نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی

تجهیزات اتوماسیون صنعتی (Industrial Automation) نظیر پی ال سی دلتا و ربات ها نمونه‌ای شاخص از استفاده کامپیوترها، سیستم‌های کنترلی و فناوری اطلاعات برای فرایندهای صنعتی و ماشینی هستند که به موجب آن نیروی کار انسانی حذف شده و در عوض کارایی، سرعت، کیفیت و عملکرد فرایندها بهبود چشمگیری پیدا کرده‌اند. البته جای نگرانی نیست چرا که فرایند طراحی، تولید و برنامه ریزی ربات ها در اتوماسیون صنعتی نیازمند نیروی کار حرفه‌ای و متخصص است و بنابراین از سویی دیگر نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی باعث اشتغال‌زایی می‌شود.

نقشی که ربات ها در اتوماسیون صنعتی ایفا می‌کنند فراتر از افزایش بهره‌وری است چرا که بر روی بهبود کیفیت و انعطاف‌پذیری فرایند تولید و توسعه مکانیزه کردن هم تمرکز دارد. البته باید دقت داشته باشید که ربات ها در تمامی حوزه‌های اتوماسیون صنعتی کاربرد ندارند. اولین فرم اتوماسیون صنعتی دستگاه‌های CNC در دوران جنگ جهانی دوم بودند که در طی دهه 1950 فرم رباتیک بیشتری پیدا کرد.

رشد اتوماسیون صنعتی و نقش ربات ها در آن به قرن 19 برمی‌گردد که صنایع روز دنیا باید بهره‌وری و کارآمدی خود را چندین برابر می‌کردند. رفته رفته نیروی انسانی جایگزین شد اما درون اتوماسیون صنعتی برای همان نیروی کار فرصت شغلی ایجاد کرد. ژاپن از پیشگامان استفاده از ربات در اتوماسیون صنعتی از دهه 1980 به بعد میلادی است.

بد نیست بدانید که در طی دهه‌های اخیر، رشد موازی اتوماسیون صنعتی و صنعت رباتیک با ظهور هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و دید رباتی ادامه پیدا کرده است. اگر بخواهیم ساده‌تر در خصوص نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی صحبت کنیم باید بگوییم که از ربات ها می‌توان برای فرایندها و تسک‌های فیزیکی استفاده کرد و برای تسک های مجازی و کاربردهای برنامه محور نیازی به ربات نیست.

در ادامه ابتدا به ساختار ربات هایی که در اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شوند می‌پردازیم و در بخش انتهایی انواع ربات ها و کاربردشان را بررسی خواهیم کرد.

ساختار ربات

قبل از اینکه به نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی و انواع آن بپردازیم بد نیست با ساختار یک ربات آشنا شوید. هر ربات اساسا از سه بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

• بخش ورودی یا جمع آوری کننده اطلاعات

وظیفه بخش ورودی همانطور که از اسم آن مشخص است، جمع آوری اطلاعات و داده‌های مختلف از یک کاربر یا محیط اطراف به کمک سنسورها یا حسگرهای مختلف است. سنسورها می‌توانند از نوع دما، نور، رطوبت، فشار، کلید،دوربین و غیره باشند.

• بخش پردازنده

براساس تجزیه و تحلیلی که بخش پردازنده بر روی ورودی‌ها انجام می‌دهد، برنامه و عملیات مورد نیاز اجرا می‌شوند. بخش پردازنده به مغز ربات هم معروف است که می‌توانند به فرم CPU یا حتی PLC باشند. پرکاربردترین تراشه پردازنده پی ال سی است تا جلوی آلودگی‌هایی مثل الکترومغناطیس گرفته شود و نیاز به توان الکتریکی بالا برای راه اندازی عملگرها مرتفع گردد.

• بخش خروجی یا عملگر

سومین بخش هر ربات، بخش خروجی یا عملگر است که نوع کارکرد آن متناسب با نوع ورودی و پردازش صورت گرفته و دستورات ارسال شده به اجزای خروجی متفاوت می‌شود. خروجی در ربات ها می‌توانند از نوع رله‌ای، موتور، اهرم مکانیکی، لامپ، صفحه‌نمایش و غیره باشد.

نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی با این ساختار هنوز گسترش پیدا نکرده بود چرا که برخی خروجی‌ها مثل کنترل کننده‌های رله‌ای توان مصرفی بالایی داشتند یا برخی خروجی‌ها دقت لازم را نداشتند. به مرور با گسترش اتوماسیون صنعتی، ربات هایی که فقط با PLC طراحی شده بودند کارآمدی لازم را نداشتند به همین دلیل سیستم جدیدی به اسم PAC یا سیستم کنترل اتوماسیون با قابلیت پروگرام شدن ایجاد شد تا نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی با این ساختار جدید پر رنگ شود.

انواع ربات‌ها

طبیعتا با نهایی سازی و قطعی شدن نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی، نیاز به استفاده از آنها در قسمت‌های مختلف باعث ایجاد نیاز جدید شد. این نیاز همان طراحی و ساخت انواع ربات هایی است که بتوانند با ساختاری که در عنوان قبلی توضیح دادیم، کنترل فرایند، بهره‌وری و کارآمدی، سرعت و دقت را بالا ببرند.

انواع ربات ها را از دو منظر می‌توانیم بررسی کنیم:

یک دسته از ربات ها، ربات های صنعتی یا Industrial Robots هستند که لزوما باعث حذف نیروی کار نمی‌شوند بلکه در برخی مواقع برای افزایش ایمنی نیروی کار و کارایی و راندمان استفاده می‌شوند. ربات های صنعتی شکل و سایز مختلفی دارند و هر کدام وظایف خاص خودشان را دارند مثل ربات های کارتزین، ربات های بازویی، ربات های اسکارا، ربات های دلتا، ربات های استوانه‌ای و غیره.

دسته دیگری از ربات ها که موضوع مورد بحث فعلی ما را تشکیل می‌دهند به ربات هایی می‌گویند که در فرایندهای اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شوند و جایگزین نیروی انسانی شده‌اند. نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی را با کاربردشان توصیف می‌کنند که در ادامه بررسی کرده‌ایم. با ما همراه باشید.

کاربرد ربات‌ در اتوماسیون صنعتی چیست

با توجه به پتانسیلی که نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی دارد کاربردهای مختلفی برای آن در نظر گرفته‌اند. طبیعتا کاربرد ربات ها و قدرت عملکردی آنها بستگی زیادی به پردازنده مرکزی آنها دارد که با توجه به قیمت پی ال سی به عنوان تراشه مرکزی و بودجه‌های مورد نیاز انواع مختلفی از آنها طراحی و تولید شده است. در ادامه قصد داریم به معروف‌ترین نمونه‌های کاربرد و نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی اشاره کنیم.

ربات جابه‌جایی (Handling)

گاهی اوقات نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی صرفا برای حذف کارهایی است که همیشه یکنواخت و کسل کننده هستند مثل جابجایی کالاها، محصولات نیم ساخته و مشابه آن در بخش‌های تولیدی و انبار. ربات ها در این مواقع ابتدا کالای مربوطه را شناسایی می‌کنند سپس از طریق بازوهای خود آن را برداشته و به مکان دیگر منتقل می‌کنند. نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی برای جابجایی ضمن کمک به تسریع فرایندها، جلوی آسیب‌های کاری را می‌گیرد. ربات های جابجایی از لحاظ قدرت تحمل وزن، سرعت، مدل گیره انتهایی بازو، مواد و تجهیزات ساخت و موارد مشابه آن با یکدیگر فرق دارند. دو مدل بسیار معروف از ربات های جابجایی، ربات های پلتایزینگ (Palletizing؛ برای پالت چینی و خالی کردن پالت‌ها) و ربات های بسته بندی (Packaging) هستند.

ربات برشکاری (Cutting)

ربات های برشکاری جزو دقیق‌ترین ربات های مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی هستند تا فرایندهایی که خیلی دشوار هستند و به دقت بالایی نیاز دارند را انجام دهند. این ربات ها برای برشکاری و فرز روی قطعات فلزی مختلف استفاده می‌شوند که به این عملیات، ماشین کاری (Machining) می‌گویند. سرعت کار با ربات برشکاری به حدی بالاست که یک فرایند چند ساعته در طی چند دقیقه انجام می‌شود. از طرفی برشکاری یک فرایند مخاطره آمیز است که به لطف نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی، حذف شده است ضمن اینکه جلوی تولید ضایعات را هم می‌گیرند. ربات های برشکاری به انواع ربات های برش لیزری (برای برش پارچه، ورقه فلزی، چوب، چرم و غیره)، ربات های با موتور اسپیندل (با چرخاندن یک مته و طبق برنامه داده شده کار برش و فرزکاری روی سطح مختلف انجام می‌گیرد) و ربات های با برش اولتراسونیک و برش پلاسما تقسیم می‌شوند.

