معرفی ابزارهای رباتیک و اتوماسیون در حوزه تجهیزات صنعتی

پیشرفت تکنولوژی به جایی رسیده که دیگر به اخبار شگفت‌آور این حوزه عادت کرده‌ایم. دیگر همه پذیرفته‌ایم که ماشین‌ها و ابزار‌ها نقشی حیاتی در ساز و کار جریان زندگی ما ایفا می‌کنند. دیگر اشاره به اهمیت تکنولوژی در صنایع مختلف زیاده گویی است. از این رو اهمیت آشنایی با چند و چون تکنولوژی در صنعت بر هیچ متخصصی پوشیده نیست. در این پست قصد داریم تا کمی دقیق‌تر به یک مولفه تکنولوژیک بپردازیم که در فرآیند‌های صنعتی جایگاهی تعیین کننده دارند: ابزارهای رباتیک و خودکار.

واژه رباتیک در فرآیندهای صنعتی به استفاده از ربات‌ها برای انجام وظایف گوناگون در خط تولید یا سایر محیط‌های صنعتی اشاره دارد. با پیشرفت فناوری رباتیک انتظار می‌رود که در آینده‌ای نه چندان دور، کاربرد روز افزون ربات‌ها در صنعت به سطحی فراگیر برسد. از دیگر سو مفهوم اتوماسیون یا ابزارهای خودکار را باید در نسبت با همین بستر تکنولوژیک تعریف کرد. اتوماسیون به استفاده از سیستم‌های کنترلی برای خودکارسازی فرآیندهای صنعتی گفته می‌شود. ابزارهای رباتیک و خودکار هدفی مشترک را دنبال می‌کنند: استفاده موثر انسان از ابزار‌ها یا به بیان دیگر صنعتی‌سازی فرآیند‌ها که مزایای قابل توجهی برای انسان به ارمغان می‌آورد. به طور خاص ابزارهای رباتیک و خودکار در عین بهبود کیفیت، بازده فعالیت‌ها را نیز به طور چشمگیری افزایش می‌دهند. انعطاف پذیری بالایی دارند و مهم‌تر از آن، خطرات ایمنی در محیط کار را به حداقل می‌رسانند. اما چنین مزیت‌هایی چگونه حاصل می‌شود؟ در طول متن قصد داریم تا به طور جامع با کاربرد‌های ابزارهای رباتیک و خودکار در حوزه‌ی تجهیزات صنعتی بپردازیم. پیش از آن بد نیست تا به طور مختصر با نسل چهارم صنعت آشنا شویم؛ چرا که پیدایش انواع ابزارهای رباتیک را می‌توان حاصل این حوزه، یعنی نسل چهارم صنعت دانست.

تولید هوشمند؛ نسل چهارم تجهیزات صنعتی

رباتیک و ابزار‌های خودکار، دو مولفه‌ی کلیدی نسل چهارم صنعت هستند. منظور از نسل چهارم صنعت، استفاده‌ای موثر و هدفمند از «تحول دیجیتال» در صنعت است. نسل چهارم صنعت بر مبنای ایجاد شبکه‌ای هوشمند از ابزار‌‌ها و تجهیزات شکل می‌گیرد. در اینجا ابزار‌های آنالیز دیجیتال، الگوریتم‌های بهینه‌سازی و نرم افزار‌های مدیریتی با حسگر‌ها، ربات‌ها و تجهیزات صنعتی ادغام می‌شوند. حاصل شبکه‌‌ای هوشمند از ابزار‌ها است که در آن هر لحظه کلیه شرایط و مولفه‌ها سنجیده شده و هر لحظه کل سیستم  در حال بهینه شدن است. چنین سیستمی علاوه بر بازدهی شگفت آور، انعطاف‌ پذیری و چابکی فوق‌العاده‌ای دارد و می‌تواند روند تولید را با شرایط موجود هماهنگ سازد. امکان نظارت و کنترل از راه دور، ویژگی جالب توجه دیگری است که در نسل چهارم صنعت تحقق یافته است. 

