PODSTAWY ROBOTYKI
PR W 9
Metodyka wprowadzania robotów do przemysłu
1
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie _________________________________________________________________________ 3
2. Aspekty organizacyjno - techniczne przedsięwzięcia robotyzacyjnego_
Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 1. Techniczno-organizacyjna metodyka przedsięwzięcia robotyzacyjnego_______Błąd: Nie znaleziono z
ródła
odwołania
2. 2. Podatność procesu produkcyjnego na robotyzację _____________________________ _______________7
2. 2. 1. Podatność gospodarcza__________________________________________________________7
2. 2. 2. Wymagania organizacyjno-techniczne produkcji_____________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 2. 3. Robotyzacja na różnych etapach rozwoju techniki produkcyjnej_
Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 2. 3. 1. Produkcja jednostkowa i małoseryjna____________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 2. 3. 2. Produkcja seryjna____________________________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 2. 3. 3. Komputerowe systemy wytwarzania______________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 2. 4. Podatność organizacyjno-techniczna_______________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 3. Techniczno-organizacyjne przygotowanie robotyzacji___________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 3. 1. System roboczy________________________________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 3. 2. System transportowy i urządzenia zasobnikowe______________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 3. 3. Wybór maszyny manipulacyjnej___________________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2. 3. 4. Plan organizacyjny robotyzowanego procesu _____________________________________________ 27
2. 3. 5. Bezpieczeństwo pracy z maszynami manipulacyjnymi_________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. Aspekty ekonomiczne przedsięwzięcia robotyzacyjnego____________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 1. Katalog składników oceny efektywności ekonomicznej___________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 2. Składniki kosztów produkcji________________________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 2. 1. Produkcja konwencjonalna______________________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 2. 2. Produkcja zrobotyzowana________________________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 3. Składniki efektu ekonomicznego produkcji zrobotyzowanej_______Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 4. Kryteria oceny efektywności ekonomicznej____________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
3. 5. Wskaz
niki oceny efektywności ekonomicznej ________________________________ 37
3. 5. 1. Oszczędność pracy żywej ______________________________________________ 37
3. 5. 2. Oszczędność kosztu wytwarzania________________________________________________________38
3. 5. 3. Efektywność nakładów inwestycyjnych_____________________Błąd: Nie znaleziono z
ródła odwołania
2
1. Wprowadzenie
Dzisiejsze czasy nastawione są na wysoki rozwój i wydajność oraz dodatni wynik
ekonomiczny. Tym samym kładzie się duży nacisk na usprawnienie procesów produkcyjnych.
Naprzeciw tym potrzebom wychodzi automatyka i robotyka. Jednakże samo zagadnienie i
celowość wprowadzania zaproponowanych rozwiązań jest dość skomplikowana pod względem
analizy techniczno-ekonomicznej.
Początki rozwoju techniki robotyzacyjnej często spotykały się z przypadkami nieudanych
wdrożeń maszyn manipulacyjnych. Był to efekt braku doświadczania zarówno ze strony
producentów, jak i przede wszystkim użytkowników. Nie wystarczy bowiem rozwiązać
pomyślnie problemów techniczno organizacyjnych wprowadzenia maszyny manipulacyjnej do
procesu produkcyjnego, ale również przedstawić dowody dodatnich efektów ekonomicznych. Z
kolei pozytywny rezultat analizy ekonomicznej nie jest równoznaczny z techniczno-
organizacyjną możliwością robotyzacji, nie mówiąc już o warunkach akceptacji nowej techniki
przez załogi przedsiębiorstw. Stan taki wynika z kilku przyczyn. Pierwszą i najbardziej istotną
jest pojmowanie samego słowa  robot przez społeczeństwo. Mimo sporej już liczby wdrożeń
w przemyśle nadal często, zwłaszcza w przypadkach pierwszych wdrożeń, mylnie zakłada się,
że maszyna manipulacyjna po dostawieniu do istniejącego stanowiska przejmie całość zadań
wykonywanych przez człowieka. W praktyce bowiem niezbędne są działania przygotowawcze
robotyzacji. Obejmują one właściwie wszystkie systemy procesu wytwarzania, szczególnie
system roboczy, transportowy oraz kontroli i nadzoru przebiegu procesu. Działania racjona-
lizacji przedrobotyzacyjnej wiążą się oczywiście z koniecznością poniesienia nakładów
finansowych. Zawierają się one w zakresie od części kosztu maszyny manipulacyjnej, aż po
kilkakrotną jej wartość, w odniesieniu do pojedynczego stanowiska produkcyjnego. Działania
przygotowawcze są tym większe, im mniej zracjonalizowany (zmechanizowany, zautomatyzo-
wany) jest sam proces produkcyjny. Faza realizacyjna i eksploatacyjna również wymaga
pewnych dodatkowych działań np. zmiana stanu zatrudnienia i poziomu wykształcenia tej
części załogi, która ma obsługiwać robotyzowany proces oraz działania zapewniające
bezpieczeństwo pracy maszynami manipulacyjnymi. Sam proces automatyzacji polega przede
wszystkim na zastępowaniu pracy  żywej"  fizycznej człowieka i nie jest zasadniczo
niezbędny do optymalizacji procesu produkcyjnego w rozumieniu np. istotnych zmian jakości
produktu, oszczędności energii i materiałów, wyraz
nego zwiększenia produkcji czy
wprowadzenia nowych metod wytwarzania. Niektóre z wymienionych działań mogą być wręcz
3
sprzeczne z koncepcją robotyzacji, jak np. oszczędność energii lub łatwiej osiągalne przez inne
działania modernizacyjne: technologiczne, organizacyjne i techniczne, wykorzystujące nadal
pracę człowieka.
Ograniczenie czynnika ludzkiego w pracy produkcyjnej umożliwiają nie tylko maszyny
manipulacyjne, ale także konwencjonalnie zautomatyzowane maszyny i urządzenia
technologiczne oraz specjalne urządzenia transportowo-robocze o stałym programie pracy, jak
np. linio obróbkowe złożone z obrabiarek zespołowych czy linie montażowe karoserii
samochodowych. Kryterium wyboru jest zmienność programu produkcyjnego, a więc
 sztywność" i  elastyczność" sposobu produkowania, związana z wielkością i seryjnością
produkcji.
Wprowadzanie i upowszechnianie nowych technik i technologii w istotny sposób
wpływa na ekonomiczne i socjalne aspekty działalności człowieka. Obok zjawisk pozytywnych
ujawniają się również efekty negatywne, zmniejszające na ogół korzyści płynące z
wprowadzenia nowości. Niestety wraz ze wzrostem nakładów na nową technologię maleją
możliwości jej wycofania w przypadku niekorzystnego rozwoju wydarzeń, a skompensowanie
negatywnych wpływów wymaga dalszych nakładów. Nie zawsze jednak możliwe jest
zniwelowanie strat, szczególnie gdy problemy mają znaczenie socjalne. Dlatego wszystkie
duże projekty produkcyjno-technologiczne wymagają dokładnej analizy systemowej
możliwych następstw już w fazie wstępnego planowania.
2. Aspekty organizacyjno - techniczne przedsięwzięcia robotyzacyjnego
Decyzja o wprowadzeniu robotów do danego segmentu przemysłu zawsze powinna być
poprzedzona dogłębna analizą możliwości jej realizacji. Znaczącymi aspektami decydującymi
o powodzeniu danego przedsięwzięcia są zagadnienia organizacyjno  techniczne.
2. 1. Techniczno-organizacyjna metodyka przedsięwzięcia robotyzacyjnego
Przedsięwzięcie robotyzacyjne można podzielić na trzy fazy: decyzyjną, inwestycyjną i
eksploatacyjną.
Faza decyzyjna obejmuje:
1) analizę konwencjonalnie prowadzonego lub nowo projektowanego procesu produkcyjnego
pod kątem podatności robotyzacyjnej, w tym: gospodarczej, organizacyjno-technicznej,
manipulacyjnej obiektów i urządzeń technologicznych, oraz obciążeń człowieka w produkcji
konwencjonalnej;
2) studium projektowe oparte na wykonanej analizie, obejmujące określenie sposobu
4
współdziałania systemu roboczego produkcji z systemem transportowym półproduktów,
materiałów i narzędzi, systemem kontroli i nadzoru, odprowadzania odpadów i zasilania w
energię, z uwzględnieniem możliwości robotyzacji systemu manipulacyjnego; winno ono
uwzględniać kolejno analizowane:
a) rozwiązania organizacyjne, w tym:
 określenie sposobu realizacji programu produkcyjnego,
 wybór schematu organizacyjnego,
b) rozwiązania techniczne, w tym:
 określenie wymagań manipulacyjnych (wybór maszyn manipulacyjnych),
 określenie wymagań na obiekt manipulacji (produkt oraz półprodukt w jego kolejnych
fazach produkcyjnych),
 określenie wymagań technicznych na maszyny i urządzenia (technologiczne) systemu
roboczego procesu,
 określenie wymagań technicznych na urządzenia pozostałych systemów procesu,
szczególnie urządzenia transportowo-magazynujące oraz kontrolno-nadzorujące,
 określenie sposobu i zakresu sterowania centralnego i cząstkowego (stanowisk
względnie poszczególnych grup maszyn i urządzeń),
 określenie sposobu zabezpieczenia obsługi stanowisk zrobotyzowanych i załogi
produkcyjnej przed zagrożeniami powodowanymi przez maszyny manipulacyjne;
3) decyzje o realizacji przedsięwzięcia robotyzacyjnego.
