Úspěšně realizovat automatizaci zítřka již dnes

Suchý čistící stan DryClean-CAPE® vytváří nejen čisté výrobní prostředí, ale zároveň i prostředí s velmi nízkou vlhkostí vzduchu. © Fraunhofer IPA

Strojové učení činí zásah do krabice autonomnější, rychlejší a odolnější. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Analýza potenciálu automatizace (APA) je nyní k dispozici pro svařovací procesy. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

»DesignChain« je průběžná digitalizace a automatizace technické zakázkové výroby – od objednávky po hotový produkt. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

„Robo-Dashcam“ zaznamenává v souladu s ochranou osobních údajů bezpečnostně relevantní data a osoby, zatímco robotická buňka je v provozu. Tím lze bezpečnostní koncept dodatečně upravit. © Fraunhofer IPA

S virtuálními prověřeními proveditelnosti mohou firmy rychle a bez investic do materiálu ověřit proveditelnost aplikace "sáhnout do krabice". © Fraunhofer IPA

Jasná konkurenční výhoda pro podniky a jejich příprava na výzvy budoucí výroby: S tímto slibem se představuje Fraunhofer IPA od 27. do 30. června 2023 na veletrhu automatica. Návštěvníci zde zažijí aplikace týkající se robotiky, automatizace, umělé inteligence a technologií čistých prostor a získají nové poznatky prostřednictvím pravidelných expert sessions a formátu rozhovorů „Interaktiv Live“.

Fraunhoferův ústav pro výrobu a automatizaci IPA se na letošním veletrhu automatica představí s jedenácti exponáty, které ukazují, jak mohou podniky realizovat automatizační řešení na nejvyšší úrovni. Nabídka je rozmanitá: je určena jak podnikům s existujícími aplikacemi, které je chtějí optimalizovat, tak i podnikům, které chtějí realizovat zcela nové aplikace. Pro každou fázi projektu jsou k dispozici exponáty, které umožní úspěšné zvládnutí právě této fáze.

Krok 1: Posouzení proveditelnosti technicky a ekonomicky

Mnoho podniků chce automatizovat, obávají se však technických a ekonomických chyb v odhadu. Na to již léta nabízí Fraunhofer IPA „Automatizační potenciální analýzu“ (APA). Vývojový tým APA přímo vstupuje do podniků, analyzuje aktuální stav a stanoví objektivní „Fitness for Automation“ zkoumaných výrobních procesů. APA bylo již použito u více než 500 zákazníků po celém světě pro různé projekty automatizace v oblasti montáže. Nyní je dostupná také pro svařovací procesy. „Podniky tak získávají systematický základ pro rozhodování, který významně snižuje investiční riziko,“ vysvětluje Lorenz Halt, vedoucí skupiny v Fraunhofer IPA.

Dosud byla APA vázána na odborné znalosti expertů z Fraunhofer IPA. Na veletrhu je nyní dostupná také jako aplikace u licenčního partnera Evia. Podniky tak mohou samy analyzovat aplikaci, kterou chtějí automatizovat. Kromě aplikací montáže a svařování tým aktuálně pracuje také na APA pro nakládku strojů a logistiku.

A také mimo výrobní haly je často žádoucí větší míra automatizace. Proto se skupina v Fraunhofer IPA věnuje vývoji odolné, autonomní venkovní navigace pro výzvy typických venkovních prostředí. Příklady možných prostředí jsou venkovní intralogistika, zemědělství nebo lesnictví. Hlavní výzvou této navigace jsou odlišné světelné a povětrnostní podmínky, stejně jako průjezdnost povrchu a překážky. Například při intralogistických procesech mezi výrobními halami mohou autonomní systémy narazit na překážky jako kabelové mosty, mříže, výmoly nebo schody a stupně. Na stánku bude předveden prototyp venkovního robota CURT_mini, ukazující, jak lze takové problémy řešit pomocí sladěného hardwaru a softwaru a jak lze úspěšně realizovat intralogistiku i v exteriéru.

