Transamees saab kaaslase – Boxbot hakkab tootmises kaste vedama

Filme ja videoklippe robotitest, mis vilkalt mõnes laos kaupa veavad ja üksteisele teed annavad, oleme juba näinud. Kas Tehnikaülikoolis arendatakse ühele Tallinna toiduainetööstuse ettevõttele midagi sarnast? Lähemalt uurides on TalTechi ja Kulinaaria OÜ ühiselt arendatav robotilahendus Boxbot siiski keerulisem. Kirjutab Kaido Einama.

Keerulisus tähendab seda, et Boxbot ei saa sõita uhkes üksinduses spetsiaalsel märgistatud põrandal, kus ei ole peale teiste etteprogrammeeritud liikumisteedega robotite muid takistusi. Kulinaaria OÜ lahenduses peab robot hakkama saama inimeste keskel, mis on masina jaoks kõige suurem väljakutse. Inimene ei ole ettearvatav ja temaga koos töötades tuleb arvestada paljude ohutusabinõudega. Samas aitab paindlik lahendus inimeste ja masinate koostöös tootmist paremini planeerida kui mõni äärmus – kas ainult inimeste või ainult masinatega tegutsedes.

Tootmise robotiseerimist kujutatakse tavaliselt ette tootmisliinidena, mille taga inimesi enam ei ole ja masinad liigutavad ning panevad tooteid kokku iseseisvalt. Kui toode valmis, tuleb transamees ja tõstab selle tootmisliinilt kasti. Nutikas tootmises ei pea inimene aga enam tüütu kastiveoga tegelema – selle saab usaldada hoopis robotitele ning ise midagi huvitavamat ja keerulisemat teha.

„Robot on mõeldud tulevikutehases transpordi ja logistika optimeerimiseks ja robotiseerimiseks,“ selgitab TalTechi mehaanika ja tööstustehnika instituudi direktor Kristo Karjust. „Lahendus aitab nii komponente kui valmistooteid transportida siseruumides ühest tootmisprotsessist teise võimalikult optimaalsete liikumistrajektooridega.“

Ettevõttes Kulinaaria OÜ, kus tehakse päevas väga palju erinevaid tooteid, mille sortiment vahetub kiiresti, otsiti just sellist lahendust, mis aitaks kaste paremini transportida ning tööjõudu mõistlikumalt ära kasutada. Kulinaaria OÜ uues tootmishoones tuleb transportida ligi kolm korda rohkem kaste ja valida on, kas võtta nende jaoks tööle palju lisatööjõudu või tootmist optimeerida.

„TalTechi abil arvestatakse juba tootmishoone ehitamisel sellega, et ruumides hakkavad liikuma nii inimesed kui robotid,“ lisab Kristo Karjust. Tema sõnul on mobiilsete robotsõidukite paigutamisel vaja jälgida inimeste ja masinate liikumisteid ning organiseerida töö nii, et need üksteist ei segaks.

Mobiilse tootmislogistika robotilahenduses teeb tootja ehk Kulinaaria OÜ koostööd TalTechiga, ühises projektis kasutab ülikool ära oma teadmisi Iseauto arendamisest ja tootmise logistika planeerimisest. Siselogistika jaoks on roboti eesmärk suurendada tootlikkust ning vähendada maksumust.

Selleks, et masin keskkonnas orienteeruks, on vaja pildituvastust, masinõpet ja sensoreid, mis ümbrust tunneksid.

Kulinaaria OÜ vajas roboteid, mis oleksid väikeste mõõtmetega. Prototüüp ongi selline, mis mahub parajasti ühe standardmõõtmetes kastivirna alla. Toiduainetööstuses kasutatakse tootmises standardmõõtmetega toidukaste suurusega 600 x 400 mm, mis aitab logistikat paremini korraldada.

Robotit peab saama juhtida käsitsi – selleks on pult, millega võib masinat kangist juhtides liigutada nagu mudelautot. Samas peab masin tootmises punktist A punkti B liikudes ka ise hakkama saama.

Nägemiseks on robotil neli 120-kraadist LIDARit ehk laserskannerit, mis joonistavad ümbrusest 3D-pildi. Kaamera ja salvestatud kaart aitavad täiendavalt oma asukohta kindlaks määrata ja liikumist tuvastada.