Faza inwestycyjna obejmuje:
1) projekt techniczno-organizaeyjny:
a) założenia organizacyjne robotyzowanego procesu, w tym wydzielenie operacji, stanowisk
lub ciągów produkcyjnych prowadzonych w sposób konwencjonalny i zrobotyzowany,
b) projekt zmian konstrukcyjnych i technologicznych produktu pod kątem wytwarzania go
w procesie robotyzowanym,
c) plan przestrzenny poszczególnych robotyzowanyeh stanowisk i ciągów produkcyjnych,
ze szczególnym uwzględnieniem miejsca ustawienia maszyn manipulacyjnych względem
maszyn i urządzeń produkcyjnych i pomocniczych,
d) projekty zmian konstrukcyjnych i sterowniczych maszyn i urządzeń procesu w celu
przystosowania ich do współpracy z maszynami manipulacyjnymi.
e) projekty specjalnych urządzeń robotyzowanego procesu, w tym chwytaków, narzędzi,
interfejsu sterującego, urządzeń i układów sensorycznych,
5
f) projekt centralnego systemu sterowania procesem oraz układów sterowania grupami
stanowisk, maszyn i urządzeń procesu lub założenia wykorzystania do tego celu układów
sterowania maszyn manipulacyjnych,
g) projekt urządzeń i systemów zabezpieczających obsługę stanowisk zrobotyzowanych i
załogę produkcyjną przed zagrożeniami ze strony zrobotyzowanych stanowisk,
h) projekty układów i sieci zasilających w energię i media pomocnicze (np. w wodę
chłodzącą) maszyny manipulacyjne i urządzenia pomocnicze;
2) przygotowania techniczne i kadrowe przedsięwzięcia składające się z:
a) zamówienia maszyn manipulacyjnych, handlowych maszyn i urządzeń pomocniczych,
układów sterujących, pomiarowych, zasilających, narzędzi itd.,
b) zlecenia wykonania specjalnych urządzeń, układów, zespołów, chwytaków, narzędzi itp.,
c) oprzyrządowania maszyn i urządzeń technologicznych procesu w układy napędowe,
pomiarowe i sterujące w celu przystosowania ich do współpracy z maszynami
manipulacyjnymi i urządzeniami pomocniczymi,
d) kompletacji maszyn manipulacyjnych oraz handlowych i specjalnych maszyn i urządzeń
pomocniczych (próby, odbiory),
e) wytypowania i szkolenia personelu operatorskiego ze szczególnym uwzględnieniem
programowania, bieżącej obsługi i nadzoru maszyn manipulacyjnych,
f) przeszkolenia personelu naprawczego w zakresie budowy, przeglądów i napraw maszyn
manipulacyjnych i urządzeń pomocniczych,
g) przeszkolenia i przesunięcia zbędnej w robotyzowanym procesie części załogi
produkcyjnej na inne miejsca pracy,
h) przeszkolenia załogi produkcyjnej procesu lub załogi stykającej się z procesem w
zakresie bezpieczeństwa pracy z maszynami manipulacyjnymi,
3) realizację techniczną przedsięwzięcia obejmującą:
a) wykonanie fundamentów pod maszyny manipulacyjne, urządzenia pomocnicze oraz w
przypadku ewentualnej zmiany miejsca ustawienia pod maszyny i urządzenia
technologiczne w robotyzowanych stanowiskach i ciągach produkcyjnych,
b) zabudowę i montaż maszyn manipulacyjnych, urządzeń pomocniczych, układów
sterowania, sieci zasilających i pomiarowo-sterujących itp. w robotyzowanych
stanowiskach i ciągach produkcyjnych,
c) rozruch, próby i odbiory poszczególnych zrobotyzowanych stanowisk i ciągów
produkcyjnych;
4) odbiór inwestycji  podjęcie decyzji o uruchomieniu eksploatacji produkcyjnej.
6
Faza eksploatacyjna obejmuje:
1) przygotowanie przezbrojenia jednostek kinematycznych maszyn manipulacyjnych,
technologicznych i urządzeń pomocniczych oraz zaprogramowanie maszyn manipulacyjnych,
centralnego systemu sterowania procesem i układów sterowania grupami stanowisk, maszyn i
urządzeń dla każdego kolejno uruchamianego programu produkcyjnego;
2) rejestrację nastaw oraz uzupełnianie biblioteki programów po każdorazowo uruchomionym
nowym programie produkcyjnym w celu skracania czasu przezbrajania przy przyszłych
zmianach programu produkcyjnego;
3) analizowanie parametrów jakościowych produktów i parametrów ekonomicznych procesu
dla ewentualnego wprowadzenia korekt nastaw i programów sterowania maszyn
manipulacyjnych, technologicznych i urządzeń pomocniczych;
4) wykonywanie nakazanych przez producenta bieżących czynności obsługowych maszyn
manipulacyjnych i urządzeń pomocniczych, prowadzenie rejestracji przeglądów, uszkodzeń,
napraw i remontów.
Szczególnie istotny wpływ na wielkość efektów przedsięwzięcia robotyzacyjnego mają
działania w fazie decyzyjnej.
Do działań uważanych za podstawowe dla powodzenia robotyzacji zalicza się :
 analizy podatności procesu na robotyzację;
 studium projektowe adaptacji urządzeń i maszyn technologicznych dla pracy w układzie
zrobotyzowanym oraz dodatkowych urządzeń, oprzyrządowania procesu oraz wyboru
koncepcji i techniki sterowania zrobotyzowanym stanowiskiem lub ciągiem produkcyjnym
 studium projektowe organizacji robotyzowanego procesu ze szczególnym uwzględnieniem
problematyki wyboru maszyny manipulacyjnej, przestrzennego ukształtowania (planu)
robotyzowanego stanowiska lub ciągu produkcyjnego oraz zabezpieczenie obsługi procesu i
załogi produkcyjnej przed zagrożeniami ze strony maszyn manipulacyjnych.
2. 2. Podatność procesu produkcyjnego na robotyzację
2. 2. 1. Podatność gospodarcza
Podatność gospodarcza danego procesu produkcyjnego na robotyzację jest tym większa,
im większy jest potencjał gospodarczy gałęzi przemysłu, z którym proces ten jest związany, a
tym samym większe są możliwości finansowania przedsięwzięć robotyzacyjnych i im mniejsza
jest efektywność ekonomiczna produkcji wytworzonej przez jednego zatrudnionego, tzn. im
większe mogą być potencjalne korzyści wynikające z przesunięcia zatrudnionych w tymże
7
procesie (przedsiębiorstwie, wydziale produkcyjnym) do innych procesów (przedsiębiorstw,
wydziałów produkcyjnych) charakteryzujących się większą efektywnością wytwarzania.
Uwzględniając potencjalne możliwości finansowania przedsięwzięć robotyzacyjnych i
korzyści mogące stąd wyniknąć, godnymi penetracji pod kątem poszukiwania zastosowań
maszyn manipulacyjnych winny być w kraju procesy produkcyjne związane z przemysłami:
1) węglowym, włókienniczym, drzewnym, odzieżowym, materiałów budowlanych, skórzanym,
wyrobów metalowych powszechnego użytku, wyrobów metalowych dla przemysłu, maszyn i
urządzeń energetycznych, wyrobów elektrotechnicznych,
2) odlewniczym, elektronicznym, szklarskim, obrabiarkowym, okrętowym i energetycznym.
Należy pamiętać, że decyzji o rozpoczynaniu robotyzacji procesów produkcyjnych w
danej gałęzi przemysłu nie można opierać wyłącznie na podstawie obserwowanych postępów
robotyzacji tej gałęzi w innym systemie gospodarczym. Postępowanie takie może być
obarczone poważnym błędem, wynikającym z nieuwzględnienia różnic sytuacji gospodarczej
branego pod uwagę przemysłu w obydwu porównywanych systemach. Tezę tę wspierają także
analizy procentowego nasycenia maszynami manipulacyjnymi tych samych procesów
produkcyjnych w różnych krajach o zaawansowanej technice robotyzacyjnej. Różnice te
wynikają przede wszystkim ze zróżnicowanej gospodarczej podatności na robotyzację
przemysłów, z którymi w danym kraju związane są wymieniono procesy produkcyjne.
2. 2. 2. Wymagania organizacyjno-techniczne produkcji
Proces produkcyjny jest uporządkowanym zgodnie z technologią wytwarzania zbiorem
operacji roboczych. W ich wyniku przy użyciu narządzi i energii materiały produkcyjne ulegają
przemianom pod względem kształtu i właściwości. Część z nich zostaje usunięta jako odpad
produkcyjny, pozostała staje się półproduktem o stopniowo wzbogacanej formie i wreszcie
końcowym produktem procesu.
W każdej z elementarnych czynności składających się na operację roboczą można
wyróżnić trzy fazy: spostrzeganie (działania sensualne), decydowanie (działanie intelektualne)
oraz lokomocję  manipulację  obróbkę (działania energetyczne). Zaangażowanie maszyn
oraz ludzi do czynności wykonywanych ręcznie w procesie produkcyjnym jest obecnie bardzo
zróżnicowane. Udział tych czynników zależy zarówno od ogólnego stopnia racjonalizacji
procesu, jak i rodzaju operacji roboczej w konkretnym ciągu produkcyjnym. Dotychczas
mechanizacji i automatyzacji uległy czynności produkcyjne o zdecydowanej nierównowadze
wymienionych trzech typów działań. Możliwe były dwa przypadki:
1) gdy w operacji roboczej przeważały lub, co korzystniejsze, występowały wyłącznie tylko
8
działania o charakterze informacyjnym lub energetycznym; następstwem była np.
komputeryzacja sfery przygotowania produkcji, automatyzacja systemów regulacji i sterowania
sfery wytwarzania, mechanizacja systemu roboczego;
2) gdy z bloku czynności operacji roboczej udało się wydzielić te, które charakteryzują się
jednorodnością działania, a więc także łatwością automatyzacji, a pozostałe zintegrować w
samodzielną operację roboczą lub połączyć z innymi operacjami, nadal wykonywanymi
ręcznie.
Czynności produkcyjne charakteryzujące się równowagą spostrzegania, decydowania
oraz kształtowania złożonych ruchów lokomocyjno-manipulacyjnych, a więc nie rozdzielnym
spleceniem działań informacyjnych i energetycznych, pozostały domeną pracy człowieka.
Działania informacyjne mogą decydować często na równi z działaniem energetycznym i
czynnościami lokomocyjno-manipulacyjnymi o stopniu trudności robotyzacji danej operacji
roboczej.
Cechą charakterystyczną współczesnej produkcji przemysłowej jest występowanie w
zasadzie wszystkich etapów rozwoju techniki produkcyjnej, od jednostkowej, rękodzielniczej,
przez seryjną, aż do systemów komputerowego wytwarzania. Różnicuje to odpowiednio
zadania, jakie powinna przejąć maszyna manipulacyjna.