Exponát je spojen s rozsáhlou poradenskou nabídkou týkající se efektivního využití autonomních mobilních robotů (AMR) v interiéru i exteriéru. Fraunhofer IPA má dlouhou úspěšnou historii s navigačním softwarem. Příkladem je výroba automobilového výrobce. V roce 2014 zde poprvé nasadili volně jezdící bezobslužná přepravní vozidla (FTF), která využívala software institutu. Na veletrhu bude vystaven takový FTF s vozidlem na něm – jako důkaz a symbol úspěšného transferu technologie, který vedl také k založení spin-offu.

Od pole zpět do výrobních hal směřuje exponát „DesignChain“: řeší aktuální požadavek, že průmysl musí stále rychleji a nákladově efektivněji vyrábět produkty přizpůsobené zákazníkům. Aby mohli obstát v globální konkurenci, doporučuje se tzv. „DesignChain“. „To znamená, že technické zpracování objednávek od objednávky po hotový produkt je plně digitalizované,“ vysvětluje Jonas Krebs, spoluvytvářecí exponát. Náklady na přípravu výroby se tímto způsobem zkracují na polovinu. Návštěvníci stánku Fraunhofer si mohou pomocí exponátu nakonfigurovat individuální produkt, který je následně vytvořen jako CAD model, simulován pro výrobu a naplánován pro 3D tisk.

Krok 2: Vytváření udržitelných konceptů

Úspěšný transfer technologií vyžaduje důkladné plánování a koncepci. Pokud v této fázi projektu není práce přesná, může se to projevit jako neočekávané náklady a dodatečné práce v pozdější fázi. Aby tuto fázi cíleně podpořil, představuje Fraunhofer IPA řešení zaměřené na funkční bezpečnost (Safety) a plánovanou založení „IntRAC“ pro realizaci montážních buněk s roboty.

Bezpečnostní koncepty mohou nepříznivě ovlivnit takt čas robotické aplikace. S exponátem „Robo-Dashcam“ lze tento problém zlepšit. Kamera bezpečnostně relevantní data a osoby zaznamenává v souladu s ochranou soukromí, zatímco je robotická buňka v provozu. Na základě těchto dat lze bezpečnostní koncept dodatečně upravit, aby se zvýšila výkonnost nebo takt čas aplikace. „Měříme optimalizovaný výkon robota a můžeme snížit bezpečnostní odstupy. Ukazujeme tak úspěšnost projektu a efektivitu naší Robo-Dashcam,“ uvádí Aulon Bajrami z Fraunhofer IPA, který na aplikaci spolupracoval. Až o deset procent vyšší produktivita a o 54 procent kratší doba pro posouzení rizik jsou možné.

Robo-Dashcam je součástí CARA, „Computer-Aided Risk Assessment“, s jehož pomocí institut pomáhá podnikům systematicky a částečně automatizovaně vytvářet bezpečnostní koncepty a umožňuje zlepšení výkonu. Protože institut je aktivní v mezinárodních normách již 15 let, všechny jeho vývoje zahrnují nejnovější poznatky z této práce v komisích.

S plánovaným spin-offem „intRAC“ (intelligent Robotic Assembly Cell) nabízí Fraunhofer IPA především pro ekonomickou kabelovou a konektorovou montáž modulární automatizační řešení, i pro malé sériové výroby. „Naše nabídka reaguje na potřeby malých a středních podniků tím, že modulární robotická buňka je flexibilní a rychle přizpůsobitelná různým produktům. To umožňuje podnikům vyrábět již s jedním systémem různé varianty a dělat plánovatelné investiční rozhodnutí,“ popisuje Arik Lämmle z týmu zakladatelů. Tím se intRAC přímo zaměřuje na podniky, které často nemají znalosti o robotech a jsou zvlášť zasažené nedostatkem kvalifikovaných pracovníků a vysokými mzdovými náklady. Do založení se promítá expertíza z 15 let v oblasti montážní automatizace a softwarového vývoje pro tento obor.

