Zrobotyzowane systemy paletyzacji: wybór między sterowaniem PLC, robotem a sztuczną inteligencją

Po zakończeniu procesu produkcyjnego, gdy produkty są gotowe do dystrybucji, zazwyczaj trzeba je układać na paletach. Tradycyjnie zadanie to wymagało znacznego nakładu pracy ręcznej, często prowadząc do urazów pracowników i problemów ergonomicznych. Automatyczne paletyzowanie eliminuje to obciążenie fizyczne, zapewniając znaczne oszczędności pracy na linii montażowej.

Kluczowe znaczenie dla maksymalizacji wydajności ma jednak wybór odpowiedniej architektury sterowania. Jako ekspert branżowy przeprowadzę Cię przez proces podejmowania decyzji, porównując automatykę dedykowaną, logikę PLC, obliczenia robotyczne oraz rosnącą rolę sztucznej inteligencji.

Kiedy wystarcza automatyka dedykowana?

Roboty nie zawsze są niezbędne do paletyzowania. W niektórych procesach można wykorzystać „automatykę dedykowaną” zamiast ramion przegubowych. Na przykład ciężkie ładunki, takie jak worki z cementem lub ziarnem, często są obsługiwane za pomocą poziomych drzwi przesuwnych i ruchomych zsypów przenośnikowych.

W przypadku takich prostych systemów wystarczający jest standardowy PLC lub układ sterowania przekaźnikowego. Rozwiązanie to działa skutecznie przy stałym strumieniu produktów, który nie różni się rozmiarem ani wzorami układania. Nie zapewnia jednak elastyczności — jest sztywne i bez zmian mechanicznych nie może dostosować się do zmian.

Potrzeba elastyczności robotów

Złożoność znacznie wzrasta w przypadku różnorodnych wzorów układania lub mieszanych produktów. W takich sytuacjach automatyzacja zrobotyzowana staje się konieczna. Robot może dynamicznie zmieniać położenie produktu na podstawie zaprogramowanych informacji lub danych z zewnętrznych czujników.

Ponadto roboty zapewniają wszechstronność dzięki oprzyrządowaniu. Wyposażając robota w chwytak zdolny do obsługi wielu konfiguracji produktów, producenci mogą paletyzować różne SKU bez zatrzymywania linii. Ta elastyczność jest główną przewagą robotów nad tradycyjnymi systemami automatyki dedykowanej.

Rysunek 1. Mobilne zrobotyzowane rozwiązanie do paletyzowania zaprojektowane z myślą o szybkich zmianach produkcyjnych. Zdjęcie udostępnione dzięki uprzejmości Control.

Optymalizacja ruchu i wydajności

Program sterujący procesem paletyzowania jest kluczowym elementem wydajności. Dobrze zoptymalizowany system minimalizuje przestoje, wykorzystując wolne chwile do wykonywania zadań pomocniczych. Na przykład podczas oczekiwania na kolejną partię produktów robot może umieścić przekładkę na palecie.

Wydajność zależy również od układu systemu. Systemy z wózkiem T pozwalają robotom jednocześnie układać produkty z wielu torów produkcyjnych. W takich konfiguracjach programowanie musi koncentrować się na przygotowywaniu palet i minimalizowaniu czasu bezczynności, aby zapobiegać wąskim gardłom w przepływie pracy. Każda milisekunda zaoszczędzona podczas planowania ruchu przyczynia się do skrócenia czasu cyklu.

Rola interfejsów HMI w usuwaniu błędów

Jednym z najważniejszych usprawnień we współczesnych systemach paletyzowania jest integracja funkcji nadpisywania liczby umieszczeń za pośrednictwem interfejsu HMI (Human-Machine Interface). Funkcja ta pozwala operatorom cyfrowo resetować liczniki na określonych torach.

Rozważmy następującą sytuację: jeśli karton spadnie z narzędzia na końcu ramienia (EoAT), operator może skorygować liczbę umieszczeń na ekranie dotykowym. Eliminuje to konieczność ręcznej ingerencji wewnątrz celi w celu dopasowania fizycznie ułożonego stosu do wewnętrznego licznika robota. Nie tylko ułatwia to zadanie, lecz także znacznie zwiększa bezpieczeństwo operatora, ograniczając potrzebę fizycznego resetowania systemu.

