الروبوتات الصناعية: أهم الأنواع وأكثر التطبيقات شيوعا
«العمل القسري» هو التعريف الحرفي للكلمة التشيكية «روبوت»، والتي ظهرت للمرة الأولى في عشرينيات القرن العشرين. ومع ذلك، لم تُدخل الروبوتات الصناعية إلى ورش إنتاج السيارات في مصانع التجميع إلا في ستينيات القرن العشرين.
من الناحية العلمية، يُعرَّف الروبوت الصناعي بأنه «مناولة متعددة الأغراض قابلة لإعادة البرمجة ويتم التحكم فيها تلقائيا، وتُبرمج على ثلاثة محاور أو أكثر، ويمكن أن تكون ثابتة أو متنقلة للاستخدام في تطبيقات الأتمتة الصناعية». لكننا في الصناعة التحويلية ننظر إلى الروبوتات الصناعية باعتبارها عمالا يمكنهم تنفيذ المهام الخطرة أو المتكررة اللازمة للعمليات الإنتاجية عالية الدقة.
انضم أول روبوت صناعي، يونيمايت، إلى خط التجميع في مصنع جنرال موتورز في بلدة إوينغ بولاية نيوجيرزي عام 1961. كان هذا شكلا آليا للقولبة بالحقن، يخفض مقابض الأبواب الساخنة وغيرها من أجزاء السيارات إلى أحواض سائل التبريد على خط الإنتاج، ثم ينقلها إلى العمال للتشطيب النهائي والتلميع.
كانت قابلية البرمجة للروبوتات الصناعية أداة إلى حد كبير تتيح استخدامها في مهام عديدة مختلفة، لكنها في الواقع لم تمنحها ذكاء. كانت تنفذ المهام الرتيبة وغير الآمنة، وتُستخدم لدقتها وقابليتها للتكرار. ونتيجة لذلك، وفقا لبيانات الاتحاد الدولي للروبوتات، تُعد صناعة السيارات منذ عام 2010 أهم مستهلك للروبوتات الصناعية.
أحدثت الروبوتات الصناعية ثورة في أماكن العمل ذات الصلة في جميع الصناعات منذ ظهورها في بيئة الإنتاج. والواقع أن نمو سوق الروبوتات الصناعية مذهل. وفقا لبعض التوقعات، ستتجاوز القيمة السوقية لهذا القطاع 66 مليار دولار بحلول عام 2027، مع معدل نمو سنوي مركب يبلغ 15,1% خلال تلك الفترة.
10 تطبيقات تاريخية شائعة للروبوتات الصناعية
- اللحام بالقوس. أصبح أمرا شائعا في ثمانينيات القرن العشرين. ومن الدوافع الرئيسية للتحول إلى اللحام الروبوتي تحسين سلامة العمال من حروق القوس واستنشاق الأبخرة الضارة.
- اللحام النقطي. يربط سطحين معدنيين متلامسين عن طريق تمرير تيار كهربائي عالي الشدة عبر النقطة، فيصهر المعدن ويكوّن لحاما يظهر خلال زمن قصير جدا (نحو 10 ملي ثانية).
- مناولة المواد. تُستخدم الأذرع الروبوتية في نقل المنتجات وتعبئتها وفرزها. كما يمكنها أتمتة المهام المرتبطة بنقل القطع من جهاز إلى آخر. وتنخفض التكاليف المباشرة للعمالة، ويُلغى جزء كبير من الأنشطة المرهقة والخطرة التي كان العمل البشري يقوم بها تقليديا.
- خدمة الآلات. الأتمتة الروبوتية لخدمة الآلات هي عملية تحميل المواد الخام للمعالجة وتفريغها، ومراقبة الجهاز أثناء قيامه بعمله.
- الطلاء. يُستخدم الطلاء الروبوتي في صناعة السيارات وفي صناعات كثيرة أخرى، لأنه يرفع جودة المنتج وثباته. كما يتحقق خفض التكاليف من خلال تقليل عمليات إعادة العمل.
