Az Georg C. Devol által 1954-ben felfedezett első ipari robotot legelőször az autógyártásban, 1961-ben alkalmazták: az Egyesült Államokban a General Motors egyik üzemében présöntőgép kiszolgálását végezte. Ipari robotok nagyobb számban az autógyártásban a 70-es években kezdtek megjelenni, ezen belül főként az ellenállás ponthegesztés robotosításában, mivel ennek a hegesztő eljárásnak a robotosítása mozgásvezérlés szempontjából viszonylag egyszerű feladatot jelentett – avatta be a hvg.hu-t a történelmi kezdetekbe Farkas Attila robottechnikai szakértő, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem címzetes egyetemi docense.

Ahhoz, hogy a robottechnika, mint sikeres innováció megvalósulhasson, három feltételnek kellett egyszerre teljesülnie (ezeket egy, az Amerikai Légierő megrendelésére készült ún. Project Hindsight-ban foglalták össze): felismert igény, megfelelő pénzügyi háttér és alkalmas technológia, kompetens szakemberekkel. A három feltételből a harmadik csak a II. világháború alatt, illetve az azt követő években állt össze: a szervo-mechanizmusok elmélete, a digitális számítástechnika, és a szilárdtest elektronika ismeretlenek voltak korábban.

Mitől robot a robot?

A robot fogalmába egyébként meglehetősen sok minden belefér, és valóban sokféle robotnak nevezett berendezéssel találkozhatunk manapság. Az eligazodásban segít a Nemzetközi Robotszövetség (IFR) rendszerezése. Ez a szervezet évente jelentet meg statisztikai adatokat a robottechnika aktualitásairól. Ez alapján a robotokat két fő csoportba sorolhatjuk: ipari robotok és szolgáltató robotok

Előbbi az ipari automatizálásra alkalmazott, automatikus vezérlésű, újraprogramozható többcélú manipulátor, mely legalább három vezérelt tengellyel rendelkezik, akár fix beépítéssel, akár mobil kivitelben. A szolgáltató robotok pedig egy még nem végleges meghatározás szerint azok a robotok, melyek az ember számára az ipari automatizáláson kívüli egyéb hasznos feladatokat oldanak meg. Ezeknek a robotoknak a jellemzője, hogy legalább 2 programozható mozgástengelyük van, környezetükben önállóan mozognak a feladatuk megoldása érdekében.

Ezek alapján tehát egy klasszikus kenyérsütő gép például nem tekinthető robotnak, még akkor sem, ha programozható. Legfeljebb akkor lenne az, ha az étkező asztalhoz odamenne, és mondjuk fel is szolgálná a kenyeret.

A hazai autóipar számára az ABB szállít robotokat, a cég közlése szerint négy fő szempont alapján történik a robotok kiválasztása. A vevők elsősorban a felhasználás alapján döntenek: így a kiválasztható robottípus lehet festő-, hegesztő-, palettázó, élelmiszeriparba szánt robot, stb.

Másodsorban a robot tengelyeinek száma alapján is megkülönböztetik a modelleket. A leginkább elterjedt kialakítások a három-, négy-, öt-, hattengelyes robotok, amelyek különleges esetekben külső tengelyekkel tovább bővíthetők. Valamint a robotrendszerek bővíthetők külső pályákkal, munkadarab forgatókkal. Egy robotvezérlő 36 tengely kezelésére képes, ami egyidejűleg maximum négy robot és 12 tengely külső tengely szinkron mozgását is lehetővé teszi. Fontos továbbá a robot karkinyúlása is, amely 0,58 métertől 3,5 méterig terjed több lépcsőben. (ezek a maximum értékek robottípusonként). 

Végül nem elhanyagolható a robot terhelhetősége sem. Itt egy kilogrammtól akár 500 kilogrammig, vagy különleges kérés alapján akár még ennél is többet mozgathatnak a karok. A robotok világában léteznek extrém teherbírású ipari robotok is, amelyek akár 1300 kilogrammig is terhelhetők, viszont ezek a típusok már különleges feladatokat végeznek el így elterjedésük nem jelentős.

