Archívum: Lehet egy kerítéssel kevesebb?

Ember és robot „kéz a kézben” dolgozik a munkahelyi balesetek legcsekélyebb kockázata nélkül – ez az idealizált kép az úgynevezett együttműködő, azaz kooperatív és kollaboratív robotokkal kapcsolatban. Habár a jövő valóban ebbe az irányba mutat, az ipari gyakorlatban alkalmazásuk még korántsem elterjedt.

Manapság az Ipar 4.0 koncepció egyre inkább előtérbe kerül, hiszen az „okos gyártás” bevezetésével a cégek úgy gyorsíthatják a termékelőállítás tempóját, hogy közben költséget csökkenthetnek, továbbá transzparenssé és rugalmassá tehetik termelési rendszereiket. Ebbe a trendbe illeszkedik az együttműködő robotok alkalmazása, ami új távlatokat nyit, hiszen nem lesz szükség kerítésekkel körbevett, nagy költséggel kiépített, az üzemterülettől értékes négyzetmétereket „elbitoroló” robotcellákra, ráadásul ember és robot egy munkatérben dolgozhat.

– Jól hangzik, de sajnos napjainkban egy ilyen rendszer kiépítése még rendkívül nagy kihívást jelent, ezért alapos ismereteket és jelentős erőforrásokat igényel. Persze léteznek olyan robotok is, amelyeket előre gyártott komponensekből akár egyetlen óra alatt „összelegózhatunk”, és amelyekhez egyszerűbb feladatok esetében a robotkar, vagy egy táblagépen az ujjunk mozgatásával 10 perc alatt a robotprogramot is elkészíthetjük. Ezeknél azonban a teljesítmény vagy az élettartam kapcsán kényszerülhetünk kompromisszumokra. De mindennek ismeretében se érezzük úgy, hogy a robottechnológiák szállítói „becsapnak” bennünket az együttműködő robotokról szóló ígéreteikkel. Nem erről van szó, hanem arról, hogy a robottechnika az automatizálás még mindig viszonylag fiatalnak számító területe. A robotok emberekkel való együttműködését lehetővé tévő szenzortechnológiák már rendelkezésre állnak, de a biztonságtechnikai védőberendezések komplett egységként még nem érhetők el a piacon. A robotműködés biztonságát szavatoló szabványügyi testületek és a törvényalkotók ezért, valamint az együttműködő robotokkal kapcsolatos tapasztalatok hiánya miatt, továbbá minimális erőbehatástól is sérülésnek kitett emberi testrészek védelme érdekében a gépi erőt és sebességet „moderálva”, illetve biztonságos távolságokat kijelölve, védelmi megoldásokat előírva alakítják a szabályokat. Ezek időről időre változnak is a technika fejlődése és a gyakorlati tapasztalatok alapján. Ha tehát elfogadjuk az emberi egészség és élet védelmének elsőbbségét, akkor legyünk türelemmel.

Az egyszerűen installálható együttműködő, teljesítményük és élettartamuk szempontjából is kompromisszummentes robotrendszerek egy évtizeden belül szinte biztosan megjelennek majd a piacon. Az is jó hír lehet, hogy az áhított kollaboratív megoldások ma is kiépíthetők, csak egy-egy ilyen projekt még „munkásabb” feladat annál, mint ahogy sokan képzelik. A szenzortechnika, illetve az ipari biztonságtechnika szakértőjeként az elmúlt években számos kollaboratív robotos rendszerhez kapcsolódó megbízást kaptunk, és idén is több ilyen feladat áll előttünk. Ez azt mutatja, hogy a felhasználók örvendetes módon nem ijednek meg az akadályoktól, hanem a megfelelő kompetenciák megkeresésével belevágnak az ilyen projektekbe – mondta Bolner Miklós, a SICK magyarországi képviseletének biztonságtechnikai alkalmazásokért felelős vezetője.