Rysunek 2. Paletyzowanie zrobotyzowane wykorzystuje niestandardowe chwytaki do poszczególnych kartonów i opakowań. Zdjęcie udostępnione dzięki uprzejmości Control.

PLC a sterowanie robotem: różnice w przetwarzaniu

Zrozumienie różnicy między logiką sterowania PLC a logiką sterowania robotem ma kluczowe znaczenie dla projektowania systemu. Sterowniki PLC wykonują logikę drabinkową sekwencyjnie, wiersz po wierszu. Dzięki temu doskonale nadają się do zarządzania przepływem logicznym całej linii produkcyjnej, na przykład do wysyłania sygnału o konieczności przygotowania większej liczby produktów po zakończeniu cyklu paletyzowania.

Roboty natomiast zazwyczaj wykorzystują języki tekstu strukturalnego. Podczas układania stosu mają wyraźną przewagę. Mogą jednocześnie obliczać położenie kolejnej warstwy, śledzić umieszczanie przekładek i rejestrować współrzędne w tle, bez konieczności stosowania ścisłego procesu sekwencyjnego. Ta zdolność do przetwarzania równoległego często przekłada się na wydajniejsze układanie stosu.

Pojawienie się systemów obliczeniowych opartych na sztucznej inteligencji

W niektórych zaawansowanych operacjach pomija się zarówno sterownik robota, jak i zewnętrzne sterowniki PLC. Zamiast tego wykorzystuje się centralny komputer, który zbiera dane z kamer i skanerów. Dzięki wydajnym algorytmom, często opartym na sztucznej inteligencji, systemy te obliczają trajektorie ruchu i punkty docelowe w czasie rzeczywistym.

Najważniejszą korzyścią jest tu możliwość dostosowania. W przypadku ładunków zawierających różne SKU lub nieregularnych produktów system AI może nieustannie obliczać najszybszą trajektorię. Dzięki temu czas cyklu pozostaje minimalny nawet przy częstych zmianach parametrów produktów, zapewniając poziom optymalizacji, któremu tradycyjne programowanie często nie jest w stanie dorównać.

Rysunek 3. Współpraca firm zajmujących się robotami i oprogramowaniem może pomóc w optymalizacji trajektorii ruchu i skróceniu czasu cyklu. Zdjęcie udostępnione dzięki uprzejmości Control.

Szybkość, bezpieczeństwo i najlepsze rozwiązanie

Warto pamiętać, że najlepsze systemy paletyzowania niekoniecznie są najszybsze w oderwaniu od reszty procesu. Optymalne rozwiązanie wykonuje główne zadanie przy minimalnych przestojach wpływających na procesy poprzedzające i następujące. Większość nowoczesnych zakładów wykorzystuje podejście hybrydowe, łącząc systemy sterowania w celu stworzenia najlepszego przepływu pracy dla konkretnego asortymentu produktów.

Opinia autora: Jako ekspert ds. automatyzacji często obserwuję, że klienci nadmiernie projektują systemy z myślą o szybkości. Moja rada brzmi: należy priorytetowo traktować elastyczność i bezpieczeństwo. System, który może obsługiwać zmiany produktów (za pośrednictwem HMI lub AI) i zapewnia operatorom bezpieczeństwo (dzięki funkcjom nadpisywania w przypadku błędów), w dłuższej perspektywie zapewni lepszy zwrot z inwestycji niż system, który jedynie działa szybko, ale wymaga ciągłych ręcznych korekt.

O autorze

Zhang Qiao jest doświadczonym specjalistą ds. automatyki przemysłowej z ponad 15-letnim doświadczeniem w zakresie systemów PLC, DCS, TSI i ochrony zasilania. W swojej karierze Zhang tworzył dokumentację techniczną i artykuły informacyjne dla czołowych światowych producentów automatyki, dostarczając pogłębionych analiz technicznych dotyczących złożonych wyzwań w dziedzinie inżynierii sterowania.