Krok 3: Experimentální nebo simulační ověření technické proveditelnosti

Pokud je základní myšlenka ověřena a existuje koncept realizace aplikace, přistupuje se k posouzení proveditelnosti. I v této fázi projektu nabízí Fraunhofer IPA ukázkové exponáty na stánku.

Jedním z nich je „AI Picking“, KI založené uchopení do krabice. Tým Fraunhofer IPA zde řeší technické překážky, které stále brání plnému využití této technologie, ač má vysoký ekonomický potenciál. „Použití KI, přesněji strojového učení, činí aplikaci autonomnější, rychlejší a odolnější,“ popisuje Marius Moosmann z Fraunhofer IPA. Jak to vypadá, ukazuje exponát ve dvou částech. První část ukazuje, jak spolehlivě rozpoznat a uchopit objekty z krabic s různým obsahem. Automaticky jsou také rozpoznávány zaseknutí a plánována dráha robota tak, aby se zaseknutí uvolnilo. Druhá část ukazuje, jak rozpoznat a uchopit různé balení na čisté paletě. Robot je přeskupí podle potřeby.

Mezi nabídku spojenou s spolehlivým uchopením téměř jakýchkoli objektů patří také virtuální studie proveditelnosti. Podniky tak mohou rychle a bez investic do materiálu ověřit proveditelnost aplikace „uchopení do krabice“. Dostanou informace o vhodném uspořádání buněk, hardwaru, uchopitelnosti různých tvarů výrobků a další údaje, například o možných takt časů, dostupnosti a uchopení za hodinu. Tím je k dispozici komplexní analýza jako základ pro rozhodování.

Kromě uchopení z krabice se stále více odborníků a expertů věnuje otázkám ukládání do krabice. Tento proces je zvlášť důležitý s rozvojem online obchodu. Exponát „Bin Packing“ ukazuje, jak je možné tento proces plně automatizovat. Tim Nickel, spoluvytvářející aplikace, vysvětluje její výhody: „Bez předchozího naučení dat o objektech dokáže robotický systém s volnými tvary efektivně a bez předem stanoveného vzoru balení uchopit a přesně uložit do krabice. Dosahujeme tak pět procent vyšší hustoty balení a při výrazně nižších přípravních nákladech.“ Návštěvníci mohou na stánku komunikovat s robotem tím, že mu předají objekt, který robot bez předchozí přípravy uchopí a zabalí. Také studie proveditelnosti pro bin packing jsou možné v simulacích.

Krok 4: Implementace konceptů do výroby

Na závěr nabízí Fraunhofer rozsáhlé možnosti finální realizace aplikace. Jak může vypadat, ukazuje Fraunhofer IPA na třech příkladech.

Software „pitasc“ řeší častou překážku v automatizaci montáže, a to rozmanitost variant, která dosud vyžadovala vysoké programovací náklady. Tyto náklady činí nasazení robotiky často neekonomickým. Přesně zde přichází pitasc: Programování montážní úlohy již není potřeba provádět bod po bodu. Místo toho je programování strukturované a modulární, založené na datech ze senzorů na robotovi. Předpřipravené, znovu použitelné programové moduly pomáhají rychleji realizovat složité, silově řízené montážní aplikace a umožňují efektivní přizpůsobení novým variantám. „Například lze měnit polohu robota, přípravky nebo dokonce koncový efektor bez nutnosti nového programování,“ vysvětluje Anwar Al Assadi, vedoucí skupiny v Fraunhofer IPA, výhody řešení pitasc.

Další přístup k lepšímu plánování a realizaci montáže představuje spin-off Fraunhofer IPA. Start-up vyvíjí na základě umělé inteligence (AI) software „Assemblio“ Assembly Suite, který analyzuje a vyhodnocuje CAD-STEP soubory. Každý CAD systém může generovat tyto informativní soubory. Poskytují všechny potřebné informace pro přesné odvození strukturovaných montážních informací. Druhou součástí Assemblio je „Assembly Composer“, který načítá extrahované montážní informace a vkládá je do nástroje pro plánování montáže. Tento nástroj zjednodušuje grafické zobrazení relevantních informací, takže je montáž snadná a bez chyb. KI asistence pro montáž „KIM“ automaticky a nákladově efektivně vytváří asistenty, kteří interaktivně podporují personál. Asistent je variabilní a může být založen na 2D nebo 3D. CEO spin-offu Alexander Neb říká: „První studie ukazují úsporu času až 92 %, když se používá Assemblio.“ Od července tohoto roku bude software komerčně dostupný.

