Choć szacuje się, że obecnie jedynie 3% zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych programowanych jest w trybie offline, obserwowane zmiany zmierzające do zastąpienia produkcji masowej jednostkową i małoseryjną przyczynią się bez wątpienia do upowszechnienia tego rozwiązania w niedalekiej przyszłości. Programowanie robotów w środowisku wirtualnym z poziomu osobistego komputera jest bowiem nie tylko wygodne, ale również uzasadnione ekonomicznie. Z jednej strony nie wymaga przerywania pracy robota w celu przeprogramowania jego parametrów, a z drugiej umożliwia pełną symulację wszystkich ruchów, redukując o ok. 30% czas przygotowania systemu zrobotyzowanego do wykonania bieżącego zadania.

Pełna kontrola z ekranu komputera
Pierwsze środowiska do programowania robotów offline powstały jeszcze w latach 90. w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na szybkie i wygodne programowanie bez konieczności przestojów. Początkowo mocno ograniczone w swoich możliwościach, dziś są w pełni kompatybilne z aktualnymi systemami komputerowymi i wersjami procesorów, umożliwiając pracę w trybie 32 lub 64 bitów. Jednocześnie ich podstawowe wymagania sprzętowe pozostają niewielkie, pozwalając na sprawne użytkowanie na komputerach wyposażonych w 4 GB RAM, kartę graficzną 1 GB, procesor Dual-Core oraz 15 GB wolnej przestrzeni na dysku.

W zamian oferują zaś znacznie więcej niż pulpit operatora. Oprócz planowania trajektorii ruchu robota pozwalają bowiem na pomiar jego zasięgu wraz z narzędziem, kontrolę ruchów i orientacji chwytaków oraz określenie rzeczywistego czasu cyklu pracy. Funkcje te umożliwiają maksymalną optymalizację zrobotyzowanej komórki produkcyjnej, a w połączeniu z opcją planowania rozmieszczenia poszczególnych komórek na liniach montażowych i monitorowania współpracy pomiędzy nimi gwarantują najbardziej efektywne wykorzystanie mocy produkcyjnych zakładu. Co więcej, w środowisku do programowania robota można dziś również przeprowadzić pełną symulację 3D danego procesu i zaprojektować aplikację do jego obsługi z uwzględnieniem detekcji kolizji. A gotowe oprogramowanie może zostać w prosty sposób zaimplementowane do poszczególnych urządzeń lub – dzięki współpracy bezpośrednio z kontrolerem robota – w czasie rzeczywistym integrowane krok po kroku z jego systemem sterowania.

Ile firm, tyle środowisk
W obliczu tych zalet absurdalny może wydawać się fakt, że środowiska symulacyjno-programistyczne bardzo powoli przebijają się do świadomości przedsiębiorców. Problem tkwi jednak nie w samej wiedzy lub jej braku, a raczej w podstawowej wadzie tego rozwiązania. Spektrum jego możliwych aplikacji jest bowiem ograniczone do marki robotów, dla której zostało stworzone. Innymi słowy: każda firma produkująca roboty dostarcza wraz z nimi własne środowisko programistyczne obsługujące wyłącznie jednostki danego producenta. Dla przykładu, FANUC Polska korzysta z oprogramowania Robo- Guide, ABB z RobotStudio, Kuka z Kuka Sim Pro, Comau z RoboSim PRO, a roboty Stäubli mogą być programowane offline tylko przy wykorzystaniu software’u Stäubli Robotics Suite. Z punktu widzenia klienta jest to sytuacja niedogodna, ponieważ – chcąc maksymalnie zredukować koszty – musi swój park robotów zbudować w oparciu o jedną markę, a dysponując kilkoma robotami różnych producentów – programować oddzielnie każdy z nich w odrębnym środowisku symulacyjnym.

Alternatywę dla środowisk dedykowanych stanowią wersje uniwersalne (np. Delmia, Robot 2D, Process Simulate, RobCAD). Ich zasadniczym minusem jest jednak bardzo wysoka cena, znacznie wydłużająca czas zwrotu z inwestycji. Z tego względu na ich zakup mogą sobie pozwolić wyłącznie duże przedsiębiorstwa dysponujące wieloma robotami o wysokim obłożeniu pracą.

