Automatyzacja i cyfryzacja procesów przemysłowych stają się głównym kierunkiem wdrożeń ekosystemów IIoT i zastosowań technologii Internetu Rzeczy (IoT). Sztuczna inteligencja czy integracja z wszystkim, z czym tylko się da, jest narzędziem, które można wykorzystać, jeżeli firma potrafi operować danymi w swoich procesach. Z punktu widzenia zarządzania produkcją to, czy maszyna sama wyświetli komunikat, że jest zepsuta, czy też zakomunikuje to pracownik, niewiele zmienia. Obieg takiej informacji pozostaje identyczny.
Według rozmaitych raportów i analiz widać wyraźnie, że przemysł mocno skręcił w stronę automatyzacji. W 2021 r. na całym świecie zainstalowano ponad pół miliona robotów przemysłowych – informuje Międzynarodowa Federacja Robotyki (IFR).
Znaczenie ulgi
Polska na tym polu nie odstaje, a według IFR w 2021 r. polskie przedsiębiorstwa kupiły 3348 nowych robotów. Oznacza to wzrost o 56% w porównaniu z rokiem wcześniejszym. W opinii Adriana Stelmacha, Dyrektora Pionu IT, AmiSter Sp. z o.o. Sp.k., możliwość korzystania przez firmy produkcyjne z ulgi na robotyzację spowodowała, że ta technologia stała się bardziej dostępna. Więcej osób zaczęło patrzeć na tę kwestię z wyższym priorytetem względem innych obszarów, w które wcześniej były kierowane inwestycje. W ostatnich latach rozwinęły się również linie robotyczne związane ze współpracą między człowiekiem a robotem. – Doszło również do miniaturyzacji – ramiona wykonawcze są mniejsze, mogą wykonywać prostsze rzeczy. A dzięki temu stały się bardziej dostępne cenowo. Z punktu widzenia obsługi danych (ponieważ w tym zakresie mamy spore doświadczenie) widzimy, że rośnie świadomość firm dotycząca nie tylko korzyści z zakupienia robota, ale również połączenia tego robota z całym środowiskiem informatycznym i przygotowania pod zbieranie danych. Przede wszystkim jest to widoczne w branży automotive, szczególnie w procesach spawania, zgrzewania i skręcania. Tym procesom towarzyszy gromadzenie wielu informacji jakościowych. Natomiast prawda jest taka, że przy paletyzacji, pakowaniu czy transporcie to przysposobienie również jest coraz większe. Tak samo w zakresie automatycznych samojezdnych wózków – coraz częściej są one wyposażone w ramiona robotów – wyjaśnia Adrian Stelmach.
Ulga na robotyzację, która została wprowadzona, by wspierać inwestycje, na pewno stanowi zachętę dla klientów. Zdaniem Jakuba Steca, Dyrektora Sprzedaży, Robotyka ABB, ABB Sp. z o.o., patrząc na rozwój rynku robotyki w Polsce i w ostatnich latach, można z całą pewnością powiedzieć, że ulga ma tutaj swój wkład, ale dokładna ocena jest trudna, ponieważ klienci rozliczają ją samodzielnie i nie wskazują jej jako główne powodu zakupu.
Z kolei Jan Fecko, Specjalista ds. robotyzacji/Dyrektor techniczny Dywizji MultiIntegrator, ROI Robotics Group S.A., uważa jednak, że wciąż dla wielu klientów temat ulgi na robotyzację nie jest znany lub oprócz hasłowej znajomości tego tematu (że takie narzędzie jest dostępne). – Klienci nie wiedzą dokładnie, jak mogą z tej ulgi skorzystać, tj. jakie daje ona korzyści przy inwestycji w stanowisko zrobotyzowane. Możliwość skorzystania z tejże ulgi jest pozytywnie oceniana przez klientów, natomiast nie jest to na tyle silne narzędzie, dzięki któremu przedsiębiorca mógłby się zdecydować na zakup robota do swojej firmy (mówimy tu oczywiście o aspekcie finansowym). Stąd, za przyrost kolejnych aplikacji zrobotyzowanych należy jak na razie szukać w innych czynnikach – dodaje Jan Fecko.
Mateusz Kluba, Product Owner Obszaru Produkcja w firmie BPSC, uważa natomiast, że na etapie pełnej automatyzacji znajduje się dzisiaj niewiele firm. Niektórym zakładom wystarczy dzisiaj wymiana systemu ERP, innym potrzebne są bardziej zaawansowane rozwiązania. Paradoksalnie, nie jest to zła informacja. Dlaczego? – Dzięki temu polskie przedsiębiorstwa mogą się uczyć na błędach, które już ktoś popełnił na innych rynkach. W mojej ocenie znaczna część naszych firm jest gdzieś pomiędzy trzecią a czwartą rewolucją przemysłową. Wdrożono systemy automatyki przemysłowej, systemy ERP, ale głównie w bardzo podstawowym zakresie. Kierunek, w którym zmierza polski przemysł, jest właściwy, teraz ważne jest, by systematycznie się rozwijać – wyjaśnia Mateusz Kluba.
