Megoldások biztonságos, hatékony és magas tisztaságú automatizálási alkalmazásokhoz

2ndSCIN® egy védőburkolat robotok és más automatizálási alkatrészek számára, amelyeket tisztatérben kell használni. (© Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez) / 2ndSCIN® egy védőburkolat robotok és más automatizálási alkatrészek számára, amelyeket tisztatérben kell használni. © Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez

A vizsgálati jeleivel a Fraunhofer IPA már több mint 2500 terméket és anyagot tesztelt és tanúsított világszerte tisztaságukról és tisztatér-alkalmasságukról. (© Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez) / With its test marks, Fraunhofer IPA has already tested and certified over 2,500 products and materials worldwide for their cleanliness and cleanroom suitability. © Fraunhofer IPA/Photo: Rainer Bez

Demonstrátor a „retavi” szoftverkeretrendszerhez (© Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez) / Az új „retavi” szoftverkeretrendszerrel a vállalatok automatizálhatják gépeiket, rendszereiket és folyamataikat hardvertől függetlenül. © Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez

CARA egyszerűsíti a kockázatértékelési folyamatot az együttműködő robotok esetében intelligens, félautomatikus felhasználói támogatással. (© Fraunhofer IPA) / CARA egyszerűsíti a kockázatértékelési folyamatot az együttműködő robotok számára intelligens, félautomatikus felhasználói támogatással. © Fraunhofer IPA

Az automatikus ütközésvizsgáló állomáson a cobotok egyszer mérésre kerülnek, így létrejön egy ütközésmodell, amelyet a biztonsági tervezéshez lehet felhasználni. (© Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez) / A cobotok egyszer mérésre kerülnek az automatikus ütközésvizsgáló állomáson, így egy ütközésmodell jön létre, amelyet a biztonsági tervezéshez lehet használni. © Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez

Az idei Automatica szakkiállításon a Fraunhofer Gyártástechnikai és Automatizálási Intézet (IPA) számos megoldást mutat be, amelyek – többek között a Mesterséges Intelligencia (MI) segítségével – jelentősen egyszerűsítik és felgyorsítják a robotok tervezését, programozását és betanítását. Látható lesz 2025. június 24-27. között, A4 csarnok 314-es standján.

Akár gyártócsarnokban, akár tisztatérben vagy laboratóriumban: mára már mindenhol robotokat és más automatizálási komponenseket alkalmaznak, elsősorban ismétlődő, fizikai megterhelést vagy veszélyes feladatok esetén. Ám amíg ezek telepítése, programozása és beállítása megtörténik, gyakran sok idő telik el. A fő cél ezért az „Automatizáció az automatizációban”. Ez azt jelenti, hogy a beállítás és üzembe helyezés megfelelő eszközökkel sokkal automatizáltabbá válik, mint eddig, ezáltal időt és költséget takarítva meg.

A Fraunhofer IPA 2025. június 24-27. között Münchenben az Automatica kiállításon számos olyan megoldást mutat be, amelyek MI-technológiák alkalmazásával is jelentősen egyszerűsítik és felgyorsítják a robotok tervezését, programozását és betanítását, részben vagy egészben automatizálva ezeket a folyamatokat.

Egységes szoftver-keretrendszer minden géphez és berendezéshez

David Breunig vezetésével a Fraunhofer IPA Kutatás-Fejlesztési Csapata az IT-Architektúrák a Gyártásban nevű kutatási projekt keretében olyan szoftver-keretrendszert fejlesztett ki, amellyel a vállalatok teljes gyártási folyamata automatizálható. A programozható logikai vezérlők (PLC-k), amelyek eddig a gépek és berendezések működését irányították és nagy számban épültek be gyárakban, ezzel a rendszerrel feleslegessé válhatnak. „Aki ma egy jól ismert gyártó PLC-jét vásárolja, az függ a hardverétől, fejlesztői környezetétől és programozási nyelvétől” – mondja Breunig, „és ezt akarjuk megváltoztatni a szoftver-keretrendszerünkkel.”

Az automatizálás működésének bemutatására Breunig és csapata egy demonstrátort épített, amely szemlélteti a keretrendszer működését és használatát. A látogatók a kiállításon a képernyőn keresztül megismerhetik a szoftver moduljait, és saját automatizálási projektet indíthatnak vagy optimalizálhatnak.

Breunig és kolléganője tervezi, hogy saját vállalkozásként, a retavi GmbH néven, az év végén hivatalosan is elindítják a szoftver-keretrendszert.

