Banyak insinyur tertarik dengan mesin generasi berikutnya yang dapat mengendalikan kekuatan dan bekerja dengan aman bersama orang-orang di jalur perakitan tanpa memerlukan perangkat keselamatan tradisional.
Sejak robot kolaboratif pertama kali muncul satu dekade lalu, mereka telah mengubah banyak pabrik dan mempermudah otomatisasi bagi produsen kecil. Teknologi ini juga memungkinkan banyak perusahaan memindahkan produksinya ke Amerika Serikat dan menerapkan strategi manufaktur bervolume rendah dan terdiversifikasi.
Esben Østergaard, CTO dari Universal Robots, yang memelopori kolaborasi pada tahun 2008, mengatakan: "Robot kolaboratif sangat menarik saat ini karena beberapa alasan. Mereka bekerja bersama manusia dan bukan menggantikan mereka, yang sangat berharga karena hilangnya lapangan kerja di sektor manufaktur." pertanyaan rumit.
“Kami ingin mengembalikan kendali otomasi pabrik ke tangan operator,” jelas Østergaard, yang baru-baru ini menerima Penghargaan Engelberg 2018 dari Asosiasi Industri Robotika atas kontribusinya terhadap otomasi industri. “Kami tidak ingin mengganti manusia, namun kami ingin memberikan mereka alat yang memungkinkan mereka melakukan pekerjaan mereka dengan lebih efisien. Kami ingin memberdayakan mereka untuk berhenti bekerja seperti robot dan menjadi pemrogram robot dan melakukan lebih banyak tugas yang bernilai tambah.
“Ini mungkin hasil jangka panjang terbaik dari robot kolaboratif,” kata Ostergaard. “Redistribusi kreativitas manusia ini, dikombinasikan dengan pengulangan robot, memenuhi kebutuhan pasar dan pelanggan. Persyaratan untuk personalisasi produk yang tinggi. Perubahan kualitatif, baik untuk produk yang diproduksi maupun bagi orang yang memproduksinya.”
“Cobot membuka pintu bagi produsen yang secara historis peduli dengan otomatisasi jalur perakitan,” tambah Chris Blanchette, direktur eksekutif penjualan di FANUC America Corp., yang menawarkan lima model cobot. “Hal ini akhirnya membuat banyak perusahaan menyadari nilai otomatisasi.”
“Operator dapat menyiapkan mesin gabungan hanya dengan beberapa jam pelatihan, mesin ini cukup ringan untuk dipindahkan di sekitar pabrik beberapa kali sehari, dan dapat beroperasi tanpa penjaga atau pelindung,” kata Daniel Moore, seorang insinyur dukungan teknis. . dari Ao Robotics Amerika. “Secara fungsional, segala kelemahan atau kesulitan pada robot tradisional dapat diatasi dengan mengubah fokus.”
“Dulu, banyak orang takut terhadap robot,” kata Matt Fitzgerald, wakil presiden produk di Rethink Robotics Inc., yang merilis robot kolaboratif Baxter pada tahun 2012. Mesin kolaboratif bersifat fleksibel, mudah digunakan, dan aman untuk digunakan. beroperasi. "
Robot kolaboratif diharapkan dapat terus meningkatkan kualitas, meningkatkan efisiensi, dan mengurangi biaya. Namun, seperti halnya alat otomatisasi lainnya, efektivitas keseluruhannya bergantung pada pemilihan aplikasi yang tepat dan perencanaan ke depan.
Terlepas dari hype-nya, robot kolaboratif memiliki kelebihan dan kekurangan yang harus dipertimbangkan dengan cermat oleh para insinyur manufaktur. Teknologi ini menarik, namun tidak ideal untuk jenis aplikasi tertentu. Misalnya, dua kelemahannya adalah kapasitas angkat yang terbatas dan kecepatan pengoperasian yang lebih rendah.
Menurut Federasi Robotika Internasional, permintaan robot kolaboratif meningkat sebesar 60% setiap tahunnya. Robot kolaboratif diperkirakan akan menyumbang 34% dari seluruh penjualan robot pada tahun 2025, naik dari kurang dari 5% saat ini.
Survei Ketenagakerjaan ASSEMBLY tahun 2018 menegaskan tren ini. Lebih dari sepertiga (38%) perakit berencana menerapkan robot kolaboratif dalam 12 bulan ke depan. Angka ini meningkat 7 poin persentase dibandingkan tahun 2017 dan 12 poin persentase lebih tinggi dibandingkan tahun 2016.
