Z powodzeniem wdrażaj automatyzację jutra już dziś

Namiot suchy pokój czyszczący DryClean-CAPE® tworzy nie tylko czyste środowisko produkcyjne, ale jednocześnie także o bardzo niskiej wilgotności powietrza. © Fraunhofer IPA

Uczenie maszynowe sprawia, że sięganie do skrzyni jest bardziej autonomiczne, szybsze i bardziej odporne. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Analiza potencjału automatyzacji (APA) jest już dostępna dla procesów spawania. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

«DesignChain» to ciągła cyfryzacja i automatyzacja realizacji zamówień technicznych — od zamówienia po gotowy produkt. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

„Robo-Dashcam“ zbiera zgodne z przepisami dane dotyczące bezpieczeństwa i osoby, podczas gdy komórka robota jest w użyciu. Dzięki temu koncepcja bezpieczeństwa może być również później dostosowana. © Fraunhofer IPA

Za pomocą wirtualnych analiz wykonalności firmy mogą szybko i bez inwestycji w materiały sprawdzić wykonalność aplikacji typu "włóż do pudełka". © Fraunhofer IPA

Oferując firmom wyraźną przewagę konkurencyjną i przygotowując je na wyzwania związane z produkcją przyszłości: Z tą obietnicą wydajności prezentuje się Fraunhofer IPA od 27 do 30 czerwca 2023 na targach automatica. Goście będą mogli doświadczyć tam zastosowań związanych z robotyką, automatyzacją, sztuczną inteligencją oraz technologiami czystych pomieszczeń i zyskać nowe spojrzenie dzięki regularnym sesjom ekspertów i formatowi wywiadów „Interaktywny na żywo”.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA prezentuje się na tegorocznej automatice z jedenastoma eksponatami, które pokazują, jak firmy mogą wdrażać rozwiązania automatyzacyjne na najwyższym poziomie. Oferta jest różnorodna: skierowana do firm posiadających istniejące zastosowania, które chcą je zoptymalizować, oraz do firm, które chcą realizować zupełnie nowe rozwiązania. Na każdy etap projektu dostępne są eksponaty, które umożliwiają skuteczne jego wdrożenie.

Krok 1: Ocena wykonalności technicznej i ekonomicznej

Wiele firm pragnie automatyzować, obawiając się błędnych ocen technicznych i ekonomicznych. W tym celu Fraunhofer IPA od lat oferuje „Analizę Potencjału Automatyzacji” (APA). Zespół deweloperski APA bezpośrednio wchodzi do firm, analizuje stan obecny i ocenia obiektywną „Gotowość do Automatyzacji” badanych procesów produkcyjnych. APA była już wykorzystywana w ponad 500 klientach na całym świecie do różnorodnych projektów automatyzacji związanych z montażem. Teraz dostępna jest również dla procesów spawania. „Firmy otrzymują w ten sposób systematyczną podstawę do podejmowania decyzji, co znacząco zmniejsza ryzyko inwestycyjne”, wyjaśnia Lorenz Halt, kierownik grupy w Fraunhofer IPA.

Dotychczas APA była powiązana z wiedzą ekspertów z Fraunhofer IPA. Na targach będzie dostępna również jako aplikacja u partnera licencyjnego Evia. Firmy mogą więc samodzielnie analizować zastosowania, które chcą zautomatyzować. Oprócz zastosowań związanych z montażem i spawaniem, zespół pracuje obecnie nad APA dla załadunku maszyn oraz logistyki.

A także poza halami produkcyjnymi często pojawia się potrzeba większej automatyzacji. Dlatego grupa w Fraunhofer IPA pracuje nad rozwojem wytrzymałej, autonomicznej nawigacji zewnętrznej, dostosowanej do wyzwań typowych środowisk outdoorowych. Przykładami mogą być intralogistyka na zewnątrz, rolnictwo czy leśnictwo. Głównym wyzwaniem tej nawigacji są różne warunki świetlne i pogodowe, a także różnorodność nawierzchni i przeszkód. Na stoisku będzie można zobaczyć prototypowego robota zewnętrznego CURT_mini, który pokaże, jak takie trudności można rozwiązać dzięki odpowiednio dopasowanemu sprzętowi i oprogramowaniu, oraz jak można skutecznie realizować intralogistykę na zewnątrz.