2. 2. 3. Robotyzacja na różnych etapach rozwoju techniki produkcyjnej
2. 2. 3. 1. Produkcja jednostkowa i małoseryjna
Na najniższym rozwojowo etapie produkcji, w produkcji jednostkowej i małoseryjnej o
typie rękodzielniczym (produkty jednostkowe, modele, serie prototypów, specjalne narzędzia
itp.), ciąg technologiczny czynności roboczych prowadzących do wytworzenia wyrobu jest
wykonywany przez jednego robotnika lub grupę współpracujących ze sobą robotników w obrę-
bie najczęściej jednego lub rzadziej kilku stanowisk roboczych. Niezbędne do wykonywania
wyrobu są czynności:
 lokomocyjno transportowe  pobranie i przetransportowanie w obrębie stanowiska
roboczego materiałów, narzędzi, usunięcie odpadów produkcyjnych i odtransportowanie
gotowego wyrobu;
 manipulacyjne  przemieszczanie i pozycjonowanie obrabianego przedmiotu i narzędzi w
przestrzeni roboczej maszyn i urządzeń technologicznych;
 obróbkowe  osiągnięcie podstawowego celu procesu, tzn. przekształcenie formy prostszej
wyrobu w formę wzbogaconą;
 kontrolno pomiarowe  sprawdzenie poprawności wykonania czynności obróbkowych z
9
reguły przez kontrolę założonych parametrów wyrobu w trakcie lub po wykonaniu
wymienionych czynności;
 nadzorcze  ogólna kontrola stanu oraz funkcjonowania narzędzi, urządzeń i maszyn
technologicznych, włączając czynności nastawiania, uzupełniania materiałów
eksploatacyjnych itp.
Każda z wymienionych grup czynności technologicznych wymaga jednoczesnego
zaangażowania działań o charakterze sensualnym, intelektualnym oraz energetycznym.
Niektóre z czynności technologicznych są wykonywane bezpośrednio, za pomocą
nieuzbrojonych rąk, zmysłów i intelektu robotnika, który spełnia rolę uniwersalnego
obserwatora, decydenta, z
ródła energii, środka ruchu i narzędzia (np. wyszukiwanie i
chwytanie właściwych elementów w kontenerze transportowym, większość czynności
przemieszczania, pozycjonowania i mocowania przedmiotów obróbki w przestrzeni roboczej
stanowiska i urządzeń technologicznych, czynności obróbkowe i montażowe); inne czynności
wykonywane są pośrednio, tzn. za pomocą uniwersalnych i specjalnych narzędzi, ale ruchy
robocze tych narzędzi lub przedmiotu obróbki napędzane są siłą mięśni robotnika (np. kucie,
spawanie, zgrzewanie, malowanie, skręcanie śrubami), którego działanie ograniczone zostaje
do roli uniwersalnego obserwatora, decydenta, z
ródła energii i środka ruchu; pozostałe
czynności wykonywane są także pośrednio, ale przy użyciu zmechanizowanych maszyn i
urządzeń technologicznych, sterowanych przemieszczeniami dz
wigni, przycisków i
przełączników (np. przeważająca część procesów obróbki skrawaniem, odlewanie ciśnieniowe,
wytłaczanie), co jeszcze bardziej ogranicza działania człowieka, sprowadzając jego rolę
głównie do uniwersalnego obserwatora, decydenta i środka ruchu;
Użytkowe działania energetyczne człowieka, związane z wykonywaniem czynności
technologicznych w tym typie produkcji mają charakter zarówno lokomocyjno transportowy
(ruchy globalne), jak i manipulacyjno wysięgnikowy (ruchy regionalne i lokalne) o silnie
zróżnicowanej wartości energii mechanicznej niezbędnej do ich realizacji.
Powyższa analiza wskazuje, iż maszyna, która byłaby zdolna do przejęcia działań
człowieka w produkcji jednostkowej i małoseryjnej typu rękodzielniczego, a więc w przypadku
ekstremalnym zadań  uniwersalnego obserwatora, decydenta, z
ródła energii, środka ruchu i
narzędzia", musiałyby być maszyną o charakterze antropomorficznym. Jest to podstawowe
ograniczenie i przeszkoda w pełnej robotyzacji tego typu produkcji.
Nie wyklucza to jednak celowości wprowadzenia do produkcji jednostkowej i
małoseryjnej ręcznie sterowanych maszyn manipulacyjnych, serwo- i teleoperatorów. Maszyny
te mają zapewnioną, przez włączenie człowieka w ich sterowanie, autonomię działań
10
sensualnych i intelektualnych, a zadaniem ich byłoby wspomaganie działań energetyczno--
ruchowych człowieka lub odsuniecie go od strefy zagrożenia zdrowia lub życia.
2. 2. 3. 2. Produkcja seryjna
W produkcji seryjnej poszczególne operacje obróbkowe procesu produkcyjnego są
wykonywane na wyspecjalizowanych stanowiskach ułożonych w ciąg technologiczny systemu
roboczego. Przepływy materiałów i narzędzi w ciągu stanowisk systemu roboczego zapewnia
wydzielony system transportowy produkcji. Do podstawowych zadań tego systemu należy:
 dostarczenie niezbędnych do wytwarzania na danym stanowisku materiałów produkcyjnych,
eksploatacyjnych i narzędzi;
 przemieszczanie, zgodnie z technologią wytwarzania, półproduktów między
poszczególnymi stanowiskami produkcyjnymi;
 odprowadzenie powstających w procesie wytwarzania odpadów produkcyjnych,
eksploatacyjnych oraz zużytych narzędzi.
Oba systemy, tzn. roboczy i transportowy, sprzęga w jednolity system wytwarzania system
manipulacyjny. Inne czynności produkcyjne, jak np. kontrolno-pomiarowe czy nadzorczo-
eksploatacyjne, w zależności od stopnia organizacji systemu wytwarzania, przejęły systemy
równie wyspecjalizowane jak wymienione, bądz
zostały pozostawione do realizacji na
poszczególnych stanowiskach obróbkowych. W pierwszym przypadku część z tych zadań,
najczęściej kontrolno-pomiarowe, wykonywana jest na stanowiskach włączonych w ciąg
technologiczny systemu roboczego, zorganizowanych całkowicie analogicznie jak stanowiska
obróbkowe.
W konwencjonalnym systemie seryjnego wytwarzania zadania systemu
manipulacyjnego wypełnia człowiek. Dzięki wprowadzeniu oddzielnego systemu
transportowego i przejęciu przez niego czynności transportowo-lokomocyjnych, realizacja tych
zadań jest umiejscowiona w przestrzeni roboczej stanowiska produkcyjnego i wymaga od
człowieka lub maszyny mającej robotyzować jego działalność wypełnienia funkcji w zasadzie
wyłącznie wysięgnikowo-manipulacyjnych (ruchy regionalne i lokalne). Ograniczone funkcje
lokomocyjne niezbędne są tylko w działaniach pomocniczych, np. obsługi kilku przestrzennie
odległych urządzeń produkcyjnych lub jako ruch synchronizacyjny w stosunku do
przemieszczającego się w obrębie stanowiska produktu.
11
Zadania systemu manipulacyjnego w produkcji seryjnej mogą mieć trojaki charakter (rys. 2.1): transportowy (rys.
2.1a), obsługowy (załadowczo-wyładowczy, rys. 2.1b), technologiczny (obróbkowy, rys. 2.1c). W pierwszym
przypadku zadania systemu są identyczne jak pewne wybrane funkcje systemu transportowego, np. sprzęganie
różnych ciągów systemu transportowego lub systemu transportowego z innymi systemami produkcji, także z
właściwym dla danego stanowiska produkcyjnego systemem manipulacyjnym.
Zadanie systemu manipulacyjnego ma charakter technologiczny, jeśli podstawowe
operacje obróbkowe w konwencjonalnym systemie seryjnego wytwarzania są wykonywane na
danym stanowisku ręcznie. W przypadku robotyzacji stanowiska, maszyna manipulacyjna
przejmuje zadania systemu roboczego. Zadania te mogą być wykonywane przez maszyny
manipulacyjną w dwojaki sposób:
 jako operacja przedmiotem obróbki względem rozmieszczonych w przestrzeni roboczej
stanowiska narzędzi lub urządzeń technologicznych;
 jako operacja narzędziem względem zamocowanego lub przemieszczanego w kontrolowany
sposób w przestrzeni roboczej stanowiska przedmiotu obróbki.
W obydwu przypadkach, tzn. manipulacji przedmiotem lub narzędziem, maszyna może
wykonywać zarówno główne, jak i pomocnicze ruchy robocze, co oczywiście narzuca
określone wymagania energetyczno-wytrzymałościowe na jednostkę kinematyczną, bądz
też
ograniczać się do wykonywania tylko ruchów pomocniczych, podczas gdy ruchy główne będą
wykonywane przez urządzenia technologiczne stanowiska.
W stosunku do zadań typu transportowego i technologicznego, zadanie obsługowe ma
12
charakter wtórny. W zadaniu tym występują w odpowiednich proporcjach zarówno pierwiastki
transportowe, jak i technologiczne. Typowe zadanie obsługowe maszyn i urządzeń
składających się na stanowisko produkcyjne obejmuje właściwie dwie grupy czynności
produkcyjnych:
 załadowczo wyładowcze (o charakterze transportowym), sprzęgające system transportowy
produkcji z systemem roboczym.
 nadzorczo synchronizacyjne (o charakterze technologicznym) pracy maszyn i urządzeń
systemu roboczego (np. uruchamianie czynności mocujących, obróbkowych, kontrolnych),
sterowania stanem pracy maszyn i urządzeń technologicznych linii lub gniazda
produkcyjnego oraz stanem pracy urządzeń systemu transportowego.
W produkcji seryjnej, na jej współczesnym etapie zorganizowania i oprzyrządowania,
zadania manipulacyjne nie są w rzeczywistości wyłącznie zadaniami podstawowymi, tzn.
transportowymi lub technologicznymi. Są to w większości przypadków zadania o charakterze
obsługowym, których punkt ciężkości zależnie od technologii wytwarzania i konkretnej
operacji roboczej na danym stanowisku produkcyjnym może przesuwać się od zadania
transportowego, a więc zbliżonego lub uzupełniającego działanie systemu transportowego, do
zadania technologicznego, a więc identycznego z czynnościami realizowanymi przez maszyny
i urządzenia technologiczne systemu roboczego.
Zawartość działań energetycznych i informacyjnych określa możliwości maszynowej
realizacji zadania manipulacyjnego. Istotnym elementem tej charakterystyki, określającym
podstawowe właściwości układu ruchu, sterowania i zasilania maszyny manipulacyjnej, jest
klasa i parametry energetyczne występujących w zadaniu manipulacyjnym przemieszczeń
obiektów.