Bazą jest Przemysł 4.0
IFR szacuje, że we wszystkich fabrykach świata pracuje 3,5 mln jednostek. Największym na świecie rynkiem robotów przemysłowych jest Azja. Trzy czwarte wszystkich nowych sztuk to zakupy realizowane przez tamtejsze fabryki. Co drugi robot zainstalowany na świecie w 2021 roku trafił do Chin, czyli największego odbiorcy robotów na świecie. Tempo robotyzacji w Chinach wyniosło imponujące 51%, ale i tak szybciej robili to Kanadyjczycy (66%), Włosi (65%), Meksykanie (61%) i Polacy (56%).
Wysoka dynamika, z jaką polskie firmy inwestowały w roboty przemysłowe, sprawiła, że nasz kraj zaliczany jest do grona 15 największych rynków robotyki w 2021 r. W Europie tylko 4 kraje były wyżej notowane: Niemcy, Włochy, Francja i Hiszpania.
Bazą jest koncepcja Przemysłu 4.0. Roboty przemysłowe i ich oprogramowanie dobrze się wpisują w tę myśl. Przykładem mogą być np. tzw. systemy cyberfizyczne, które komunikują się ze sobą za pomocą Internetu Rzeczy. Ważną częścią tego procesu jest wymiana danych między produktem, urządzeniami i maszynami na linii produkcyjnej. Umożliwia to zoptymalizowane połączenie łańcucha dostaw i lepszą organizację środowiska produkcyjnego.
Zdaniem Mateusza Amrozińskiego, Key Account Managera w FANUC Polska, w koncepcji Industry 4.0 roboty przemysłowe są ważnym elementem środowiska produkcyjnego, które jest zintegrowane z innymi systemami i urządzeniami poprzez sieć informatyczną. Programistyczne ujęcie tego typu robotów opiera się na kilku ważnych koncepcjach, w tym: interoperacyjność – roboty przemysłowe powinny być zaprojektowane tak, by były w stanie komunikować się i współpracować z innymi systemami i urządzeniami w środowisku produkcyjnym; skalowalność – roboty powinny być zaprojektowane tak, aby można było łatwo dostosowywać ich funkcjonalność do zmieniających się potrzeb i wymagań produkcyjnych; inteligentne działanie – roboty powinny być wyposażone w funkcje umożliwiające im samodzielne podejmowanie decyzji i dostosowywanie swoich działań do sytuacji; bezpieczeństwo – roboty powinny być zaprojektowane tak, aby zapewniać bezpieczeństwo operatorom i innym użytkownikom przebywającym w otoczeniu stanowiska zrobotyzowanego; zbiór i analiza danych – roboty powinny być wyposażone w funkcje pozwalające na zbieranie i analizowanie danych dotyczących ich działania. – Programistyczne ujęcie robota w koncepcji Przemysłu 4.0 polega na opracowaniu programu, który będzie realizował te koncepcje. Program powinien uwzględniać wymagania dotyczące interoperacyjności, skalowalności, inteligentnego działania, bezpieczeństwa, zbierania i analizowania danych. W rezultacie programista powinien opracować program, który umożliwi robotowi pełne wykorzystanie potencjału technologicznego i jego efektywne funkcjonowanie w środowisku produkcyjnym – wyjaśnia Mateusz Amroziński.
Jan Fecko wskazuje, że Przemysł 4.0 to idea pozyskiwania danych z realizowanego procesu czy stanu maszyny w celu monitorowania ich przebiegu, czego wynikiem może być zredukowanie awarii, dostosowanie czynności serwisowych do bieżących potrzeb czy optymalizacja (jakości, procesu, miejsca itp.). Stąd, w tej kwestii, istotnymi elementami wyposażenia robotów będą takie rzeczy, jak karty komunikacyjne, możliwość obsługi urządzeń różnych marek (ilość i typy obsługiwanych protokołów), wbudowane narzędzia diagnostyczne itp.
Zdaniem Jakuba Steca Przemysł 4.0 oznacza przede wszystkim integrację z innymi urządzeniami i systemami w celu wymiany danych oraz dostęp do nich przez ludzi w łatwy i zrozumiały sposób wraz z możliwością łatwego wprowadzania zmian w celu optymalizacji i dostosowania do aktualnych potrzeb produkcyjnych. Aby to było możliwe, konieczne jest wyposażenie robotów w odpowiednie opcje, takie jak np. serwer OPC UA, zdalny monitoring parametrów pracy i predykcję możliwych awarii sprzętu czy też możliwość edycji i wyporządzania poprawek do programów dostępnych dla obsługi np. z poziomu przeglądarki internetowej. – ABB już w 2007 r. wprowadziło zdalny monitoring pracy z system raportowania i analizy dostępny dla użytkownika poprzez niezależną komunikację 3G. Od tego czasu opcje te są ciągle rozwijane i uzupełniane o coraz to nowe możliwości, spełniając wymogi Przemysłu 4.0. – uzupełnia Jakub Stec.