- الالتقاط والتعبئة والتنضيد على منصات. تُعالج معظم المنتجات عدة مرات قبل الشحن النهائي. ويؤدي الالتقاط والتعبئة الروبوتيان إلى زيادة السرعة والدقة، كما يخفضان تكاليف الإنتاج.
- التجميع. تقوم الروبوتات بتجميع المنتجات بانتظام، فتعفي البشر من المهام المرهقة. وتزيد الروبوتات الإنتاجية وتخفض تكاليف التشغيل.
- القطع الميكانيكي والتجليخ وإزالة الحواف والتلميع. يتيح ارتفاع مرونة الروبوتات تنفيذ عمليات إنتاجية يصعب في غير ذلك أتمتتها إلى حد كبير. ومن أمثلة ذلك تصنيع الزراعات الجراحية العظمية، مثل مفاصل الركبة والورك. ويستغرق تلميع مفصل الورك يدويا عادة من 45 إلى 90 دقيقة، بينما يستطيع الروبوت تنفيذ الوظيفة نفسها في دقائق معدودة فقط.
- مواد الترابط والإحكام والرش. تُبنى روبوتات الإحكام بتكوينات عديدة من الأذرع الروبوتية، مما يتيح للجهاز وضع المادة اللاصقة على أي نوع من المنتجات. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذا التطبيق في تحسين جودة المنتج النهائي وسرعته وثباته.
- عمليات أخرى. تشمل هذه الروبوتات المخصصة للفحص والقطع بالماء المحمل بالكاشطة أو اللحام بالقصدير.
خمسة أنواع رئيسية من الروبوتات الصناعية
وفقا للاتحاد الدولي للروبوتات، توجد أكثر من خمسة أنواع من الروبوتات الصناعية، لكن أكثرها شيوعا يمكن بل ينبغي تصنيفها حسب بنيتها الميكانيكية:
- الروبوتات الديكارتية، تعمل على ثلاثة محاور خطية باستخدام نظام إحداثيات ديكارتي (X وY وZ). وهذا يعني أنها تستخدم ثلاث مفصلات منزلقة للحركة لأعلى ولأسفل، وإلى الداخل والخارج، ومن جانب إلى آخر. والروبوتات الديكارتية هي الأكثر استخداما بين الروبوتات الصناعية، وتُستخدم عادة في آلات التحكم الرقمي أو الطباعة ثلاثية الأبعاد.
- روبوتات SCARA، وهي روبوتات بذراع مفصلي انتقائي المطابقة (SCARA)، ولها مفصلان دوارانا متوازيان يوفران المرونة في المستوى. وتُستخدم روبوتات SCARA عادة في التجميع، وتتخصص في الحركات الجانبية.
- الروبوتات المفصلية، وهي روبوتات لها من مفصلين إلى عشرة مفاصل (أو أكثر)، ترتبط بالقاعدة عبر مفصل لولبي. وتشبه الذراع البشرية، وتُستخدم عادة في التعبئة والطلاء وصب المعادن وغيرها من التطبيقات الصناعية.
- روبوتات دلتا، وهي روبوتات تشبه العناكب تُستخدم على نطاق واسع في إنتاج الصناعات الغذائية والدوائية والإلكترونية، وترتبط بقاعدة مشتركة. ويُستخدم روبوت دلتا عادة في الالتقاط والوضع السريعين نظرا لدقته العالية في السرعات الكبيرة.
- الروبوتات الأسطوانية، يُعتقد أن هذه الروبوتات المدمجة مناسبة جيدا للمساحات المحدودة، ولها وصلة دوارة واحدة على الأقل للحركة الدورانية ووصلة منشورية للحركة الخطية. وتشمل التطبيقات الشائعة للروبوتات الأسطوانية التجميع البسيط والقولبة بالحقن وتحميل الآلات وتفريغها.