Podział przemieszczeń na klasy, traktując zadanie manipulacyjne jako ciąg
elementarnych, jednostkowych przemieszczeń manipulowanych obiektów, umożliwia
podobieństwo ruchów w obrębie pewnych grup czynności współczesnej produkcji seryjnej.
Podobieństwa te narzucają dwa czynniki:
 funkcje i ograniczenia fizjologiczne człowieka;
 technologia i technika wytwarzania, obejmujące zarówno narzędzia, urządzenia i maszyny
technologiczne, jak też geometryczne ukształtowanie i funkcjonalne powiązanie wszystkich
elementów tworzących środowisko produkcyjne, ukształtowane pod bezpośrednim
wpływem wspomnianych funkcji i ograniczeń fizjologicznych człowieka.
Jednocześnie ruchy należące do tej samej klasy, a więc o podobnym lub nawet identycznym
charakterze kinematycznym, ale związane z wykonywaniem różnych czynności
13
technologicznych, mogą się różnić pod wzglądem wartości energii mechanicznej niezbędnej do
ich realizacji oraz działań informacyjnych towarzyszących danemu ruchowi.
Wyróżnikami informacyjnymi elementarnych przemieszczeń w zadaniu manipulacyjnym są:
 położenie przemieszczanych obiektów w stacji załadowczej (pobranie - początek ruchu) i
wyładowczej (oddanie  koniec ruchu),
 tor ruchu przemieszczanego obiektu.
Niezdeterminowane położenie wielu takich samych lub różnych obiektów w stacji
początkowej i końcowej ruchu jest przypadkiem spotykanym najczęściej w zadaniu
obsługowym o stosunkowo słabo zracjonalizowanej produkcji mało- i średnioseryjnej. Jest to
przypadek, w którym system transportowy przekazuje obiekty (przedmioty obróbki) systemowi
manipulacyjnemu stanowiska roboczego w sposób nieuporządkowany, przeważnie w skrzynce
 zasobniku, przez transporter taśmowy lub bezpośrednio na stół magazynowy stanowiska.
Przy pobieraniu obiektu układ sensoryczny maszyny manipulacyjnej musi wykazywać
umiejętności wizyjnego lub taktylnego rozpoznania zbioru obiektów, zidentyfikowania,
wyboru oraz określenia współrzędnych położenia potrzebnego obiektu, a jednostka ki-
nematyczna  uchwycenia wybranego obiektu w określonym technologią miejscu i z zadaną
dokładnością. Wymagania takie są oczywiście niepotrzebne przy odkładaniu obiektu.
W przypadku zdeterminowanego położenia obiektów manipulacji system transportowy
produkcji musi być wyposażony w podajniki kontenerowe lub paletowe, w których każdy z
obiektów jest umiejscowiony z określoną tolerancją w znanym, względem bazy podajnika,
położeniu. W tym przypadku maszynie manipulacyjnej stawiane są mniejsze wymagania; tylko
pamiętanie wzoru zapełnienia podajnika oraz umiejętność zgodnego z tym wzorem pobierania
(odkładania) obiektów.
Szczególnym przypadkiem omówionej sytuacji jest przemieszczanie tylko jednego
obiektu o ściśle określonym położeniu wyjściowym. Przypadek taki ma miejsce, gdy:
1) maszyna manipulacyjna realizuje tylko zadanie technologiczny i obiekt (narzędzie) jest
związany z maszyną oraz gdy system transportowy dostarcza obiekt (przedmiot obróbki) w
sposób zdeterminowany do przestrzeni roboczej maszyny manipulacyjnej,
2) maszyna manipulacyjna realizuje zadaniu transportowe (rys. 2.1a) albo obsługowe, a
specjalne urządzenie podająco pozycjonujące bądz
współpracujące z systemem
transportowym, bądz
wyposażone w magazyn obiektów, zapewnia podanie pojedynczego
obiektu w określonym położeniu lub obiekty są pobierane z urządzeń mocujących maszyn
obróbkowych po zakończonej przez nie operacji roboczej bez pośrednictwa systemu
transportowego.
14
Drugi z wymienionych przypadków występuje zwykle w zracjonalizowanych procesach
produkcji wielkoseryjnej oraz masowej i w stosunkowo najmniejszym stopniu obciąża maszynę
manipulacyjną.
Przemieszczenia o niezdeterminowanym i nieograniczonym wewnątrz całej przestrzeni
roboczej systemu manipulacyjnego torze ruchu są w praktyce przypadkiem bardzo rzadkim.
Mogą mieć miejsce tylko wtedy, gdy przestrzeń robocza maszyny nie koliduje z innymi
urządzeniami stanowiska i dotyczy np. ruchów jałowych.
Typowym dla znacznej części zadań transportowych i obsługowych jest przypadek
przemieszczania po torze zdeterminowanym przez podanie wybranych punktów podporowych,
przez które z pewną dokładnością musi przejść manipulowany obiekt. Pozostałe odcinki toru
nie są zdeterminowane. Takie częściowe zdeterminowanie jest charakterystyczne dla prze-
mieszczeń, gdy;
 przestrzeń robocza maszyny manipulacyjnej koliduje z urządzeniami stanowiska
produkcyjnego;
 transportowany obiekt musi w określony sposób wniknąć (lub być. usuniętym) w
ograniczoną i przenikającą się z przestrzenią roboczą maszyny manipulacyjnej, przestrzeń
roboczą maszyny obróbkowej (typowe zadanie obsługowe maszyn technologicznych  rys.
2.1b);
 operacje technologiczne są wykonywane w określonych punktach przestrzeni roboczej
maszyny manipulacyjnej i nie jest istotny tor ruchu narzędzia między tymi punktami
(typowe zadanie technologiczne maszyn manipulacyjnych  np. zgrzewanie punktowe,
nitowanie  rys. 2.1c).
Ten rodzaj przemieszczeń wymaga co najmniej, aby układ sterowania maszyny manipulacyjnej pamiętał położenie
kolejnych punktów podporowych oraz wygenerował sygnały sterujące jednostką kinematyczną tak, aby
manipulowany obiekt znalazł się oraz przebywał w ich pobliżu z określoną dokładnością przez określony czas, a
układ pomiarowy położeń potwierdzał osiągnięcie kolejnego celu.
Pewna część zadań technologicznych przejmowanych przez maszyny manipulacyjne
wymaga jednak przemieszczeń toru w pełni, tzn. w czasie i przestrzeni zdeterminowanym. Są
to dwa przypadki:
 gdy określenie toru przemieszczania wymaga wieloletniego produkcyjnego doświadczenia
obsługującego proces człowieka, tak jak np. w procesach malowania natryskowego,
piaskowania, polerowania; opis analityczny toru jest trudny bądz
wręcz niemożliwy do
otrzymania ze wzglądu na specyfikę procesu wytwarzania.
 gdy jest konieczne prowadzenie obiektu manipulacji w narzuconych względami
15
technologicznymi warunkach (dokładnością, prędkością, przyspieszeniem) wzdłuż ściśle
określonej linii toru, np. w niektórych procesach odpowiedzialnego spawania łukowego,
obróbki skrawaniem, także w przypadkach synchronizacji ruchu obiektu z
przemieszczającymi się innymi obiektami lub narzędziami maszyny manipulacyjnej
Realizacja opisanych klas przemieszczeń stawia zdecydowanie wyższe niż dla
przemieszczeń niezdeterminowanych wymagania jednostce kinematycznej i układowi
sterowania maszyny manipulacyjnej. Jednostka kinematyczna musi realizować ruchy
pozycjonowane ciągle lub dyskretnie, układ sterowania odpowiednio ciągle lub dyskretnie
określać, zapamiętywać, odtwarzać i przetwarzać żądane parametry ruchu w sygnały sterujące
z określoną jakością statyczną i dynamiczną jednostką kinematyczna maszyny. Są to
wymagania analogiczne do stawianych obrabiarkom sterowanym numerycznie.
Parametry energetyczne ruchu, drugi wskaz
nik charakteryzujący zadanie
manipulacyjne, są związane przede wszystkim z rodzajem zadania manipulacyjnego. Wartość
niezbędnej mocy użytecznej do realizacji zadania o charakterze transportowym i parametrach
ruchu zbieżnych z parametrami pracy ręcznej człowieka, tzn. przy masach przemieszczanych
do 50 kg i prędkościach ok. 0,8 m/s, nie przekracza kilkuset watów (w danym przypadku ok.
0,4 kW). Wartość ta może ulec zmianie w zależności od narzuconej masy transportowanej i
parametrów ruchu. Przy realizacji zadań technologicznych wartość mocy użytecznej musi
odpowiadać mocom napędów maszyn obróbkowych  a więc około kilka do kilkanaście kW
Chcąc dokonać opisu modelu maszyny manipulacyjnej zdolnej do przejęcia działań człowieka
w produkcji seryjnej, należy przyjąć następujące dwa założenia:
1) maszyna nie musi, jak to miałoby miejsce w produkcji jednostkowej i małoseryjnej typu
rękodzielniczego, pełnić roli  uniwersalnego obserwatora, decydenta, z
ródła energii, środka
ruchu i narzędzia  nie potrzebny staje się antropomorfizm modelu;
2) specjalizacja zadań manipulacyjnych w produkcji seryjnej prowadzi, przy uwzględnieniu
racjonalności rozwiązania technicznego i ekonomicznego maszyny manipulacyjnej, do silnego
zróżnicowania właściwości funkcjonalnych jej układów składowych w zależności od
konkretnego przeznaczenia.
W produkcji seryjnej ruchy lokomocyjne są w większości operacji roboczych zbędne
lub zredukowane do ruchu pomocniczego. Ograniczona liczba ruchów regionalnych i
lokalnych, typowa dla zadania manipulacyjnego w produkcji seryjnej, pozwala na odpowiednie
ograniczenie liczby stopni ruchliwości jednostki kinematycznej maszyny manipulacyjnej: prze-
ciętnie 2-6. W przypadku zadań o niezdeterminowanym torze ruchu przemieszczeń zbędna jest
kontrola pracy układów napadowych w trakcie ruchu między punktami podporowymi toru.
