيات المصانع وجعلت الأتمتة أسهل بالنسبة للمصنعين الصغار. تسمح هذه التقنية أيضًا للعديد من الشركات بنقل الإنتاج إلى الولايات المتحدة وتنفيذ استراتيجيات تصنيع منخفضة الحجم ومتنوعة.
وقال إسبن أوستيرجارد، المدير التنفيذي للتكنولوجيا في شركة Universal Robots، التي كانت رائدة في مجال التعاون في عام 2008: "تعد الروبوتات التعاونية جذابة بشكل خاص اليوم لعدة أسباب. فهي تعمل جنبًا إلى جنب مع الأشخاص بدلاً من استبدالهم، وهو أمر ذو قيمة خاصة مع فقدان وظائف التصنيع". سؤال دقيق.
يوضح أوسترجارد، الذي حصل مؤخرًا على جائزة Engelberg لعام 2018 من جمعية صناعة الروبوتات لمساهماته في الأتمتة الصناعية: "نريد إعادة التحكم في أتمتة المصنع إلى أيدي المشغل". "نحن لا نريد استبدال الأشخاص، بل نريد أن نمنحهم أداة تسمح لهم بأداء وظائفهم بكفاءة أكبر. نريد تمكينهم من التوقف عن العمل مثل الروبوتات وأن يصبحوا بدلاً من ذلك مبرمجين آليين ويقوموا بمزيد من المهام ذات القيمة المضافة.
وقال أوستيرجارد: "قد تكون هذه أفضل نتيجة طويلة المدى للروبوتات التعاونية". "إن إعادة توزيع الإبداع البشري، إلى جانب تكرار الروبوتات، تلبي احتياجات كل من السوق والعملاء. متطلبات التخصيص العالي للمنتجات. تغييرات نوعية، سواء بالنسبة للمنتجات التي يتم إنتاجها أو للأشخاص الذين ينتجونها."
وأضاف كريس بلانشيت، المدير التنفيذي للمبيعات في شركة FANUC America Corp، التي تقدم خمسة نماذج من الروبوتات التعاونية: "تفتح الروبوتات التعاونية الباب أمام الشركات المصنعة التي كانت مهتمة تاريخيًا بأتمتة خطوط التجميع". "لقد جعل هذا أخيرًا العديد من الشركات تدرك قيمة الأتمتة."
قال دانييل مور، مهندس الدعم الفني، "يمكن للمشغلين إعداد الآلة المشتركة خلال بضع ساعات فقط من التدريب، وهي خفيفة بما يكفي لتحريكها حول المصنع عدة مرات في اليوم، ويمكنها العمل بدون حراسة أو حراس". . من Ao Robotics America. "من الناحية الوظيفية، يمكن معالجة أي ضعف أو صعوبة في الروبوتات التقليدية عن طريق تغيير التركيز."
قال مات فيتزجيرالد، نائب رئيس المنتجات في شركة Rethink Robotics Inc، التي أطلقت الروبوت التعاوني Baxter في عام 2012: "في الماضي، كان الكثير من الناس يخافون من الروبوتات". تتميز الآلات التعاونية بالمرونة وسهولة الاستخدام وآمنة للاستخدام. تعمل. "
ومن المتوقع أن تستمر الروبوتات التعاونية في تحسين الجودة وزيادة الكفاءة وخفض التكاليف. ومع ذلك، كما هو الحال مع أي أدوات أتمتة، تعتمد فعاليتها الإجمالية على اختيار التطبيق المناسب والتخطيط للمستقبل.
على الرغم من الضجيج، فإن الروبوتات التعاونية لها مزايا وعيوب يجب على مهندسي التصنيع أخذها في الاعتبار بعناية. التكنولوجيا مثيرة للاهتمام، ولكنها ليست مثالية لأنواع معينة من التطبيقات. على سبيل المثال، هناك عيبان هما قدرة الرفع المحدودة وسرعات التشغيل المنخفضة.