Karena robot kolaboratif generasi berikutnya sangat fleksibel dan hampir tidak memerlukan hambatan keselamatan, banyak produsen yang menggunakannya. Mesin-mesin ini sangat menarik bagi perusahaan kecil. Misalnya, di antara produsen yang memiliki kurang dari 50 karyawan, 21% berencana menerapkan teknologi ini dalam 12 bulan ke depan. Angka ini lebih tinggi 8 poin persentase dibandingkan tahun 2017.
Ryan Whitton, analis riset di ABI Research, mengatakan: "Produsen skala kecil dan menengah mendorong permintaan akan robot kolaboratif. Hal ini didorong oleh kebutuhan akan solusi manufaktur yang tidak melibatkan investasi skala besar pada peralatan modal." lengan robot yang besar. Ini termasuk tugas-tugas seperti pemeliharaan mesin, kontrol kualitas, dan perakitan pencahayaan. "
Whitton mengatakan produsen kecil memerlukan solusi otomatisasi fleksibel yang dapat dengan mudah dan cepat beradaptasi terhadap perubahan kebutuhan. “Mereka membutuhkan sistem yang dapat diprogram dengan mudah dan cepat serta dapat mendukung berbagai jenis tugas otomasi,” ujarnya. “Robot kolaboratif sesuai dengan kebutuhan.”
Whitton memperkirakan bahwa dalam tujuh tahun ke depan, pengiriman robot kolaboratif akan tumbuh sebesar 50%, sementara pengiriman robot industri tradisional akan tumbuh sebesar 12%. Dan pendapatan global dari mesin-mesin ini akan tumbuh dari $292 juta saat ini menjadi lebih dari $1 miliar pada tahun 2025.
Meningkatnya permintaan ini didorong oleh siklus hidup produk yang lebih pendek dan meningkatnya penggunaan program produksi skala kecil dan campuran dibandingkan produksi skala besar dan skala kecil.
“Produsen memerlukan solusi otomasi yang lebih fleksibel untuk beradaptasi dengan pasar dengan cepat dan efisien,” kata Nicholas De Keyser, manajer perakitan dan pengujian robot di ABB. “Manufaktur menjadi lebih terspesialisasi dan tidak dapat diprediksi, membuat otomatisasi menjadi lebih sulit.
“Otomasi kolaboratif memungkinkan manusia dan robot bekerja sama, membuat produksi lebih fleksibel sekaligus menjaga keselamatan dan produktivitas,” jelas De Keyser. “Hal ini meningkatkan fleksibilitas manufaktur dengan memungkinkan manusia dan robot bekerja sama dalam tugas-tugas yang sebelumnya memerlukan penghalang dan sangkar pelindung.”
“Di masa lalu, merakit produk khusus dalam jumlah besar sering kali membutuhkan pekerjaan yang membosankan, rumit, dan berulang-ulang,” kata De Keyser. “Dengan robot kolaboratif seperti YuMi kami, manusia dapat fokus pada tugas kognitif yang lebih bermakna, sementara robot memberikan presisi dan daya tahan yang tak kenal lelah.
“YuMi dapat diinstal pada stasiun kerja mana pun di pabrik dan didistribusikan kembali sesuai kebutuhan tanpa batasan hambatan keamanan tradisional,” kata De Keyser. “Hal ini meningkatkan fleksibilitas dan ketangkasan produksi, sehingga memungkinkan pergantian yang lebih sering.”
Robot kolaboratif bermunculan di industri dan aplikasi yang secara historis mengandalkan jalur perakitan manual.
“Banyak perusahaan mencoba meningkatkan beberapa lini produksi mereka melalui otomatisasi,” kata Blanchette. “Mereka ingin mengatasi beberapa area di mana mungkin terdapat masalah ergonomis atau kualitas. Mereka dapat menambahkan cobot tanpa mengubah konfigurasi jalur perakitan.”
Aplikasi pemesinan suku cadang umum ideal untuk robot kolaboratif. Tugas-tugas kecil seperti menyortir komponen atau memuat mesin cetak adalah awal yang baik.
“Setiap tugas perakitan yang memerlukan tiga tangan, dengan cobot bertindak sebagai asisten manusia,” jelas Blanchett. “Misalnya, sebuah mesin dapat menopang bagian yang lebih berat sementara orang menggunakan obeng untuk menyambung komponen.
