Roboty kognitywne wspomagają procesy produkcji MŚP
Aby umożliwić robotom przemysłowym wykonywanie nie tylko powtarzalnych zadań, zespół projektu SMEROBOTICS (The European Robotics Initiative for Strengthening the Competitiveness of SMEs in Manufacturing by integrating aspects of cognitive systems) podjął się wyposażenia ich w funkcje poznawcze. "Kinematyka standardowego sześcio- lub siedmioosiowego robota może osiągać niemal każdą pozycję i orientację w jego zasięgu, zachowując przy tym wysoki poziom precyzji i dużą prędkość. Jednak aby robot mógł wykonać jakiekolwiek użyteczne zadanie, musi być wyposażony w czujniki, zaciski i inne narzędzia. W tym celu musi być także zintegrowany z linią produkcyjną i sprzężony z innymi systemami. Wymaga to zaawansowanego oprogramowania, którego opracowanie jest kosztownym procesem, wymagającym ponadto rezygnacji z elastyczności sprzętu komputerowego", tłumaczy Martin Hägele, kierownik działu ds. robotyki i systemów wspomagających w organizacji Fraunhofer i koordynator projektu SMEROBOTICS. Korzystanie z systemów robotycznych jest zatem kosztowne i czasochłonne, a przy tym wykonalne ekonomicznie jedynie wówczas, gdy robot pracuje bez przerwy i jak najdłużej wykonuje to samo zadanie, co pozwala na maksymalizację zwrotu z inwestycji. Taki sposób pracy nie do końca odpowiada wymaganiom produkcyjnym MŚP. Hägele i jego zespół są zdania, że rozwiązaniem jest wyposażenie robotów w funkcje kognitywne, inaczej poznawcze — tj. zaopatrzenie ich w umiejętności zaawansowanego planowania, rozumowania i przetwarzania danych uzyskanych z czujników. Inteligentne roboty pracujące ramię w ramię z ludźmi Roboty kognitywne odróżniają się od swoich poprzedników tym, że wystarczy powiedzieć im, co należy zrobić, bez konieczności wyjaśniania, w jaki sposób należy to zrobić. "Pracownik może oznaczyć w graficznym interfejsie użytkownika powierzchnie poddanego obróbce elementu przeznaczonego do montażu lub zdefiniować graficznie, gdzie należy umieścić duże drewniane panele i w jakich punktach należy je ze sobą połączyć. System automatycznie oblicza wzmagane trajektorie robota, uwzględniając konieczną zmianę narzędzi, by wreszcie wykonać zadanie", objaśnia Hägele. Funkcje kognitywne robota umożliwiają mu monitorowanie procesu pod kątem odchyleń i błędów. Robot uczy się na podstawie obserwacji, rozważa przyczyny błędów, automatycznie dostosowuje się, by zobrazować normalny proces lub żąda interakcji z użytkownikiem w celu wprowadzenia środków korekcyjnych w zależności od wielkości odchylenia. System uczy się na podstawie reakcji użytkownika i dąży do poprawy dokładności komunikatów i sugerowanych rozwiązań. Umożliwia także integrację wielu dostawców w obrębie systemu za sprawą "kodu klejowego", który odpowiada za translację między standardami różnych dostawców — zadanie, które do tej pory mogło być wykonywane jedynie przez programistów. Jedną z kluczowych kwestii zajmujących konsorcjum było także usprawnienie współpracy człowiek-maszyna. W MŚP to pracownicy posiadają większość wiedzy, a dotychczasowe próby ujawnienia tej wiedzy poprzez wprowadzenie jej do standardowego systemu robotycznego za sprawą programowania nie okazywały się szczególnie skuteczne. "Można to porównać do gotowania", stwierdza Hägele. "Choć da się z łatwością stworzyć listę składników dania, podać wskazówki dotyczące kolejności ich dodawania oraz ilości, a także poszczególne kroki i czas wymagany do ich obróbki, jednocześnie jest praktycznie niemożliwe opisanie