Az ABB szakértői szerint a precizitás a mai modern robotok világában már nem hoz nagy különbségeket, mert szinte már az összes robotgyártó képes 0,1-0,4 mm visszaállási pontosságú robotok gyártására. Így ez a szempont a kiválasztásnál, már nem döntő szerepű. Megbízhatóság terén a robotok a felhasználásra szánt iparág igényei alapján jelentős fejlődésen estek át. A rendszeres karbantartásokat betartva és a megfelelő robottípus kiválasztásával a működés, akár több évtizedre is biztosítható. Nem mennek ritkaság számba a 10-15 éves darabok. De van olyan is, amely 1981 óta a mai napig végzi munkáját.

Robotok Magyarországon?

A hazai autógyártásban nagyobb mennyiségben úgynevezett csuklókaros ipari robotokat használnak. Ezek döntő többsége a hat vezérelt tengellyel rendelkező ipari robot, mely a gyakorlat szempontjából többnyire elegendő mozgáslehetőséget biztosít a feladatok elvégzésére. Ezeket az ipari robotokat főként ellenállás ponthegesztési és manipulációs, illetve szerelési feladatok végzésére használják, de jelentős számban alkalmaznak ívhegesztő robotokat is, főleg a beszállítói körben.

Ezeken felül a győri autógyárat robotokkal ellátó ABB szerint elég elterjedt ebben az iparágban a „track” vagyis külső pálya használata, amire a robotot felszerelik és így képesek azt elmozgatni pozíciójából, ezzel értékes munkaterületet nyerve a kialakított rendszer számára. Hisz egy 2,5 méteres robot nem érné körbe egy 5 méteres, esetenként még ennél is hosszabb autó karosszéria teljes felületét. De ha feltesszük a robotot egy 5 méteres pályára, akkor a robot számára bejárható terület, már elérheti akár a 10 métert is. Ezekre azért van szükség, hogy az általuk elvégzett feladatot egy munkamenetben megtehessék ezzel elősegítve a minél jobb és fenntartható gyártási minőséget.

A Magyar Suzuki Zrt.-nél a hvg.hu-nak elmondták, hogy a kezdetek óta használnak ipari robotokat, és ma már vannak teljes egészében gépesített műveletek is, mint például a hegesztő részleg, ahol közel 750 robot működik. A Suzuki elsősorban a Fanuc RS-szériát használja. Ezek három feladatot végeznek általában: alkatrészt hordanak, ponthegesztést végeznek és tömítő anyagot hordanak fel. Teherbírásuk 70-500 kilogramm. Míg a robotok leginkább a hegesztő és prés részlegen dolgoznak, és részben a festést is ők végzik, a legtöbb emberi erős munkaállás a szerelőben és a lökhárító üzemben található.

Csak robottal gazdaságos

A Suzuki komoly számításokat végez, hogy mérlegelje, hogy mikor érdemes kiváltani az emberi munkát. Általánosságban náluk olyan helyeken alkalmazhatók robotok, ahol a precíz hegesztés például gyorsabb robotvégzéssel, mint ponthegesztő pisztollyal. De olyan esetben is indokolt a robotmunka ahol a darabok nehezek, a tizedmilliméteres pontosságú illesztéseket emberek csak kis termelékenységgel és nagy hibával tudnák végezni. Ezt a műveletet a Suzuki (más autógyárakhoz hasonlóan) ugyancsak robotokra bízza.

Farkas Attila szerint a gépesítés, automatizálás legfontosabb előnyeiként a nagyobb megbízhatóságot, pontosságot, a nagyobb termelékenységet és gazdaságosabb gyártást szokták szakmai körökben említeni. A robotosítás a gépesítéshez képest annyiban több, hogy rugalmas gépesítést automatizálást tesz lehetővé. Ez által megvalósítható, hogy ugyanazon a berendezésen akár átállítás nélkül is tudjunk különböző termékváltozatokat előállítani. Ez a termék versenyképességét jelentősen növeli, mert sokkal rugalmasabban, ugyanakkor gazdaságosan elégíthetők ki a vevői igények. A szakértő szerint a teljességgel kézi összeszerelésnek az autógyártásban csak az exkluzív modellek esetén van létjogosultsága. Az egyedi kézműves munkának mindig is meg lesz az értéke, azonban egy ilyen jellegű terméket csak viszonylag szűk réteg képes és akar megfizetni. Ezért ezek az autók tipikusan nem nagy darabszámban készülnek.

