İnsan-robot işbirliğinde seviyeler ve risk değerlendirmesi

İnsan ve robotun birbiriyle uyumlu ve birbirini tamamlayıcı bir şekilde çalışma prensibine dayanan MRC konsepti ile birlikte, en zorlu görevler en etkin ve maliyeti düşük bir şekilde gerçekleşme fırsatı buluyor.

A+ A-

Staubli

Endüstri 4.0 ile daha çok yaygınlaşan robot teknolojisi, üretim süreçlerine yapmış olduğu katkı sebebiyle artan bir taleple birçok segmentte rağbet görmeye devam ediyor. Bu kapsamda insan-robot işbirliği (MRC-man-robot collaboration); iş süreçlerinin daha esnek ve katma değer yaratımına açık olmasını sağlayarak, kaliteyi artıran ve üretim hacmini güvenli bir şekilde genişleten bir çarpan olarak ortaya çıkıyor.
İnsan-robot işbirliğinde insan, üretim sürecini planlayarak kontrol ediyor ve robotlar bu planlama sonucunda gerek duyulan fiziksel aktiviteleri gerçekleştiriyor. İki tarafın da birbiriyle uyumlu ve birbirini tamamlayıcı bir şekilde çalışma prensibine dayanan MRC (insan-robot işbirliği) konsepti ile birlikte, en zorlu görevler en etkin ve maliyeti düşük bir şekilde gerçekleşme fırsatı buluyor.

Risk değerlendirmesi olmazsa olmazdır
Endüstriyel üretimde, Dördüncü Sanayi Devrimi ile birlikte var olan ürünlerin hem üretim süreci ve içeriği, hem de sunuluş şekli değişti ve gelişti. Yüksek teknolojiler süreçlere entegre edilerek inovatif çözümler elde edilmeye başlandı. İnsan-robot işbirliği kapsamında yer alan robotlar, ‘cobot’ (kolaboratif) olarak adlandırıldı ve işgücü içinde çalışanlar tarafından asistan niteliğinde görev edinmeye başladı.
Robotların üretim sürecine katılması ve kolay entegre edilebilmesi sayesinde, iletişim yetenekleri üretim süreçlerini daha şeffaf ve verimli hale getirmeye başladı. Öyle ki; kullanıcılar artık, akıllı telefon veya tablet aracılığıyla robotlarının performansını uzaktan izleme fırsatı yakalayabiliyorlar. Bu da gösteriyor ki; üretim süreçlerinde robot kullanımı insan faktörünün önemini azaltmamakta, aksine insan-robot işbirliği doğrultusunda artan bir verimlilik ortaya çıkmaktadır.
Yazının devamında detaylı olarak incelenecek insan-robot işbirliği seviyesi arttıkça, doğası gereği robotların yavaşlaması sonucunda üretim kapasitesinden ferâgat edilmesi gerekir. Ayrıca, ISO/TS 15066 Standardı’na göre risk değerlendirme hususu çok daha kritik hale gelir. Söz konusu standarda göre, risk değerlendirmesi sadece robot sistemini değil, aşağıdaki hususları da kapsar:
1- Robot hücresi yönetimi (keskin kenarların saptanması vs.), çevre birimlerin kontrolü (keskin köşelerin belirlenmesi vs.).
2- Bilgilerin robota gönderildiğinden emin olmak için sanal çitlerin gerekli güvenlik düzeyinin doğrulanması.
3- İnsan ile herhangi bir temastan önce robotun durmasını sağlamak için mesafenin hesaplanması.
4- Herhangi bir parçanın fırlamamasını garanti etmek için tutucunun yönetimi.
Risk değerlendirme yöntemleri olan PL değerlendirme (Standart 13849-1) ve SIL (Standart 62061) aşağıdaki kriterleri baz alır:
1- Bu riskin sebep olduğu yaralanmanın ciddiyeti (çizilme, ilk yardım, eklem/kemik kırığı, ağır yaralanma, ölüm vb.).
2- Mâruz kalma sıklığı (nadiren, sıklıkla vb.).
3- Bu riskten kaçınma ihtimali (olası, nadir, imkânsız vb.).
4- Oluşma ihtimali.
Sistemi kuran tedarikçi, sistem tasarımı ve sistem içerisinde kullandığı komponentlerin yukarıda bahsedilen risk değerlendirmesi sonucu belirlenen güvenlik seviyesi (SIL/PL) ile uyumlu olduğunu kanıtlamak zorundadır. Bu kapsamda, üretim sürecinde paylaşılan çalışma alanlarını; robotun çalışma alanı, operatörün çalışma alanı ve ortak çalışma alanı olarak 3 kategoride değerlendirebiliriz. 5 seviyede tanımlanan MRC (insan-robot işbirliği), operatör ve robotun üretim akışı esnasında uyumlu ve birbirini tamamlayıcı bir şekilde konum almasını esas alıyor.

Tüm MRC seviyeleri için tek bir robot
MRC Seviye 1:
MRC Seviye 1’de, operatör ve robotu ayıran sabit bir koruma bulunmaktadır ve işlem robot tarafından gerçekleştirilir. Robotların tüm yüksek performans özellikleri (hız, rijitlik, tekrarlanabilirlik vb.) tamamen kullanılabilir. Parça fırlama kaynaklı risk oluşmaz, güvenlik parametreleri çok kolay programlanır. Üretkenlik bu seviyede en yüksek düzeydedir, risk değerlendirmesi kolaydır.

