Coboty w nowoczesnym przemyśle: zastosowania, koszty i wdrożenie

Braki kadrowe i rosnące koszty operacyjne zmuszają zakłady produkcyjne do poszukiwania nowych rozwiązań. Wdrożenie zautomatyzowanego stanowiska nie musi już oznaczać wielomiesięcznych przestojów ani budowy kosztownych wygrodzeń. Coboty pozwalają na szybką automatyzację pakowania i paletyzacji na bardzo ograniczonej przestrzeni. Instaluje się je bezpośrednio obok operatorów. Taka elastyczność sprawia, że robotyzacja staje się opłacalna nawet dla przedsiębiorstw o mniejszej skali produkcji.

Czym różnią się coboty od tradycyjnych robotów przemysłowych?

Tradycyjne roboty przemysłowe wymagają sztywnych osłon, skomplikowanego programowania i dużej przestrzeni roboczej. Ponieważ poruszają się z ogromną prędkością bez zdolności wykrywania ludzi, muszą pracować w całkowitej izolacji. Z kolei coboty posiadają wbudowane czujniki siły i momentu. Zatrzymują się automatycznie po napotkaniu oporu, co pozwala na bezpieczną pracę ramię w ramię z człowiekiem.

Rynek tych urządzeń rośnie bardzo szybko. Według raportu Interact Analysis globalne dostawy robotów współpracujących mają rosnąć o 17,3 procent rocznie w latach 2025 do 2030. Zwiększone zainteresowanie wynika z braku rąk do pracy oraz potrzeby elastyczności na liniach pakujących. Przedsiębiorstwa szukają rozwiązań, które można łatwo przenieść między różnymi stanowiskami.

Najpopularniejsze zastosowania robotów współpracujących w pakowaniu

Roboty współpracujące przejmują powtarzalne zadania obciążające fizycznie pracowników. W branży opakowaniowej głównym obszarem ich zastosowania jest paletyzacja. Ramię robota pobiera gotowe kartony z przenośnika i układa je na palecie według zadanego wzoru. Gotowa paleta trafia następnie na owijarkę do palet. Zastosowanie robota na tym etapie eliminuje problem urazów kręgosłupa u pracowników magazynowych.

Inne częste zastosowania obejmują obsługę maszyn pakujących. Urządzenia te precyzyjnie podają produkty bezpośrednio do pakowarki próżniowej. Mogą również odbierać gotowe detale, które opuszczają zgrzewarkę do folii. W sektorze spożywczym sprawdzają się przy dozowaniu i kontroli jakości. Ramię robota często współpracuje z automatycznymi formiarkami i składarkami do kartonów.

Integracja z urządzeniami na końcu linii produkcyjnej

Końcówka linii produkcyjnej to optymalne miejsce dla automatyzacji. Coboty płynnie uzupełniają zaklejarki do kartonów. Robot pobiera zapakowane produkty z taśmy i umieszcza je w kartonie zbiorczym. Następnie przesuwa pełny karton w stronę mechanizmu zaklejającego, na przykład do modelu Eco Tape 50 TBB.

W przypadku produktów wymagających zabezpieczenia folią termokurczliwą ramię układa detale na taśmie wprowadzającej. Produkt trafia następnie do zgrzewarki do pakowania w folie termokurczliwe. Odpowiednio dobrany tunel do obkurczania folii zapewnia przyleganie materiału. W takich liniach świetnie sprawdza się automatyczna zgrzewarka kątowa do folii termokurczliwej Matic Sealer 65E.

Dla ładunków o nietypowych kształtach firmy stosują bandownice i wiązarki do taśmy PP. Zrobotyzowane stanowisko pozycjonuje paczki pod ramą bandownicy.

Przegląd rynku: wiodący producenci i specyfikacje techniczne

Wybór odpowiedniego urządzenia zależy od wymaganej nośności i zasięgu. Na rynku dominuje kilku głównych producentów, takich jak Universal Robots, Yaskawa oraz Dobot.

Przykładem zaawansowanego sprzętu jest Yaskawa MOTOMAN HC10DTP. Model ten sprawdza się w aplikacjach wymagających wysokiej precyzji. Dla firm potrzebujących większego udźwigu dobrym wyborem jest Dobot CR20. Posiada on udźwig 20 kg oraz zasięg 1700 mm. Jego powtarzalność wynosi plus minus 0,03 mm. Urządzenie waży 45 kg i ma klasę ochrony IP54. Parametry te pozwalają na swobodne przenoszenie ciężkich worków na palety.

Znaczenie chwytaków i osprzętu końcowego

Ramię robota wymaga odpowiedniego efektora końcowego. Na rynku akcesoriów wyróżniają się firmy OnRobot oraz Robotiq. Dostarczają one chwytaki elektryczne, podciśnieniowe oraz magnetyczne. OnRobot oferuje wszechstronne chwytaki elektryczne do szybkiej integracji. Robotiq specjalizuje się w adaptacyjnych rozwiązaniach do chwytania detali o zmiennych kształtach.