Manapság olyan árkategóriájú autókra van nagyobb számban kereslet, melyeket a mai elvárt minőségben és technikai színvonalon gazdaságosan csak rugalmasan gépesített, automatizált gyártással lehet előállítani. Az ilyen jellegű gyártás alapvető építő eleme az ipari robot. Az ABB szerint a világ vállalatai számos indokból alkalmaznak robotokat, de használatuk legfőbb oka minden esetben a versenyképesebb, korszerűbb, hatékonyabb és energiatakarékosabb működésben rejlik. Robotokkal jelentősen csökkenthetők a beruházási költségek, a bérkiadások és a közvetett rezsiköltségek. Az energiakiadások csökkenése jól érzékelhető, amikor nem kell minimális világítási és fűtési szintet tartani. A robotok az üzemeltetési költségeket is csökkentik. Pontosságuk és tevékenységük ismételhetősége magas minőségű termékek gyártását teszi lehetővé. Ezen felül a robotok átvehetik a sötét, piszkos, veszélyes helyeken végzett munkát vagy más kényes feladatokat, amiket eddig fizikai dolgozók végeztek. Robotok használatával csökkenthető a munkahelyi balesetek száma és az ismétlődő, illetve intenzív folyamatok kapcsán megjelenő ártalmak előfordulása.

Az ember még rugalmasabban alkalmazkodik

A robotok nagy előnye, hogy az előre felprogramozott feladatot teljes mértékben akárhányszor elvégzik, mindig pontosan ugyanúgy. És egyben ez jelenti egyik legnagyobb hátrányukat is. Az ember egy olyan összetett munkaerő, aki képes helyben szinte bármilyen változáshoz alkalmazkodni, vagy bármilyen más feladatot rövid betanulás után elvégezni, amire viszont a robot önmagában nem. Be lehet tanítani új típusra, be lehet építeni kamera vagy mérőeszközöket, amelyek alapján képes valamilyen szinten alkalmazkodni, de így sem képes teljes mértékben kiváltani az embert. Mindemellett lehet olyan összetett rendszereket építeni, amelyek képesek lennének egy teljes gyár automata működtetésére, de a teljes robotos rendszerek kialakításánál a fő szempontok között találjuk a megtérülést valamint a gyárthatóság fenntarthatóságát. Bizonyos esetekben a feladat bonyolultsága vagy esetenként a beépítendő alkatrész változatossága, darabszáma nem teszi lehetővé annak megbízható automatizálást, vagy csak egyszerűen fogalmazva „nem éri meg”!

Robotpiaci bumm van a régióban

Az autóipari robotok ára stílszerűen jelenleg a kis-kategóriás autóktól, a felső egyedi gyártású luxusautók árával vetekszik. Ez függ a robot kialakításától, valamint a hozzá rendelt extra funkciók és tartozékok típusától és annak számától. A Nemzetközi Robotikai Szövetség (IFR) felmérése szerint az autóipar és a fémipar húzza magával a robotikát is. 2011-ben a járműgyártók 59,7 ezer új robotot vásároltak, ami 55 százalékos ugrást jelent az előző évhez képest. Új rekord született, és a globális robotpiac 36 százalékát immár az autóipar megrendelései teszik ki – 2011-es adatok szerint. Térségünkben a roboteladások 89 százalékkal nőttek tavaly, és ez elsősorban az autóipari beruházások növekedésének köszönhető, hiszen itt 66 százalékos volt a bővülés. Az autóipar után az elektronika és számítástechnika a globális robotpiac második legnagyobb vevője.

