Jo reilun vuoden ajan olemme eläneet koronapandemian aikaa. Kriisi on nostanut automaation uudelle tasolle. Cobotit eli yhteistyörobotit ja mobiilirobotit ovat pandemiassa todistaneet arvonsa.

Tutkimuslaitosten mukaan teollisuusautomaation markkinat, erityisesti robotiikka, kasvavat jatkossa 30 prosentin vuosivauhtia. Cobotit (tai yhteistyörobotit) ja autonomiset mobiilirobotit ovat avainteknologioita dramaattisten muutosten alla olevassa automaatiossa. COVID-19-pandemia on muuttanut robotiikan roolia teollisessa valmistuksessa. Tähän on useita syitä.

Ensinnäkin verkko-ostamisen nopea kasvu on johtanut massiiviseen automaation lisääntymiseen valmistuksessa. Johtavat yritykset ovat ymmärtäneet, että robottiratkaisut ovat avainasemassa sosiaalisen etäisyyden suuntaviivojen ylläpitämisessä tuotannossa. Lisäksi innovatiiviset tekniikat, kuten pilvipohjainen robotiikka ja desinfiointirobotit, jotka robotiikan alalla ovat suhteellisen uusia, ovat nopeasti saaneet vetoamisen pandemian takia. Kaiken kaikkiaan korona on muuttanut teollisuusautomaation joustavammaksi alaksi, jolla teknisiä innovaatioita palkitaan.

Teollinen automaatio on kattotermi, jota käytetään kuvaamaan yhteen kytkettyjen laitteiden järjestelmää, joka tarjoaa tehokkaamman, turvallisemman ja kustannustehokkaamman tehdasratkaisun. Tässä artikkelissa puhumme kahdesta eri laitteesta: yhteistyöroboteista ja autonomisista mobiiliroboteista.

Cobotit ovat älykkäämpiä teollisuusrobotteja. Ne ovat täynnä antureita, jotka  parantavat sen ympäristö- ja tilannetietoisuutta. Esimerkiksi useimmat cobotit käyttävät vyöhykepohjaista järjestelmää, jossa lähestyvät henkilö saa sen hidastamaan toimintanopeuttaan turvalliseksi. Tällä hetkellä cobottien markkinat kasvavat globaalisti hurjaa 44 prosentin vuosivauhtia. Eniten cobotteja on Euroopan markkinoilla. Asiantuntijat ennustavat kuitenkin, että Aasian ja Tyynenmeren alue nousee pian kärkeen verkkokaupan nopean kasvun vuoksi. Cobotin erillinen ”käsi” sallii "plug-and-play" -työlaitteet, jotka muuttavat käsivarren toimintaa ja laajuutta.

Mobiilirobottien vuotuinen kasvuprosentti on 16 ja eniten niitä on Aasian-Tyynenmeren alueella. Mobiilirobotteja käytetään laajaan valikoimaan sovelluksia aina kuormalavojen vetämisestä varastojen hallintaan. Suurin markkinamuutos molempien laitteiden joukossa on siirtyminen laitteistopohjaisesta myynnistä palvelupohjaiseen malliin. RaaS (Robots as a Service) -nimellä automaation valmistajat vuokraavat robotteja kuluttajille tietyksi ajaksi. RaaS-käyttäjät voivat päättää pitää koneet viikon, kuukauden tai vuosien ajan. Kaikki huolto-, päivitys- ja infrastruktuurimuutokset kattaa valmistaja vuokrasopimuksen kautta. RaaS vähentää robottien hankkimisen kalliita aloituskustannuksia ja lyhentää aikaa, jona investointi maksaa itsensä takaisin. RaaS-malli kehitettiin estämään robottien hankkimisen esteet pieniltä ja keskisuurilta yrityksiltä, ja malli on kasvattanut suosiotaan viime vuosina nopeasti.

Kuva 1: Markkinoiden yleiskatsaus ja tiedot robottityypeittäin.

Tässä artikkelissa esitämme, miten koronapandemia organisoi teollisuusautomaation markkinat uudelleen robotiikan suhteen. Erityisesti puhumme (1) pilvipohjaisesta robotiikasta, (2) kasvavan verkkokaupan vaikutuksista, (3) sosiaalisen etäisyyden säilyttämisestä robottien kanssa ja (4) puhdistusroboteista.