وفقاً للاتحاد الدولي للروبوتات، فإن الطلب على الروبوتات التعاونية ينمو بنسبة 60% سنوياً. ومن المتوقع أن تمثل الروبوتات التعاونية 34% من إجمالي مبيعات الروبوتات بحلول عام 2025، مقارنة بأقل من 5% اليوم.
ويؤكد مسح التوظيف لعام 2018 الذي أجرته الجمعية هذا الاتجاه. يخطط أكثر من ثلث (38٪) المجمعين لتنفيذ الروبوتات التعاونية في الأشهر الـ 12 المقبلة. وهذا يزيد بمقدار 7 نقاط مئوية عن عام 2017 و12 نقطة مئوية عن عام 2016.
نظرًا لأن الجيل القادم من الروبوتات التعاونية يتسم بالمرونة الشديدة ولا يتطلب أي حواجز أمان تقريبًا، فإن العديد من الشركات المصنعة تستخدمها. هذه الآلات جذابة بشكل خاص للشركات الصغيرة. على سبيل المثال، من بين الشركات المصنعة التي لديها أقل من 50 موظفًا، يخطط 21% منها لتطبيق هذه التقنية في الأشهر الـ 12 المقبلة. وهذا أعلى بنسبة 8 نقاط مئوية عما كان عليه في عام 2017.
وقال رايان ويتون، محلل الأبحاث في شركة ABI Research: "إن الشركات المصنعة الصغيرة والمتوسطة الحجم تزيد الطلب على الروبوتات التعاونية. وهذا مدفوع بالحاجة إلى حلول التصنيع التي لا تنطوي على استثمارات واسعة النطاق في المعدات الرأسمالية". أذرع آلية كبيرة. وتشمل هذه المهام مثل صيانة الماكينة ومراقبة الجودة وتجميع الإضاءة. "
يقول ويتون إن الشركات المصنعة الصغيرة تحتاج إلى حلول أتمتة مرنة يمكنها التكيف بسهولة وسرعة مع الاحتياجات المتغيرة. ويشير إلى أنهم "يحتاجون إلى أنظمة يمكن برمجتها بسهولة وسرعة ويمكنها دعم العديد من أنواع مهام الأتمتة". "الروبوتات التعاونية تناسب الفاتورة."
ويتوقع ويتون أنه خلال السنوات السبع المقبلة، ستنمو شحنات الروبوتات التعاونية بنسبة 50%، في حين ستنمو شحنات الروبوتات الصناعية التقليدية بنسبة 12%. وسوف تنمو الإيرادات العالمية من هذه الآلات من 292 مليون دولار اليوم إلى أكثر من مليار دولار بحلول عام 2025.
ويعود هذا الطلب المتزايد إلى دورات حياة المنتج الأقصر والاستخدام المتزايد لبرامج الإنتاج الصغيرة والمختلطة بدلاً من الإنتاج الكبير الحجم والصغير الحجم.
وقال نيكولاس دي كيسر، مدير التجميع والاختبار الآلي في شركة ABB: "يحتاج المصنعون إلى حلول أتمتة أكثر مرونة للتكيف مع السوق بسرعة وكفاءة". "أصبح التصنيع أكثر تخصصا ولا يمكن التنبؤ به، مما يجعل الأتمتة أكثر صعوبة.
يوضح دي كيسر: "تسمح الأتمتة التعاونية للأشخاص والروبوتات بالعمل معًا، مما يجعل الإنتاج أكثر مرونة مع الحفاظ على السلامة والإنتاجية". "وهذا يزيد من مرونة التصنيع من خلال السماح للبشر والروبوتات بالعمل معًا في المهام التي كانت تتطلب في السابق حواجز وأقفاصًا وقائية."
يقول دي كيسر: "في الماضي، كان تجميع كميات كبيرة من المنتجات المخصصة يعني في كثير من الأحيان عملاً شاقًا ودقيقًا ومتكررًا". "مع الروبوتات التعاونية مثل YuMi، يمكن للناس التركيز على المهام المعرفية الأكثر أهمية، في حين توفر الروبوتات الدقة والقدرة على التحمل بلا كلل.