Wybór chwytaka determinuje możliwości robota. W aplikacjach pakujących często stosuje się chwytaki podciśnieniowe. Sprawdzają się one przy przenoszeniu płaskich kartonów. W przemyśle spożywczym, gdzie pracują zgrzewarki indukcyjne do platynek, chwytaki muszą spełniać rygorystyczne normy higieniczne.

Odpowiednio dobrany osprzęt pozwala na szybkie przezbrojenie stanowiska. Operator może w kilka minut wymienić chwytak i przeprogramować maszynę.

Oprogramowanie do symulacji i programowania offline

Nowoczesne maszyny programuje się łatwiej niż starsze roboty przemysłowe. Operatorzy często używają metody uczenia przez demonstrację. Prowadzą ramię robota ręcznie do pożądanych punktów.

Dla bardziej złożonych procesów inżynierowie wykorzystują oprogramowanie do programowania offline. Do projektowania stanowisk wykorzystuje się programy takie jak DELMIA Digital Manufacturing, RoboDK, Factory IO czy FlexSIM. Pozwalają one na zaprojektowanie gniazda produkcyjnego w 3D przed zakupem sprzętu.

Proces integracji oprogramowania RoboDK z fizycznym sprzętem składa się z kilku etapów. Inżynier ładuje model 3D stanowiska roboczego. Importuje modele CAD maszyn oraz systemów transportowych, takich jak dowozniki. Następnie definiuje punkty orientacyjne. Program automatycznie przelicza kinematykę odwrotną i sprawdza potencjalne kolizje. Oprogramowanie generuje gotowy kod i przesyła go do kontrolera.

Koszty wdrożenia i zwrot z inwestycji

Cena samego ramienia to tylko część kosztu inwestycji. Kompletne zautomatyzowane stacje do montażu zaczynają się od 41 000 euro. Kwota ta zawiera zazwyczaj robota, chwytak, system wizyjny oraz integrację z maszynami na linii.

Badania opublikowane w International Journal of Multidisciplinary Research wskazują, że mediana poprawy produktywności po wdrożeniu wynosi 28 procent. Wzrost wydajności wynika z wyeliminowania mikroprzestojów i zmniejszenia liczby błędów ludzkich.

Dla małych i średnich przedsiębiorstw zwrot z inwestycji następuje zazwyczaj w ciągu 12 do 18 miesięcy. Szybki zwrot zachęca firmy do testowania nowych rozwiązań.

Proof of Concept jako bezpieczny start automatyzacji

Wiele firm obawia się dużych inwestycji bez gwarancji sukcesu. Rozwiązaniem jest budowa stanowiska Proof of Concept (PoC). Proces ten polega na wypożyczeniu sprzętu i przetestowaniu go na konkretnym produkcie.

Budowa i testowanie stanowiska PoC trwa od 2 do 4 tygodni. Inżynierowie sprawdzają, czy ramię radzi sobie z wymaganym taktem produkcji. Testy można przeprowadzić bezpośrednio na linii produkcyjnej. Robota integruje się z istniejącym parkiem maszynowym, na przykład z urządzeniami marki ISG Pack.

Pomyślne testy pozwalają na pełne wdrożenie z minimalnym ryzykiem finansowym.

Materiały opakowaniowe a stabilność procesu zrobotyzowanego

Automatyzacja wymaga powtarzalności od używanych materiałów. Zrobotyzowane stanowiska są wrażliwe na zmiany jakości folii czy taśm.

Wybierając materiały opakowaniowe, należy zwrócić uwagę na ich parametry techniczne. Wysokiej jakości folia stretch do owijarek zapobiega zacięciom maszyn. Kiedy ramię układa paletę, stabilność ładunku zależy od jakości użytych narożników ochronnych. Odpowiednie materiały minimalizują ryzyko przestojów.

Często zadawane pytania (FAQ)

Ile kosztuje wdrożenie stanowiska z robotem współpracującym?

Koszty różnią się w zależności od aplikacji. Kompletne zautomatyzowane stacje do montażu zaczynają się od 41 000 euro. Cena obejmuje ramię, chwytak, systemy bezpieczeństwa oraz integrację z istniejącą linią.

Jak długo trwa budowa stanowiska testowego?

Budowa i testowanie stanowiska PoC w celu weryfikacji zasadności robotyzacji trwa od 2 do 4 tygodni. Pozwala to na szybkie sprawdzenie założeń bez ryzykowania dużego budżetu.

Czy maszyny te mogą pracować z urządzeniami pakującymi?

Tak. Roboty współpracujące płynnie integrują się z różnymi maszynami pakującymi. Mogą podawać produkty do zgrzewarek, odbierać paczki z tuneli obkurczających oraz układać kartony na paletach.

Kluczowe kroki do udanej automatyzacji

Zastąpienie pracy ręcznej na końcówkach linii produkcyjnych wymaga precyzyjnego planowania. Wybór odpowiedniego sprzętu o udźwigu dopasowanym do produktów oraz weryfikacja procesu poprzez Proof of Concept to kroki gwarantujące sukces wdrożenia. Przedsiębiorstwa powinny rozpocząć od audytu obecnych procesów pakowania i wytypowania jednego powtarzalnego zadania. Prawidłowo wdrożone coboty znacząco zwiększają przepustowość zakładu i odciążają pracowników od monotonnych obowiązków.