חדשות ואירועים

במאמר מתוארת מערכת כיול שבה מיושמים עקרונות של תעשייה 4.0 שכוללים שימוש ברובוט לביצוע פעולת כיול שמחליפה פעולה ידנית ומיעלת בצורה משמעותית את תהליך הכיול. במקרה שלפנינו הליקוט נועד לשרת רובוט מתוחכם המבצע כיול של מכשירי מדידה. הפתרון שגובש ממחיש את החשיבות של מתן דגש על אופטימיזציה של הממשק בין האדם למכונה.

זמן לא רב לאחר אותו תהליך איבחוני שתואר במאמר " מקרה בוחן – בעיית ליקוט ואחסון יעיל ואפקטיבי" שפורסם באתר המכון לייצור מתקדם, נקראתי לסייע לחברת מ.ב.א טכנולוגיות כיול בע"מ מקיבוץ הזורע בתהליך פיתוח של מוצר רובוטי חדשני.

מ.ב.א היא מפעל לכיול מכשירי מדידה למגוון רחב מאוד של יישומים. בין היתר, היא מכיילת מדי שנה אלפים רבים של מכשירי מדידה הנקראים "פיפטורים", אשר משמשים בעיקר בתחומי הרפואה, מדעי החיים והכימיה. למעשה, מדובר במכשיר הדומה בפעולתו למזרק, השואב ומוציא כמות מדויקת מאוד, וניתנת לכוונון, של נוזל. על מנת לשמור על ניקיון המכשיר, השאיבה עצמה מבוצעת בעזרת טיפ פלסטיק חד-פעמי שקוף, המחובר בקצה המכשיר, כפי שניתן לראות בתמונה.

תמונה של פיפטור, וטיפים שונים, לכל מארז של טיפים צבע שונה.

הפיפטור הינו מוצר מכני או אלקטרו-מכני עדין ומורכב, וכדי לשמור על דיוקו יש צורך לכיילו מעת לעת. הכיול, המתבצע בהתאם לתקן הבינלאומי, דורש דיוק קפדני בתנאים מחמירים ביותר. כמו כן, במסגרת הכיול, יש צורך לחזור על המדידה כ-30 פעם, תוך החלפה של הטיפ החד-פעמי כל חמש מדידות ושינוי הכמות הנמדדת אחת לעשר מדידות. כיום, תהליך זה מתבצע באופן ידני הדורש מיומנות גבוהה ואורך בין 20 ל-40 דקות לכיול פיפטור בודד.

האתגר של כל התעשייה: אוטומציה של תהליך הכיול

זה יותר משלושים שנה שחברות ואוניברסיטאות שונות מנסות לבצע אוטומציה של התהליך, נרשמו בנושא לא מעט פטנטים ונבנו אבות-טיפוס, אבל עד היום לא קיים בעולם, למיטב ידיעתנו, מכשיר רובוטי המסוגל לבצע כיול כזה בהתאם לדרישות התקן.  גם בחברת מ.ב.א חיפשו לרכוש מכשיר כזה, אך לא מצאו.

אחרי התחבטות ומחשבה החליטו בחברה לפתח מכשיר כזה בעצמם, ולא רק לשימושם העצמי אלא עבור כלל תעשיית הכיול בעולם. אחת מנקודות המוצא היתה כי אין צורך מהותי לבצע אוטומציה לכל שלבי הכיול. אי לכך, המכשיר שפותח מבצע באופן רובוטי את המדידה והחלפת הטיפים, אבל לא מבצע את פעולת שינוי הכמות. מדוע? כיוון ששינוי הכמות הוא עניין פשוט ומהיר מאוד לביצוע לכל אדם סביר, ומנגד, מאחר שהמנגנונים האחראים לשינוי הכמות הינם שונים במעט בסוגים שונים של פיפטורים, יהיה זה קשה ומורכב מאוד לבצע לכך אוטומציה.