Kohti pilvipohjaista robotiikkaa

Pilvilaskennan tulo robotiikkaan ei ole vierasta. Kymmenet suuret robottiyritykset ovat kehittäneet omia pilvipohjaisia ​​järjestelmiä vuodesta 2010 asti. Pilvilaskenta, pilvitallennus ja muut Internet-tekniikat ovat tulleet mobiilirobottien markkinoille. Esimerkkinä SLAM-mappausohjelma (Simultaneous Localization and Mapping) osaa rakentaa kartan tuntemattomasta ympäristöstä ja seuraa samalla robotin omaa sijaintia. Kehittäjät ovat yhdistäneet SLAM-tekniikan, pilvi-infrastruktuurin ja mobiilirobotit pilvipohjaiseksi mobiilirobotiikaksi.

Rajoittamattomat pilvitallennusmahdollisuudet antavat mobiiliroboteille mahdollisuuden ladata tehtäviä pilvestä ja siten vähentää itse laitteen vaatimuksia. Tämä maksimoi tehokuuden ja pienentää tehonkulutuksen akkukäyttöisissä roboteissa. Mobiilirobotit ovat olleet robotiikkamarkkinoiden eturintamassa koko pandemian ajan. Ne sopivat varastoratkaisuksi useimpiin tuotantoihin.

Viime aikoina yritykset, jotka käyttävät näitä robotteja, ovat helposti voineet noudattaa sosiaalisen etäisyyden sääntöjä, kun ihmisten väliset kontaktit tehtaan lattialla katoavat. Valmistajat ovat myös täydentäneet työvoimaa mobiiliroboteilla, kun luotettavaa työvoimaa on niukasti tarjolla.

COVID-19:n jatkuvasti muuttuvissa haasteissa johtavat yritykset ovat myös ottaneet käyttöön pilvipohjaisen käyttöönoton roboteilleen. Vaikka etäkäyttöönotto onkin markkinoilla hyvin uutta, se on nykyään suosituin toimitustapa useimmille kuluttajille. Tuotantolaitokset ympäri maailmaa ovat muuttuneet yhdessä suhteessa samanlaisiksi: paikan päälle ei sallita vierailijoita. Ennen pandemiaa asennus oli intensiivinen prosessi, joka sisälsi erilaisia ​​logistisia harjoituksia molemmille osapuolille. Koska mobiilirobotit eivät tarvitse erillistä infraa, asiakkaat voivat nyt purkaa robotit laatikoistaan Skype-opastuksella. Kaikkiin tarvittaviin asennustiedostoihin ja suositeltuihin asetuksiin pääsee käsiksi pilven kautta, mikä tekee käyttöönottoprosessista helpompaa kuin koskaan. Tämä on vain yksi esimerkki siitä, kuinka pandemia tuo esiin tarpeen lisätä joustavuutta markkinoilla. Viime aikoina kuluttajat ovat alkaneet vaatia tuotannolta joustavuutta tehokkuuden maksimoimiseksi. Tämän mahdollistamiseksi pilvipohjaiset järjestelmät tekevät uudelleenkokoonpanosta helppoa. Asiakkailla on mahdollisuus uudistaa tai konfiguroida robotit sopiviksi useisiin eri sovelluksiin päivän aikana. Etäkäyttöön nihkeästi suhtautuneet olivat aluksi skeptisiä, mutta asiakkaat näyttävät kuitenkin rakastavan joustavuutta, jonka pilvipohjainen käyttöönotto mahdollistaa.

Muut robotiikkavalmistajat ovat korostaneet älykkäiden tehtaiden merkitystä viime aikoina. Erityisesti pilvipohjainen huolto ja seuranta on noussut valokeilaan. Nämä usein laitteen mukana myydyt sovellukset seuraavat jatkuvasti jokaisen robotin mekaanista tilaa ja prosessorien kuntoa reaaliajassa. Pilvipohjaiset kunnontarkastukset vähentävät seisokkeja ja lisäävät tehtaan tehokkuutta. Asiakkaat voivat nähdä robottinsa kunnon reaaliajassa diagnosoidakseen ja korjata ongelmat tarkasti ennen kuin niistä tulee merkittäviä. Kaikki nämä on konfiguroitu kätevästi yhteen hallintasovellukseen ja tietoihin pääsee käsiksi jopa älypuhelimen kautta! Lisäksi on olemassa pilvipohjaisia valvontaohjelmistoja, jotka kartoittavat robotin koko tuotantohistorian. Tämän jälkeen ohjelmisto tarjoaa käyttäjälle vinkkejä tuotantovirheiden korjaamiseen ja toiminnan optimointiin älypuhelinsovelluksen, selaimen tai työpöytäsovelluksen kautta.

Kuva 2: Pilvipalvelimen lohkokaavio. ON Semiconductorin toimittamat komponentit on korostettu vihreällä.