Automatyzacja dzięki indywidualizacji
Choć samo korzystanie z robota oraz jego programowanie z poziomu komputera stanowi przykład zaawansowanej automatyzacji produkcji, producenci i integratorzy zrobotyzowanych systemów produkcyjnych od lat dążą do dalszego usprawniania procesów zachodzących w przedsiębiorstwach przez oferowanie rozwiązań zindywidalizowanych, umożliwiających automatyczną konfigurację robota w oparciu o dane pozyskane m.in. z systemu zarządzania produkcją. W branży spawalniczej przykładem tego typu środowisk jest Custom Made Robot Software (CMRS) oferowany przez firmę Valk Welding specjalizującą się w projektowaniu, budowaniu i montażu zrobotyzowanych systemów spawalniczych marki Panasonic. Działania integratora ukierunkowane są dwutorowo: z jednej strony oferuje i rozwija standardowe oprogramowanie DTPS firmy Panasonic (ang. DeskTop Programming and Simulation System) w celu jego dostosowania do aktualnych potrzeb rynkowych, a z drugiej – buduje szerokie portfolio software’u kustomizowanego, opracowywanego każdorazowo w oparciu o sugestie i życzenia konkretnego klienta.

– Dzięki temu, że został stworzony przez producenta robotów DTPS jest w stu procentach kompatybilny z pozostałymi komponentami zrobotyzowanych komórek spawalniczych – tłumaczy Tomasz Pyka odpowiedzialny za działalność firmy Valk Welding w Polsce. – Co więcej, może być wykorzystywany nie tylko do programowania samego robota, ale również np. do kontroli dostępności i modelowania systemu mocowania detalu czy wykrywania ewentualnych kolizji.

Produkcja jednostkowa w kosztach seryjnej
Wprowadzone przez integratora modyfikacje pozwalają dodatkowo na efektywne spawanie zrobotyzowane elementów jednostkowych w czasie i kosztach zbliżonych do produkcji seryjnej. Możliwości takie dają specjalne zestawy narzędzi, np. APG (ang. Automatic Path Generator) – automatycznie generujący program spawania na podstawie danych z systemów ERP, CAD i arkuszy kalkulacyjnych. Zakres konfigurowanych parametrów obejmuje przy tym nie tylko pozycjonowanie palnika, ale również jego kąt pochylenia, natężenie i napięcie prądu oraz spawanie zakosami. Wśród klientów, którzy skorzystali z tego typu rozwiązania, znalazły się m.in. firmy Van Hool (producent samochodów ciężarowych i autobusów), Auping (łóżka), ThyssenKrupp Encasa (windy i schody) oraz Profielnorm (antresole), a więc wytwórcy produktów zindywidualizowanych, cechujących się dużym stopniem zróżnicowania detali w zależności od profilu i zapotrzebowania klienta.

Pokrewnym, jeszcze bardziej zindywidualizowanym rozwiązaniem, jest oprogramowanie dostosowane do potrzeb konkretnego przedsiębiorstwa. Z takiego software’u chętnie korzystają firmy, które dążą do pełnej automatyzacji procesu programowania robota spawalniczego w oparciu o specyficzne, niestandardowe systemy magazynowania, kodów kreskowych, etykiet RFID, ERP i/lub CAD. Dzięki możliwości skonfigurowania z konkretnymi systemami organizacji magazynu i produkcji, a także automatyzacji programowania poszczególnych elementów w danej gamie produktów (np. krat, wózków widłowych), CMRS umożliwia – podobnie jak DTPS – produkcję jednostkową, małoseryjną i średnioseryjną na warunkach zbliżonych do produkcji masowej.

Software to nie wszystko
Aby proces automatyzacji programowania robota spawalniczego przyniósł pożądane efekty w postaci skrócenia rzeczywistego czasu programowania, konieczne jest jednak spełnienie kilku warunków.

– Nie każdy robot jest w stanie na podstawie automatycznie wygenerowanych programów od razu znaleźć właściwe miejsce spawania. Do osiągnięcia tego celu – poza odpowiednim oprogramowaniem offline – niezbędne jest przeprowadzenie wstępnej kalibracji robota oraz rzeczywistego stanowiska, tak aby były one zgodne z tymi wirtualnymi, a także skuteczny system wyszukiwania miejsca spawania, np. Valk Welding Arc-Eye, który komunikuje się bezpośrednio z kontrolerem robota – wyjaśnia Tomasz Pyka.

Dzięki temu napisany program może zostać bezpośrednio wgrany do robota bez konieczności ręcznej korekty jego trajektorii. W przeciwnym razie trzeba będzie przeprowadzić spawanie testowe w celu upewnienia się, że robot będzie podążał zaprogramowaną trajektorią, a tym samym zmarnować zaoszczędzony wcześniej czas i zasoby na działania, które z założenia powinny zostać wyeliminowane właśnie dzięki automatyzacji procesu programowania.