Lehetőség és felelősség

Egy együttműködő robotos alkalmazás kialakításánál mindenekelőtt arra kell figyelemmel lenni, hogy az Európai Unió úgynevezett Gépdirektívája (2006/42/EK) a robotokat nem gépnek, hanem „részben kész gépnek” tekinti, így önmagukban nem, csak egy másik gépészeti megoldás részeként, például egy robotcellába, egy komplexebb gépbe integrálva állíthatók üzembe. Ráadásul annak, aki saját maga „vág bele” egy robotos alkalmazás kiépítésébe, le kell folytatnia az úgynevezett EK megfelelősség értékelési eljárást, azaz a gépet minden vonatkozó európai és nemzeti szabványnak, illetve jogszabálynak is szükséges megfeleltetnie, ezt követően kaphat a gép, illetve a rendszer CE jelölést. Mindezt akkor is végig kell vinni, ha adott esetben egy 20 éve működő gépészeti megoldásban biztonságtechnikai szempontból jelentős módosításokat hajtanak végre. Egy robotrendszer építője tehát „automatikusan” gépépítői státuszba kerül, még akkor is, ha önmagának építi azt a megoldást. Mindez számos törvényi kötelezettséggel, és természetesen komoly felelősséggel jár. Az üzemeltetésre is rendkívül szigorú szabályok vonatkoznak. Folyamatosan figyelni kell a robotos alkalmazásokra vonatkozó szabványok és jogszabályok változásait, és maximálisan 5 évente felülvizsgálatot kell végezni, hogy az adott alkalmazás működése megfelel-e minden előírásnak. Az aktuális szabályozásnak már nem megfelelő robotrendszerekkel kapcsolatban az alkalmazónak az a kötelezettsége, hogy a technológia adta lehetőségekhez mérten minél biztonságosabbá tegyék azokat. Mindebből jól látszik, hogy a kollaboratív robotok megjelenésével a fizikai „rácsok” ugyan eltávolíthatók, de a jogi „kerítés” megmarad. Ahhoz, hogy az ember és a robot találkozásából ne keletkezzen baleset, a robotrendszerek szerves részét képező, rendkívül fejlett technológiák alkalmazására, bonyolult számításokra, továbbá előzetes kockázatértékelési eljárás lefolytatására van szükség, kötelező jelleggel.

– Akár „hagyományos”, akár együttműködő robotos alkalmazásáról van szó, a biztonság az első. A hazai iparban azt tapasztaljuk, hogy a robotos alkalmazások mintegy 90%-a nem mindenben felel meg a vonatkozó szabványoknak és jogszabályi előírásoknak, hiszen mintegy 100 szabvány és munkavédelmi előírás tartalmaz olyan részeket, amelyeket vonatkoztatni kell a robotos alkalmazásokra. Alig-alig van cég, amelynek lehetősége lenne olyan kolléga alkalmazására, aki mind a robotok, mind a munkavédelem világában otthonosan mozog és folyamatosan követi a szabályok, szabványok változásait. A Magyarországon működő külföldi, illetve kiemelten a német tulajdonú termelő vállalatok ugyanakkor jó példával szolgálnak arra, hogy a szabálykövetés mégsem lehetetlen küldetés, hiszen tudják, nincs nagyobb veszteség egy munkahelyi balesetnél, ezért mindent megtesznek a maximális biztonságért. Rossz példaként egy olyan magyar tulajdonú üzemet említenék, ahol egy kovácsoló présgép egyik oldalán egy betonalapzatba szabálytalanul rögzített robot, a másik oldalon pedig egy ember dolgozott. Ebben az „együttműködő” rendszerben gyakorlatilag semmi sem volt rendben, és csak a szerencsének köszönhető, hogy a robot karja nem rántotta be a présgépbe a vele szemben dolgozó operátort. Persze nem csak az oda nem figyelés okozhat problémát. Láttunk már olyan 3. generációs robotvezérlőt is, amelyben a programozás során zavar lépett fel, és ennek következtében lehetetlen volt megfékezni a robotkar „csapkodását”. Az incidensnek végül az vetett véget, hogy a kar, miután lerombolta az újonnan felépített szállítópályát, kitépte a saját energiaellátó kábelét is. Ez igen ritka eset, de mégis azt mutatja, hogy a „szinte lehetetlenre” is érdemes felkészülni. Szerencsére a prevenció lehetséges, ha az alkalmazók betartják például annak a „sorvezetőnek” az ajánlásait, amelyet a téma szakértőjeként számukra állítottunk össze – jegyezte meg Bolner Miklós.