انواع کاربردهای ابزارهای رباتیک و خودکار در صنعت

ربات‌های همکار

ربات همکار یا کوبات همانطور که از نامش پیدا است، به منظور همکاری و تعامل با نیروی کار انسانی طراحی شده است. کوبات‌ها علاوه بر توانایی کار در کنار انسان، به سادگی با تجهیزات صنعتی نیز کار می‌کنند. کوبات‌ها با بهره‌گیری از سیستم ایمنی داخلی، نیرو‌های محیط پیرامون خود را ارزیابی می‌کنند. به این ترتیب به میزان لازم، برنامه‌ریزی شده و ایمن با افراد و اشیاء اطرافشان برخورد دارند. ربات‌های همکار دستیار هوشمند هستند و توانایی برای نیروی انسانی محسوب می‌شوند. همچنین ربات‌های همکار در مواقعی که شرایط محیط و کار برای انسان خطرناک است، کاربردی معنادار و اخلاقی دارند. 

رباتیک و ابزارهای خودکار در محیط‌های خطرناک

کار در بسیاری از محیط‌های صنعتی سلامتی نیروی انسانی را تهدید می‌کند. با بررسی آمار و ارقام به واقعیت‌های ناگواری از وضعیت کارگران پی می‌بریم. هرساله تعداد قابل توجهی از کارگران دچار آسیب جدی می‌شوند یا حتی می‌میرند. آیا کار در چین شرایطی در شأن یک انسان است؟ فعالین حوزه صنعت همواره با مسائل اخلاقی از این دست مواجه می‌شوند.‌ در این خصوص استفاده از ربات‌ها در محیط‌هایی که ممکن است برای انسان خطر آفرین باشد، یک تدبیر کارآمد محسوب می‌شود؛ دستاورد بزرگی که فناوری برای بشر به ارمغان آورده است. امروزه می‌توان کار در شرایط فیزیکی سخت مانند علمیات استخراج معادن را به ربات‌ها سپرد. همچنین دیگر نیروی انسانی تنها گزینه برای کار در محیط‌های سمی نیست. محیط‌هایی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای یا واحد‌های پردازش مواد شیمیایی.

ماشین تندینگ

ماشین تندیگ یا به اصلاح فارسی، تغذیه ماشین آلات، به روشی گفته می‌شود که در آن کنترل و مدیریت تجهیزات صنعتی بر عهده‌ی ابزار‌های رباتیک و خودکار قرار می‌گیرد. ربات‌ها می‌توانند با تجهیزات صنعتی تعامل برقرار کنند و برای اجرای مراحل مختلف یک فرایند برنامه‌ریزی شوند. ماشین تندینگ سیستم یکپارچه‌ای است که علاوه بر اجرا، نظارت بر عملکرد تجهیزات و نظارت کیفی بر محصول را کاملا خودکار انجام می‌دهد. به این ترتیب یک واحد صنعتی قادر می‌شود تا با حداقل نیروی انسانی به تولید مداوم، پربازده و کم خطا مشغول باشد. 

سیستم‌های تمام خودکار صنعتی

سیستم‌های خودکار صنعتی با ادغام ماشین‌ها، حسگرها و سیستم‌های کنترلینگ فرآیند تولید را بهینه می‌کنند. در این روش به طور معمول، از کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) و سیستم‌های کنترل و بازیابی داده‌های ناظر (SCADA) استفاده می‌شود. با بهره‌گیری از سیستم‌های مذکور می‌توان از بهینه‌سازی و هماهنگی عملکردهای گوناگون اطمینان حاصل کرد.

بهینه‌سازی و بهبود مستمر

شاید ارزشمند‌ترین کاربرد استفاده صنعتی از رباتیک را بتوان در بالابردن بهره‌وری واحد‌های صنعتی دانست. ابزارهای خودکار با جمع آوری و آنالیز مداوم داده‌های عملیاتی می‌توانند خلأ‌ها را شناسایی و گردش کار را ارزیابی کنند. به این ترتیب بینشی برای بهبود مستمر و بهینه‌سازی مداوم یک واحد صنعتی فراهم می‌آید که بر مبنای آن می‌شود اثر بخشی کلی تجهیزات (OEE) را به طرز موثری بالا برد. 