16
W zależności od seryjności produkcji (częstości zmian algorytmu pracy) oraz od klasy
elementarnych przemieszczeń występujących w zadaniu manipulacyjnym i zakresu współpracy
ze środowiskiem produkcyjnym, układ sterowania maszyny manipulacyjnej może być
rozwiązany jako:
 stałoprogramowy  w produkcji wielkoseryjnej i masowej, w przypadku zdeterminowanego
położenia manipulowanego obiektu;
 programowany ręcznie  w produkcji od średnioseryjnej do wielkoseryjnej i przy
zdeterminowanym położeniu manipulowanego obiektu;
 programowany przez obwiedzenie toru  poczynając od produkcji małoseryjnej i w
przypadku przemieszczenia obiektu (narzędzia) po torze
 programowany przez nauczanie  także od produkcji małoseryjnej, ale dla złożonych
wymagań współpracy ze środowiskiem, np. ścisłe określonego toru ruchu,
niezdeterminowanych położeń obiektów (przy wyposażeniu w urządzenia sensoryczne),
synchronizacji pracy wielu maszyn obróbkowych, sytuacjach decyzyjnych, awaryjnych.
2. 2. 3. 3. Komputerowe systemy wytwarzania
Uwagi o wymaganiach produkcji seryjnej w stosunku do systemu manipulacyjnego
podane w poprzednim punkcie odnoszą się w zasadzie w całości do systemów komputerowego
wytwarzania (CAM - Computer Aided Manufacturing). Różnica polega na zmianie zakresu
zadań systemu transportowego produkcji, z odpowiednimi konsekwencjami w stosunku do
zadań maszyny manipulacyjnej w procesie.
Centralnie sterowany system transportowy w komputerowych systemach wytwarzania
przejmuje większość bądz
wszystkie zadania systemu manipulacyjnego z produkcji
konwencjonalnej, dostarczając materiały i półprodukty w sposób całkowicie zdeterminowany
na miejsce obróbki w poszczególnych maszynach i urządzeniach technologicznych lub stacjach
roboczych ciągu produkcyjnego. Transport ten może być realizowany:
 bezpośrednio, np. za pomocą układu jezdno wysięgnikowego o budowie portalowej lub
suwnicowej,
 za pośrednictwem zunifikowanych w całym systemie produkcyjno transportowym palet,
wózków itp., umożliwiających zarówno jednoznaczne zamocowanie obiektu, jak i osadzenie
całości w miejscu obróbki.
Konsekwencją zastosowania centralnie sterowanego systemu transportowego jest
prawie całkowite zredukowanie zadań transportowych i obsługowych na korzyść zadań
technologicznych (obróbkowych), jakie w systemach CAM może wypełnić maszyna
17
manipulacyjna. Przy transporcie bezpośrednim rola maszyny manipulacyjnej ograniczać się
będzie do wypełnianiu zadań pomocniczych bądz
w samym systemie transportowym, np. jako
plastyczny element sprzęgający różne ciągi systemu transportowego, bądz
między systemem
transportowym i urządzeniami technologicznymi procesu. Zadania technologiczne maszyn
manipulacyjnych w systemach CAM są zadaniami zbieżnymi z zadaniami numerycznie
sterowanych maszyn i urządzeń produkcyjnych.
2. 2. 4. Podatność organizacyjno-techniczna
Obszarem penetracji techniki robotyzacyjnej na jej współczesnym etapie rozwoju
winny być przede wszystkim procesy produkcyjne o średnim stopniu racjonalizacji techniki
produkcyjnej, tzn. konwencjonalnie zmechanizowanej i zautomatyzowanej produkcji seryjnej.
Twierdzenie to opiera się na porównaniu dwóch obszarów
 maksymalnego efektu oszczędności pracochłonności, wyznaczonego jako graniczna wartość
stosunku czasu pomocniczego do maszynowego;
 ekonomicznej zasadności robotyzacji, wyznaczonej jako graniczna wartość nakładów
inwestycyjnych na robotyzację.
Rozpatrując procesy produkcyjne o różnym stopniu racjonalizacji organizacyjno-
technicznej stwierdza się, że początkowym efektem racjonalizacji jest zwiększenie, a następnie
zmniejszenie względnego udziału pracochłonności manipulacji w ogólnie zmniejszającym się
czasie jednostkowym operacji wykonywanych na danym wyrobie. Większość czynności
manipulacyjnych należy do grupy czynności pomocniczo przygotowawczych do właściwej
operacji maszynowej. Udział tych czynności jest większy w tych typach produkcji, w których
proces wytwarzania dzielony jest na elementarne operacje i tym samym większe są zadania
transportu między operacyjnego, mniejszy zaś, gdy procesy maszynowe koncentrowane są na
mniej licznych (najlepiej pojedynczych) stanowiskach lub centrach produkcyjnych.
Koszt inwestycyjny robotyzacji maleje wraz ze zwiększającym się stopniem
racjonalizacji technicznej i organizacyjnej produkcji. Zmniejszają się bowiem wymagania
stawiane maszynie manipulacyjnej (wobec przesunięcia większości zadań transportowych,
technologicznych, kontrolnych i sterowniczych ze sfery podporządkowanej człowiekowi do
sfery zautomatyzowanych maszyn i urządzeń technologicznych).
Jednym z efektów robotyzacji powinno być podniesienia wydajności produkcji dzięki
zwiększeniu prędkości ruchu przemieszczanych całkowicie maszynowo przedmiotów obróbki i
narządzi.
Organizacyjno-techniczna podatność produkcji na robotyzację wzrasta ze zwiększeniem
18
seryjności produkcji, tym samym warunki wprowadzania robotyzacji w Polsce są gorsze niż w
krajach o podobnym potencjale gospodarczym. W latach siedemdziesiątych średni krajowy
stosunek czasu maszynowego do czasu pomocniczego i przygotowawczo-zakończeniowego w
przemyśle maszynowym, głównym odbiorcy techniki robotyzacyjnej, wynosił jak 1 : 4  są to
proporcje charakterystyczne dla produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Oznacza to, że etap
prac związanych bezpośrednio z robotyzacją musi być poprzedzony intensywną racjonalizacją
techniczno-organizacyjną produkcji; nasyceniem w środki mechanizacji i konwencjonalnej
automatyzacji z równoczesnym działaniem w kierunku zwiększenia seryjności.
Dla określenia podatności organizacyjno-technicznej konkretnego stanowiska
produkcyjnego niezbędne jest przeprowadzenie szczegółowej analizy, której kierunki i zakres
zależą od trzech podstawowych wariantów wprowadzenia techniki robotyzacyjnej do
produkcji:
 modernizacji stanowisk lub ciągu produkcyjnego bez wymiany maszyn i urządzeń
technologicznych.
 modernizacji procesu produkcyjnego połączonego z częściową lub całkowitą wymianą
maszyn i urządzeń technologicznych,
 wyposażenia nowo projektowanego oddziału produkcyjnego w zestawy maszyn i urządzeń
technologicznych, transportowych i manipulacyjnych.
Podstawą analiz są z reguły ankiety przygotowywane przez producentów maszyn lub instytucje
(np. biura projektowe) i przedsiębiorstwa zajmujące się projektowaniem, kompletacją i
wdrażaniem nowych rozwiązań produkcyjnych.
Według Budy i Kovaća (CIRP) analiza podatności organizacyjno-technicznej procesu
na robotyzację może obejmować:
1) ustalenie wymagań stawianych maszynie manipulacyjnej w procesie, w tym:
 identyfikacje, czynności manipulacyjnych przez określenie klasy przemieszczeń,
 określenie liczby stopni ruchliwości chwytaka lub narzędzia (liczby zespołów ruchu części
lokalnej jednostki kinematycznej),
 określenie kształtu i parametrów geometrycznych przestrzeni roboczej,
 określenie udz
wigu,
 określenie sposobu sterowania przemieszczeniami,
 określenie rodzaju i liczby kroków programu;
2) określenie charakterystyki technicznej maszyn i urządzeń procesu, w tym:
 oprzyrządowania procesu w urządzenia pomocnicze i ich właściwości,
 określenie stopnia automatyzacji maszyn i urządzeń produkcyjnych,
19
 możliwości podłączenia maszyn i urządzeń produkcyjnych do centralnego systemu
sterowania,
 określenie przestrzeni roboczej i kanałów dostępu do maszyn i urządzeń produkcyjnych,
 zorientowania obiektów manipulacji w poszczególnych fazach procesu technologicznego,
 wymagań kontrolno-nadzorczych maszyn i urządzeń produkcyjnych;
3) określenie charakterystyki obiektów manipulacji, w tym;
 podatności manipulacyjnej przedmiotu obróbki lub narzędzia,
 seryjności i częstości zmian programu produkcyjnego,
 sposobu transportowania, podawania do stanowiska roboczego, magazynowania i
pozycjonowania obiektu manipulacji,
 sposobu usuwania odpadów i sposobu podawania materiałów eksploatacyjnych (np. płyny
smarujące i chłodzące) i technologicznych (np. wymiana narzędzi w maszynach
technologicznych):
4) określenie warunków eksploatacyjnych maszyny manipulacyjnej i urządzeń pomocniczych,
w tym:
 powierzchni osadzenia maszyny manipulacyjnej i urządzeń pomocniczych,
 warunków energetycznych zasilania.
Tablica 2.1. przedstawia kryteria podatności procesu produkcyjnego na robotyzację.
Każdemu z nich przyporządkowany jest odpowiedni współczynnik, który mnożony jest przez
uzyskaną ocenę punktową. Im większy wynik stanowiący sumę omówionych iloczynów, tym
proces jest bardziej podatny na robotyzację.
