Automatizace výroby zvyšuje produktivitu

Nebudeme si zatím představovat plně automatické závody, kde se celá výroba ovládá jedním tlačítkem z řídicího stanoviště – stále existuje celá řada složitých a komplexních operací, na které současné technologie nestačí. U jiných činností je zase přítomnost lidského faktoru nezbytná a žádoucí, některé firmy si pak na ruční výrobě přímo zakládají. Automatizované pracoviště se tak nejlépe uplatní v těch částech procesu, kde se určitá činnost opakuje a přitom musí být vykonávána s velkou přesností a ve značné rychlosti – toto se může týkat kterékoliv fáze výroby, od přípravy výrobků a jejich zakládání do stroje přes následné odebrání, dodatečné opracování nebo montáž a jejich přesun mezi dopravníky až po skládání do krabic a finální balení.

Pokud se tedy rozhodneme dát automatizaci zelenou, nabízí se mnoho různých řešení a technologií. Obecně je můžeme rozlišit na zařízení jednoúčelová a jednodušší, jako jsou například dopravníky a různé manipulátory, a stroje sofistikovanější se širším záběrem. V této kategorii pak svou flexibilitou, přesností a rychlostí vynikají zejména průmyslové roboty. Mnoho lidí stále obrací oči v sloup, jen co slovo „robot“ zaslechnou – roboty však již dávno nejsou pouze hudbou budoucnosti, ale právě díky již zmiňované flexibilitě nacházejí uplatnění ve stále více aplikacích v mnoha průmyslových odvětvích, od malých rodinných firem po nadnárodní společnosti. Argumentem už není ani finanční stránka věci – ano, roboty jsou dražší než obyčejné manipulátory, ale za kvalitu je vždy dobré si připlatit. Rozhodující by tak neměla být samotná cena, nýbrž zejména návratnost této investice, která je ve většině případů opravdu velmi dobrá. Stejně jako u jiných investic musíme i zde brát v úvahu nejen okamžitou pořizovací cenu technologie, ale dlouhodobé náklady po celou dobu její životnosti, která u kvalitních robotů dosahuje přes 15 let. Levnější řešení totiž nemusí být nutně výhodnější, když vezmeme v úvahu například nižší kvalitu provedení a tím pádem i častější a nákladnější servisní zásahy.

Nasazení robotů pomáhá ve velké míře automatizovat rutinní procesy, kde kvůli opakované činnosti není lidská ruka tím nejlepším nástrojem. Vezměme si jako příklad výrobní linku na malé díly, které přijíždějí na stanoviště na dopravníku a musejí být vždy po několika kusech vloženy do balicího stroje. Tuto práci zvládne sám jeden čtyřosý robot a díky své rychlosti dokáže nahradit až tři pracovníky u linky. Další oblastí aplikací pak jsou procesy s vysokými nároky na přesné trajektorie, jakými může být třeba laserové řezání plastových nebo kovových dílů.

Kdekdo v tuto chvíli poznamená, že roboty berou lidem práci – to je však pravda jen do určité míry. K nahrazení člověka robotem obvykle dochází u činností, která není nikterak záživná a z dlouhodobého hlediska zdraví pracovníka nijak neprospívá. Lidé pracující na jednom místě vestoje nebo vsedě po celou směnu často trpí bolestmi zad a nohou, mohou je potkat bolesti hlavy, únava očí z neustálého soustředění na linku… V neposlední řadě se při těchto rutinních úkonech také s klesající pozorností pracovníka výrazně zvyšuje jeho chybovost.

Z manažerského hlediska je pak potřeba na tuto problematiku nahlížet i z opačného úhlu. Uvolněné zaměstnance od linky můžeme přeškolit na jinou pozici a díky instalaci robota, kterému nepřetržitá práce nijak nevadí, lze například přejít z jednosměnného na dvousměnný provoz (případně z dvousměnného na třísměnný) a při podstatně snížených nákladech velmi výrazně navýšit kapacitu výroby, zvýšit produkci a tím rozšířit distribuci výrobků a budovat silnější pozici na trhu. V tomto případě pak bude možná firma potřebovat přijmout nové zaměstnance, které bude díky vyšším prodejům schopna platit, a v konečném důsledku tak díky nasazení robota do výroby dojde naopak k vytvoření nových pracovních pozic.

