Een dynamische en belangrijke sector voor kabels
Robotica, een sleutelindustrie: deskundigen bespreken trends, kansen en uitdagingen
Er ontstaan voortdurend nieuwe toepassingen in de robotica omdat de industrie steeds nieuwe oplossingen ontwikkelt om complexe taken efficiënt uit te voeren. Robotica is dan ook een belangrijke industriële sector voor HELUKABEL - kabels en draden zijn immers onmisbaar in alle soorten robots. Reden genoeg om in een discussie tussen experts de trends en uitdagingen binnen de robotica onder de loep te nemen.
Een bepaald beeld komt bij me op als mensen het over robots hebben. Maar wat is eigenlijk een robot en wat is het niet?
Prof. Christian Wurll: Eén definitie specificeert wanneer een 'aaneengesloten aantal mechanische bewegingen' een robot wordt. Volgens die definitie moeten er ten minste drie assen mechanisch met elkaar verbonden zijn. Maar er zijn veel machines met slechts twee assen - bijvoorbeeld in de verpakkingsindustrie - en die worden ook robots genoemd.
Ronald Benedek: Maar is een werktuigmachine dan niet ook een robot? Die hebben meestal meer dan drie bewegende assen.
Dr.-Ing. Werner Kraus: Het verschil is dat een robot voor verschillende toepassingen kan worden gebruikt, terwijl een werktuigmachine voor een specifiek doel is gebouwd, bijvoorbeeld voor frezen. Wat een robot is en wat hij niet is, is dus voor interpretatie vatbaar. Zo beschouwen veel fabrikanten van bestuurderloze transportsystemen zichzelf niet als robotfabrikanten maar als logistieke dienstverleners. Ook de kwestie van autonomie speelt een belangrijke rol in de definitie.
Benedek: Het typische beeld dat in me opkomt als we het over robots hebben is de industriële robot in de fabriek - een mechanische arm die beweegt en draait.
Welke rol spelen kabels en draden in de robotica en aan welke eisen moeten zij voldoen?
Holger Dietz: Zesassige robots zijn extreme omgevingen voor kabels: ze moeten bestand zijn tegen buiging, torsie, trekbelasting en andere omstandigheden. Robots werken ook in extreme temperaturen en komen in contact met stof, vuil, vocht en chemicaliën. Dit is echt een bijzonder uitdagende omgeving.
Janik Ebner: Kabels en connectoren zijn kritieke componenten in de robotica, waarbij het risico bestaat dat ze na miljoenen bewegingscycli defect raken. Het spreekt vanzelf dat onze robots zo zijn ontworpen dat de kabels nooit knikken. Maar vooral torsie is bij veel toepassingen niet te vermijden.
Benedek: Het is vooral dit aspect dat robotica voor ons als kabelfabrikant zo fascinerend maakt. Om beweging langs de lengteas mogelijk te maken, zijn onze robotkabels heel anders opgebouwd dan andere kabels. Dit begint al bij de bundeling en gaat verder dan de isolatie van de geleiders en het draaien tot speciale folies en vliezen die in de kabel worden aangebracht om ze torsiebestendig te maken.
Vincenzo Rio: Als het gaat om robots die worden gebruikt voor het lassen, moet ook rekening worden gehouden met de kwestie van de lasvonkbestendigheid. We krijgen de laatste tijd steeds meer vragen hierover, ook uit de auto-industrie.
Dynamische belasting is dan ook de grootste uitdaging voor componenten in robotica. Hoe kan een betrouwbare prestatie worden gewaarborgd en hoe kunnen potentiële storingen vroegtijdig worden gedetecteerd?
Horst Messerer: Natuurlijk besteden we veel tijd aan de levensduur van onze kabels - maar de kabel is slechts één onderdeel van de robot. Er zijn ook elektronische componenten die kunnen breken, of lagers en motoren die kunnen slijten. Zelfs datakabels worden na verloop van tijd oud en worden gevoeliger voor storingen. Bij toepassingen met real time gegevensoverdracht zullen pakket- of bitfouten uiteindelijk de prestaties van het gehele systeem beïnvloeden. Ze kunnen bijvoorbeeld de timing van een machine beïnvloeden. Maar waar de grenzen liggen, hangt sterk af van elk afzonderlijk geval. Daarom is 'condition monitoring' van datakabels ook een zorg van ons.