Třetím příkladem úspěšných realizací je systém čistých prostor CAPE®. Jedná se o flexibilní systém, který zajišťuje čistotu vzduchu podle ISO tříd 1 až 9. Stejně jako stany lze systém CAPE® postavit během několika hodin nebo dnů a uvést do provozu. V posledních letech vědci rozšířili systém CAPE® na celou řadu produktů. „Nejnovějším členem rodiny je náš DryClean-CAPE®, který ukazujeme na veletrhu automatica. Nejenže vytváří čisté výrobní prostředí, ale zároveň i prostředí s velmi nízkou vlhkostí, například s dew pointem -50°C,“ vysvětluje Frank Bürgen, vedoucí skupiny v Fraunhofer IPA. V průmyslové výrobě bateriových článků je DryClean-CAPE® již v provozu, ale technologie je klíčová i pro výrobu automobilů nebo letectví a kosmonautiku.

Úspěšný transfer technologií: „50 let robotiky v Fraunhofer IPA“

Mnoho popsaných exponátů jsou výsledky a důkazy úspěšného transferu technologií a výhodných aplikací v oblasti robotiky v Fraunhofer IPA. Oddělení robotických a asistenčních systémů se v tomto kontextu může pochlubit již 50letou úspěšnou historií. A to se slaví: u příležitosti tohoto výročí bude od 26. do 29. září 2023 probíhat slavnostní týden. Celé téma bude #whatsnextrobotics – protože i když je důležité ohlédnout se zpět a oslavit dosažené úspěchy, ještě důležitější je pohled do budoucnosti, ukázat, jak Fraunhofer IPA již dnes formuje robotiku zítřka a připravuje ji do praxe.

V rámci slavnostního týdne je připraveno několik programových bodů, na které jsou srdečně zváni všichni zájemci:

– 26. a 27. září 2023: Mezinárodní sympozium o robotice (ISR)
– 27. září 2023: Technologické fórum pro autonomní dopravní systémy a mobilní roboty
– 28. září 2023: Den aplikací – cílené akce na témata spolupráce člověk-robot, svařovací cobots v praxi, robotické asistenční systémy pro péči, technologický seminář Roboti v zásobovacím řetězci, výměna zkušeností o potenciálu automatizace
– 29. září 2023: Veřejné prohlídky testovacích polí, poté od 17 hodin „Dlouhá noc robotiky“

Veškeré informace o oslavách 50 let najdete na: ipa.fraunhofer.de/50y_cs

Také na veletrhu automatica je tým Fraunhofer IPA k dispozici pro všechny otázky týkající se oslav.

A mimochodem: již začátkem roku odhalili vědci z oddělení robotických a asistenčních systémů v Fraunhofer IPA tajemství, co roboti dělají v noci: https://youtu.be/a8ymTUOJuZc

Další informace

Expert Sessions:
Od úterý do čtvrtka (27. až 29. června 2023) nabízí Fraunhofer IPA Expert Sessions, tedy vedené tematické prohlídky na stánku. Všichni zájemci se mohou předem přihlásit nebo přijít spontánně. Předběžný harmonogram (platný pro všechny tři dny) je k dispozici pod odkazem na přihlášení: https://s.fhg.de/3hG

Interaktivní Live:
Dvakrát denně od 27. do 29. června 2023 bude na stánku probíhat živý rozhovor s odborníkem nebo odbornicí, který bude také vysílán na LinkedIn. Rozhovory s různými zástupci firem a zákazníky se budou točit kolem úspěšného transferu technologií s Fraunhoferem. Předpokládaný časový rozvrh (platný pro všechny tři dny): 10:30 až 11:00 a 14:00 až 14:30.