Na tegorocznych targach Automatica Instytut Fraunhofera ds. Technologii Produkcji i Automatyzacji IPA zaprezentuje liczne rozwiązania, które – również dzięki sztucznej inteligencji (SI) – znacznie upraszczają i przyspieszają planowanie, programowanie i uczenie robotów. Do zobaczenia od 24 do 27 czerwca 2025 roku w hali A4 na stoisku 314.
Czy to w hali produkcyjnej, w pomieszczeniu czystym czy w laboratorium: wszędzie obecnie stosowane są roboty i inne komponenty automatyzacji, które wspierają głównie w powtarzalnych, fizycznie wyczerpujących lub niebezpiecznych zadaniach. Jednak zanim zostaną zainstalowane, zaprogramowane i skonfigurowane, często mija jeszcze dużo czasu. Dlatego głównym celem jest „Automatyzacja automatyzacji”. Oznacza to, że konfiguracja i uruchamianie z odpowiednimi narzędziami przebiega znacznie bardziej automatycznie niż dotychczas, co oszczędza czas i koszty.
Fraunhofer IPA zaprezentuje od 24 do 27 czerwca 2025 roku na Automatica w Monachium szereg rozwiązań, które z wykorzystaniem technologii AI znacznie uproszczą i przyspieszą planowanie, programowanie oraz szkolenie robotów, automatyzując te procesy (częściowo).
Framework oprogramowania dla wszystkich maszyn i urządzeń
Naukowcy pod kierownictwem Davida Breuniga z zespołu badawczego IT-Architektury dla produkcji w Fraunhofer IPA opracowali ramy oprogramowania, które umożliwiają firmom automatyzację całej produkcji. Programowalne sterowniki logiczne (SPS), które dotychczas regulowały działanie maszyn i urządzeń oraz były masowo instalowane w fabrykach, mogą stać się zbędne.
„Kto dzisiaj kupuje SPS od uznanego producenta, uzależnia się od jego sprzętu, środowiska programistycznego i języka programowania“, mówi Breunig, „i dokładnie to chcemy zmienić naszym frameworkiem oprogramowania.“
Aby pokazać, jak działa ta zdefiniowana programowo automatyzacja, Breunig i jego zespół zbudowali demonstrator, który ilustruje działanie i wykorzystanie frameworka. Odwiedzający mogą na Automatica na ekranie zapoznać się z poszczególnymi modułami frameworka oprogramowania oraz samodzielnie stworzyć lub zoptymalizować projekt automatyzacji.
Wraz z jedną koleżanką i dwoma kolegami Breunig planuje założyć własną firmę opartą na oprogramowaniu. Ich start-up, retavi GmbH, oficjalnie rozpocznie działalność na koniec roku.
Elastycznie stosowane inteligentne mobilne manipulatory
Humanoidalne roboty cieszą się obecnie dużym zainteresowaniem w mediach i będą odgrywać również istotną rolę na Automatica. Zgodnie z badaniem przeprowadzonym przez Fraunhofer IPA w ramach Centrum Postępu AI „Systemy uczące się i robotyka kognitywna”, wiele firm ma jednak niewielkie zainteresowanie tym, aby roboty mogły poruszać się jak ludzie. Zamiast tego ankietowani eksperci dostrzegają największy potencjał w tym, aby humanoidalne obiekty mogły chwytać przedmioty w sposób podobnie elastyczny jak człowiek. I właśnie tutaj odnosi się aktualny rozwój Fraunhofer IPA. Z powodu wielu stopni swobody w robocie nie jest efektywne programowanie robotów do tych procesów chwytania w sposób kompleksowy. Aby temu zaradzić, Fraunhofer IPA bada podejścia do szybkiego i intuicyjnego uczenia się złożonych ruchów chwytania i manipulacji.