הפתרון שפותח מבצע 10 סבבי מדידה ל-50 פיפטורים, כשלאחר כל סבב כזה של 500 מדידות בסך הכול, מגיע מפעיל אנושי ובתוך דקות ספורות משנה את המידות לכל 50 הפיפטורים, ומפעיל את המכונה לסבב נוסף. כלומר, המכונה אמנם אינה אוטומטית לחלוטין, אבל היא חוסכת כ-90% בעלות כוח האדם, כמו גם שרמת המיומנות הנדרשת מהמפעיל נמוכה כעת בהרבה.

ליקוט הטיפים

כיצד משתלב הפיתוח של מערך הליקוט שתואר במאמר "מקרה בוחן – בעיית ליקוט ואחסון יעיל ואפקטיבי"? כאמור, אחת ל-5 מדידות יש להחליף את הטיפ החד-פעמי. לכל סוג של פיפטור יש טיפ מסוג שונה, והם מגיעים במחסניות שונות (בתמונת הפיפטור ניתן לראות ברקע מספר מחסניות פיפטורים: צהובה, כחולה ואדומה). אם בכל סבב של המכונה צריך לבצע, כאמור, כ-100 החלפות של טיפים, הרי שעשויים להיות עשרות סוגים שונים של טיפים – ונדרש פתרון חכם על-מנת לאחסן את הטיפים האלה ולאפשר את השימוש בהם.

לאחר לא מעט התלבטויות, ולאור הרעיונות שתוארו במאמר " מקרה בוחן – בעיית ליקוט ואחסון יעיל ואפקטיבי", תוכנן, כחלק אינטגרלי מהמכונה, מחסן טיפים, המבוסס בדיוק על אותם עקרונות שפירטתי במקרה הקודם, אבל הפעם, במקום מלקטת ישנו רובוט:

1. מערך הבנוי בצורה קשתית, מתוך כוונה לנצל בצורה הטובה ביותר את גודלה של הזרוע הרובוטית.
2. מילוי מחסניות הטיפים אל התאים המיועדים להם מתבצע מאחור (במתכונת FIFO, כלומר, הראשונה שנכנסת היא הראשונה שיוצאת). באופן זה ניתן למלא את התאים ללא כל תלות בפעילות הרובוט.
3. המחסניות נעות קדימה בכוח הכובד. הן מונחות על-גבי מסילות חלקות (ראו בירוק בשרטוטים), המוטות בזווית של כ-15 מעלות.
4. עקב השיפוע, יש לשים מעצור בחלק התחתון של כל תא. עבור מלקט אנושי, זה לא ממש משנה. אבל במקרה של רובוט, נדרש לתכנת אותו על מנת שיוציא ויחזיר את המחסניות תוך התחשבות במעצור.
5. הזרוע הרובוטית מצוידת כאן במערכת מתפסים (גריפרים) כפולה, וזאת כדי לחסוך את הצורך בהחלפת מתפסים. בצד אחד המתפס תופס את הפיפטורים ומטפל בהם בעזרת אצבעות רובוטיות, אבל כשצריך להעביר מחסנית טיפים למקומה או להחזירה, הוא מתהפך ותופס את המחסניות בעזרת פטמות וואקום.

[בתמונה, באדיבות מ.ב.א: מראה כללי של המכונה הרובוטית שנמצאת בתהליך בנייה. יש לציין כי הוגשה בקשת פטנט כוללת על המכונה, ובה מפורט פחות או יותר השילוב המתואר כאן. לכן, גורם המבקש לבצע שילוב דומה, מומלץ שיבחן מראש את זכויות הקניין הרוחני בעניין]

אופטימיזציה של ממשק אדם-מכונה

כמו במקרה הקודם, מעניין לתאר מספר שיקולים שעלו תוך כדי פיתוח הפתרון.