Eksponat jest powiązany z szeroką ofertą doradczą dotyczącą efektywnego wykorzystania autonomicznych robotów mobilnych (AMR) zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Fraunhofer IPA może pochwalić się długą historią sukcesów w zakresie oprogramowania nawigacyjnego. Przykładem jest produkcja u producenta samochodów, gdzie od 2014 roku po raz pierwszy zastosowano autonomiczne pojazdy transportowe (FTF) korzystające z oprogramowania instytutu. Na stoisku będzie można zobaczyć taki FTF z zamontowanym samochodem – jako dowód i symbol udanego transferu technologii, który doprowadził również do założenia spółki spin-off.

Powrót z pola do hal produkcyjnych odbywa się za pomocą eksponatu „DesignChain”: adresuje on aktualne wymaganie, aby przemysł coraz częściej produkował indywidualne produkty w niskich kosztach i w coraz krótszym czasie. Aby móc konkurować na rynku światowym, zaleca się tzw. „DesignChain”. „Oznacza to, że techniczna obsługa zamówień od zamówienia do gotowego produktu jest w pełni zdigitalizowana”, wyjaśnia Jonas Krebs, współtwórca eksponatu. Dzięki temu koszty przygotowania produkcji mogą się zmniejszyć o połowę. Goście na stoisku Fraunhofer mogą za pomocą tego eksponatu skonfigurować indywidualny produkt, który następnie zostanie wygenerowany jako model CAD, symulowany pod kątem produkcji i zaplanowany do druku 3D.

Krok 2: Tworzenie wiarygodnych koncepcji

Udane transfery technologii wymagają solidnego planowania i koncepcji. Jeśli na tym etapie projektu nie zostanie to wykonane starannie, skutkuje to zwykle nieoczekiwanymi kosztami i dodatkowymi pracami w późniejszym etapie. Aby skutecznie wspierać ten etap, Fraunhofer IPA prezentuje rozwiązanie skoncentrowane na bezpieczeństwie funkcjonalnym (Safety) oraz planowaną spółkę spin-off „IntRAC” do realizacji stanowisk montażowych z robotami.

Koncepty bezpieczeństwa mogą negatywnie wpływać na cykl pracy robota. Z pomocą eksponatu „Robo-Dashcam” można to poprawić. Kamera rejestruje w sposób zgodny z przepisami o ochronie danych dane dotyczące bezpieczeństwa i osób, podczas gdy komórka robota jest w ruchu. Na podstawie tych danych można później dostosować koncepcję bezpieczeństwa, aby zwiększyć wydajność lub cykl pracy. „Mierzymy zoptymalizowaną wydajność robota i możemy zmniejszyć odległości bezpieczeństwa. W ten sposób pokazujemy sukces projektu i skuteczność naszej Robo-Dashcam”, mówi Aulon Bajrami z Fraunhofer IPA, który współtworzył tę aplikację. Możliwe jest zwiększenie wydajności nawet o 10% i skrócenie czasu oceny ryzyka o 54%.

Robo-Dashcam jest częścią CARA, czyli „Computer-Aided Risk Assessment”, które pomaga firmom systematycznie i częściowo automatycznie tworzyć koncepcje bezpieczeństwa oraz poprawiać wydajność. Instytut od 15 lat aktywnie uczestniczy w międzynarodowych normach, dlatego w jego rozwoju uwzględniane są najnowsze osiągnięcia z tego obszaru.

Planowany spin-off „intRAC” (intelligent Robotic Assembly Cell) oferuje szczególnie dla ekonomicznej montażu kabli i wtyczek modułowe rozwiązanie automatyzacji, także dla małych serii. „Nasza oferta odpowiada potrzebom małych i średnich przedsiębiorstw, ponieważ modułowa komórka robotyczna może być elastycznie i szybko dostosowywana do różnych produktów. Umożliwia to firmom produkcję różnych wariantów za pomocą jednego systemu i podejmowanie planowanych decyzji inwestycyjnych”, opisuje Arik Lämmle z zespołu założycielskiego. IntRAC jest skierowany głównie do firm, które często nie posiadają wiedzy o robotach i są szczególnie dotknięte brakiem wykwalifikowanych pracowników oraz wysokimi kosztami pracy. W spółkę spin-off włączona jest wiedza ekspertów z 15 lat doświadczenia w zakresie automatyzacji montażu i rozwoju oprogramowania dla tego obszaru.

Krok 3: Eksperymentalne lub symulacyjne potwierdzenie wykonalności technicznej

Jeśli podstawowa koncepcja jest zabezpieczona, a plan realizacji zastosowania opracowany, przechodzi się do sprawdzania wykonalności. Również na tym etapie projektowym Fraunhofer IPA oferuje przykładowe eksponaty na stoisku.