Tanulnak, döntéseket hoznak

Farkas Attila a jövőt firtató kérdéseinkre elmondta, hogy a mesterséges intelligencia természetesen megjelenik az ipari robotokban is. Vagy megfordítva: a
robotika is részét képezi a mesterséges intelligencia területeinek. Mint kifejtette az ipari robotokat az intelligens képességek szempontjából három csoportba szokásos sorolni.

Az első generációs ipari robotok nem rendelkeznek intelligens képességekkel, programozott munkaműveleteiket a környezet érzékelése nélkül (merev program szerint) végzik. A második generációs ipari robotok a környezetük bizonyos jellemzőit képesek érzékelni és az ebből nyert információ alapján szükség esetén módosítják programjukat. Ezek a robotok a mesterséges intelligencia fogalmi rendszere szerinti ágens képességekkel rendelkeznek. A harmadik generációs ipari robotok komplex módon képesek érzékelni környezetüket, melyből nyert információk alapján önálló döntéseket hoznak, tanuló képességgel rendelkezhetnek.

A mai gyakorlatnak megfelelően az autógyárak nem alkalmaznak nagy számban intelligens képességekkel rendelkező ipari robotokat (inkább csak a hegesztő berendezésekre jellemző). Ez főként a gyártásban összeépítendő alkatrészek nagy pontossági igényének, és viszonylagosan kis méretének köszönhetően alakult így. A technika azonban folyamatosan és egyre gyorsuló mértékben fejlődik ezen a területen is. Elképzelhető, hogy a későbbiekben itt is egyre nagyobb lesz a változás.

Intelligens képességekkel rendelkező robotokra napjainkban főként olyan esetekben van szükség, amikor a robotos gyártás előkészítése nem elegendően pontos annak merev program szerinti robotosításához. Ez hegesztő robotok esetén a nagyobb méretű és falvastagságú szerkezetek robotosításánál jellemző.

A munkatársam egy robot?

Az ABB szerint a mesterséges intelligencia már régóta jelen van az ipari robotokban. A mai modern korban a robotos cellák már komplex mérő- és visszajelző berendezések sokaságát tartalmazzák. Kamerás rendszerek döntik el a darab típusát, méretét, stb. Gyártási felügyelő rendszerek döntik el a munkafolyamatok sorrendjét, kiértékelő berendezések segítségével a munkadarabok megfelelőségét, minőségi besorolását.

Jól jellemzik ezeknek a rendszereknek a fejlődési szintjét, hogy a mai modern mérőeszközökkel akár egy olyan ládából, amiben a munkadarabok ömlesztve találhatók, képesek a robotok egyesével kivenni a munkadarabot, azokat típus szerint kiválogatni és azt egy bizonyos előre kijelölt helyre 0,1 milliméter pontossággal mindig ugyanúgy elhelyezni, ahol a kijelölt hely lehet akár egy mozgó szalag is. Így a mai rendszerek korlátait, mindinkább az őket kitaláló, megtervező, valamint programozó emberek korlátai jelentik.

Az elemzők szerint továbbra is az autó- és az elektronikai ipar lesz a robotika legfőbb hajtóereje, és bár a többi ágazatban egyre több vevő lesz, ezek azonban kisebb tételeket rendelnek majd. 2012 és 2015 között további növekedést várnak a robotok piacán: idén a növekedés 9 százalékos lehet, azaz 181 ezer darabos eladásra számítanak.

Az ABB tájékoztatása szerint a jövő fejlesztései jelen állás szerint az ember-robot együttműködés irányába haladnak, hogy robot és ember egy térben, egymás mellett, egymást segítve tudjon dolgozni. Ehhez a biztonságtechnikai fejlesztések még ma is folynak, amelyek remélhetőleg ezt a közeljövőben lehetővé teszik. Emellett nagy hangsúlyt kap a környezetvédelem is ebben az irányban. A minél kevesebb energiafelhasználás és az újrahasznosítás lehetősége, amely a gyártási anyagok és gyártási metódusok megváltoztatására irányul.