Pro aplikace vyžadující vysokou rychlost manipulace s drobnými díly existují dnes na trhu dva druhy robotů – tzv. „delta“ roboty a roboty typu SCARA. Výhodou druhé kategorie je zejména kompaktnější konstrukce, která umožňuje snadnější instalaci do již existující výroby. Odpadá zde nutnost výstavby složité a robustní konstrukce, jako tomu je u delta robotů. Jedním z nejnovějších zástupců vysokorychlostních čtyřosých robotů je TP80 Fast Picker od švýcarské společnosti Stäubli. Tento robot představuje nejnovější stupeň inovace – nabízí tužší konstrukci při využití lehkých materiálů a dosahuje extrémně rychlých časů cyklů, přičemž si stále zachovává vysokou přesnost a stejnou opakovatelnost v celém pracovním rozsahu. Standardní specifikace zahrnují maximální zatížení 1 kg, udržitelnou rychlost až 200 úchopů za minutu, 800 mm pracovní dosah a zdvih na čtvrté ose 100 mm.

I když se tato rychlost zdá téměř nepředstavitelná, nemusí být vždy dostatečná. V těchto případech přichází ke slovu řešení pomocí několika robotů integrovaných v lince vedle sebe – zde již však jde o sofistikovanější technologii a je potřeba ji doplnit o kvalitní software, aby přinesla požadované výsledky. V ideálním případě by měl software zvládnout kompletní kontrolu celé linky, tedy kromě robotů i ovládání dopravníkových systémů a komunikaci s vstupními a výstupními zařízeními. Budeme-li se bavit opět o robotu Stäubli TP80 Fast Picker, takové řešení nabízí software LINEmanager, který zvládne centrálně kontrolovat linku i bez PLC. Samozřejmostí je balancované rozložení zátěže v rámci celé linky, díky němuž je zaručeno 100% naplnění výstupu bez ohledu na nevyvážené vstupy a odpadá tak nutnost instalace vision systému pro kontrolu výstupu z linky.

Zájem o robotizaci ve strojírenství dlouhodobě roste. Ale právě v částečné nebo úplné integraci robota se strojem se skrývá značné riziko: stísněné prostory, zhoršená přístupnost, náročné prostředí a neustálý kontakt se špínou, prachem, olejem, kovovými odštěpky a chladicími kapalinami. Kvalitní roboty dnes dodává více výrobců, ale pouze některé z nich jsou schopny vydržet extrémní podmínky, se kterými se setkávají při integraci do stroje. Důvod, proč jsou roboty Stäubli schopny dlouhodobě spolehlivě pracovat – ačkoliv jsou neustále vystaveny prachu, odlétávajícím kovovým odštěpkům a dalším nečistotám –, je patrný z jejich konstrukce. I standardní šestiosé modely řady TX jsou charakterizovány plně uzavřenou a velmi kompaktní konstrukcí. Nabízejí stupeň krytí IP65 pro celé rameno a bodují i díky integrované kabeláži. Sofistikovaný design zápěstí chrání před špínou, prachem a kapalinami.

I přes tyto vlastnosti se najdou aplikace, kde Stäubli doporučí zákazníkům volbu robota ve speciálním provedení HE (HE znamená Humid Environment, tedy vlhké prostředí). Řada HE byla vyvinuta robotovou divizí Stäubli specificky pro využití v drsných prostředích při plné integraci robota se strojem. Díky možné přetlakové konstrukci lze ochranu ještě zvýšit: zápěstí dosahuje stupně krytí IP67 a může tak být ponořeno i do vody nebo jiné kapaliny s hodnotou pH mezi 4,5 a 8,5. Další vítanou vlastností v náročném prostředí je vertikální vyvedení kabeláže do paty robota, kde se nacházejí veškeré konektory a spoje a jsou tak chráněny před vlivem nečistot.

Ačkoliv se nejprve vždy diskutují technické parametry robotů, nedílnou součástí technologie je i software, pomocí něhož lze roboty programovat a ovládat. Důraz by měl být kladen zejména na srozumitelné a uživatelsky přívětivé ovládání, které umožní práci s robotem po proškolení i lidem s nízkými nebo žádnými předchozími zkušenostmi. Na druhé straně pak je pro pokročilejší uživatele vždy atraktivní možnost vlastního programování přímo v programovacím jazyce a pokročilé funkce pro získání maximálního výkonu. Ve všech těchto ohledech skutečně vyniká software Stäubli Robotics Suite 2013 – základním uživatelům nabízí jednoduché rozhraní ve stylu Windows s 3D zobrazením pro přípravu kompletní aplikace. Případné nedostatky rychle odhalí funkce detekce kolizí a jejich opravu pak lze provést rovnou v kódu programu, což jistě ocení programátoři. Součástí softwarového balíčku jsou i Development a Maintenance Studio, které nabízejí pokročilé nástroje jako import CAD dat v různých formátech nebo 3D vizualizace reálné buňky pomocí emulátoru kontroléru a on-line ladění programu přes vzdálený přístup k robotu.

Michal Scholze

Stäubli
m.scholze@staubli.com
www.staubli.cz

Článek byl zveřejněn v monotematické příloze strojírenského měsíčníku MM Průmyslové spektrum ŠTÍHLÁ VÝROBA A LOGISTIKA na straně XXII.