وقال دي كيسر: "يمكن تثبيت YuMi على أي محطة عمل في المصنع وإعادة توزيعه حسب الحاجة دون قيود الحواجز الأمنية التقليدية". "وهذا يزيد من مرونة الإنتاج وخفة الحركة، مما يسمح بتغييرات أكثر تواترا."
تظهر الروبوتات التعاونية في الصناعات والتطبيقات التي اعتمدت تاريخياً على خطوط التجميع اليدوية.
وقالت بلانشيت: "تحاول العديد من الشركات تحسين بعض خطوط إنتاجها من خلال الأتمتة". "إنهم يريدون معالجة بعض المجالات التي قد تكون هناك مشكلات تتعلق بالراحة أو بالجودة. يمكنهم إضافة الروبوتات التعاونية دون تغيير تكوين خط التجميع."
تعتبر تطبيقات تصنيع الأجزاء العامة مثالية للروبوتات التعاونية. تعتبر المهام الصغيرة مثل فرز الأجزاء أو تحميل المطبعة بداية رائعة.
يوضح بلانشيت: "أي مهمة تجميع تتطلب ثلاثة أيادي، حيث يعمل الروبوت كمساعد بشري". "على سبيل المثال، يمكن للآلة أن تدعم الأجزاء الأثقل بينما يستخدم الأشخاص مفكات البراغي لتوصيل المكونات.
وقالت بلانشيت: "في التطبيقات ذات دورات الحياة القصيرة، تسمح الروبوتات التعاونية للمصنعين بالانتقال إلى منتجات جديدة بسرعة كبيرة". "إننا نشهد أيضًا زيادة في الطلب على الروبوتات التعاونية في الشركات التي تشهد معدل دوران أعلى للموظفين وفي المناطق التي تعاني من نقص حاد في العمالة."
وقال سمير باتل، مدير تطوير المنتجات والتطبيقات في شركة Kawasaki Robot America، التي تعيد توزيع الآلات على المصانع في أماكن أخرى: "إننا نشهد طلبًا متزايدًا من الشركات المصنعة للعقود، وخاصة الشركات الموجودة في الصين والمكسيك".
وأوضح باتيل: "على سبيل المثال، تقوم الشركة التي ترغب في التغيير من نوع أو حجم واحد من ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى آخر بفصل روبوت DuAro الخاص بنا وإرساله إلى خط التجميع التالي". "يمكنهم استخدام نفس الروبوت على خط التجميع ومن ثم إعادة استخدامه بسهولة في وقت لاحق من اليوم على خط الفحص حيث يقوم الروبوت بتحميل وتفريغ لوحات الدوائر في آلة الفحص.
ويضيف باتيل: "لقد رأينا أيضًا روبوتاتنا المشتركة تستخدم لتجميع التروس لطابعات الكمبيوتر ووحدات المراوح الصغيرة المستخدمة لتبريد الأجهزة الإلكترونية". "تعمل الروبوتات جنبًا إلى جنب مع البشر، مما يساعد البشر على أداء المهام المتكررة التي قد يكون من الصعب إكمالها.
وقال باتيل: "إن قابلية تكرار آلتنا المشتركة ذات الذراعين قريبة من تلك الموجودة في الروبوت سداسي المحاور". "لقد قررنا حل هذه المشكلة عند تصميم الروبوت. وهذا يجعل الآلة مناسبة بشكل خاص لتشديد المهام مثل تجميع الأجهزة اللوحية.