Ebner: Voor predictief onderhoud worden diverse gegevens, zoals de door de motoren afgelegde afstand, van de robot verzameld en doorgegeven. Op basis van empirische gegevens kan bijvoorbeeld zeer nauwkeurig worden voorspeld wanneer een as moet worden onderhouden of een gereedschap moet worden vervangen.
Dietz: Robots in de automobielsector - bijvoorbeeld op laslijnen - hebben een levensduur tot 16 jaar. De juiste kabels kunnen dat probleemloos aan. Bovendien is het thema retrofitting van robots momenteel in opkomst. Omdat de levertijden van nieuwe modellen soms erg lang zijn, valt er veel te zeggen voor het retrofitten en repareren van oude robots. Het kan ook een goed idee zijn om tegelijkertijd de kabels te vervangen.
Wurll: Wanneer een robot niet meer goed werkt, is dat waarschijnlijk te wijten aan een kapot randcomponent zoals een grijper of de lastechniek. De reparatie daarvan is de verantwoordelijkheid van de systeemintegrator die de robot met de componenten heeft uitgerust. Randapparatuur maakt het grootste deel van de kosten van de meeste robotsystemen uit. Dit is dan ook waar de nadruk op moet liggen bij het plannen van predictief onderhoud.
De ruimtelijke scheiding tussen mens en robot neemt in veel banen af - sleutelwoord cobots. Welke uitdagingen gaan hier volgens u mee gepaard?
Kraus: Een van de belangrijkste punten is het zoveel mogelijk voorkomen van ongelukken. Het risico om gewond te raken door een cobot zonder veiligheidshek eromheen is immers aanzienlijk groter dan door een industriële robot in een volledig afgesloten ruimte. Mensen die met robots werken moeten een passende opleiding krijgen, bijvoorbeeld door een soort "robotrijtest" af te leggen. Vaak wordt over het hoofd gezien dat robots ook op elk moment onverwachte bewegingen kunnen uitvoeren - dit kan snel tot botsingen leiden. Daarom is de rijsnelheid van cobots aanzienlijk lager.
Dietz: Er zijn pogingen geweest om het gedrag van cobots te monitoren met behulp van camera's om botsingen te evalueren en in de toekomst te voorkomen. Afhankelijk van de toepassing moeten hier de rechten inzake gegevensbescherming in acht worden genomen, omdat werknemers het gevoel kunnen krijgen dat ze door dergelijke systemen in de gaten worden gehouden.
Ebner: Het is ook vermeldenswaard dat, hoewel het mogelijk is samen te werken zonder ruimtelijke scheiding tussen mens en robot, er veel operators zijn die dit niet willen. Bijgevolg worden cobots in de praktijk vaak niet gebruikt als cobots, d.w.z. als samenwerkende robots, in de ware zin van het woord, maar als compacte varianten van de meer traditionele industriële robot.
Cobots en een nieuwe generatie eenvoudig te bedienen industriële robots vergemakkelijken voor veel operators de overstap naar robotica. Maar wanneer is het juiste moment om in robotica te investeren en welke voordelen kunnen worden verwacht?
Ebner: Dat hangt sterk af van de betreffende toepassing. Over het algemeen zijn cobots en een nieuwe generatie compacte en eenvoudig te bedienen industriële robots, zoals onze HORST, gericht op kleine en middelgrote bedrijven, waarvan tot nu toe slechts een klein percentage robots in gebruik is. Het gaat niet om high-end toepassingen, maar eerder om het opdoen van eerste ervaring met de technologie en het ontdekken hoe men zich op een eenvoudige en economisch haalbare manier op dit gebied kan begeven. Het begint vaak met het idee om een robot aan te schaffen, en de concrete toepassing kristalliseert zich pas later uit - het is de facto het tegenovergestelde van hoe het is met de traditionele robots die we bijvoorbeeld in de auto-industrie kennen. Cobots en de nieuwe generatie industriële robots zijn ook veel flexibeler en zijn niet ontworpen om zes of tien jaar lang steeds dezelfde taak te herhalen. Ze bieden een heel ander niveau van toegankelijkheid, zowel qua prijs als qua opstelling en bediening. Daarom zijn wij ervan overtuigd dat hier nog een groot potentieel ligt.