Automaatio muuttaa modernia tehdasta ja COVID-19 on nopeuttanut tätä prosessia. Asiakkaat ja valmistajat näkevät yhtäkkiä liikettä kohti älykkäitä tehtaita, mikä parantaa tehokkuutta ja pienentää kustannuksia. Lisäksi pilvipohjaiset järjestelmät voivat auttaa noudattamaan jopa tiukimpia sosiaalisen etäisyyden vaatimuksia etäkäytöllä ja asetuksilla. Koska nämä uudet tekniikat ja prosessit ovat vallanneet koko teollisuudenalaa, ON Semiconductor mahdollistaa automaation tarjoajien pääsyn uusimpaan robotiikan ja pilvipalvelujen tekniikkaan. ON Semiconductorin tarjoamat pilvipalveluiden piiritekniikat tuovat markkinajohtajilla työkalut, joilla vastata pandemian tuomiin haasteisiin.

Verkkokauppa kasvaa nopeasti COVID-19:n takia

Kun verkkokaupasta tulee yhä olennainen osa elämäämme, mitä se merkitsee yritysten kannalta? Vuonna 2019 verkkokaupan osuus oli noin 16 prosenttia maailmanlaajuisesta myynnistä. Suuret valmistavat yritykset ovat lisänneet robotiikkaa automaatiojärjestelmiinsä vuosikymmenien ajan pysyäkseen tasaisen kasvavan kysynnän mukana. Mikään yritys ei kuitenkaan ollut varautunut verkkomyynnin dramaattiseen kasvuun koronapandemian vuoksi.

Esimerkiksi IAM Roboticsin mukaan 10000 jälleenmyyjän verkkokauppamyynti kasvoi toukokuun viimeisellä viikolla 40 prosenttia helmikuun viimeisen viikon lukuihin verrattuna. Asiantuntijoiden mukaan kasvu on nyt tasaantumassa, mutta he eivät odota ihmisten palaavan takaisin pandemiaa edeltäviin ostotapoihin. Tehtaissa vaaditaan tiukkojen sosiaalisten etäisyyksien noudattamista. Vastatakseen näihin haasteisiin yritykset integroivat robotteja järjestelmiinsä. Onneksi robotit ovat luonnostaan ​​immuuneja viruksille, joten niiden ei tarvitse noudattaa sosiaalisia etäisyyttä koskevia sääntöjä.

Robotiikkatoimittajat ovat jo vuosikymmenen ajan lähestyneet pieniä ja keskisuuria yrityksiä. Teknologian kehittyessä pk-yritykset luottavat yhä enemmän automaation tuomaan joustavuuteen ja tehokkuuteen. Valitettavasti teollisuusrobotit vaativat isoja investointeja, raskasta infrastruktuuria ja vaativat enemmän turvallisuusratkaisuilta. Toisaalta coboteissa ja mobiiliroboteissa ei ole mitään näitä aiempien automaatiotekniikoiden rajoituksia. Niiden on tarkoitus toimia yhdessä työntekijöiden kanssa. Niiden alkuinvestoinnit ovat pienemmät RaaS-mallin ansiosta. Ne voidaan myös integroida useimpiin tiloihin ilman muutoksia infraan.

Suurin osa pk-yrityksistä on pyrkinyt pysymään pinnalla pandemian keskellä. Automaation omaavat ovat kuitenkin käyttäneet sitä tukena näinä aikoina. Yritykset, jotka ovat sisällyttäneet robotiikan tuotantolinjoihinsa, näkevät käyttöajan dramaattisesti, kokevat vähemmän jalankulkuliikennettä ja auttavat sosiaalisesti etäisyyttä manuaalisessa työssä. Roboteilla ei myöskään ole velvoitteita, jotka mahdollistavat viikonloppujen ja yövuorojen mahdollisuuden - mikä lisää yleistä tuottavuutta. Laitokset, jotka integroivat robotiikan prosesseihinsa, näkevät vähemmän ihmisiä tuotantokerroksessa ja tuottavat parempia tuottavuustuloksia pienemmillä käyttökustannuksilla.

Verkkokaupan myynnin kasvu haastoi kaikki yritykset, niin suuremmat kuin pienemmät. Lyhyellä aikavälillä yritysten oli muutettava selviytymissuunnitelmiaan. Yritykset toteuttivat lyhytaikaisia ratkaisuja: toimitusketjuja korjattiin, tuotantoprosesseja säädettiin ja siirryttiin etätyömalliin. Pandemian jälkeen menestyvät kuitenkin ne, jotka osaavat hyödyntää markkinoiden muutoksia. Yhä useammat yritykset ottavat käyttöön robotiikkaa tehtaillaan COVID-19:n seurauksena.