Procesy chwytania mogą być na przykład nauczane w symulacji z wykorzystaniem głębokiego uczenia ze wzmocnieniem. W centrum uwagi znajduje się nie tylko sterowanie rękami robotów, ale szczególnie intuicyjne instruowanie i uczenie nowych zastosowań dla wszechstronnych elastycznych systemów robotycznych – w tym mobilnych platform wielozadaniowych z wieloma ramionami i chwytakami. W tym celu stosowane są nowoczesne metody, takie jak uczenie przez naśladownictwo oraz tzw. modele podstawowe. Wykorzystywane są naturalne instrukcje językowe, teleoperowane wykonania oraz demonstracje ludzkie, aby efektywnie przekazywać umiejętności robotów.
Demontrator na stoisku wystawowym oferuje praktyczny wgląd w wybrane aspekty technologii i pokazuje na przykładach, jak kluczowe pomysły z aktualnych badań można przenieść na zastosowanie. Ponadto istnieje okazja, aby dowiedzieć się więcej o wyzwaniach związanych z aktualnymi metodami uczenia przez naśladowanie oraz modelami bazowymi, a także o tym, jak hybrydowe podejście może skutecznie wypełnić istniejące luki, łącząc sprawdzone, parametryzowalne umiejętności robotów z metodami opartymi na uczeniu.
Elastyczna robotyka przemysłowa do obsługi i dozowania cieczy
Dominujący niedobór wykwalifikowanej siły roboczej nie omija również laboratoriów i placówek medycznych. Dostępny personel spędza dużą część swojego codziennego czasu pracy na monotonnych zadaniach rutynowych, które opóźniają bardziej wartościowe, generujące wartość działania. W związku z tym rozwiązania automatyzacyjne w tym środowisku są bardzo poszukiwane. System "z półki" jest jednak zazwyczaj nieodpowiedni, ponieważ zadania i obiekty do obsługi są różnorodne.
Fraunhofer IPA opracowuje zatem elastyczny zestaw oprogramowania dla autonomicznych robotów laboratoryjnych, który umożliwia efektywną automatyzację takich rutynowych prac. Na przykład, roboty mają być w stanie zbierać istotne dla procesu materiały eksploatacyjne, samodzielnie dozować chemikalia lub próbki, pozyskiwać wrażliwe próbki "just in time" z chłodziarek lub pieców grzewczych, a w perspektywie całkowicie samodzielnie przeprowadzać eksperymenty. W tym celu robot musi opanować zadania takie jak lokalizowanie i chwytanie różnorodnych pojemników, precyzyjne ważenie różnych cieczy i substancji stałych, otwieranie szafek i drzwi oraz autonomiczną nawigację.
Na Automatica instytut Fraunhofer IPA prezentuje aktualny stan rozwoju na podstawie demonstratora, który automatycznie dozować i dzielić płyny o różnych lepkościach do określonych pojemników docelowych.
Bezpieczna współpraca człowieka z robotem w sposób częściowo zautomatyzowany.
Nowoczesne rozwiązania automatyzacyjne powinny być jak najbardziej elastyczne z uwagi na małe serie produkcyjne. Oznacza to jednak, że środki bezpieczeństwa muszą być ciągle dostosowywane. Podstawą tego są ocena ryzyka i oznakowanie CE – dwa procesy, które obecnie są nadal bardzo czasochłonne i wymagają dużej wiedzy eksperckiej. Dlatego Fraunhofer IPA opracowało narzędzia zarówno na etapie planowania, jak i użytkowania, które upraszczają i przyspieszają projektowanie bezpieczeństwa.
Ekspozycja targowa „CARA” to narzędzie wspierające fazę planowania, które kompleksowo wspomaga w zakresie projektowania bezpieczeństwa. Pomaga specjalistom w 3D-symulacji zaplanować i wdrożyć wszystkie niezbędne środki bezpieczeństwa jeszcze przed uruchomieniem instalacji w sześciu krokach. CARA uwzględnia takie parametry jak potencjalne zagrożenia, odległości bezpieczeństwa oraz możliwą interakcję między człowiekiem a maszyną. Niebezpieczeństwa kolizji i przycięcia są automatycznie identyfikowane. Następnie narzędzie proponuje środki mające na celu redukcję ryzyka.