Standardkastide veoks tehtud robot on küll disainitud toiduainetööstuse jaoks, nii nagu Kulinaaria OÜ tellis, aga seda on muidugi võimalik kasutada ka mujal, kus kaste liigutatakse. Roboti koormaks võib olla 25–30 kg ja seda suudab liikur vedada kiirusega kuni 2 m/s. See teeb kulinaariatööstuses 8–10 kasti virnas. Lähiaja arenduseesmärk on suurendada kandevõimet 80 kilogrammini, et muuta robot efektiivsemaks.

„Robotid on inimesest kiiremad ja täpsemad,“ põhjendab TalTechi laborit juhtiv insener Tõnis Raamets nende kasulikkust. „Masina efektiivsus sõltub muidugi sellest, kus robotit kasutatakse,“ lisab ta. Kaubavedu tootmishoones väärtust juurde ei too, seega on mõistlik see tegevus automatiseerida ja teha efektiivsemaks, kui näiteks täiesti inimeste tööjõudu kasutades. Lisaks on võimalik masinaid kasutades tootmist täpsemalt planeerida ja kulusid arvestada.

Kasu võiks sellest tekkida tootmises 3,5 aasta jooksul.

Ei maksa siiski karta, et inimesed nüüd logistikast täitsa ära kaovad. Boxbot on ikkagi loodud inimesega koos töötamiseks ja tootlikkuse suurendamiseks, mitte kogu logistika osa inimestest vabastamiseks. Töötajatele jääb „targem“ töö ja esialgu näiteks ka kastide tõstmine. Kõige rohkem on automatiseerimist praegu autotööstuses, kuid isegi seal on veel kohti, kus peab midagi käsitsi tegema.

Praegu on väljakutseks tootmise paindlikkus – Kulinaaria OÜ-l on näiteks vaja erinevate salatite ja muude kulinaariatoodetega kiiresti tootmist ümber seadistada päevas lausa mitu korda. Küsimus on selles, kui paindlik oleks siin robotilahendus.

Kõige olulisem ongi paindlikkuse juures tasakaal inimese ja roboti kasutamise vahel. Teha tuleb tasuvusarvutusi, mis on igas etapis kauba liigutamisel kõige mõistlikum: kas konveier, inimene või robot? Tootmises kasutatakse kõiki variante, aga proportsioonid, kus mida või keda kasutada, tuleb välja arvutada. Ülikoolist saab siin abi ja teadlased aitavad vastavalt tootmist optimeerida, arendatava robotiga saab veelgi paindlikuma logistikalahenduse. Tootmise analüüs ütleb, kus on pudelikaelad ja kuhu oleks mõistlik paigutada logistikarobot. Automatiseerida on küll mõtet, kuid mitte lõputult, mingist hetkest läheb see liiga kalliks ja mõistlik on kasutada ka inimesi.

Kui võrrelda Boxboti näiteks efektsete Amazoni logistikarobotitega, mida oleme Internetist mõnest videost näinud, siis Boxbot on tunduvalt keerulisem. Amazonis on loodud masinatele kinnine keskkond, kus põrandad on märgustatud, inimesi ei ole ja robotitel on lihtne liikuda. Boxbot aga liigub koos inimestega keerulisemas keskkonnas, kus on takistused. Inimene on roboti jaoks segav faktor, inimesele ei tohi otsa sõita ja kui teele satub takistus, peab kiiresti otsustama, mida edasi teha. Robot ei tohi seisma ja pikalt „mõtlema“ jääda.

Praegu tõstab inimene kastid roboti selga virna, seega inimtööd on veel küll. Järgmisena saaks ka kastide tõstmise robotiseerida, aga alles siis, kui see on mõistlikum lahendus.