TABLICA 2.1. Krytera podatności procesu produkcyjnego na robotyzację
Kryterium Współ- Ocena punktowa
oceny czynnik
kryterium
0 1 2 3
Możliwość 5 brak możliwość częściowa pełna
rezygnacji z odciążenia
obecności
człowieka w
procesie
Wielkość serii 4 jednostkow masowa wielkoseryjna średnia i
produkcyjnej a małoseryjna
Automatyczny 4 brak trudna łatwa istnieje lub jest
przebieg realizacja realizacja niepotrzebny
procesu
produkcyjnego
Odprowadzeni 3  ręczne częściowo automatyczne
e wiórów, automatyczne lub
odpadów niepotrzebne
Odporność 3 brak niewielka średnia duża
procesu na
zakłócenia
20
Czas 2 duży średni niewielki brak
przezbrajania
procesu
Konieczność 3 tak Według nie 
postoju w potrzeby
każdym takcie
roboczym
Podobieństwo 1 żadne niewielkie duże identyczne
stanowisk
roboczych
Chwytak 2 skompliko  typowe prosty
maszyny wany rozwiązanie
manipulacyjnej
Dopuszczalna 3 1 2 > 2 
liczba miejsc
uchwycenia
obiektu
manipulacji
Automatyczne 3 brak trudna łatwa niepotrzebne
urządzenia realizacja realizacja
mocujące
Ciężar obiektu 3 bardzo duży średni mały
manipulacji duży
Możliwość 5 nie istnieje bardzo trudna łatwa Przedmioty
uporządkowani uporządkowan
a i e lub
zorientowania pojedyncze
obiektów
manipulacji
2. 3. Techniczno-organizacyjne przygotowanie robotyzacji
Istnieje sześć zasad techniczno-organizacyjnego przygotowania przedsięwzięcia
robotyzacyjnego:
1) zasada optymalnego ujęcia procesu manipulacyjnego  należy, uwzględniając lub
optymalizując zadania technologiczne systemu roboczego, podzielić zadania systemu
manipulacyjnego na skończoną liczbę elementarnych, powtarzających się cyklicznie czynności
(kroków)  zasada ta warunkuje wykorzystanie maszyny manipulacyjnej jako środka
automatyzacji procesu produkcyjnego;
2) zasadę równoczesności  należy doprowadzić do równoczesnej pracy maszyn i urządzeń
technologicznych systemu roboczego i systemu manipulacyjnego  zasada ta umożliwi
skrócenie czasów wykonywania operacji roboczych do ich niezbędnego, technologicznego
minimum;
3) zasadę ekonomiczności  należy, przez odpowiednie przygotowania konstrukcyjne maszyn
i urządzeń technologicznych systemu roboczego, transportowego oraz kontrolnego, a także
przez ich przestrzenne usytuowanie względem współpracującej z nimi maszyny
21
manipulacyjnej, zmniejszyć do minimum liczbę, czynności manipulacyjnych oraz
wyeliminować w możliwie największym zakresie działania sterownicze, nadzorcze i kontrolne
 zasada ta pozwala zwiększyć współczynnik zamienności pracy żywej i maszynowej, a tym
samym poprawić wskaz
niki ekonomiczne przedsięwzięcia robotyzacyjnego;
4) zasadę synchronizacji  należy ustalić kolejność wykonywania zadań technologicznych,
manipulacyjnych i pomocniczych w obrębie stanowisk wielomaszynowych, ciągów lub linii
produkcyjnych tak, aby doprowadzić do możliwie najlepszego czasowo wykorzystania maszyn
i urządzeń produkcyjnych  zasada ta umożliwia zwiększenie wydajności produkcji;
5) zasadę optymalnego ustawienia maszyny manipulacyjnej  należy tak usytuować maszynę
manipulacyjną w stosunku do współpracujących z nią maszyn i urządzeń produkcyjnych, aby
optymalnie wykorzystać przestrzeń roboczą maszyny, zwłaszcza zapewnić najmniejsze
przemieszczenia jej jednostki kinematycznej i w możliwie minimalnym stopniu zająć
powierzchnię produkcyjną  przestrzeganie tej zasady pozwoli na skrócenie czasów
wykonywania czynności manipulacyjnych oraz zmniejszy koszt wykorzystania powierzchni
produkcyjnej, a tym samym poprawi wskaz
niki ekonomiczne produkcji;
6) zasadę zgodności  należy dla danego procesu produkcyjnego wybrać maszynę
manipulacyjną o parametrach kinematycznych, sterowniczych, sensorycznych i energetycznych
zgodnych, ale nie przewyższających w niepotrzebnym zakresie odpowiednich wymagań
procesu  zasada ta pozwoli na zmniejszenie kosztu inwestycji przedsięwzięcia
robotyzacyjnego i kosztu eksploatacji zrobotyzowanego procesu.
Odpowiednio do omówionych zasad działania techniczno-organizacyjnego
przygotowania robotyzacji winny koncentrować się na:
 racjonalizacji rabotyzacyjnej systemu roboczego produkcji robotyzowanej;
 racjonalizacji systemu transportowego pod kątem współpracy z robotyzowanymi
stanowiskami produkcyjnymi  przygotowaniu urządzeń pośredniczących, zasobnikowych
itp.;
 wyborze maszyny manipulacyjnej;
 wyborze wariantu przestrzennego usytuowania maszyn i urządzeń technologicznych,
transportowych i kontrolnych oraz maszyn manipulacyjnych w stanowiskach, ciągach lub
liniach produkcyjnych (plan organizacyjny robotyzowanego procesu);
 przygotowaniu urządzeń i układów eliminujących zagrożenie powodowane przez maszyny
manipulacyjne w stosunku do obsługi i załogi produkcyjnej.
22
2. 3. 1. System roboczy
W zakresie przedsięwziąć odnoszących się do systemu roboczego produkcji,
przygotowanie techniczne robotyzacji winno zapewnić:
 możliwie najwyższy stopień automatyzacji przebiegu czynności roboczych maszyn i
urządzeń technologicznych, w tym zwłaszcza urządzeń mocujących przedmiot obróbki,
 automatyzację kontroli stanu narzędzi oraz, jeśli to możliwe, przyholowanie urządzeń do
automatycznej ich wymiany,
 redukcję, automatyzację lub przesunięcie na stanowiska obsługiwane konwencjonalnie
czynności pomocniczych procesu,
 automatyzację kontroli i nadzoru przebiegu procesu.
Zastosowanie maszyn manipulacyjnych ułatwia, a niekiedy wręcz dopiero umożliwia,
osiągnięcie takiego stopnia automatyzacji maszyn i urządzeń technologicznych, przy którym
zarówno przedmiot obróbki, jak i jednostki robocze urządzeń produkcyjnych, przed i po
każdym cyklu roboczym (obróbkowym, wytwórczym itp.) znajdują się w ściśle określonym
miejscu i jednoznacznym położeniu, a wszystkie czynności robocze między zamocowaniem a
odmocowaniem przedmiotu przebiegają automatycznie.
Niezbędna do realizacji dużej części procesów obróbkowych zmiana narzędzi przebiega
w większości współczesnych obrabiarek automatycznie (np. głowice rewolwerowe). Natomiast
wymiana zużytych narzędzi jest wykonywana nadal ręcznie. Powodowane jest to przede
wszystkim różnym czasem zużywania się narzędzi, a sam moment konieczności wymiany oce-
nia obsługujący na podstawie pomiarów obrobionego przedmiotu, sygnałów dz
więkowych lub
kontroli optycznej. W przypadku robotyzacji procesu obróbkowego niezbędny staje się
automatycznie działający system kontroli i wymiany narzędzi (w praktyce przemysłowej
jeszcze dość rzadki), określenie średniego czasu używania narzędzi lub w ostateczności
pozostawieniu zadania kontroli i wymiany operatorowi procesu.
Napędy osłon miejsc obróbki powinny być sprzężone ze sterowaniem maszyny
manipulacyjnej, podobnie jak sterowanie urządzeń pomocniczych i towarzyszących. Liczba
sygnałów dwustanowych niezbędnych do realizacji tych działań w produkcji seryjnej w
odniesieniu do jednego stanowiska nie przekracza kilku do kilkunastu sygnałów, z reguły 6-8
sygnałów sterujących i kontrolnych. Trudne z reguły usuwanie odpadów z miejsca obróbki
może być rozwiązane jako aktywne (np. wydmuchiwanie lub podsycanie małych wiórów i
pyłów) lub pasywne  przez samoczynne wypadanie odpadów na transporter (np. przy
niekonwencjonalnym usytuowaniu przestrzennym obrabiarki, narzędzia i przedmiotu obróbki).
Inne czynności pomocnicze, jak np.: kontrola wymiarów, obróbka wykańczająca
23
główną operację roboczą, np. poprawki malarskie polakierowanych powierzchni,
przygotowanie operacji następnych, itp. mycie, oczyszczanie, składanie półwyrobów, winny
być również przesunięte do stanowisk procesu obsługiwanych ręcznie.
W większości współczesnych procesów produkcyjnych człowiek obsługujący proces
wizualnie, w niektórych przypadkach słuchowo lub nawet dotykowo, kontroluje i nadzoruje
przebieg procesu. Tylko nieliczne funkcje kontrolno-nadzorcze przebiegają automatycznie (np.
zabezpieczenie przed przeciążeniem silników elektrycznych). W przypadku wprowadzenia ro-
botyzacji zabezpieczenie przed następstwami uszkodzeń urządzeń procesu wymaga:
 budowy automatycznie działającego centralnego systemu kontroli
 budowy operatorskiego systemu diagnozowania uszkodzeń,
 pozostawienia kontroli i nadzoru zrobotyzowanych stanowisk w gestii obsługi operatorskiej
lub załóg stanowisk pracy ręcznej.
W dziedzinie automatyzacji czynności pomocniczych procesu, sprzyjającej wprowadzeniu
maszyn manipulacyjnych, jest jeszcze sporo problemów do rozwiązania, gdyż stopień
automatyzacji tych czynności jest niski. Na przykład praktycznie całkowicie w gestii
pracowników obsługi procesu pozostaje kontrola i wymiana zużytych narzędzi oraz kontrola i
nadzór procesu.
2. 3. 2. System transportowy i urządzenia zasobnikowe
Ocenia się, że rozwiązanie połączenia systemu transportowego i roboczego produkcji
decyduje o powodzeniu większości przedsięwzięć robotyzacyjnych. Pozostawienie w
przypadku robotyzacji produkcji konwencjonalnego systemu transportowego musi bowiem
prowadzić w większości przypadków do znacznego rozszerzenia działań sensorycznych ze
względu na niezdeterminowane położenie obiektów manipulacji w stacji początkowej ruchu
oraz pozostawienie człowieka jako elementu sprzęgającego oba systemy. Oba przypadki
prowadzą do pogorszenia efektywności ekonomicznej robotyzacji lub nawet postawienia pod
znakiem zapytania jej celowość.