Również w fazie planowania modele kolizji, które są określane na zautomatyzowanej platformie testowej opracowanej przez Fraunhofer IPA, pomagają w rozwiązaniu wyzwania, że maksymalnie dozwolone siły i ciśnienia w przypadku ewentualnych kolizji mogą ograniczać prędkości i czasy taktowania robota, co może obniżać wydajność systemu. Siły występujące w trakcie pracy są jednak trudne do obliczenia matematycznie. Po ich utworzeniu modele kolizji umożliwiają precyzyjne oszacowanie wydajności już w fazie planowania. CARA może korzystać z tych modeli.
Intuicyjne programowanie robotów za pomocą nowego interfejsu użytkownika
Programowanie robotów wciąż jest często wąskim gardłem, gdy chodzi o efektywne uruchomienie lub przystosowanie aplikacji. Jak można zredukować potrzebną w tym zakresie wiedzę fachową i jak roboty mogą być programowane czasowo efektywnie nawet przy dużej różnorodności, pokazuje nowy interfejs użytkownika na przykładzie symulowanej aplikacji demontażowej na stoisku wystawowym. Interfejs użytkownika umożliwia zestawienie poszczególnych umiejętności, czyli zdolności robota, w pełne zadanie.
W tym celu wykorzystuje się moduły umiejętności z oprogramowania „pitasc” Fraunhofer IPA, które można zestawiać i łączyć w sposób specyficzny dla aplikacji bez znajomości programowania.
Automatyzacja w ultra-czystym środowisku: 2ndSCIN i Tested Device
2ndSCIN to opatentowana osłona, która przygotowuje roboty i inne ruchome komponenty automatyzacji do ultra-czystej produkcji. Osłona składa się z przepuszczalnego, ruchomego i wielowarstwowego materiału tekstylnego, który w swojej funkcji naśladuje ludzką skórę. Warstwa tekstylna jest wyposażona w czujniki, które nieustannie mierzą parametry, takie jak stężenie cząstek, zanieczyszczenie chemiczne, ciśnienie czy wilgotność.
Algorytmy oparte na sztucznej inteligencji analizują te dane z czujników i umożliwiają na przykład przewidywalne utrzymanie. W zależności od zastosowania, mogą być nałożone dwie lub więcej warstw tekstylnych, oddzielonych przegrodami.
W przestrzeniach międzywarstwowymi można na przykład zasysać lub odprowadzać powietrze. W ten sposób można usunąć cząstki pochodzące z otoczenia lub z komponentu automatyzacji. Wprowadzenie specjalnych gazów do przestrzeni między systemem umożliwia na przykład jego sterylizację. Osłonę można wymienić w ciągu około godziny i po dekontaminacji można ją ponownie wykorzystać. „2ndSCIN jest niezwykle elastyczny w konstrukcji, dzięki czemu możemy zrealizować indywidualne potrzeby. W ten sposób odpowiadamy na wiele wymagań dotyczących osłon ochronnych odpowiednich do czystych pomieszczeń, które dotychczasowe produkty nie spełniają”, wyjaśnia Udo Gommel, kierownik działu produkcji krytycznej na zanieczyszczenia w Fraunhofer IPA. On i jego zespół prezentują 2ndSCIN na Automatica.
Od wielu lat Fraunhofer IPA oferuje również procedury dotyczące emisji cząstek, odgazowania, ESD i innych wymagań. Dla badanych produktów przyznawany jest znak testowy Tested Device, o którym goście targowi również mogą uzyskać informacje na stoisku. Firmy otrzymują z raportem testowym specyficznym dla produktu i klienta potwierdzenie czystości i przydatności do czystych pomieszczeń ich systemów, urządzeń lub materiałów eksploatacyjnych. Badania obejmują środowiska produkcyjne, atmosferyczne czyste pomieszczenia, suche czyste pomieszczenia i warunki próżniowe.
Kontakt:
