Poznajmy się bliżej. Robot i człowiek - cyfrowi bliźniacy

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie dysponuje robotami, które nie tylko zachwycają swoimi możliwościami, ale przenoszą nas do przyszłości.

Różne roboty są wykorzystywane do różnych zastosowań, przede wszystkim w produkcji przemysłowej, głównie dla branży metalowej. Będą przydatne także w takich branżach, jak: spożywcza (zakłady mięsne, cukrownie, browary, przetwórstwa ryb), elektryczna, elektroniczna.

ZUT uzyskał ponad 32 mln zł na doposażenie hali w technologie robotyczne.

- W przemyśle brakuje rąk do pracy, a praca robota jest bardziej wydajna. Ludzie niechętnie wykonują monotonne czynności, więc roboty się do tego idealnie nadają - mówi prof. dr hab. inż. Mirosław Pajor, dziekan WIMiM. - Wszystkie prognozy wskazują na to, że rośnie zapotrzebowanie na robotyzację. Sama inwestycja jest droga, ale potem, kiedy robot zaczyna już działać, jest z niego dużo korzyści - działa 24 godziny na dobę, nie chodzi na urlopy i pracuje bardzo wydajnie. Kiedyś automatyzacja była bardziej masowa i sztywna. Dzisiaj dzięki cyfryzacji produkcja jest seryjna, ale bardzo elastyczna. My mamy kilka takich robotów, które są wykorzystywane do różnych celów.

Robot delta nie ma ramion i bardzo szybko się przemieszcza, więc może przekładać różne elementy, obracać je. Jest szybki do tego stopnia, że nawet rama się porusza, wprawiona w drgania. Jest wyposażony w system wizyjny, więc wystarczy ułożyć przedmioty na taśmie produkcyjnej i on sam jest w stanie je rozpoznać i odpowiednio poukładać.

Takie roboty zaprojektowane są z myślą o zmaksymalizowaniu prędkości i wszechstronności w procesach obsługi i pobierania małych elementów z wysoką prędkością w wielu różnych gałęziach przemysłu, w tym spożywczym, farmaceutycznym i elektronicznym. Ich unikatowa konstrukcja pozwala objąć zasięgiem bardzo duży obszar roboczy, czyniąc je idealnym wyborem w automatyzacji wymagających procesów, do których nie nadają się tradycyjne roboty.

Osobną grupę tworzą roboty współpracujące z obrabiarką. Dzisiaj dominują na produkcji obrabiarki cyfrowe CNC.

- Wszyscy dzisiaj mówią, że to roboty są najbardziej zaawansowane, ale to nieprawda, to obrabiarki są najbardziej zaawansowane - mówi prof. Pajor. - To jest robot o bardzo dużej precyzji i bardzo dużej wydajności w pracy. O ile typowy robot kosztuje 200-300 tys. zł, to obrabiarka może kosztować nawet ponad milion zł. Kiedyś były tokarki, frezarki, wiertarki, a to jest kombajn, który robi wszystko - toczy, wierci, frezuje. Koncentracja wszystkich zabiegów w jednej maszynie. Ona obrabia z jednej strony, podaje wrzeciona, obrabia z drugiej strony, chwyta narzędzia do toczenia, toczy, chwyta frez, frezuje, chwyta wiertło, wierci. A razem z nią pracuje robot, który odbiera wykonane elementy. Wszystko programowane z jednego pulpitu. Nie ma przy tej obrabiarce żadnych wygrodzeń, ludzie mogą wokół niej chodzić, jak się zbliżą za bardzo, maszyna się sama zatrzymuje. Tak wyglądają współczesne trendy. Jak się pojedzie na targi, to maszyny są sprzedawane w pakiecie z robotami. Kiedyś w przemyśle opłacały się tylko seryjne, masowe produkcje, a dzisiaj nie. Dzisiaj wystarczy napisać program i maszyna jest przestrajana bardzo szybko. To wynika z czwartej rewolucji przemysłowej, w której warunkiem jest kastomizacja produkcji. Trzecia rewolucja mówiła, że produkcja ma być całkowicie zautomatyzowana w bezzałogowych fabrykach, a czwarta rewolucja mówi, że roboty mają pracować z ludźmi. To wszystko się dopiero rozwija, bo to są dosyć trudne technologie, ale tempo rozwoju jest imponujące.

To odejście od produkcji masowej poprzez tworzenie produktu możliwie jak najbliższego indywidualnym oczekiwaniom klienta. Polega na dostarczeniu klientowi produktu posiadającego wybrane przez niego elementy.

W przypadku kastomizacji przedsiębiorstwo nie musi znać dokładnych potrzeb konsumenta, ponieważ to właśnie klient modyfikuje produkt zgodnie z własnym uznaniem, a sprzedawca tylko realizuje złożone przez niego zamówienie. Klienci mogą konfigurować finalny produkt w oparciu o wyznaczony szablon dzięki narzędziom online, takim jak np. kreatory wizualne. Umożliwiają one stały podgląd graficzny, przez co klient projektujący lub konfigurujący produkt może zobaczyć, jak będą wyglądały finalne efekty.

Z każdym rokiem kastomizacja staje się coraz bardziej popularna w branżach gastronomicznych, obuwniczych, odzieżowych, meblarskich oraz wielu innych. Kastomizacje stosują firmy takie, jak np. Nike, Adidas, IKEA, Levi’s, a nawet koncerny samochodowe, takie jak BMW.

Krótkie i tanie serie z uwzględnieniem potrzeb klienta są możliwe dzięki technologiom cyfrowych bliźniaków, które na bieżąco wszystkim zarządzają.

- To już nie jest tak jak kiedyś, że robiło się pięć tysięcy czerwonych fiatów i pięć tysięcy niebieskich. Dzisiaj każdy stawia inne wymagania. Ten chce taką skórę, ten chce taki wariant skrzyni biegów i to wszystko jest możliwe - mówi prof. Pajor. - Najbardziej widać to w przemyśle samochodowym. Tam są dostarczane elementy z zewnątrz i na liniach montażowych powstaje produkt w danym dniu, w danej chwili. Nikt nie robi wielkich magazynów, bo nie ma takiej potrzeby. To wszystko jest wykonywane przez roboty. Ludzie dzisiaj wolą wykonywać inną pracę, bardziej skierowaną na kontakty z ludźmi niż stanie przy maszynie i zmienianie elementów.

Największe skarby wydział ma w specjalnej hali. Znajduje się tu m.in. gniazdo produkcyjne, gdzie jest wycinarka laserowa, magazyn blach i robota załadunkowego. Wszystko się programuje, zakłada materiał, wycina i odkłada materiał.

Kolejnym urządzeniem jest wtryskarka, która też jest załadowywana robotem. W tym przypadku wtryskiwane i odbierane są wszystkie plastiki.

Niektóre prace jest trudno zrobotyzować, głównie tam, gdzie niezbędna jest zdolność manualna, z którą radzi sobie tylko człowiek. Żaden robot nie zakręci kapsla. Przynajmniej na razie. Natomiast są roboty, które służą do automatyzacji procesu montażu. Człowiek ma wszystkie narzędzia wpisane w systemie, półki z częściami i dostaje instrukcję, co ma złożyć. Maszyna kontroluje, czy wszystko przebiega prawidłowo, a jak człowiek założy gogle, to widzi rzeczywistość rozszerzoną. To próba automatyzacji człowieka, który jest prowadzony przez robota. Takie rzeczy do tej pory oglądaliśmy w filmach.

Nowa klasa robotów jest przystosowana do tego, żeby pracować ręka w rękę w człowiekiem. Nazywają się coboty, a polega to na tym, że automatycznie sterowane systemy robotów współdzielą tę samą przestrzeń roboczą z ludźmi, w przeciwieństwie do standardowych systemów robotów przemysłowych, które zwykle są odseparowane od ludzi, aby chronić ich przed obrażeniami. Coboty wyposażone są w dodatkową sensorykę, dodatkowe systemy wizyjne, wyśledzą człowieka i mogą wejść z nim w kontakt.

Dźwig przyszłości, który też się znajduje w hali, ma pracować jak robot. Operator programuje, gdzie ma pójść końcówka, a robot sam sobie wylicza, jak ma się ustawić. Jest sterowany egzoszkieletem, czyli można się w niego wpiąć i ruchami ramion kierować dźwigiem. Robot wyczuwa, co podnosi,. Kiedy zbliża się do strefy niebezpiecznej, jest blokowany.

Zamontowany jest też system motion capture, czyli nowoczesne rozwiązanie pozwalające odwzorować ruch człowieka na ekranie komputera w czasie rzeczywistym. Motion capture system to powszechnie używana w dzisiejszych czasach technologia, bez której trudno byłoby wykonać zachwycające widzów animacje, filmy o superbohaterach lub niektóre sceny akcji w tradycyjnych filmach. Technologię zastosowano przy kręceniu „Avatara”, a my ją możemy znaleźć w hali ZUT-u.

- Na wydziale będziemy rozwijali technologię, w której maszyna będzie w chodzić w dosyć osobistą interakcję z człowiekiem, do tego stopnia, że będzie wyczuwać, że człowiek się denerwuje. Przy dzisiejszej technologii maszyna może nawet zacząć rozmawiać z człowiekiem - mówi prof. Pajor.

Kolejną ciekawostką jest robot transportowy typu AGV. To samojezdne urządzenie transportowe, które po raz pierwszy zastosowano w magazynach i zakładach produkcyjnych w połowie XX wieku. Wózki AGV poruszają się samoczynnie, bez nadzoru ze strony operatora. Urządzenia samoczynnie przemieszczają się między wyznaczonymi punktami dzięki naprowadzaniu laserowemu lub technologii rozpoznawania obrazu. Roboty AGV mogą przewozić niemal każdy ładunek, poruszając się po z góry ustalonych trasach.

Jest też robot, który był wykorzystywany podczas pandemii COVID-19. Na robocie zamontowany jest zbiornik z odpowiednim środkiem, który jest rozpylany za pomocą specjalnego układu dysz lub armatek. Robot może być zastosowany do dezynfekcji szpitali, urzędów, obiektów kwarantanny lub innych miejsc publicznych o dużym zagęszczeniu ludzi (dworcach autobusowych, parkingach, wspólnotach mieszkaniowych i na ulicach, szczególnie w wąskich przejściach).

Uczelnia nie tylko kupuje roboty, ale też je wytwarza.

- Wszystko, co możemy zobaczyć w tej hali, to nie tylko przyszłość uczelni i regionu, to przyszłość nas wszystkich - kończy prof. Mirosław Pajor.