W opinii Adriana Stelmacha roboty przestały być tylko elementem niezależnym od wszystkiego, który współpracuje jedynie z systemem sterowania maszyną. Coraz częściej są one częścią sieci komunikacyjnej. – W takim przypadku robot komunikuje się nie tylko z maszyną (przez którą bezpośrednio wykonywany jest proces), ale także z innymi maszynami i otoczeniem. Ponadto z robota automatycznie zbieranych jest wiele danych, np. przebiegi temperatur lub linii spawania. Warto wspomnieć również o połączeniu z systemami planowania czy ERP, które robotom autonomicznym daje możliwość dopasowania wydajności do planu produkcyjnego. Dodatkowa integracja robota z systemami magazynowymi, a także zakolejkowanymi transportami powoduje, że roboty są w stanie dużo lepiej zaadaptować się do całego otoczenia i środowiska pracy. Łatwiej można również realizować przezbrojenia takiego robota, ponieważ może on się przezbrajać w zależności od wybranego zlecenia produkcyjnego – wyjaśnia Adrian Stelmach. W dużym skrócie można więc stwierdzić, że na etapie planowania produkcji już programujemy robota i wskazujemy, w jaki sposób będzie się zachowywać w tym konkretnym zleceniu.
Mocny wpływ
Wpływ Industry 4.0 na rozwój robotyki w przemyśle jest niepodważalny. Ma to swoje odzwierciedlenie np. w charakterze aplikacji i oprogramowania robotów przemysłowych. Obecnie można zauważyć coraz większe wymogi dotyczące API takich robotów, ponieważ roboty z coraz szerszym otoczeniem mogą się komunikować i informować o postojach, aktualnych akcjach, wykonywanych procesach. – Ponadto dostępność danych bezpośrednio związanych z jakością i procesem wytwórczym, a do tego należy jeszcze dodać kwestie związane z wydajnością, ilością i dostosowaniem wykonywanych operacji do poszczególnych list materiałowych – dodaje Adrian Stelmach. Jego zdaniem wiele firm preferuje realizację tego typu projektów (opartych o robotykę) w sposób pilotażowy. Wyzwaniem w tym przypadku nie jest bowiem dostępność technologii, a umiejętności w zakresie obsługi osób zatrudnionych w przedsiębiorstwie. – Konieczne jest przeszkolenie oraz dostęp do wiedzy dotyczącej możliwości tych systemów. Część z tych projektów jest oczywiście dotowana, ponieważ doskonale wpisuje się w szyld Industry 4.0. Jest to bardzo dobre, ponieważ pozwala firmom na testowanie i dopasowanie – mówi Adrian Stelmach.
W jego opinii realizowane są również projekty na większą skalę, w których firma bierze czynny udział. – Większość wdrażanych przez nas projektów jest określanych wewnątrz organizacji jako działania związane z unowocześnianiem przedsiębiorstwa i wykorzystywaniem technologii informatycznych zgodnych z postulatami Przemysłu 4.0. Duże przedsiębiorstwa, które posiadają ustandaryzowane procesy i dysponują lokalnymi zespołami, mogącymi dopasować poszczególne technologie Przemysłu 4.0 do realiów danej firmy produkcyjnej, są w stanie tego typu projekty wdrażać na większą skalę – uzupełnia Adrian Stelmach.
O tym, jak wyglądają obecnie stanowiska zrobotyzowane, opowiada Jakub Kazimierski, Dyrektor Działu Programowania, RoboBooster Sp. z o.o. W jego opinii wyposażane są w coraz większą ilość elementów w pełni sterowalnych, tj. oprzyrządowanie czy chwytaki wyposażane są w czujniki i aktuatory, stosowane są urządzenia z modułami komunikacyjnymi, stosowane są urządzenia oparte o IO-link, które można konfigurować przez użytkownika itp. – Innymi słowy, zmienia się poziom wyposażenia stanowisk zrobotyzowanych – o ile jeszcze niedawno systemy wizyjne i systemy zbierania danych były dodatkiem, teraz powoli stają się standardem. W ślad za wyposażeniem podąża oprogramowanie – jeśli roboty standardowo są wyposażane w czujniki zdolne do zbierania danych, oprogramowanie zaczyna przewidywać możliwość ich interpretacji w czasie rzeczywistym. To z kolei zmienia podejście do programowania, gdyż programista, zakładając dostęp zarówno robota, jak i operatora do pewnych danych, może zaprogramować inne procedury zachowań operatora i/lub robota w przypadku np. odnotowania błędu, którego interpretacja wymaga, przykładowo, wczytania trajektorii ruchu głowicy robota z ostatnich kilku sekund i jej porównania z ruchem obrotników w tym samym czasie. O ile decyzja, np. o wstrzymaniu produkcji lub jej kontynuacji jedynie z odnotowaniem błędu, należeć może do operatora lub robota, oprogramowanie – zakładając, że będzie dostęp do pewnych danych – pozwala np. na pracę zdalną, której jeszcze niedawno pewne procesy w ogóle nie zakładały – uzupełnia Jakub Kazimierski.