In de loop van de digitalisering wordt steeds weer de vraag gesteld of automatisering en robotica banen zullen vernietigen of juist nieuwe banen zullen creëren. In welke sleuteltechnologieën zullen banen die door mensen worden uitgevoerd door robots worden overgenomen? Waar ziet u kansen en mogelijkheden voor nieuwe banen door robotica en automatisering?
Dietz: Ik zie robotica niet als een bedreiging voor menselijke banen, maar eerder als een verbetering. Hier in Duitsland is er een tekort aan geschoolde arbeidskrachten; het wordt steeds moeilijker om voor veel banen gekwalificeerd personeel te vinden. Robots kunnen fysiek zwaar of monotoon werk overnemen dat mensen niet graag doen - en dat zeven dagen per week, 24 uur per dag, zonder pauzes en met een hoge mate van nauwkeurigheid. Ik denk dat het onwaarschijnlijk is dat banen in deze sectoren zullen verdwijnen, omdat we zelfs nu nog niet voldoende geschoolde werknemers hebben. Het is misschien anders in lagelonenlanden waar meer arbeidskrachten beschikbaar zijn. Anderzijds ontstaan er nieuwe banen voor mensen die robots programmeren en bedienen. Het bieden van adequate opleiding voor personeel om deze banen te doen is echter zeker een groot probleem voor bedrijven. Dit is iets wat we de komende jaren moeten aanpakken.
In de geneeskunde en de zorg, in de gastronomie, in particuliere huishoudens of voor kinderspeelgoed: de toepassingsmogelijkheden van robots lijken bijna onbeperkt, ook buiten de industrie. Worden we over 10, 20 of 50 jaar op alle terreinen van het leven omringd door robots?
Benedek: Ik zie een trend in de richting van dienstverlenende robots. Robots zullen steeds meer worden ingezet in huishoudens, verpleeghuizen en ziekenhuizen. Ze zullen mensen bijvoorbeeld helpen zware voorwerpen te tillen of andere dingen te doen die ze om gezondheidsredenen niet meer kunnen. Er bestaan al robots die autonoom ziekenhuiskamers binnengaan en deze desinfecteren met behulp van UV-licht. Ik vermoed dat er een of ander zinnig of onzinnig idee zal zijn voor robots die gericht zijn op het helpen van particulieren in plaats van de industrie.
Dietz: Ik zie ook veel potentieel in de medische sector. Er worden al assisterende robots ontwikkeld om bijvoorbeeld endoscopische operaties uit te voeren. Bij dergelijke operaties staan meestal tot vier artsen dicht bij elkaar rond de patiënt. De robot daarentegen heeft tot vier armen en wordt bestuurd via een console, monitor en camera - dit maakt een veel beter overzicht mogelijk. Fysiotherapeutische behandelingen of verstelbare operatietafels zijn andere belangrijke opkomende toepassingsgebieden. Bovendien verdient het gebruik van robots uiteraard de voorkeur wanneer het gaat om werken in gebieden die een gevaar vormen voor de gezondheid of het leven, zoals bomontploffingen of kernreactoren.
Wurll: We brengen momenteel veel tijd door op bouwplaatsen waar we samen met een bouwbedrijf een robot ontwikkelen om kalkstenen muren te bouwen. Robotica is ook een interessant gebied voor de landbouw. We zijn in contact met een aantal grijperfabrikanten die nadenken over automatische aardbeien- of appelplukkers. Outdoor geschiktheid speelt hierbij natuurlijk een belangrijke rol. De technologie moet onder alle weersomstandigheden werken. Bedrijven als Google investeren enorme bedragen in zogenaamde Everyday Robots. Dat zijn mobiele platforms met armen die bijvoorbeeld in restaurants en cafés stoelen recht kunnen zetten en tafels kunnen schoonmaken. Of ze echt van de grond zullen komen in de sector is op dit moment moeilijk te zeggen, maar ze zijn zeker een nieuwe trending topic in de gastronomie.