مستقبل الروبوتات الصناعية وتطبيقاتها
على الرغم من أن الأنواع والتطبيقات المذكورة أعلاه كانت ربما الأكثر شيوعا تاريخيا، فإن الأجهزة اليوم تهتم أقل ببنيتها الميكانيكية. فهي جامعة للبيانات. وكانت الأجيال الأولى من الروبوتات بحاجة إلى الفصل عن عالمها الخاص، بينما يمكن اليوم دمجها في القوى العاملة.
كان يُطلب من الروبوتات في السابق أداء مهام محددة للغاية، عادة في مكان ثابت. أما اليوم، فيتطور التشغيل التعاوني للروبوتات الصناعية بسرعة بفضل أجهزة استشعار آمنة للبيئة تؤثر في شكلها وطريقة عملها. وتعمل هذه الروبوتات الصناعية التعاونية، أو الكوبوتات، جنبا إلى جنب مع مشغلي المصانع، وتؤدي جزءا صغيرا فقط مما يؤديه البشر.
أتاح انتشار أجهزة الاستشعار للروبوتات أن تعمل في بيئة يتواجد فيها البشر، وأن تسجل معلومات عن محيطها. ونتيجة لذلك، يمكننا جمع البيانات في كل مرحلة من مراحل العملية الإنتاجية لتحقيق رقابة كاملة وتحليل مفصل للبيانات، من أجل اتخاذ قرارات أفضل في المستقبل.
تتيح لنا التطورات في مجال الروبوتات أيضا أن ننقل الروبوتات من المصانع ونجعلها متنقلة ومستقلة لتطبيقات جديدة تماما، مثل تجارة التجزئة. وفي عام 2019، اجتاحت الروبوتات المستقلة متاجر المواد الغذائية عندما قدمت شركة Ahold Delhaize الروبوت Badger Technologies، المصمم لتحسين عمل المتاجر. ومزود بالعديد من أجهزة الاستشعار وأنظمة الملاحة والكاميرات، يتنقل الروبوت مع الموظفين والزبائن عبر الممرات في المتاجر، ليفحص الأرضيات بحثا عن ظروف خطرة، مثل السوائل المتسربة. وفي الوقت نفسه، يتتبع الجهاز المخزون الناقص أو المُقدَّر بشكل خاطئ أو الطلبات غير المناسبة.
وفي صناعات أخرى (مثل الزراعة)، يمكن للطائرات المسيّرة أن تفحص الحقل للعثور على عيوب في المحاصيل الزراعية. ويمكنها تحليل مستوى المياه والجفاف عند تحديد نضج المنتج. وتراقب الروبوتات المتنقلة والطائرات المسيّرة خطوط أنابيب النفط والغاز وأنظمة نقل الكهرباء، عبر إجراء فحوص منتظمة والكشف عن علامات الحاجة إلى الصيانة، من أجل توجيه فرق الصيانة بكفاءة.
في جوهرها، لا تزال الروبوتات تنفذ المهام الروتينية والرتيبة والمضنية التي لا يحبها الموظفون، مع توفير بيانات لا تقدر بثمن لتحسين العمل. ومن دون أجهزة الاستشعار وغيرها من أحدث الإنجازات لم يكن ذلك ممكنا. والذكاء الاصطناعي بالطبع جزء أساسي من بناء مثل هذه الأجهزة. وسيغير الذكاء الاصطناعي قدرات الروبوتات، لكن ذلك لا يزال يحتاج إلى عقد واحد على الأقل.
في الروبوتات الصناعية يعتمد النجاح على الأسس الأسية. فهي تستفيد من المنحنيات التكنولوجية الأسية في الصناعات المرتبطة بالروبوتات لتحفيز تبنيها. ومن الصعب دفع الابتكارات التكنولوجية في صناعات كهذه، لكن عندما تتبنى التقنيات من الصناعات «الخارجية»، تصبح الإمكانات بلا حدود.