ربات جوشکاری (welding)

ربات های جوشکاری اولین بار در صنایع سنگین و تولید خودرو استفاده شدند و پس از آن در خطوط تولید لوازم برقی و الکتریکی و سپس لوازم الکترونیکی بکار گرفته شدند. هدف از این کار بالا بردن دقت، سرعت ، بهره‌وری و کارایی و حذف خطراتی است که برای نیروی کار پیش می‌آمد. انواع جوشکاری از مدل قوس الکتریکی گرفته تا نقطه‌ای و با الکترود توسط ربات ها قابل انجام است. ربات های جوشکاری به عنوان نقطه عطف و بسیار مهم در نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی یاد می‌شوند. بد نیست بدانید که جوشکاری به روش قوس الکتریکی گاز سمی تولید می‌کند و از طرفی توان نیروی کار در جوشکاری به‌صورت پیوسته و خطی محدود است که به لطف ربات ها هم خطرات کار جوشکاری حذف شده و هم تا 4 متر به شکل پیوسته با دقت بالا و یکنواخت امکان جوشکاری فراهم گردیده است.

ربات پرسکاری (Pressing)

ربات های پرسکاری نمونه دیگری از نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی هستند تا جلوی خطرات مختلف را بگیرند و فرایند پرسکاری را با سرعت و دقت بالا جلو ببرند. پرسکاری برای شکل دادن و فرم دادن به ورقه‌های فلزی به کار می‌رود. ربات های پرسکاری ابتدا قطعات را برای پرسکاری جابجا کرده و سپس عملیات پرسکاری را انجام می‌دهند. به لطف ربات پرسکاری بسیاری از خطرات مربوط به محل کار حذف شده و کیفیت و دقت کار بالا رفته است.

ربات رنگ‌پاش (Spray Painting)

یکی از شناخته‌شده‌ترین مواردی که اشاره به نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی دارد، ربات های رنگ‌پاش هستند که در صنایع خودروسازی دیده‌ایم. عملکرد، کارایی و دقت و سرعت عمل بالای این ربات ها باعث شده تا نیروی انسانی حذف شود و به عنوان اپراتور و تکنسین مشغول به کار شوند. بنابراین خطرات و آلودگی شیمیایی که متوجه نیروی کار بود عملا حذف گردید و به سلامت آنها کمک زیادی کرد. این ربات ها علاوه بر ویژگی‌های گفته شده دارای سیستمی برای مدیریت مصرف رنگ نیز هستند.

ربات تزریق (Injection)

نمونه دیگری از ربات ها در اتوماسیون صنعتی، ربات های تزریق هستند که نباید با ربات های تزریق در دنیای پزشکی اشتباه گرفته شوند. کار این ربات ها افزایش کیفیت، دقت و سرعت فرایند تزریق مواد برای قالب‌گیری، تزریق در صنایع شیمیایی و غذایی و مواد مختلف دیگر است. با کمک این ربات تولید ضایعات کاهش چشمگیری پیدا کرده و با تجهیز آنها به سیستم‌های خودکار و سنسور پیشرفته، مقدار دقیق تزریق کنترل می‌شود.

ربات مونتاژ (Assembly یا Montage)

یکی دیگر از موارد نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی که بسیار شناخته شده است و سابقه طولانی هم دارد، ربات های مونتاژ هستند که در خطوط تولید برای مونتاژ و متصل کردن قطعات مختلف با دقت و سرعت بالا استفاده می‌شوند. این ربات ها مجهز به سیستم‌های خودکار و الگوریتم پیشرفته با سنسورهای روز دنیا هستند و حتی در صنایع بسیار حساس مثل داروسازی هم استفاده می‌گردند. مزیت استفاده از ربات های مونتاژ، بالا رفتن سرعت، دقت، کاهش هزینه، افزایش کارآمدی و راندمان و در نهایت کیفیت محصولات تولید شده است.