يقول باتيل: "في إحدى الحالات، تم استخدام أحد ذراعي الماكينة كأداة تثبيت بينما تم إدخال الذراع الآخر وربط براغي صغيرة مقاس 3 مم والتي كان لا بد من وضعها بدقة". "يتم استخدام الروبوت الخاص بنا أيضًا لتأمين لوحة الدائرة الكهربائية داخل العلبة. تقوم يد واحدة بتحريك لوحة الدائرة الكهربائية على الهيكل بينما تقوم اليد الأخرى بإدخال كل برغي وشدها باستخدام مفك براغي تلقائي."
تُستخدم الروبوتات التعاونية أيضًا كأنظمة روبوتية متنقلة يمكنها التنقل في خطوط التجميع وإجراء عمليات التعبئة في أي مكان وفي أي وقت. تم تنفيذ هذه الإستراتيجية مؤخرًا في مصنع Stäubli للتوصيل الكهربائي في Allschwil، سويسرا، حيث تم تجهيز خط التجميع بمحطات عمل آلية ويدوية بالكامل.
تم تجهيز منصة HelMo المتنقلة بروبوت تعاوني Stäubli TX2 بسعة تحميل قصوى تبلغ 15 كجم ومدى حركة يبلغ 1200 ملم. ستتوقف الأسطح التي تعمل باللمس عن الحركة على الفور إذا لامست شخصًا بشكل مباشر. تتنقل الروبوتات المستقلة بشكل مستقل إلى محطات العمل المخصصة، وتبطئ أو تتوقف عندما يقترب الأشخاص كثيرًا.
تحدد HelMo نفسها بدقة 0.1 مم، وتقوم بمعايرة موضعها باستخدام ثلاث نقاط قياس مثبتة بشكل دائم على محطة العمل. يتصل بمنافذ الطاقة الثابتة والهواء المضغوط عبر موصل متعدد الاتجاهات ثم يبدأ حركته.
يقول أوليفييه كريمو، مدير تطوير الأعمال في شركة Stäubli AG: "اليوم يمكن للآلة تركيب أغلفة الموصلات ودبابيس الاتصال؛ وغدًا يمكن استخدامها في مراحل أخرى من عملية التجميع". "لم يعد يُنظر إلى HelMo على أنه روبوت، بل كمساعد، يتمتع بالمرونة الكافية للمساعدة عند الحاجة.
"الهدف هو... استخدام الروبوتات كبديل مرن لزيادة توافر خطوط التجميع المختلطة أو لتلبية الطلب في أوقات الذروة"، يوضح كريمو.
أحد الأسباب التي تجعل الروبوتات التعاونية جذابة للعديد من الشركات المصنعة هو أنها غالبًا ما تكون تكلفتها أقل من الروبوتات التقليدية. كما أنها تميل أيضًا إلى الحصول على فترة استرداد وعائد أسرع على الاستثمار لأنها أكثر مرونة ويمكن دمجها بسهولة في خطوط التجميع الحالية.
يقول مور من شركة Universal Robots: "نتوقع عادةً عائدًا على الاستثمار أقل من تسعة أشهر". "نظرًا لجميع التكاليف الخفية المرتبطة بالروبوتات التقليدية، بالإضافة إلى احتمالية وقت تشغيل أعلى للروبوتات التعاونية المعاد نشرها، وجدنا أن العائد على الاستثمار غالبًا ما يكون سريعًا للغاية. في مثالنا الأكثر إقناعًا (عادةً ما يتضمن القولبة بالحقن)، أبلغ العملاء عائد الاستثمار لمدة ثلاثة أشهر.
وقال مور: "بالنسبة لمعظم العمليات المتكررة، ستكون الأتمتة أكثر اتساقا وموثوقية من البشر". "في حين أن معظم مستخدمي الروبوتات التعاونية يقيسون عائد الاستثمار من خلال تكاليف العمالة ومكاسب الإنتاجية، فإن العديد من الشركات المصنعة ترى أيضًا تحسينات في الجودة بعد تركيب الروبوتات التعاونية. وهذا يحرر العمالة لتقييم وتحسين مناطق أخرى من المصنع، ثم إنشاء أتمتة إضافية وتقليل النفايات."