Automatican vuoden 2020 alussa toteuttamassa kyselyssä 80 prosenttia teollisuuden päättäjistä sanoo, että robotiikan kolme tärkeintä etua ovat:

1. Työntekijät voidaan vapauttaa vaarallisista tehtävistä.
2. Tuotanto voidaan muuntaa nopeasti uusiksi tehtäviksi robottien avulla.
3. Tuotantokustannuksia voidaan vähentää.

Ja samassa tutkimuksessa yritykset kertoivat suunnitelmistaan lisätä automaation käyttöä:

• 84 prosenttia päättäjistä odottaa robottiautomaation lisäätyvät saksalaisissa pk-yrityksissä
• 77 prosenttia päätöksentekijöistä luottaa mobiilirobotiikkaan tekniikkana, joka mullistaa tuotannon nopeasti
• 76 prosenttia pk-yritysten työntekijöistä haluaa robotiikkakoulutusta

Tulokset osoittavat kiistatta, että teollisuus haluaa lisätä automaatiota tuotannossa. ON Semiconductor toivottaa muutoksen tervetulleeksi. Yhtiö tarjoaa kattavan valikoiman älykkäitä tehomoduuleja (IPM), jotka sopivat kaikkiin teollisiin käyttölaitteisiin. ON Semiconductorin IPM-tuotevalikoima kattaa tehoalueen 50 watista 7,5 kilowattiin. Tämä saavutetaan useilla erikokoisilla kotelotyypeillä ja tekniikoilla.

IPM-moduulien lisäksi ON Semiconductor esitteli hiljattain TM-PIM-moduulit (Transfer-Molded Power Integrated Modules). Geelitäytteisiin moduuleihin verrattuna TM-PIM:llä saadaan parempi hyötysuhde, 3x enemmän tehojaksoja ja 10 kertaa parempi jäähdytys, mikä johtaa korkeaan kestävyyteen ja markkinoiden parhaaseen luotettavuuteen. ON Semiconductorsin TM-PIM-moduulien nimellisjännite on 1200 V (25-50A) ja siihen saa esimerkiksi CIB-option (muunnin – invertteri – katkoja). TM-PIM sopii hyvin yhteistyörobotteihin kompaktin koon, korkean luotettavuuden ja paranneltujen turvaominaisuuksien ansiosta. Katso esimerkki täältä.

Kuva 3: Cobotin moottorinohjauksen korkea tason lohkokaavio älykkäällä tehomoduulilla (IPM, Intelligent Power Module) varustettuna. ON Semiconductorin komponentit korostettu vihreällä.

Sosiaalinen etäisyys robottien avulla

Yhteistyö- ja mobiilirobotit ovat löytäneet oman paikkansa COVID-työkalujen valikoimassa. Robotiikan avulla tehtaiden tuotantolinjoilla voidaan täyttää sosiaalisen etäisyyden vaatimukset. Ennen pandemiaa pienet ja keskisuuret yritykset asensivat robotteja linjoilleen tuotantokustannusten tasaamiseksi ja turvallisemman työympäristön luomiseksi. Nyt robotit tuovat uuden edun - etäisyyden. Valmistavassa teollisuudessa on huomatta, että työntekijöiden välinen etäisyys tuotantolinjoilla ei noudata kansanterveysviranomaisten asettamia vaatimuksia. Yritykset voivat optimoida tuotantolinjoja integroimalla cobotteja prosesseihinsa. Lisäksi nämä robotit voidaan konfiguroida nopeuttamaan "korkean kysynnän" hyödykkeiden, kuten hengityskoneiden, kasvosuojaimien ja lääkkeiden valmistusta. Cobotit antavat valmistajille mahdollisuuden vastata kuluttajien vaatimuksiin ja samalla tekemään työskentelystä turvallisempaa.

Tehtaanjohtajien pitää nyt desinfioida usein kosketetut pinnat. Samalla heidän on pakko toimittaa tuotteita myyntiin ennennäkemättömällä nopeudella. Tämä on saanut johtavat yritykset miettimään uudelleen, miten tuotanto järjestetään. Asiantuntijat näkevät, että komponenttien ja tuotteiden automatisoitu robottikeräily vähentää kosketusten määrää. Automaattivarastot ja keruujärjestelmät nähdäänkin yhdeksi nopeimmin kasvavista automaatiostrategioista seuraavan vuosikymmenen aikana. Tämä varastonhallinnan muoto säästää työvoimaa, mutta myös mobiilirobotteihin yhdistettynä eliminoi työstä ison osan kosketuksia. Yhtä tehtaan säilytyslaatikkoa voidaan käsitellä viisitoista kertaa päivässä, joten mobiilirobottiratkaisut ovat avain turvallisuuteen. Vaikka COVID ei välttämättä aja robottivarastojen ja mobiilirobottien integrointia, parantunut hygienia on aina lisäetu.