“Dalam aplikasi dengan siklus hidup yang pendek, robot kolaboratif memungkinkan produsen beralih ke produk baru dengan sangat cepat,” kata Blanchette. “Kami juga melihat peningkatan permintaan robot kolaboratif di perusahaan-perusahaan dengan tingkat pergantian karyawan yang lebih tinggi dan di wilayah-wilayah dengan kekurangan tenaga kerja yang parah.”
“Kami melihat peningkatan permintaan dari produsen kontrak, terutama perusahaan yang berbasis di Tiongkok dan Meksiko,” kata Samir Patel, direktur pengembangan produk dan aplikasi Kawasaki Robot America, yang mendistribusikan ulang mesin tersebut ke pabrik di tempat lain.
“Misalnya, sebuah perusahaan yang ingin mengubah satu jenis atau ukuran PCB ke jenis atau ukuran PCB lainnya cukup melepaskan robot DuAro kami dan mengirimkannya ke jalur perakitan berikutnya,” jelas Patel. “Mereka dapat menggunakan robot yang sama di jalur perakitan dan kemudian dengan mudah menggunakannya kembali di kemudian hari pada jalur inspeksi di mana robot memuat dan membongkar papan sirkuit ke dalam mesin inspeksi.
“Kami juga melihat cobot kami digunakan untuk merakit roda gigi untuk printer komputer dan unit kipas kecil yang digunakan untuk mendinginkan perangkat elektronik,” tambah Patel. “Robot bekerja berdampingan dengan manusia, membantu manusia melakukan tugas berulang yang mungkin sulit diselesaikan.
“Pengulangan mesin gabungan dua lengan kami mendekati robot enam sumbu,” kata Patel. “Kami memutuskan untuk memecahkan masalah ini saat merancang robot. Hal ini membuat mesin ini sangat cocok untuk tugas-tugas berat seperti perakitan tablet.
“Dalam satu kasus, satu lengan mesin digunakan sebagai perlengkapan sementara lengan lainnya memasukkan dan mengencangkan sekrup kecil berukuran 3 mm yang harus diposisikan secara tepat,” kata Patel. “Robot kami juga digunakan untuk mengamankan papan sirkuit di dalam casing. Satu tangan memindahkan papan sirkuit ke sasis sementara tangan lainnya memasukkan setiap sekrup dan mengencangkannya menggunakan obeng otomatis.”
Robot kolaboratif juga digunakan sebagai sistem robot bergerak yang dapat menavigasi jalur perakitan dan melakukan operasi pengisian di mana pun dan kapan pun. Strategi ini baru-baru ini diterapkan di pabrik konektor listrik Stäubli di Allschwil, Swiss, di mana jalur perakitan dilengkapi dengan stasiun kerja yang sepenuhnya otomatis dan manual.
Platform seluler HelMo dilengkapi dengan robot kolaboratif Stäubli TX2 dengan kapasitas beban maksimum 15 kg dan jangkauan pergerakan 1200 mm. Permukaan yang disentuh akan langsung berhenti bergerak jika bersentuhan langsung dengan seseorang. Robot otonom bernavigasi secara mandiri ke stasiun kerja yang ditentukan, melambat atau berhenti ketika orang berada terlalu dekat.
HelMo memposisikan dirinya dengan akurasi 0,1 mm, mengkalibrasi posisinya menggunakan tiga titik pengukuran yang dipasang secara permanen di stasiun kerja. Ini terhubung ke saluran listrik tetap dan udara terkompresi melalui konektor multi-arah dan kemudian memulai pergerakannya.
“Saat ini mesin dapat memasang rumah konektor dan pin kontak; besok dapat digunakan pada tahap lain proses perakitan,” kata Olivier Cremoux, Manajer Pengembangan Bisnis di Stäubli AG. “HelMo tidak lagi dipandang sebagai robot, melainkan sebagai asisten, cukup fleksibel untuk membantu bila diperlukan.
“Tujuannya adalah...menggunakan robot sebagai alternatif yang fleksibel untuk meningkatkan ketersediaan jalur perakitan campuran atau untuk memenuhi permintaan puncak,” jelas Cremu.
Salah satu alasan mengapa robot kolaboratif menarik bagi banyak produsen adalah karena harganya seringkali lebih murah dibandingkan robot tradisional. Mereka juga cenderung memiliki waktu pengembalian modal dan laba atas investasi yang lebih cepat karena lebih fleksibel dan dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam jalur perakitan yang ada.