המגש הנלווה:

במהלך תהליך הפיתוח, התברר כי חלק ממחסניות הטיפים מגיעות מהיצרנים בצורות שאינן לגמרי ישרות וחלקות. עובדה זו היוותה בעיה מבחינת תפסניות הוואקום, מאחר שהדבר מקשה על תפיסתן. בנוסף, תחתית המחסנית עשויה ליצור חיכוך שמקשה על החלקתה בתוך התא. במקרה ומחסנית תיתקע בשל כך, הדבר עלול להפריע לתהליך כולו ולחייב התערבות אנושית.

כדי לתת לכך מענה, נבחנו מספר פתרונות אפשריים, כגון מדבקות מסוגים שונים. לבסוף הוחלט על פתרון שיהווה למעשה מוצר נלווה חד-פעמי לרובוט. המוצר הוא מגש, שמזכיר בצורתו מחזיק ספרים, כלומר משטח כפוף ב-90 מעלות (חתך בצורה L), כאשר על אחד המשטחים הפנימיים יש דבק. המגש מוצמד למחסניות הרלוונטיות, כך שהוא מכסה את תחתיתן ואחת מהחזיתות. כאשר המחסנית עם המגש נמצאת בתא של המחסן הרובוטי, הרובוט יכול לתפוס אותה בקלות. כמו כן, המגש מבטל את האפשרות לחיכוך בעייתי בין המחסנית למסילות.

ארגון המחסניות בתאים:

בתחילת התהליך המחשבה היתה להצמיד לוגית בין התאים שבהם שמורות מחסניות הטיפים, לבין הפיפטורים עצמם. כלומר, הטיפים של פיפטור מספר 27 יהיו בתא מספר 27. במחשבה ראשונה, זה נראה היה הגיוני ונוח מאוד למפעיל, וגם לתפעול הרובוט. מאוחר יותר הגענו להבנה כי עבור הרובוט זה לא ממש משנה, אבל למפעיל האנושי השיטה הזו תצריך הרבה מאוד שימת לב ותהיה מועדת לטעויות ותקלות.

במקום זאת, הוחלט שבמחסן הטיפים יהיה לכל סוג טיפ מקום קבוע, כך שלמפעיל יהיה קל יותר להימנע מטעויות. כיוון שבכל תא יש מקום לשלוש מחסניות בזו אחר זו, הסבירות הגבוהה היא שהמפעיל ימלא את התא כשהוא רואה בתוך התא מחסנית זהה, דבר שמן הסתם יוריד משמעותית את מספר הטעויות, אפילו כאשר המפעיל אינו מנוסה. כחלק מהתהליך, הרובוט מקבל ממערכת ממוחשבת את פרטיו של כל פיפטור, ובין הפרטים האלו נמצא גם זיהויו של הטיפ המתאים. באופן הזה, המערכת הממוחשבת היא המשדכת לוגית בין הפיפטור למחסנית הטיפים ולמיקומה, ולכן האפשרות לטעויות אנוש פוחתת בצורה משמעותית.

לסיכום, המכונה שפותחה היא מקרה מובהק של תעשייה 4.0, מכונה שמעלה את הפיריון על ידי דיגיטציה ורובוטיקה. רובוטים ומערכות דיגיטליות יבצעו את מה שנתכנת אותם לעשות. עם זאת, מימד שמצריך חשיבה רבה הוא הממשק בין האדם למכונה, כאשר המטרה היא לנצל בצורה הטובה ביותר את היתרונות של כל אחד מהצדדים. כפי שראינו בדוגמא הנוכחית, מטרה זו מושגת לרוב באמצעות חשיבה מעמיקה על דרך הפעולה האנושית, על הטעויות האפשריות, ועל הדרכים למנוע או להפחית אותן.

_______________________________

לקבלת מאמרים נוספים בייצור מתקדם הירשמו לניוזלטר החודשי שלנו,

או עקבו אחר עמוד הלינקדאין והפייסבוק של המכון.