يمكن للتقنيات التعاونية أيضًا تحسين خطوط الإنتاج، مما يسمح بتخطيطات أكثر ذكاءً وفعالية لأرضية المتجر. يمكن تنفيذ الروبوتات التعاونية بسهولة في خطوط التجميع الحالية دون الحاجة إلى إعادة تشكيل كبيرة.
يقول فيتزجيرالد من شركة Rethink Robotics: "إن البصمة أصغر لأنك لا تحتاج إلى جميع حراس السلامة والحواجز المرتبطة عادةً بالأتمتة الثابتة". "على عكس خلايا العمل الروبوتية التقليدية الكبيرة، لا تتطلب الروبوتات التعاونية تخطيطًا مسبقًا واسع النطاق.
وقال فيتزجيرالد: "إنه يساعدك على المضي قدمًا بشكل أسرع". "إذا لم تأخذ شيئًا ما بعين الاعتبار في مرحلة التخطيط، فيمكنك التعويض عنه بمرونة الروبوت."
تمكن الروبوتات التعاونية المهندسين من نشر الأتمتة بسرعة وسهولة في تطبيقات التجميع التي تتطلب مستويات عالية من التفاعل بين الإنسان والآلة. ومع ذلك، لا يمكن تجاهل القضايا الأمنية.
وقال كوري رايان، مدير الروبوتات الطبية في أمريكا الشمالية في شركة KUKA Robotics: "الجانب السلبي الحقيقي الوحيد للروبوتات التعاونية هو أن الكثير من الناس يعتقدون أنها آمنة بمجرد إخراجها من الصندوق".
وحذر رايان من أن "الحقيقة هي أن الروبوتات ليست سوى جزء واحد من النظام، وأن النظام بأكمله يحتاج إلى تقييم شامل للمخاطر قبل التنفيذ". "على سبيل المثال، الروبوت التعاوني الذي لديه مثقاب في نهايته غير آمن بطبيعته بدون أنظمة أمان إضافية يمكنها إيقاف الحفر قبل أن يقترب البشر كثيرًا."
وأضاف ريك بروكشاير، مدير منتجات المجموعة في شركة Epson Robotics: "تشتري العديد من الشركات الروبوتات التعاونية معتقدة أنها تستطيع التخلص من احتياطات السلامة النموذجية". "ومع ذلك، إذا كان تقييم المخاطر صحيحًا، فنظرًا لطبيعة التطبيق، سيتعين على الروبوت غالبًا استخدام إجراءات الحماية التقليدية مثل الستائر الخفيفة. فالروبوت الآمن لا يعني التطبيق الآمن."
يضيف إد روني، مدير الحساب الوطني ومتخصص تكامل الأنظمة المعتمد في شركة FANUC America Corp: "لا تفترض أنه يمكنك القضاء على جميع الحراس والتدابير الأمنية الأخرى باستخدام الروبوت الآلي". "هناك مفهوم خاطئ شائع وهو أن تقييم المخاطر ليس مطلوبًا لـ التطبيقات.
يقول روني: "عندما يعمل الأشخاص في مجال الأتمتة، فإنهم بحاجة إلى أن يكونوا على دراية بالمخاطر التي قد يواجهونها". "على سبيل المثال، هل الأجزاء حادة أم ذات حواف حادة يمكن أن تشكل خطرًا على السلامة؟"
إحدى الحجج الرئيسية ضد الروبوتات التعاونية هي أن الآلات تضحي بالسرعة من أجل السلامة. للحد من القوة والزخم، يجب أن تعمل الروبوتات التعاونية بسرعات أقل من الأنواع الأخرى من الروبوتات.
عندما يتعلق الأمر بالروبوتات التعاونية، يحتاج المهندسون إلى مراعاة بعض القيود على الأداء. في مرحلة ما، ستصبح الآلات التقليدية مثل روبوتات دلتا أو الروبوتات سداسية المحاور أو روبوتات SCARA هي أفضل خيارات الأتمتة.