ON Semiconductor on antanut valmistajille mahdollisuuden innovoida tuotantotilojaan jo vuosikymmenien ajan. Yritys tarjoaa laajan valikoiman huipputeknologioita teollisuusratkaisuille. Esimerkiksi keskijännitealueen mosfettien Trench 6 -sukupolvi on keskeinen tekniikka autonomisissa mobiiliroboteissa. On Semin tehoratkaisut ovat luokkansa nopeimpia kytkentäajaltaan, pienimpiä tehohäviöiltään ja ne ovat tarjolla pieninä koteloina. Lisäksi ON Semiconductor mahdollistaa täysin räätälöidyt ratkaisu, jotka voidaan toteuttaa laajasta IC-valikoimasta. Mobiilirobotit varustetaan tyypillisesti erittäin integroiduilla siruilla, joissa on useita suojauksia, kuten ylijännite-, ylivirta-, ylilämpötila-, oikosulku-, pysähtyminen- ja alijännitesuojaukset. Lisätietoja ON Semiconductorin MOSFETeista löytyy täältä.

Kuva 4: Autonomisen mobiilirobotin korkean tason lohkokaavio. ON Semiconductorin komponentit korostettu vihreällä.

Desinfioivat robotit

Roboteilla on ollut erittäin tärkeä rooli COVIDin torjunnassa. Kuten edellä mainittiin, cobotteja käytetään nopeuttamaan hengityskoneiden tuotantoa tehohoitoyksikköihin. Samanaikaisesti autonomiset mobiilirobotit nousevat esiin desinfioivina robotteina. Nämä mobiilirobotit varustetaan usein UV-valolla tai desinfioivalla suihkeella tietyn alueen desinfioimiseksi. Robotti pystyy liikkumaan useimpien esteiden ympäri ja desinfioimaan 99,99 prosenttia viruksesta, joka aiheuttaa COVID-19-tartunnan alle viidessä minuutissa.

Esimerkiksi San Diegon piirikunnassa lisäsiä kaksi robottia vahvuuteensa. Robotit puhdistavat yhteensä 30 tilaa ja voivat desinfioida leikkaussalin 12 minuutissa (työntekijällä se vie aikaa 90 minuuttia). Tällaisilla roboteilla on ollut suuri kysyntä viime vuoden helmikuusta lähtien. Robottivalmistajien myynti on kasvanut 60 prosenttia vuoden aikana. Lisäksi UV-valon toimittajien myynti on kasvanut 700 prosenttia. Yliopistot eri puolilla maata ovat myös kehittäneet mobiilirobotteja, jotka osaavat avata laatikoita ja desinfioida pieniä tiloja, kuten toimistoja ja laboratorioita.

Kaiken kaikkiaan COVID-19 on saanut teollisuusautomaation markkinat suosimaan teknisiä innovaatioita ja joustavuuden kasvattamista. Roboteilla on ollut tärkeä rooli riskitekijöiden lieventämisessä, joita valmistajat kohtaavat COVID-19-pandemian keskellä. Mobiilirobotit tarjoavat desinfiointipalveluja tärkeille tiloille, kuten laboratorioille, lentokentille ja kouluille. Lisäksi yhteistyörobotit lisäävät tuotantolinjoilla työvoimaa ja parantavat samalla tehokkuutta, jotta yritykset voivat vastata ennätykselliseen verkkomyynnin kasvuun. Lisäksi teollisuuden automaatiotekniikat takaavat kriittiset toimitusketjut tuotteille, kuten henkilönsuojaimet, hengityskoneet ja lääkkeet. Coboteilla voidaan jopa lyhentää testiaikoja COVID-19-pikatestikeskuksissa.

Robotiikkavalmistajat ovat onnistuneet selviytymään pandemian yli sopeutumalla pandemian aiheuttamaan teknologiseen, taloudelliseen ja sosiaaliseen paineeseen. Yritykset, jotka hyödyntävät näitä muutoksia, nousevat markkinajohtajiksi. ON Semiconductor tukee automaation kasvattamista ja mahdollistaa sen, että innovaattoreilla on käytössään räätälöitävä teho, anturitekniikat ja muut edistyneet ratkaisut, joita robotiikkasovellusten kehittäminen vaatii.