Jednym z nich jest „AI Picking”, czyli KI-oparte chwytanie do pudełka. Zespół Fraunhofer IPA koncentruje się na rozwiązaniu technicznych barier, które nadal hamują szerokie wykorzystanie tego rozwiązania mimo wysokiego potencjału ekonomicznego. „Wykorzystanie sztucznej inteligencji, a dokładniej uczenia maszynowego, czyni to zastosowanie autonomicznym, szybszym i bardziej niezawodnym”, opisuje współtwórca Marius Moosmann z Fraunhofer IPA. Jak to wygląda w praktyce, pokazuje eksponat dwuczęściowy. Pierwsza część demonstruje, jak zaufanie do rozpoznawania i chwytania obiektów z różnych pudełek jest zapewnione, a także jak automatycznie wykrywane są zakleszczenia i jak planowana jest trasa robota, aby rozwiązać problem zakleszczenia. Druga część pokazuje, jak rozpoznawać i chwytać różne opakowania na jednolitym palecie. Robot układa opakowania na odpowiednich miejscach.

Oferta obejmuje również wirtualne badania wykonalności. Firmy mogą szybko i bez inwestycji w materiały sprawdzić, czy zastosowanie „Chwytanie do pudełka” jest możliwe. Otrzymują informacje o odpowiednim układzie komórek, sprzęcie, możliwości chwytania różnych geometrii elementów i innych szczegółach, takich jak przewidywane cykle, dostępność i liczba chwytów na godzinę. W ten sposób powstaje kompleksowa analiza jako podstawa decyzji.

Oprócz chwytania z pudełka coraz więcej pytań dotyczy również odkładania elementów do pudełka, co jest szczególnie istotne w związku z rosnącym handlem internetowym. Eksponat „Bin Packing” demonstruje, jak można to zautomatyzować. Tim Nickel, współtwórca rozwiązania, wyjaśnia jego zalety: „Bez konieczności wcześniejszego uczenia danych o obiektach, robot może bez problemu chwytać i układać różne formy, bez konieczności stosowania wzorców pakowania czy wstępnej komisy. Osiągamy tym 5-procentową wyższą gęstość pakowania przy znacznie mniejszym nakładzie przygotowawczym”. Goście na stoisku mogą wchodzić w interakcję z robotem, podając mu obiekt, który on chwyta i pakuje bez przygotowania. Również w przypadku „Bin Packing” możliwe są studia wykonalności w symulacjach.

Krok 4: Wdrożenie koncepcji w produkcji

Ostatecznie Fraunhofer oferuje szerokie możliwości realizacji końcowej aplikacji. Przykładowo, na podstawie trzech eksponatów pokazuje, jak może wyglądać wdrożenie.

Oprogramowanie „pitasc” adresuje częstą barierę w automatyzacji montażu, czyli różnorodność wariantów, które do tej pory wymagały dużego nakładu programistycznego. To sprawia, że wdrożenie robotów staje się często nieopłacalne. Tu właśnie pojawia się pitasc: nie trzeba już programować montażu punkt po punkcie. Zamiast tego programowanie odbywa się w sposób strukturalny i modułowy, oparty na danych z czujników robota. Gotowe, wielokrotnego użytku moduły pomagają szybciej realizować szczególnie trudne, siłowe montażowe zadania i umożliwiają elastyczne dostosowanie do nowych wariantów. „Na przykład można zmienić pozycję robota, narzędzia i nawet końcówkę bez konieczności ponownego programowania”, wyjaśnia Anwar Al Assadi, kierownik grupy w Fraunhofer IPA, zalety rozwiązania pitasc.

Inne podejście do lepszego planowania i realizacji montażu rozwija spółka spin-off Fraunhofer IPA. Firma rozwija oprogramowanie oparte na sztucznej inteligencji „Assemblio” Assembly Suite, które analizuje i ocenia pliki CAD-STEP. Każdy system CAD może generować te bogate w informacje pliki. Dostarczają one „3D-Analysis-KI” wszystkie niezbędne informacje do precyzyjnego wyprowadzenia strukturalnych danych montażowych. Druga część rozwiązania, „Assembly Composer”, odczytuje wyekstrahowane informacje montażowe i wprowadza je do narzędzia planowania montażu. Narzędzie to wizualizuje informacje montażowe w prosty sposób, co czyni planowanie montażu łatwym i bezbłędnym. KI wspomagająca montaż „KIM” automatycznie i tanio tworzy asystentów montażu do interaktywnego wsparcia personelu. Asystent jest elastyczny i może działać w 2D lub 3D. Alexander Neb, CEO spółki spin-off: „Pierwsze badania użytkowników pokazują oszczędność czasu do 92%, gdy korzysta się z Assemblio”. Od lipca tego roku oprogramowanie będzie dostępne komercyjnie.