System transportowy w zrobotyzowanym procesie produkcyjnym może opierać się na:
 dostarczaniu obiektów manipulacji (przedmiotów obróbki) w zasobnikach o jednoznacznie
wyznaczonym położeniu obiektów (np. zasobniki paletowe, kasetowe, przenośniki
łańcuchowe) i zdeterminowanym położeniu lub ruchu zasobnika albo obiektu względem
maszyny manipulacyjnej,
 wyposażeniu stanowisk zrobotyzowanych w zasobniki magazynowo-podające,
zapewniające pracę stanowiska bez ingerencji człowieka przez dłuższy czas, najlepiej co
24
najmniej jedną zmianę roboczą, nadające zorientowane położenie wyjściowe obiektów
manipulacji,
 ustawieniu maszyn technologicznych lub stanowisk w linie tak, aby kolejne położenia
wyjściowe obiektów manipulacji były wyznaczane przez urządzenia mocujące, a całość
zadań systemu transportowego przejęły maszyny manipulacyjne.
Przyjęcie konkretnego rozwiązania systemu transportowego nie pozostaje bez wpływu
na wybór wariantu organizacyjnego procesu produkcyjnego, zwłaszcza stanowisk
obsługiwanych konwencjonalnie (ręcznie) oraz jego wskaz
ników wydajnościowych, tym
samym efektywności ekonomicznej wytwarzania. Zasobniki magazynowo-podające
przystosowane do współpracy z maszynami manipulacyjnymi dzieli się ze względu na;
1) możliwości ruchu samego zasobnika, rozróżniając zasobniki:
 stacjonarne,
 ruchome, w tym; transportowalne, jezdne i samojezdne,
2) możliwości ruchu obiektu w zasobniku, rozróżniając zasobniki;
 aktywne  zmieniające w każdym cyklu roboczym położenie swej zawartości tak, że w
stacji wyjściowej znajduje się jeden gotowy do pobrania przedmiot, bądz
zapewniona jest
możliwość odłożenia jednego przedmiotu, np. zasobnik łańcuchowo-drabinkowy, zasobniki
przenośnikowo-paletowe, ześlizgowe,
 częściowo aktywne  zmieniające położenie całych grup przedmiotów, np. osadzonych na
pozycjonowanych płaszczyznach magazynowych tak, że maszyna manipulacyjna musi mieć
możliwość pamiętania wzoru zapełnienia poszczególnej grupy,
 bierne  np. stoły o układanych w określonych miejscach przedmiotach, co wymaga od
układu sterowania maszyny manipulacyjnej zapamiętania informacji o początkowym
położeniu i stanie zapełnienia zasobnika oraz prowadzenia bilansu zawartości.
Podstawowymi wskaz
nikami jakości zasobników magazynowych są: pojemność
zasobnika, gęstość upakowania zawartości na jednostkę, objętości lub powierzchni oraz czas
przezbrajania albo przetransportowywania.
2. 3. 3. Wybór maszyny manipulacyjnej
Przy wyborze maszyny manipulacyjnej należy bezwzględnie przestrzegać zasady
zgodności wymagań procesu i możliwości kinematycznych, sterowniczych i energetycznych
maszyny jako środka automatyzacji procesu. Zakup maszyn o możliwościach znacznie
przewyższających potrzeby, np. maszyn uniwersalnych, podnosi niepotrzebnie koszty
inwestycji i eksploatacji robotyzowanego procesu produkcyjnego.
25
Stosowane są dwie metody określania parametrów technicznych dobieranych do
wymagań procesu maszyn manipulacyjnych:
1) przez przyjęcie i uśrednienie dla danego procesu produkcyjnego (stanowisk, linii
produkcyjnych) wartości parametrów technicznych już wykorzystywanych w praktyce maszyn
manipulacyjnych;
2) przez wykorzystanie analizy podatności organizacyjno-technicznej robotyzowanego procesu,
nie biorąc pod uwagę; właściwości konkretnej maszyny, ale uwzględniając pewne wspólne dla
poszczególnych grup rozwiązań parametry techniczne.
Przy analizie wymagań procesu szczególną uwagę należy zwrócić na możliwe
precyzyjne określenie zakresu i przebiegu czynności zadania manipulacyjnego na
poszczególnym stanowisku pracy w konwencjonalnie prowadzonym procesie produkcyjnym
(identyfikacja wymagań manipulacyjnych). Uwzględnić należy:
 podział zadania manipulacyjnego na elementarne czynności, łącznie z określeniem
przemieszczeń oraz zakresów, parametrów i dokładności,
 sposób oraz parametry chwytania i orientowania obiektu manipulacji,
 potrzeby synchronizacji (czasowej, ruchowej) poszczególnych czynności manipulacyjnych i
technologicznych oraz maszyn systemu roboczego, kontrolnego itd.,
 warunki blokad czynności manipulacyjnych w stosunku do sytuacji w systemie roboczym.
Z analizy tej wynikną:
 wymagania kinematyczne odnoszące się do części regionalnej i lokalnej, ewentualnie
globalnej jednostki kinematycznej,
 wymagania energetyczne w stosunku do jednostki kinematycznej maszyny manipulacyjnej,
 wymagania sterownicze i sensoryczne odnoszące się do układu sterowania oraz urządzeń i
układów sensorycznych maszyny manipulacyjnej,
 podanie, które z czynności roboczych, pomocniczych i manipulacyjnych mogą być
realizowane w stanowisku zrobotyzowanym, a które muszą być przejęte przez stanowiska
obsługiwane konwencjonalnie (ręcznie).
Dokonanie wyboru maszyny manipulacyjnej jest zadaniem trudnym, wymagającym
uwzględnienia wzajemnych relacji co najmniej kilkudziesięciu parametrów technologicznych,
wymiarowych, funkcjonalnych oraz technicznych maszyn i urządzeń stanowiska roboczego.
Wyboru maszyny manipulacyjnej należy dokonywać równolegle z tworzeniem planu
organizacyjnego robotyzowanego procesu, posługując się komputerową technika
wspomagającą prace projektowe.
26
2. 3. 4. Plan organizacyjny robotyzowanego procesu
Przygotowanie organizacyjne przedsięwzięcia robotyzacyjnego musi zawierać
rozwiązanie dwóch podstawowych zagadnień:
 wyboru i schematu organizacyjnego robotyzowanego procesu w rozumieniu linii lub
wydziału produkcyjnego, ze szczególnym uwzględnieniem wzajemnych relacji systemów
procesu: roboczego, transportowego, manipulacyjnego i kontrolnego oraz podziału procesu
na ciągi i stanowiska produkcyjne zrobotyzowane i prowadzone konwencjonalnie,
 planu przestrzennego zagospodarowania poszczególnych zrobotyzowanych stanowisk
produkcyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem wyboru, sposobu i miejsca osadzenia
maszyny manipulacyjnej i urządzeń towarzyszących w stosunku do maszyn i urządzeń
produkcyjnych.
Zadania manipulacyjne, w szczególności obsługowe i technologiczne, mogą być
wykonane w różnych układach organizacyjnych stanowisk procesu produkcyjnego. Do
podstawowych należą:
 pojedynczo, równolegle do systemu transportowego obiektów ułożone maszyny
technologiczne lub maszyny manipulacyjne roboty żujące działania robocze;
 linia maszyn systemu roboczego, sprzęgnięta systemem manipulacyjnym w ciąg
technologiczny wytwarzania produktu, niezależny od konwencjonalnego systemu
transportowego i dodatkowo obsługiwana (transport materiałów, odpadów, narzędzi) przez
pomocniczy system manipulacyjny, współpracujący z kolei z głównym systemem trans-
portowym;
 gniazdo kilku maszyn systemu roboczego, tworzące jedno stanowisko produkcyjne
obsługiwane przez system manipulacyjny sprzęgający stanowisko z systemem
transportowym oraz synchronizujący pracę maszyn i urządzeń stanowiska,
 układ mieszany o liniowo-gniazdowym rozmieszczeniu maszyn systemu roboczego, obsługiwanych przez
system manipulacyjny sprzęgający dane stanowisko z systemem transportowym i z innymi stanowiskami linii
produkcyjnej.
Przy wyborze i sporządzaniu planu przestrzennego zagospodarowania poszczególnego
robotyzowanego stanowiska produkcyjnego należy uwzględnić:
1) wybór wariantu konfiguracji maszyn roboczych i maszyny manipulacyjnej, przy dwóch wariantach
podstawowych; gniazdowym (rys. 2.2a) oraz liniowym (rys. 2.2b), wymagającym z reguły wyposażenia jednostki
kinematycznej w zespół ruchu globalnego;
2) konstrukcyjną możliwość lub celowość zintegrowania maszyny manipulacyjnej z
maszynami i urządzeniami produkcyjnymi stanowiska, np. przez zastosowanie maszyn
specjalizowanych lub modułowych;
27
3) zabezpieczenie kanałów dostępu, którymi, uwzględniając możliwości kinematyczne branej
pod uwagę maszyny manipulacyjnej, chwytak (narzędzie) wraz z przedmiotem musi się
przedostać do miejsca obróbki;
4) wykorzystanie powierzchni produkcyjnej  oszczędne, ale uwzględniające:
 dostęp do maszyny manipulacyjnej i maszyn produkcyjnych dla programowania,
przeglądów i konserwacji, przy czym możliwe tu są także dwa warianty osadzenia maszyny
manipulacyjnej: podłogowy i sufitowy, zawieszony ponad stanowiskiem,
 lokalizację stacji zasilania maszyn technologicznych i maszyny manipulacyjnej,
 lokalizację szaf układów sterowania maszyn technologicznych i maszyny manipulacyjnej,
 wyposażenie stanowiska w urządzenia służące bhp.
Rozwiązanie problemu organizacji stanowiska produkcyjnego jest ogólnie znane, ale tylko przy
uwzględnieniu człowieka jako uniwersalnego i elastycznego elementu manipulacyjnego. Dla
optymalnego rozmieszczenia obiektów procesu, w którym ma być zastosowany o wiele mniej
podatny element, jakim jest maszyna manipulacyjna, jedynym racjonalnym rozwiązaniem jest
użycie komputerowych programów i systemów projektowania, zwłaszcza konwersacyjnych z
terminalami graficznymi. Takie systemy komputerowo wspomaganego projektowania
28
zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych są intensywnie rozwijane w krajach o
zaawansowanej technice robotyzacyjnej. Systemy takie umożliwiają:
 w przypadku modernizacji procesu  wybór właściwej maszyny manipulacyjnej przy
podanych założeniach konfiguracji i wymiarach maszyn i urządzeń stanowiska oraz kanałów
dostępu do miejsc obróbki,
 w przypadku projektowanego procesu  wybór konfiguracji wzajemnej wszystkich
elementów stanowiska, a więc zarówno maszyn i urządzeń produkcyjnych, jak i maszyny
manipulacyjnej.