Tõnis Raamets lisab roboti tehnilisi näitajaid kommenteerides: „Kuigi prototüüp töötab praegu akult 6 tundi, on seda vähem kui keskmine tööpäev. Arendusel on aku tööea pikendamine 8–10 tunnini. See ei ole aga praegugi probleem, sest robot on kasutusel ligi 50% tööajast ja ei peagi kaheksat tundi välja vedama.“

Tootmise logistikasse astub robot Boxbot

• Boxboti transporditavaks koormaks on standardkastid toiduainetööstuses (tüüp B2, B4)
• Kastidesse võib panna nii tahkeid aineid kui vedelikke, pulbreid, pakke, pakendatud toodangut jne
• Päevas liigub tootmises ligi 5000 B2 suuruses kasti
• Kulinaaria uue tehase käivitamisega suureneb liigutatavate kastide arv kolm korda (15 000 kasti päevas)

Küsimus insenerile: Kas peaks juurde võtma transporditöölisi või saaks teatud lõikudel asendada inimtööjõu transpordirobotitega?

Võimalus ülikoolile: TalTech saab tootmise logistikaroboti arendamisel luua arendusplatvormi, kus on masinnägemise, tehisintellekti, tootmise planeerimise ja ennustuse mudelid, mida täiendada ja kohandada erinevate olukordade jaoks.

Mobiilse roboti Boxbot tehnilised andmed

Pikkus 700 mm, laius 340 mm, kõrgus 220 mm

Kliirens (põhja kõrgus põrandast) 40 mm

Rattad: mitmesuunalised, võimaldavad robotil pöörata ka kohapeal ja liikuda külgsuunas

Liikumiskiirus: kuni 2 m/s

Kandevõime: vähemalt 25 kg

Tööaeg akult: Vähemalt 6 tundi

Ohutus: hädapidur ja valgussignaal töötajate ohutuseks, masinnägemine inimeste tuvastamiseks

Navigeerimine: 2D-kaamera ja neli LIDARit ümbruse kaardistamiseks

Ühendus: juhtmevaba andmeside tootmise serveritega

Kulinaaria OÜ juht Andres Heinver: TalTechi robotilahendus on kui rätsepaülikond, mis arvestab meie eripäraga

Kas olete ka mujalt selliseid lahendusi uurinud ja kui jah, siis miks otsustasite just Tehnikaülikooliga koostöös uut prototüüpi ja lahendust proovima hakata?

Kuna hindame kõrgelt tootmise ja teaduse koostööd, siis uue tootmishoone rajamisel ja optimaalsete tootmislogistiliste lahenduste leidmisel kasutasime TalTechi tootmislogistikute abi juba tootmishoone projekteerimise faasis, et välja selgitada, kuidas ja millega on parim lahendus ettevõttesiseselt oma materjale teisaldada.

Kuna TalTech oli samal ajal arendamas ja katsetamas oma tootmisroboteid, siis koostöös tunduski toreda plaanina neid katsetusi läbi viia meie ettevõttes. Tulemused näitavad, kuidas me edasi toimetama hakkame. Projekti mõte tundus kõigile osapooltele hea ja huvitav ning antud projekti teeme Euroopa teadusuuringute raames.

Samas teame, et analoogseid tööstusroboteid pakuvad mitmed ettevõtted nii Eestis, Põhjamaades kui ka Lääne-Euroopas. Pärast koostöö alustamist TalTechiga oleme nii mõnegagi kohtunud.

Mille poolest on Tehnikaülikooli tööstusroboti lahendus unikaalne ja mida see ettevõttele logistika lahendamiseks pakub?

TalTechi robotilahendus on nagu rätsepaülikond, mis arvestab just konkreetse tootmise eripärasid (materjalid, inimesed).

Kas olete teinud ka arvutusi, kui palju üks (või mitu) robotit aitavad tootmises kokku hoida? Kui suur on kokkuhoid ja milles ettevõtte kasu seisneb?

Meiesugusele ettevõttele on optimaalne kolm väiksemat robotit. Kas ja millal me need kasutusele võtame, näitab juba tulevik.

Millistes olukordades on mõistlik kasutada inimest ja robotit koos, millistes aga ainult robotit ja millistes olukordades oleks inimene asendamatu (transpordirobotist lähtudes)?

Tõsi on see, et transpordirobotid suudavad suurepäraselt asendada inimesi ja materjalid ühest kohast teise toimetada. Robotile on toeks vaja ERP-süsteemi, et see teaks, kust ja mida ning mis hetkel on vaja teisaldada.