“Kami biasanya mengharapkan laba atas investasi kurang dari sembilan bulan,” kata Moore dari Universal Robots. “Mengingat semua biaya tersembunyi yang terkait dengan robotika tradisional, serta potensi waktu kerja yang lebih tinggi dari robot kolaboratif yang dikerahkan kembali, kami menemukan bahwa laba atas investasi seringkali sangat cepat. Dalam contoh kami yang paling menarik (biasanya melibatkan cetakan injeksi), pelanggan melaporkan .
“Untuk sebagian besar proses yang berulang, otomatisasi akan lebih konsisten dan dapat diandalkan dibandingkan manusia,” kata Moore. “Meskipun sebagian besar pengguna cobot mengukur ROI melalui biaya tenaga kerja dan peningkatan produktivitas, banyak produsen juga melihat peningkatan kualitas setelah memasang cobot. Hal ini membebaskan tenaga kerja untuk mengevaluasi dan meningkatkan area lain di pabrik, kemudian menciptakan otomatisasi tambahan dan mengurangi limbah.”
Teknologi kolaboratif juga dapat mengoptimalkan lini produksi, memungkinkan tata letak lantai pabrik yang lebih cerdas dan fungsional. Robot kolaboratif dapat dengan mudah diimplementasikan ke jalur perakitan yang ada tanpa konfigurasi ulang yang signifikan.
“Jejaknya lebih kecil karena Anda tidak memerlukan semua pelindung keselamatan dan penghalang yang biasanya terkait dengan otomatisasi tetap,” kata Fitzgerald dari Rethink Robotics. “Tidak seperti sel kerja robotik tradisional yang besar, robot kolaboratif tidak memerlukan perencanaan awal yang ekstensif.
“Ini membantu Anda bergerak maju lebih cepat,” kata Fitzgerald. “Jika Anda tidak mempertimbangkan sesuatu pada tahap perencanaan, Anda dapat mengimbanginya dengan fleksibilitas robot.”
Robot kolaboratif memungkinkan para insinyur menerapkan otomatisasi dengan cepat dan mudah dalam aplikasi perakitan yang memerlukan interaksi manusia-mesin tingkat tinggi. Namun masalah keamanan tidak bisa diabaikan.
“Satu-satunya kelemahan robot kolaboratif adalah banyak orang mengira mereka ‘aman’,” kata Corey Ryan, manajer robotika medis Amerika Utara di KUKA Robotics.
“Kenyataannya adalah robot hanyalah salah satu bagian dari sistem, dan keseluruhan sistem memerlukan penilaian risiko menyeluruh sebelum diterapkan,” Ryan memperingatkan. “Misalnya, robot kolaboratif dengan bor di ujungnya pada dasarnya tidak aman tanpa sistem keselamatan tambahan yang dapat menghentikan bor sebelum manusia berada terlalu dekat.”
“Banyak perusahaan membeli robot kolaboratif dengan pemikiran bahwa mereka dapat menghilangkan tindakan pencegahan keselamatan yang umum,” tambah Rick Brookshire, manajer produk grup untuk Epson Robotics. “Namun, jika penilaian risikonya benar, karena sifat penerapannya, robot sering kali harus menggunakan tindakan perlindungan tradisional seperti tirai tipis. Robot yang aman tidak berarti penerapannya aman.”
“Jangan berasumsi bahwa Anda dapat menghilangkan semua penjaga dan tindakan keamanan lainnya dengan cobot,” tambah Ed Roney, manajer akun nasional, integrator sistem resmi di FANUC America Corp. “Kesalahpahaman yang umum adalah bahwa penilaian risiko tidak diperlukan untuk sebuah cobot.Aplikasi. Namun, tidak.
“Saat orang bekerja di bidang otomatisasi, mereka perlu menyadari bahaya yang mungkin mereka hadapi,” kata Roney. “Misalnya, apakah bagian-bagiannya tajam atau memiliki tepi tajam yang dapat membahayakan keselamatan?”
Salah satu argumen utama yang menentang robot kolaboratif adalah bahwa mesin mengorbankan kecepatan demi keselamatan. Untuk membatasi kekuatan dan momentum, cobot harus beroperasi pada kecepatan yang lebih rendah dibandingkan jenis robot lainnya.
Ketika berbicara tentang robot kolaboratif, para insinyur perlu mempertimbangkan beberapa keterbatasan kinerja. Pada titik tertentu, mesin tradisional seperti robot delta, robot enam sumbu, atau robot SCARA akan menjadi pilihan otomatisasi terbaik.