Négy lehetőség, négy megoldás

Az ipai robotok kapcsán mindenekelőtt azok definícióját szükséges tisztázni. Ipari robotnak nevezzük azokat a három összefüggő tengellyel rendelkező, ipari célú megmunkáló berendezéseket, amelyek programozhatók és szabadon újraprogramozhatók. Egy olyan berendezés, amely kettő lineáris szervós tengellyel van összekapcsolva, és azokkal együtt egy vezérlővel programozva működik, már ipari robotnak minősül. Ebből következik, hogy – a már említett módon – mintegy 100 különféle szabvány, illetve egyéb szabályozás vonatkozik az üzembe helyezésére és az üzemeltetésére. Az egyetlen „könnyebbség” talán csak az, hogy egy új feladat, vagy művelet programozása nem számít a gépen elvégzett módosításnak, tehát nem szükséges újra végigvinni a megfeleltetési folyamatot. Persze így is bőven van mire figyelni az ember és robot interakciója kapcsán, hiszen ember és robot csak akkor dolgozhat egy munkatérben, ha a robot nem jelent veszélyt az emberre.

– Az ember és a robot viszonyát és együttműködésük módozatait alapvetően két paraméter, a tér és az idő alapján lehet és kell meghatározni. Négy „interakciós” alapesetet különböztetünk meg. Ha a munkavégzés során nincs egyidejűség és nem közös a munkatér, értelemszerűen nincs interakció. Ha ember és robot párhuzamosan, de nem közös munkatérben dolgozik, akkor az egyidejűség esete áll fent. Amikor időben „elcsúsztatva”, de közös munkatérben dolgoznak, akkor kooperációról van szó, míg kollaborációról beszélünk, ha azonos munkatérben egyidejűleg dolgozik ember és robot – mutatta be a négy alapesetet a SICK szakértője.

Napjainkban a robotalkalmazások jelentős része az egyidejűség (Coexistence) szituációját képezi le, azaz a robot emberi beavatkozás nélkül, fizikai védelemmel, így általában fémkerítéssel vagy plexifallal elszeparáltan végzi a dolgát. Ha az embernek bármilyen okból – általában a zárt ajtó kinyitását követően – be kell lépni a robot munkaterébe, a biztonsági kapcsoló révén a robot megáll, és mindaddig áll, amíg az ember el nem hagyja a munkateret, és újra nem indítják a rendszert.

Az úgynevezett kooperáció (Cooperation) már az együttműködő robotalkalmazások „előszobája”. Ilyenek például az autóiparban, fémszerkezetgyártásban is használt forgóasztalos alkalmazások. Ezeknél az ember a forgóasztal egyik, a robot pedig a másik oldalán dolgozik, és közöttük fizikai elhatárolás van. A robot egy megmunkáló berendezésből vagy tárolóból kivesz egy munkadarabot és a forgóasztalra helyezi azt, majd az asztal forgatásával a két munkatér „megcserélődik”, az operátor leemeli a robot által lerakott tárgyat. Ez az a szituáció, amikor egy térben, de fáziseltolással dolgozik az ember és a robot, gyakorlatilag kizárva a sérülésveszélyes találkozás esélyét. Az ilyen alkalmazásoknál természetesen oda kell figyelni arra, hogy a rendszer vészmegállást hajtson végre akkor, ha az ember vagy a robot a másik „térfelére” nyúlna át bármilyen okból. Az olyan optoelektornikus eszközök, mint a fényfüggönyök vagy a lézerszkennerek tökéletes megoldást jelentenek a biztonság megteremtéséhez.