Rugalmasan alkalmazható intelligens mobil manipulátorok

Az emberi formájú robotokat jelenleg a média nagy figyelemmel kíséri, és az Automatica kiállításon is fontos szerepet kapnak. A Fraunhofer IPA egyik kutatása szerint, amely a „Tanuló rendszerek és Kognitív Robotika” MI-fejlesztési központ keretében készült, sok vállalatnak azonban kevés az érdeklődése, hogy a robotok úgy mozogjanak, mint az emberek. Ehelyett a szakértők szerint a legnagyobb potenciál abban rejlik, hogy a humanoid tárgyak rugalmasan tudjanak fogni, mint az emberek. És ebben a Fraunhofer IPA egyik aktuális fejlesztése nyújt megoldást. Mivel egy robotkéz sok szabadsági fokkal rendelkezik, nem hatékony a robotokat minden fogási mozgásra részletesen programozni. Ennek kiküszöbölésére a Fraunhofer IPA gyors és intuitív betanulási módszereket kutat a komplex fogási és kezelési mozgások gyors megtanítására.

A fogási mozgások például szimulációban vagy mély megerősítéses tanulással (Deep Reinforcement Learning) sajátíthatók el. A központi kérdés nemcsak a robotkarok irányítása, hanem különösen az intuitív utasítások és új alkalmazások betanítása a teljesen rugalmas robotrendszerekhez – ideértve a többkaros mobil platformokat is. Modern módszerek, például az Imitáció Tanulás és az ún. Foundation-modellek alkalmazásával természetes nyelvi utasításokat, távoli vezérlést és ember által demonstrált folyamatokat használnak a robotképességek hatékony átadására.

A kiállításon bemutatott demonstrátor gyakorlati betekintést nyújt a technológia egyes aspektusaiba, és példázza, hogyan lehet az aktuális kutatás központi ötleteit alkalmazni. Emellett lehetőség nyílik arra, hogy többet megtudjon a jelenlegi imitációs tanulási módszerek és Foundation-modellek kihívásairól, valamint arról, hogyan zárhatók be a meglévő hiányosságok egy hibrid megközelítéssel, amely a bevált, paraméterezhető robotképességeket kombinálja tanulásalapú módszerekkel.

Rugalmas laborrobotika folyadékok kezelésére és adagolására

A szakemberhiány nemcsak az iparban, hanem laboratóriumokban és orvosi intézményekben is érezteti hatását. A meglévő személyzet nagy részét monoton rutinfeladatok kötik le, amelyek késleltetik a magasabb értékű, értékteremtő tevékenységeket. Ezért az automatizálási megoldások iránt nagy a kereslet ebben a környezetben. Egy „kész” rendszer azonban általában nem megfelelő, mivel a feladatok és az objektumok sokfélék. A Fraunhofer IPA ezért egy testreszabható szoftvercsomagot fejleszt autonóm laborrobotok számára, amely lehetővé teszi az ilyen rutinfeladatok hatékony automatizálását. Például a robotokat arra tervezi, hogy képesek legyenek gyűjteni a folyamat szempontjából fontos fogyóeszközöket, önállóan adagolni vegyszereket vagy mintákat, érzékeny mintákat „pont időben” hűtő- vagy melegítőkészletekből beszerezni, vagy akár kísérleteket teljesen önállóan végrehajtani. Ehhez a robotnak képesnek kell lennie például különböző tartályok lokalizálására és megfogására, különböző folyadékok és szilárd anyagok pontos súlyozására, szekrények és ajtók nyitására, valamint autonóm navigációra.

A kiállításon a Fraunhofer IPA bemutatja a fejlesztés aktuális állását egy demonstrátor segítségével, amely automatizált módon adagolja a különböző viszkozitású folyadékokat és osztja szét azokat meghatározott céledényekbe.

Biztonságos ember-robot együttműködés részben automatizálva

A modern automatizálási megoldásoknak a kis sorozatszám miatt a lehető legnagyobb rugalmasságot kell nyújtaniuk. Ez azonban azt is jelenti, hogy a biztonsági intézkedéseket folyamatosan kell igazítani. Ennek alapja a kockázatértékelés és a CE-jelölés – két folyamat, amelyek jelenleg még nagyon időigényesek és sok szakértői tudást igényelnek. A Fraunhofer IPA ezért olyan eszközöket fejlesztett ki, amelyek a tervezési és a használati szakaszban is megkönnyítik és felgyorsítják a biztonsági kialakítást.