نظارت و کنترل کیفیت

می‌دانیم که دقت در نظارت و کنترل کیفیت نقشی حیاتی در فرآیند‌های صنعتی ایفا می‌کنند.‌ این فرآیند حساس را می‌توان به ابزار‌های رباتیک و سیستم‌های خودکار دقیق سپرد. ربات‌های مجهز به دوربین و حسگرها‌ی بینایی قادرند اندازه‌گیری دقیق انجام دهند و نقص‌ها را شناسایی کنند. از چنین ابزارهایی می‌توان به منظور کنترل کیفی خودکار در طول فرآیند تولید یا پس از آن استفاده کرد. 

نگهداری و بازرسی تجهیزات صنعتی

یکی از کاربردهای کارآمد ربات‌ها و ابزارهای خود کار، انجام وظایف نگهداری تجهیزات مانند تمیز کاری، روان‌کاری و بازرسی آن‌ها است. سیستم‌های بازرسی رباتیک با بهره‌گیری از دوربین‌ها و حسگرها می‌توانند آزمایشات غیرمخرب انجام دهند و شرایط تجهیزات را پایش کنند. اهمیت مسئله وقتی بیشتر مشخص می‌شود که در نظر بگیریم ربات‌ها می‌توانند به فضاهای محدود یا محیط‌های خطرناک دسترسی پیدا کنند و خطرات تهدید کننده‌ی نیروی انسانی  را کاهش دهند. 

مونتاژ رباتیک

فرآیند مونتاژ زمان بر است و به دقت بالایی نیاز دارد. ابزار‌های رباتیک و خودکار می‌توانند تمام مراحل مونتاژ را با سرعت و دقتی مثال زدنی پیش ببرند؛ مراحلی مثل چیدمان صحیح قطعات، پیچ‌کاری، لحیم‌کاری و جوشکاری. مونتاژ رباتیک به طور چشمگیری بهینه طراحی شده است. استفاده از تجهیزات صنعتی خودکار در مونتاژ خطاها را به حداقل و توان تولید را به حداکثر ممکن می‌رساند. 

سیستم‌ نقاله‌ی خودکار

این سیستم در کارخانه‌جات و خطوط تولید کاربرد بیشتری دارد. نوار نقاله‌ یا سیستم‌ رولر خودکار می‌تواند حرکت مواد خام یا محصولات در طول خط تولید را بهینه کند. 

جوشکاری و برش‌کاری

سیستم‌های رباتیک در تولیدات تجهیزات صنعتی به طور گسترده‌ای کاربرد دارند. ربات‌های مجهز به ابزار جوشکاری می‌توانند قطعات فلزی را به طور دقیق و مستحکم جوش دهند. در کنار جوشکاری باید به عملکرد دقیق و کارآمد این تجهیزات در برش‌کاری قطعات فلزی اشاره کرد؛ قطعاتی مانند ورقه‌ها و لوله‌های فلزی. ابزارهای رباتیک و خودکار کیفیت جوش و برش را بهبود بخشیده و هزینه‌ی نیروی کار را کاهش می‌دهند. 

حذف خودکار مواد زائد

ربات‌ها برای حذف مواد اضافی در فرآیند‌هایی مانند صیقل دادن و پولیش‌کاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها می‌توانند با دقت پلیسه‌ها و زوائد را حذف کرده و سطوح یکنواخت به دست آورند. این کاربرد رباتیک در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و فلزکاری رواج بیشتری دارند. 

حمل‌ و نقل

در محیط‌های صنعتی جابه‌جایی مواد فرآیند پر تکراری است. از این رو بهینه‌سازی فرآیند حمل‌ونقل‌، حتی در یک واحد صنعتی کوچک تاثیر قابل توجهی بر بهینه‌سازی کل سیستم می‌گذارد. در این زمینه به کارگیری ابزارهای رباتیک و خودکار، تحولی عظیم در سیستم حمل و نقل قلمداد می‌شود. امروزه به لطف ربات‌های متحرک مستقل(AMR) و وسایل نقلیه‌ی خودکار(AGVS) می‌توانید یک سیستم حمل و نقل کاملا خودکار، منعطف و صنعتی داشته باشید. این ربات‌ها تمام وظایف گوناگون یک سیستم حمل و نقل را به بهترین نحو به انجام می‌رسانند. برای مثال ربات‌ها می‌توانند کامیون‌ها را بارگیری یا تخلیه کنند، کالاها را در پالت بچینند یا از پالت خارج کنند. علاوه بر این با کمک ابزار‌های رباتیک و خودکار یک سیستم مدیریت هوشمند فراهم می‌شود که قادر است موجودی انبار و فرآیند‌های توزیع را کنترل کند. 