A kollaboratív robotrendszereknél alapkövetelmény, hogy az ember úgy végezhesse saját munkáját, hogy a rendszer egyetlen alap- vagy kiegészítő eleme se veszélyeztesse a testi épségét. Ezen túlmenően a robot erejét, sebességét és mozgáspályáit is szabályozni kell, s ennek négy fő metódusa lehetséges. Ezeket a működési módokat az ISO 10218-2 szabvány, és a kifejezetten a kollaboratív robotok alkalmazására vonatkozó technikai specifikáció (ISO/TS 15066) írja le.

– A közelmúltban részt vettünk egy kollaboratív robotrendszer tervezésében és építésben egy robottechnikai cég ipari szenzor- és biztonságtechnikai partnereként. A projekt keretében egy nagyteljesítményű, 1,5 méteres karkinyúlású, 7,7 kg terhelhetőségű robotot helyeztünk üzembe. A rendszer a vertikális robotból, egy biztonsági vezérlőből, továbbá egy úgynevezett wiring egységből, egy biztonsági PLC-ből, valamint a SICK MicroScan3 típusú lézerszkennereiből épült fel. A robotos alkalmazás biztonságát nem fizikai védelemmel, tehát kerítésekkel oldottuk meg, hanem előzetes, precíz számítások alapján két biztonsági zónát definiáltunk. A zónákat lézerszkennereink „őrzik”, így, ha bárki belép vagy bármi „benyúl” az I-es zónába, a maximális sebességgel működő robot mozgása lelassul, azaz aktiválódik a biztonságilag felügyelt, csökkentett sebesség (Safe Limited Speed) funkció, a második zóna pedig SS 2 biztonságilag felügyelt megállást kezdeményez. Ezt nevezzük automatikus „nyugtának”, amelyet a mindig kötelezően elvégzendő balesetvédelmi kockázatelemzés eredményének függvényében kell vagy lehet alkalmazni. Amint egy operátor elhagyta a veszélyes területet, a robotalkalmazás, azaz a termelés automatikusan újraindulhat, a nyugta nem befolyásolja a robotprogramot, legalábbis akkor, ha a felhasználó ezt a rendszerbeállítást szeretné alkalmazni. A robotprogramok újraindítására csak akkor van szükség, ha azt megelőzően 0-s típusú, úgynevezett STO , vagy 1-es típusú, azaz SS1 megállítás történt. Az említett, megvalósított alkalmazásnál kettő biztonsági zónát definiáltunk, de akár 8-10 ilyen zóna is kialakítható folyamatos biztonsági lassításokkal, a jövőben pedig a robot vagy robotok pozíciójától és sebességétől függő teljesen dinamikus védőmezők kialakítása is lehetséges lesz. Ennek köszönhetően a robot megközelítése nem feltétlenül vezet majd a robot megállásához, mert az intelligens rendszerek a helyzetet folyamatosan figyelve csak lassítják azt úgy, hogy a biztonság maximális, a robotműködés „visszafogása” pedig lehetőség szerint minimális legyen. Ezáltal a termelékenységet nem kell feláldozni a biztonság oltárán. Úgy látjuk, a jövő az ilyen rendszerek irányába mutat, és egyáltalán nem lehetetlen, hogy 5-10 év múlva már lesznek olyan gyárak, amelyekben robotok tucatjai dolgoznak kerítések, azaz látszólag védelem nélkül, mégis maximális biztonságot garantálva. A kollaboratív robotok alkalmazói pedig rendkívül rugalmas termelési rendszereket alakíthatnak ki, hiszen a szabadon álló robotokat viszonylag gyorsan új feladatokra „foghatják be”, mivel nincs szükség az üzemen belüli átépítésekre, és a védelmi zónákat felügyelő lézerszkennerek, azaz a „láthatatlan kerítések” gyorsan és egyszerűen felhúzhatók. A védelmi zónákba történő véletlen „besétálásokat”, benyúlásokat pedig megfelelő vizuális jelekkel lehet megelőzni – mutatott rá az együttműködő robotos alkalmazásokbanrejlő lehetőségekre Bolner Miklós.

Szabó Márton

Supply Chain Monitor
2017. március