A „CARA” kiállítási eszköz a tervezési szakaszban nyújt támogatást, és segít a biztonsági intézkedések részletes megtervezésében. Egy 3D-s szimulációval segíti a szakembereket, hogy hat lépésben megtervezzék és megvalósítsák az összes szükséges biztonsági intézkedést még az üzembe helyezés előtt. A CARA figyelembe veszi a potenciális veszélyforrásokat, a biztonsági távolságokat és az ember-gép interakció lehetőségét. Automatikusan azonosítja az ütközési és összenyomódási veszélyeket, majd javaslatokat tesz a kockázatok csökkentésére.

Szintén a tervezési szakaszban segítenek az ütközési modellek, amelyeket a Fraunhofer IPA által kifejlesztett, automatizált vizsgálóberendezés segítségével állítanak elő. Ezek a modellek a maximálisan megengedett erőket és nyomásokat veszik figyelembe, amelyek az ütközéseknél korlátozhatják a robot sebességét és ciklusidejét, ezáltal csökkentve a rendszer teljesítményét. A működés közben fellépő erőket azonban nehéz matematikailag pontosan kiszámítani. A modellek segítségével azonban már a tervezés során pontosan becsülhető a rendszer teljesítménye, és a CARA ezeket a modelleket tudja felhasználni.

Intuitív robotprogramozás egy új felhasználói felülettel

A robotprogramozás továbbra is gyakran nehézkes, különösen ha hatékonyan szeretnénk beállítani vagy átalakítani egy alkalmazást. Az, hogy hogyan lehet csökkenteni a szükséges szakértelmet, és hogyan lehet időhatékonyan programozni a robotokat változatos alkalmazások esetén, egy új kezelőfelület mutat be a kiállításon, például egy szimulált szétszerelési feladaton keresztül. Ez a felület lehetővé teszi, hogy különböző képességeket, ún. Skills-eket összefűzve, egy teljes feladatot hozzanak létre. Ehhez a Fraunhofer IPA „pitasc” szoftveréből származó Skill-építőelemeket használnak, amelyek programozási ismeretek nélkül, alkalmazás-specifikusan összeállíthatók és kombinálhatók.

Automatizálás magas tisztaságú környezetben: 2ndSCIN® és Tested Device®

A 2ndSCIN® egy szabadalmaztatott védőburkolat, amely a robotokat és más mozgó automatizálási komponenseket az ultratiszta gyártáshoz teszi alkalmassá. A burkolat áteresztő, mozgó és több rétegből álló textilből készül, amely az emberi bőr működését utánozza. A textilréteget érzékelők hálózzák be, amelyek folyamatosan mérik a részecskeszámot, a kémiai szennyeződést, a nyomást vagy a nedvességet. MI-alapú algoritmusok értékelik ezeket az adatokat, például előrejelző karbantartást lehetővé téve. Az alkalmazástól függően két vagy több textilréteg helyezkedhet el egymás felett, távtartókkal elválasztva.

A szűk résekben például levegőt szívhatnak be vagy fújhatnak ki. Így eltávolíthatók a környezetből vagy az automatizálási komponensekről származó részecskék. A rendszer közötti szellőzőnyílásokba speciális gázokat lehet juttatni, például sterilizálás céljából. A burkolat kb. egy óra alatt cserélhető, és dekontaminálás után újra felhasználható. „A 2ndSCIN® rendkívül rugalmas felépítésű, így egyedi igények szerint alakítható” – mondja Udo Gommel, a Fraunhofer IPA Kontaminációkritikus Gyártásért felelős igazgatója. Ő és csapata a kiállításon mutatják be a 2ndSCIN®-t.

A kutatóintézet már régóta kínál eljárásokat részecskekibocsátás, kipárolgás, ESD és egyéb követelmények vizsgálatára is. A vizsgált termékekre a Tested Device® tanúsítványt adják ki, amelyről a kiállításon is tájékoztatást kaphatnak az érdeklődők. A vállalatok a termék- és ügyfélspecifikus vizsgálati jelentéssel igazolhatják berendezéseik, eszközeik vagy fogyóanyaguk tisztaságát és tisztatéri alkalmasságát. A vizsgálatok magukban foglalják a gyártási környezeteket: légáteresztő tisztatéri környezeteket, száraz tisztatéri környezeteket és vákuumos körülményeket.