بسته‌بندی و پالت‌سازی

یکی از کاربرد‌های رایج در ابزار‌های رباتیک و خودکار بسته‌بندی محصولات، پالت‌سازی و آماده‌سازی آن‌ها برای حمل و نقل است. ربات‌های مجهز به سیستم‌های بینایی می‌توانند با دقتی مثال زدنی محصولات را شناسایی و مرتب کنند، آنها را در بسته‌بندی مناسب قرار داده و بر روی پالت‌ها قرار دهند. با این فرآیند خودکار می‌توانید به طور قابل توجهی فرآیند بسته‌بندی را تسریع کرده و از یکنواخت بودن بسته‌ها اطمینان داشته باشید. 

جابجایی و جای‌گذاری قطعات ظریف

این موضوع به خصوص در خطوط تولید رایج است و به دقت زیادی نیاز دارد. ربات‌ها می‌توانند با سرعت و دقت فرآیند جابجایی قطعات کوچک و ظریف را اجرا کنند. 

چاپ سه بعدی صنعتی

امروزه تولیدات افزودنی، که در ادبیات عام با نام چاپ سه بعدی نیز شناخته می‌شود، به طور فزآینده‌ای در فرآیندهای تولیدِ تجهیزات صنعتی مورد توجه قرار می‌گیرند. ابزارهای رباتیک و خودکار بیشتر در چاپ سه بعدی قطعات بزرگ در مقیاس صنعتی کاربرد دارند. ربات‌ها با دقت پلتفرم چاپگر سه بعدی را کنترل می‌کنند؛ دقتی اینچنینی امکان ساخت قطعات ظریف، پیچیده و کاملا سفارشی را مهیا می‌کند.

آموزش و شبیه سازی

کاربرد دیگر رباتیک و ابزار‌های خودکار به افزایش مهارت، توانایی و سطح سواد منابع انسانی معطوف است. فناوری‌های واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR) برای آموزش اپراتورها در استفاده‌ی صحیح و موثر از تجهیزات صنعتی استفاده می شوند. با بهره‌گیری از این فناوری‌ها، محیط کار، برای اپراتور شبیه‌سازی می‌شود. به این ترتیب اپراتور می‌تواند در یک محیط مجازیِ آزمایشی، آموزش ببیند و به کسب مهارت و تجربه بپردازد. به طوری که امکان خطا یا تصادف از سوی اپراتور به حداقل میزان ممکن برسد. 

ادغام رباتیک، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین‌

روز به روز بهره‌گیری از الگوریتم‌‌های هوشمند در رباتیک افزایش می‌یابد. سطح توانایی ربات‌ها و ابزار‌های خودکار با اتکا به الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین بهبود شگرفی پیدا می‌کند. در این شرایط ربات‌ها قادر می‌شوند تا هر لحظه برمبنای داده‌های موجود به یادگیری مشغول شوند، قابلیت‌ها و عملکردهای خود را بهبود بخشند و تصمیم‌های هوشمندانه‌تری اتخاذ کنند. 

جمع‌بندی

به طور کلی می‌توان ادعا کرد که آینده‌ی صنعت با رباتیک و ابزارهای خودکار پیوند دارد. دیر یا زود با انقلابی تکنولوژیکی در صنعت مواجه خواهیم شد که روند کاری واحد‌های صنعتی، بازدهی آن‌ها و سطح ایمنی کار را متحول می‌سازد. مطالب بالا تنها گوشه‌ای از پتانسیل‌های بهره‌گیری از رباتیک و ابزار‌های خودکار در صنعت را بر ما روشن می‌کند.‌ پرداختن به جزئیات هر کدام از سرفصل‌های ذکر شده، نیازمند به پستی جداگانه‌‌ و بحث‌های مفصل‌تری است. با ما همراه باشید تا قدم به قدم با این حوزه‌ی شگفت انگیز آشنا شویم.