Trzecim przykładem udanych wdrożeń jest system czystego pomieszczenia CAPE®. To elastyczny system czystego pomieszczenia, który zapewnia czystość powietrza klasy ISO 1 do 9. Podobnie jak namioty, system CAPE® można zbudować i uruchomić w ciągu kilku godzin lub dni. W ostatnich latach naukowcy rozbudowali system CAPE® do pełnej rodziny produktów. „Najnowszym członkiem rodziny jest DryClean-CAPE®, który pokazujemy na automatice. Tworzy on nie tylko czyste środowisko produkcyjne, ale także o bardzo niskiej wilgotności powietrza, na przykład punkt rosy -50°C”, wyjaśnia Frank Bürgen, kierownik grupy w Fraunhofer IPA. W produkcji baterii przemysłowych DryClean-CAPE® jest już wykorzystywany, ale technologia ta jest kluczowa także dla produkcji samochodów oraz przemysłu lotniczego i kosmicznego.

Udany transfer technologii: „50 lat robotyki w Fraunhofer IPA”

Wiele opisanych eksponatów jest dowodami udanego transferu technologii i opartych na nim korzystnych rozwiązań w zakresie robotyki w Fraunhofer IPA. Dział Robotyki i Systemów Wspomagających może pochwalić się już 50-letnią historią sukcesów. I to jest wielkie świętowanie: z tej okazji od 26 do 29 września 2023 odbędzie się tydzień uroczystości. Całość pod hasłem #whatsnextrobotics – bo choć spojrzenie wstecz jest ważne i trzeba świętować osiągnięcia, to jeszcze ważniejsze jest patrzenie w przyszłość, aby pokazać, jak Fraunhofer IPA już dziś kształtuje robotykę jutra i przygotowuje ją do praktycznego zastosowania.

W ramach tygodnia uroczystości odbędą się różne punkty programu, na które serdecznie zapraszamy wszystkich zainteresowanych:

– 26 i 27 września 2023: Międzynarodowe Sympozjum Robotyki (ISR)
– 27 września 2023: Forum Technologiczne Systemów Transportu Bezzałogowego i Robotów Mobilnych
– 28 września 2023: Dzień Zastosowań – wydarzenia skierowane do różnych grup odbiorców na tematy współpracy człowiek-robot, spawania cobotami w praktyce, robotycznych systemów wspomagających opiekę, seminarium technologicznego Roboty w magazynach, wymiany doświadczeń w zakresie analizy potencjału automatyzacji
– 29 września 2023: Otwarte zwiedzanie pól doświadczalnych, a po nim od godziny 17:00 „Długa Noc Robotyki”

Wszystkie informacje na temat 50-lecia dostępne są pod adresem: ipa.fraunhofer.de/50y_pl

Zespół Fraunhofer IPA będzie również dostępny na automatice, aby odpowiedzieć na wszelkie pytania dotyczące uroczystości.

Przy okazji: już na początku roku naukowcy z działu Robotyki i Systemów Wspomagających w Fraunhofer IPA odkryli sekret, co roboty robią nocą: https://youtu.be/a8ymTUOJuZc

Dalsze informacje

Sesje eksperckie:
Od wtorku do czwartku (27-29 czerwca 2023) Fraunhofer IPA oferuje sesje eksperckie, czyli prowadzone wycieczki tematyczne po stoisku. Wszyscy zainteresowani mogą się wcześniej zarejestrować lub przyjść spontanicznie. Przewidywany harmonogram (ważny na wszystkie trzy dni) znajduje się pod linkiem rejestracyjnym: https://s.fhg.de/3hG

Interaktywny na żywo:
Dwa razy dziennie, od 27 do 29 czerwca 2023, na stoisku będzie można obejrzeć wywiad na żywo z ekspertem lub ekspertką, który będzie transmitowany również na LinkedIn. Rozmowy z przedstawicielami firm i klientami będą dotyczyć udanego transferu technologii z Fraunhofer. Przewidywany harmonogram (ważny na wszystkie trzy dni): od 10:30 do 11:00 oraz od 14:00 do 14:30.