subtelnych szczegółów dotyczących tego, jak danie powinno 'smakować' po przyrządzeniu. Jedynym sposobem, by się tego nauczyć, jest praca pod okiem doświadczonego mentora". Dzięki technologii SMEROBOTICS, wykwalifikowany pracownik pełni rolę mentora, system robotyczny zaś — ucznia. "Typowy przebieg pracy wygląda następująco: System skanuje nowe elementy obrabiane, automatycznie identyfikuje wymagane szwy spawalnicze w oparciu o udostępnione modele CAD lub heurystykę geometryczną i podaje spawaczowi odpowiednie sugestie co do parametrów. Następnie automatycznie generuje program spawania", objaśnia Hägele. "Spawacz może albo wprowadzić zmiany do programu poprzez intuicyjny interfejs użytkownika, albo natychmiast zlecić jego wykonanie. Wszelkie zmiany zostają zapamiętane przez system i uwzględnione podczas kolejnych zadań. Wykorzystując nowoczesne algorytmy uczenia maszynowego, system potrafi zarejestrować i przeanalizować wiele różnych zadań spawalniczych i wywnioskować reguły niezbędne do optymalnego wykonania nowego zadania. Taki rodzaj współpracy łączy w sobie wiedzę specjalistyczną spawacza ze stałym poziomem jakości utrzymywanym podczas całego procesu przez robota. Nazywamy to 'symbiotyczną współpracą człowieka z robotem': Pracownik czerpie korzyści z siły, precyzji i wytrzymałości robota, robot zaś korzysta z doświadczenia i wiedzy pracownika". Z laboratorium na rynek W ramach projektu SMEROBOTICS opracowano kilka komponentów technologicznych dla integratorów systemu, a także kompletnych komórek roboczych na potrzeby lokalizacji użytkowników końcowych. Rozwiązania obejmują montaż, spawanie i obróbkę drewna. W projekcie opracowano także inne typowe zastosowania, które niedawno przedstawiono w postaci ośmiu działających komórek roboczych i trzech technologii uzupełniających podczas czerwcowych targów AUTOMATICA. Jedną z nich była komórka spawająca "CoWeldRob", która umożliwia zgrzewanie linowe wstępnie zmontowanych komponentów w kilku prostych krokach. Komórka ta skróciła już dwudziesto- a nawet trzydziestokrotnie czas produkcji w niewielkiej rodzinnej firmie spawalniczej. Inne osiągnięcia obejmują: robota dwuramiennego, który wykonuje zadania podobnie jak człowiek i może służyć do spawania dużych komponentów na potrzeby sektora budowlanego; a także komórkę o tolerancji w zakresie mikrometrów, której testy ujawniły już o 30% niższy wskaźnik błędu podczas montażu cewki w porównaniu do obecnie stosowanego procesu manualnego. Od początku realizacji projektu konsorcjum prowadziło bliską współpracę z zainteresowanymi MŚP, a od jego zakończenia w czerwcu 2016 r., konsorcjum poszukuje użytkowników końcowych, by móc wdrożyć opracowane komórki do określonych zastosowań. Moduły programowe dla intuicyjnego programowania i generacji programów są dostępne jako moduły autonomiczne i mogą być już wykorzystywane przez dostawców rozwiązań zautomatyzowanych i przemysłowych rozwiązań informatycznych w ramach ich własnych metod. Komponenty lub technologie mogą być częściowo wprowadzone do procesu produkcji MŚP lub całkowicie zintegrowane jako komórka robocza. "Oczekujemy, że komórka spawalnicza i podzespół zaworu hydraulicznego zostaną w ciągu roku przekształcone w produkty komercyjne. Podobne oczekiwania mamy wobec dwuramiennych systemów spawalniczych i niektórych spośród opracowanych w projekcie usług programowych, choć plany w tym zakresie są mniej skonkretyzowane", podsumowuje Hägele.
Słowa kluczowe
Robotyka, SMEROBOTICS, MŚP, produkcja, proces produkcji