MRC Seviye 2:
MRC Seviye 2’de, operatör ve robotu ayıran sanal güvenlik çitleri vardır ve çalışma alanı nadiren ortak kullanılabilir (sanal güvenlik çiti). Süreç robot tarafından gerçekleştirilir. Robot, operatörle olabilecek herhangi bir temastan önce durur. Operatör çalışma alanına nadiren girer (titreşimli çanak besleyici dolumu, palet veya konteyner değişimi, bir paletin çıkarılması, besleyicinin yüklenmesi, üretimin sonunda vb.). Üretkenlik Seviye 1’e yakın düzeyde ve yüksektir ama operatörün çalışma alanına giriş sıklığına bağlı olarak düşer. Risk değerlendirmesi; sanal çitin güvenlik seviyesinin doğrulanmasını, robotun insanla kontağı öncesinde duruşunu garanti edecek mesafe hesabını ve parça savrulmasını önleyecek şekilde tutucu yönetimini içerir.

MRC Seviye 3:
MRC Seviye 3’te de, operatör ve robotu ayıran sanal güvenlik çitleri mevcuttur; ancak çalışma alanı düzenli olarak paylaşılır (sanal çit). Robot ve operatör süreci ortaklaşa gerçekleştirmede yer almaktadır. Operatör, üretim sırasında bölgeye düzenli olarak girer (kontrol amaçlı ya da yüklemeden önce bileşenlerin hazırlanması vb.). Operatör, robot başka bir bölgede çalışırken parça üstünde montaj gerçekleştirebilir. Operatör yaklaşırken, robot bazı bölgelerde düşük hızda çalışmaya devam edebilir (güvenli hız); ancak operatörle mümkün olan herhangi bir temastan önce robot durur. Üretkenlik kolaborasyon seviyesi arttığı için Seviye 2’ye göre düşer. Risk değerlendirmesi Seviye 2 ile aynıdır.

MRC Seviye 4:
MRC Seviye 4’te, robot ve operatör, proses gerçekleştirmede (kontrol, makinaya yüklenmeden önce bileşenlerin hazırlanması vb.) birlikte yer alır. Operatör ve robot aynı zamanda ve aynı alanda çalışır, arada ayraç (sanal çit vb.) yoktur. Operatör, çalışma alanını robot ile paylaşır. Robot, operatörle temas ettiğinde durur; ancak bu uygulama için temasa gerek yoktur. Prosesi gerçekleştirmek için robot ve operatörün birbirine ihtiyacı yoktur. Uygulama örnekleri: Kolaboratif montaj (örneğin; robot iş parçalarını hazırlar), makina yükleme (operatör parçaları hazırlar/ robot yüklemeyi yapar) vb. Üretkenlik çok düşüktür. Risk değerlendirmesi Seviye 2 ve 3’e ek olarak; tutucu ve çevre birimlerin çarpışması, parça ve hücre arası çarpışma, parça ve tutucu arası çarpışma, tutucu veya parçaya karşı şok, tutucu veya hücrenin tüm elemanlarının kesici olması hususlarını kapsar.

MRC Seviye 5:
MRC Seviye 5’te ise, operatör ve robot görevi birlikte gerçekleştirir ve robot operatör tarafından yönlendirilir. Operatör robotla sürekli temas halinde çalışır. Montaj yardımı gibi işlemlerde kullanılabilir. Üretkenlik en düşük düzeydedir. Risk değerlendirmesi Seviye 4’teki hususları kapsar.

Stäubli, en akılcı çözümleri sunuyor
Stäubli bu kapsamda 125 yılı aşkın deneyimi ile birlikte robotik dünyada ihtiyaçlara yönelik en akılcı çözümleri sunmaya devam ediyor. Müşterinin ihtiyacına göre ürün yelpazesini konumlandırarak, performans ve kolaborasyon arasında seçim yapılmasına gerek kalmadan, güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde iş akışını kolaylaştırmayı ana hedef olarak kendine misyon ediniyor.
Stäubli TX2 robotları, güvenli fren testi (safety brake test), safe speed, safe stop, safe zone ve safe tool güvenlik fonksiyonları, dijital enkoderler, kol güvenlik kartı, güvenli sürücüler ve kontrolör güvenlik kartı donanımlarıyla garanti ettiği en üst düzey SIL3-PLe güvenlik seviyesinde, ‘Tüm MRC Seviyeleri İçin Tek Bir Robot’ sloganı ile en yüksek güvenlik ve performansı bir araya getirerek, yukarıda bahsedilen 5 insan-robot işbirliği (MRC) seviyelerinde de kullanılabilir. Buna ek olarak; Stäubli TX2 robotları, geleneksel olarak endüstriye sunduğu daha yüksek üretkenlik ve sistem kullanılabilirliği (daha güvenli bir tasarım, daha kolay temizlik için eklemler arasında daha fazla yer, bakım için kolay erişim vb.) vaad ederek, daha düşük bakım maliyetleri (tamamen kapalı korumalı kol yapısı, son derece dayanıklı mekanik yapı) ile daha etkin üretim yapılmasına olanak sağlıyor.