Kraus: Ik denk dat de vooruitgang die robotica boekt bij manuele activiteiten aanzienlijk groter is dan bij interacties op basis van taal. Er is hier een interessante parallel met de evolutie van de menselijke taalvaardigheid, die zich aanzienlijk later ontwikkelde dan onze handvaardigheid. Evenzo zal het naar mijn mening moeilijk worden voor ons om dit te modelleren en te beheersen in de vorm van kunstmatige intelligentie. Daarom denk ik dat de volgende robotrevolutie zal bestaan uit mobiele platforms voor bijvoorbeeld de logistiek.
Wurll: Er zijn al innovatieve benaderingen voor het laden van vrachtwagens en wissellaadbakken. Een Amerikaanse leverancier demonstreerde onlangs een mobiel platform met een op maat ontwikkelde arm die was geoptimaliseerd voor een wissellaadbak. De robot kan in de laadbak bewegen en met behulp van een telescopische transportband dozen lokaliseren en laden. Hij doet dit niet noodzakelijk sneller dan een mens, maar hij heeft geen pauzes nodig. Dit betekent dat er nu al potentiële productiviteitsvoordelen zijn.
Kraus: Eén andere toepassing die momenteel zeer snel in opkomst is, is de lasrobot. Het tekort aan geschoolde lassers is bijzonder nijpend, en het maakt niet uit of de robot langzaam beweegt - lassen is altijd al een klus geweest die tijd kost. Eén van de onderwerpen waar wij momenteel aan werken bij het IPA is dan ook het intelligent herkennen van het begin en het einde van een las en het automatisch aanpassen op basis van lastoleranties. Wij denken dat er veel potentieel is voor robotica bij het lassen.
Over de mensen
- Prof. Dr.-Ing. Christian Wurll is hoogleraar elektrotechniek en automatisering aan de faculteit voor managementwetenschappen en engineering van de hogeschool van Karlsruhe. Zijn vakgebied is robotica en automatiseringstechniek. Hij is tevens woordvoerder van het Instituut voor toegepast onderzoek. Daarvoor werkte hij 16 jaar bij de robotfabrikant Kuka.
- Dr.-Ing. Werner Kraus is hoofd Robot- en hulpsystemen bij het Fraunhofer-instituut voor productietechniek en automatisering IPA in Stuttgart. Het instituut bouwt onder andere een "Robotics Valley" in Baden Württemberg met als doel verschillende spelers op het gebied van robotica samen te brengen.
- Janik Ebner is projectmanager bij fruitcore robotics GmbH. In 2018 bracht het in Konstanz gevestigde bedrijf de industriële robot HORST op de markt, waarmee met name kleine en middelgrote bedrijven een eenvoudige en betaalbare instap in de robotica konden maken.
- Holger Dietz is Business Unit Manager bij Robotec Systems GmbH, een dochteronderneming van HELUKABEL. Het bedrijf uit Duisburg is gespecialiseerd in slangpakketten en kledingpakketten voor mediatechniek in de industriële robotica. Dietz heeft in het verleden onder andere gewerkt voor verschillende machine- en installatiebedrijven, waaronder Kawasaki Robotics.
- Ronald Benedek werkt sinds 2008 bij HELUKABEL en houdt zich als Teamleider Automation & Drives bezig met onderwerpen op het gebied van aandrijftechniek en robotica.Vincenzo Rio versterkt sinds 2020 het team rond Ronald Benedek als Expert voor Robotkabels. Tot zijn taken behoren het beheer van branchespecifieke productportfolio's en de ondersteuning van de internationale dochterondernemingen van HELUKABEL.
- Horst Messerer is Product Manager Data, Netwerk en Bus Technologie bij HELUKABEL. Voordat hij in 2014 bij het bedrijf kwam, werkte hij 28 jaar in de kabelindustrie. Hij is ook actief in verschillende bus- en Ethernetverenigingen en is zeer goed op de hoogte van de huidige normen.
Deze en vele andere boeiende artikelen vindt u ook in het huidige nummer #12 van ons klantenmagazine POWER. Lees deze nu!