Dodaje jednocześnie, że pojedynczych przystosowań można znaleźć w dostarczanych aplikacjach całkiem wiele. – Natomiast są to w dużej mierze tylko przygotowania produkcji pod ten kierunek. Znaczna bowiem część powodzenia rozwoju aplikacji działających na zasadach Przemysłu 4.0 zależy od możliwości autonomicznej interpretacji zbieranych danych przez dedykowane do tego rządzenia, a mało który z obecnych klientów jest gotowy na taka rewolucję – wyjaśnia Jakub Kazimierski.
Z kolei Jakub Stec zwraca uwagę, że konkretne rozwiązania zależą od producenta robotów oraz tego, jak dane rozwiązanie zostanie zintegrowane z innymi systemami pracującymi u klienta. Z każdym kolejnym rokiem widać coraz większy stopień i powszechność integracji. – Na pewno duże znaczenie ma tutaj fakt, że klienci, posługując się aplikacjami na telefonach w coraz większej ilości aspektów życia, oczekują podobnych możliwości i łatwości w stosunku do swoich linii produkcyjnych – dodaje Jakub Stec. W jego opinii pełne wdrożenia Przemysłu 4.0 ciągle stanowią małą część rynku i najczęściej dotyczą nowo budowanych zakładów, w już istniejących coraz częściej prowadzone są prace modernizacyjne, których celem jest wykorzystanie możliwości i przewag, jakie dają tego typu rozwiązania. – Najczęściej ma to miejsce przy okazji np. nowych inwestycji. Należy się spodziewać coraz bardziej dynamicznego wzrostu wdrożeń w nadchodzących latach i tego, że stanie się to standardem – kończy Jakub Stec.
Z rynku
Na koniec Adrian Stelmach i Jakub Stec opowiadają o konkretnych rozwiązaniach wdrożonych przez ich firmy. – W ostatnim czasie integrowaliśmy z systemem MES zrobotyzowane kabiny spawalnicze, których zadaniem było w pełni autonomiczne spawanie. W tym przypadku operator jedynie wkładał elementy, a cały proces twórczy odbywał się w sposób autonomiczny. W tym projekcie naszym zadaniem było zbudowanie komunikacji z tą kabiną i uzyskanie wielu informacji dotyczących m.in. zlecenia, konkretnych materiałów do pobrania, kontroli procesu produkcyjnego w trakcie wytwarzania. A także zebranie bardzo dokładnych danych (z dokładnością do kilkudziesięciu ms) obejmujących cały przebieg procesu spawania. To oczywiście jest związane z Big Data, korelacją ogromnej ilości danych, komunikacją z różnymi urządzeniami wewnątrz kabiny oraz integracją z systemem klasy MES a kabiną i bezpośrednio robotem – tłumaczy Adrian Stelmach.
Innym ciekawym przypadkiem jest rozwiązanie ABB do monitorowania i optymalizacji zrobotyzowanego procesu lakierowania. – Digital Painting Suite to oprogramowanie do zbierania oraz analizowania danych z robotów lakierniczych ABB i urządzeń do malowania, takich jak atomizery RB1000i. System zarządza i monitoruje żywotnością komponentów i wizualizuje dane w graficznym interfejsie użytkownika. Oprogramowanie posiada kilka wbudowanych funkcji analitycznych oraz zapewnia interfejs graficzny i punkty rozszerzeń do integracji z interfejsem HMI celi lakierniczej lub całej linii – kończy Jakub Stec. Pozwala to na pełną identyfikację i monitorowanie użycia sprzętu oraz zarządzanie jego cyklem życia na poziomie otwarć zaworu, pomiaru ciśnień, momentów obrotowych i wielu innych parametrów. Finalnie przekłada się to na znaczne wydłużenie żywotności sprzętu, ograniczenie nieplanowanych przestojów oraz możliwość optymalizacji procesu poprzez większą wydajność i zmniejszenie zużycia farby.
Sławomir Erkiert