ربات پولیش‌کاری (Polishing)

پولیش کاری که بیشتر از همه برای صنایع خودروسازی و فلزکاری مطرح است، مزایای زیادی به همراه داشته که مهم‌ترین آن کمتر شدن ذرات معلق و در نتیجه کمک به سلامت نیروی کار است. از طرفی پولیش کاری یک فرایند تکراری و کسل کننده است بنابراین در یک شیفت کاری، به مرور دقت و سرعت کار پایین می‌آید. ربات ها با حذف این موانع، به کیفیت و راندمان بالای کار کمک می‌کنند. اگر بخواهیم به یک نمونه جالب از نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی اشاره کنیم همین پولیش کاری است.

ربات ماشین‌کاری (Machining)

با ظهور ربات های ماشین کاری، دستگاه‌های تراشکاری، فرزهای دستی و CNC کنار رفتند چرا که هم قادر هستند با مواد متنوع‌تری مثل فلز، سنگ، فوم، فایبرگلاس، گرافیت، پلاستیک، چوب و غیره کار کنند و هم اینکه محدوده کاری وسیع‌تری به ما بدهند. از طرفی ربات های ماشین کاری امکان برنامه نویسی شدن هم دارند بنابراین هر نوع سفارش کاری حتی بسیار پیچیده را انجام خواهند داد. به عنوان مثال با تجهیز ربات های ماشین کاری به سنسور و دوربین و برنامه نویسی کردن آنها، دقت و ظرافت کاری تا چندین برابر افزایش پیدا کرده است.

سخن آخر

نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی و ادغام صنعت رباتیک با اتوماسیون صنعتی یکی از اتفاقات بسیار مفید در حوزه فناوری تکنولوژی بوده است. خوشبختانه موفقیت حضور ربات ها در این حوزه باعث شده رشد و پیشرفت در طراحی و تولید آنها بیش از پیش مورد توجه قرار بگیرد. با این حال باید دقت داشته باشید که همه جنبه‌ها و حوزه‌های اتوماسیون صنعتی نیازی به ربات ندارند مثل HMI ها که رابط بین انسان و ماشین هستند ولی ساختار ربات ندارند و کاملا نرم افزاری و با برنامه نویسی کار می‌کنند.

بد نیست بدانید که طبق آمار و ارقام از سوی Marketsandmarkets تا انتهای سال 2025، سهم این بازار به 41.23 میلیارد دلار خواهد رسید. ضمنا در سال 2023 تعداد ربات های بکار گرفته شده در اتوماسیون صنعتی، بیش از 3.5 میلیون واحد یا دستگاه بوده است که رقم بسیار بالایی است و انتظار می‌رود در سال 2024 نیز روندی صعودی داشته باشد.

به همین دلیل در این مطلب تصمیم گرفتیم به طور تخصصی در خصوص نقش ربات ها در اتوماسیون صنعتی صحبت کنیم تا بیشتر با اهمیت این موضوع، فرصت‌ها و چالش‌های آن آشنا شوید.

سؤالات متداول

وجود ربات ها در اتوماسیون صنعتی به معنای بیکار شدن نیروی انسانی است؟

با اینکه وجود ربات ها از برخی جنبه‌ها نیروی انسانی را کم می‌کند اما در سایر قسمت‌ها فرصت‌های جدیدی برای اشتغال‌زایی ایجاد خواهد کرد. ضمنا همه بخش‌های اتوماسیون صنعتی نیاز به ربات ندارند.

چند نوع ربات در اتوماسیون صنعتی داریم؟

مهم‌ترین مدل‌های ربات در اتوماسیون صنعتی شامل: ربات جابه‌جایی، ربات برشکاری، ربات پرسکاری، ربات رنگ پاش، ربات تزریق، ربات مونتاژ، ربات پولیش کاری و ربات ماشین کاری هستند.

ربات ها در اتوماسیون صنعتی چه نقشی دارند؟

نقش این ربات ها، کاهش ضایعات تولیدی، حذف خطرات کاری از نیروی انسانی، افزایش دقت، سرعت، کارایی و بهره‌وری فرایندها و جلوگیری از تولیدات بی‌کیفیت است.

ربات ها در سال‌های آینده نقش پررنگ‌تری در اتوماسیون صنعتی خواهند داشت؟

با پیشرفت تکنولوژی و مجهز سازی بیشتر ربات ها به قطعات جانبی، طبیعتا کاربرد آنها گسترده خواهد شد که به‌نوبه خود نقش پررنگ‌تری ایفا خواهند کرد.