Na rysunku 2. 3. Przedstawione są podstawowe układy stanowisk zrobotyzowanych i
prowadzonych konwencjonalnie w linii produkcyjnej procesu:
 w pełni zrobotyzowanego (rys. 2. 3a)  przekazywanie przedmiotu obróbki odbywa się za
pośrednictwem systemu transportowego,
częściowo zrobotyzowanego (rys. 2. 3b, c) w sposób mieszany (b) oraz integrujący działania
podlegające robotyzacji i działania konwencjonalne prowadzone ręcznie.
2. 3. 5. Bezpieczeństwo pracy z maszynami manipulacyjnymi
Jednym z powodów stosowania techniki robotyzacyjnej jest ochrona zdrowia i życia
człowieka pracującego w przemyśle. Należy jednak pamiętać, że niewłaściwie zaprojektowane
zrobotyzowane stanowisko produkcyjne może stanowić z
ródło licznych zagrożeń (przede
wszystkim mechanicznych) zarówno dla obsługi operatorskiej, jak i pozostałej załogi
29
produkcyjnej. Zagrożenia te, jak wskazuje praktyka, mogą przyczynić się w początkowym
okresie stosowania techniki robotyzacyjnej nawet do wzrostu wypadkowości przy pracy.
Przyczynami tych zagrożeń są specyficzne różnice w sposobie pracy maszyn manipulacyjnych
i maszyn technologicznych, niespodziewane dla osób przyzwyczajonych do pracy z
konwencjonalnymi urządzeniami produkcyjnymi. Różnice te polegają głównie na:
 dużych wymiarach przestrzeni roboczej maszyn manipulacyjnych, kilkakrotnie większej od
samej maszyny, podczas gdy w maszynach technologicznych przestrzeń robocza znajduje
się z reguły wewnątrz maszyny;
 prędkościach ruchu mechanizmu dochodzących do kilku m/s, zmiennych w prawie całym
zakresie, przy kilkakrotnie mniejszych prędkościach posuwowych maszyn
technologicznych;
 zmiennym torze ruchu, podczas gdy ruch narzędzi maszyn jest z reguły określony;
 możliwościach wyrzucenia z dużymi przyspieszeniami obiektów manipulacji z chwytaków
(przed tego typu awariami maszyny technologiczne chronione są pokrywami, osłonami itp.).
W celu zapewnienia bezpieczeństwa pracy z maszynami manipulacyjnymi stosowane są
urządzenia i układy:
 ochrony bezpośredniej  uniemożliwiające przebywanie człowieka w przestrzeni
niebezpiecznej podczas pracy maszyny,
 ochrony pośredniej  polegające na sygnalizowaniu przekroczenia granicy strefy
niebezpiecznej i wywołaniu odpowiedniej reakcji maszyny.
Praktyka przemysłowa wykazała, że najbardziej pewnym i niezawodnym urządzeniem ochronnym jest zagroda
siatkowa (rys. 2.4.). Zabezpiecza ona nie tylko przed niepożądanym dostępem z zewnątrz, ale i chroni środowisko
zewnętrzne przed wyrzucanymi z chwytaka obiektami manipulacji. Furtki w zagrodzie, oprócz blokady
mechanicznej, zaopatrywane są w wyłączniki uruchamiane przez naciśnięcie klamki lub otwarcie drzwi oraz
niekiedy dodatkowo w łańcuchowe złącza bezpiecznikowe.
Równie dobrym, choć droższym urządzeniem ochronnym są zagrody wykonane z płyt. W chwili obecnej coraz
popularniejsze stają się optoelektroniczne systemy bezpieczeństwa. W ich skład wchodzą:
30
 skanery laserowe  zaprojektowane do użytku jako czujniki stacjonarne dla ochrony
niebezpiecznych obszarów lub jako czujniki mobilne dla ochrony będących w ruchu
bezobsługowych pojazdów,
 kurtyny  nadzorowanie strefy / punktu, zaprojektowane do użytku przy niebezpiecznych
maszynach (rys. 2.5.),
zamki blokujące  nadzorowanie dostępu.
Do środków ochrony pośredniej należą: układy fotoelektryczne, podłogowe płyty naciskowe
oraz układy sterowania dwuręcznego, znane z konwencjonalnej automatyki.
Zdecydowanie trudniejszym zadaniem niż ochrona przed niepożądanym wejściem w
strefę zagrożenia, jest ochrona obsługi operatorskiej w czasie programowania maszyny i w
sytuacjach awaryjnych, grożących zupełnie nie dającymi się przewidzieć przemieszczeniami
mechanizmu maszyny. Jedynym właściwie zabezpieczeniem jest zapewnienie przez producenta
tzw. bezpiecznej dla obsługi konstrukcji maszyny (np. nie powodującej po wyłączeniu zasilania
tzw.  opadnięcia zespołów ruchu jednostki kinematycznej, co występuje w maszynach z
napadami hydraulicznymi) oraz wyodrębnienie w stanowisku specjalnych, bezpiecznych
miejsc dla obsługi.
3. Aspekty ekonomiczne przedsięwzięcia robotyzacyjnego
Efektywność ekonomiczną robotyzacji, podobnie jak każdego innego przedsięwzięcia
inwestycyjnego związanego z wdrażaniem postępu technicznego, określa się na podstawie
relacji między nakładami i kosztami użytkowania a uzyskanymi dzięki niej efektami. Obydwa
składniki tej relacji muszą być przedstawione w tych samych jednostkach, a pozytywny wynik
ekonomiczny wystąpi wtedy, gdy efekty przewyższą nakłady.
31
Badania efektywności robotyzacji procesów przemysłowych są działaniami dość
niejednoznacznymi, a ich wyniki mogą być ze sobą porównywane tylko na płaszczyz
nie
identycznych stosunków społeczno ekonomicznych, branż przemysłowych, przedsiębiorstw, a
w obrąbie poszczególnych przedsiębiorstw  wydziałów i poszczególnych stanowisk
produkcyjnych. Porównanie efektywności ekonomicznej na tych poszczególnych stopniach
może wykazywać diametralnie różne oceny  efektywność robotyzacji może być np.
pozytywna w sensie ogólnospołecznym i równocześnie negatywna w odniesieniu do
wdrażającego ją zakładu produkcyjnego. Ta sprzeczność jest nie tyle rzeczywista, ile pozorna
(zakład produkcyjny jest też instytucją społeczną) i polega na zróżnicowaniu, wynikającym z
reguły z istniejących stosunków i przepisów finansowo-prawnych, użytych w obydwu
przypadkach elementów katalogu składników tworzących nakłady i uzyskane efekty. Z tego też
powodu sama analiza oraz w jej następstwie otrzymana ocena efektywności ekonomicznej
robotyzacji muszą być ściśle zdefiniowane, zarówno w sensie ogólnym, jak i użytych
składników katalogu ocen.
Współczesne metody i środki automatyzacji produkcji przemysłowej wymagają dużych
nakładów początkowych. Dotyczy to także elastycznie zautomatyzowanej produkcji. Praktyka
wykazuje, że koszt projektu ESP w większości przypadków wynosi od 2 mln do 20 mld
dolarów, a koszt najbardziej rozpowszechnionych robotów  od 40 do 100 tys. dolarów.
Zrozumiałe jest, że przy tak dużych nakładach oczekuje się odpowiednich korzyści.
3. 1. Katalog składników oceny efektywności ekonomicznej
Wiarygodność oceny efektywności ekonomicznej robotyzacji zależy zarówno od
pełności katalogu składników nakładów, o co zwykle łatwiej, oraz od określenia uzyskanych
efektów w wariancie z robotyzownnym produkcji, co jest zadaniem już znacznie trudniejszym.
Efekty te są bowiem odnoszone do wariantu konwencjonalnej produkcji, w którym zadania sy-
stemu manipulacyjnego wykonuje człowiek, a więc powinny uwzględniać nie tylko uchwytne
finansowo różnice kosztów stałych i zmiennych wytwarzania, ale także, i to w możliwie
największym zakresie, zawierać bezpośrednia nieuchwytne koszty poprawy warunków pracy,
zabezpieczenia zdrowia i życia, zmian jakości produktu itp.
Próby stworzenia możliwie pełnego katalogu składników oceny efektywności
ekonomicznej robotyzacji były czynione już w początkowym okresie wprowadzania maszyn
manipulacyjnych do przemysłu i nadal są intensywnie prowadzone.
32
3. 2. Składniki kosztów produkcji
3. 2. 1. Produkcja konwencjonalna
Do zbioru kosztów w produkcji konwencjonalnej, mających podstawowe znaczenie w
ocenie efektywności stosowania maszyn manipulacyjnych, zaliczono:
 koszt robocizny bezpośrednio produkcyjnej Kpr,
 koszt obsługi technicznej procesu produkcyjnego Kep,
 koszt przyuczenia nowych pracowników Knp,
 koszt użytkowania powierzchni produkcyjnej Kupk,
 koszt przezbrajania urządzeń i przestawiania procesu produkcyjnego Kpp,
 wydatki na bezpieczeństwo i higienę pracy Kbhp.
Wymienione koszty składają się łącznie na koszt, który można nazwać umownie kosztem
wytwarzania w produkcji konwencjonalnej Kk. Tworzy go koszt opłaconej pracy ludzkiej,
zaangażowanej w działania konwencjonalnego systemu produkcyjnego: produkowania, obsługi
procesu, przygotowania kadry oraz urządzeń procesu i zapewnienia odpowiednich warunków
pracy (Kpr+Kep+Knp). Zestaw ten może być rozszerzony o inne koszty, jak np.: koszt
użytkowania powierzchni produkcyjnej, niezbędnego przezbrajania procesu przy zmianach
wytwarzanego produktu oraz bezpieczeństwa i higieny pracy (Kupk+Kpp+Kbhp).
3. 2. 2. Produkcja zrobotyzowana
Katalog składników (rocznych) kosztów produkcji zrobotyzowanej tworzą:
 nakłady kapitałowe na zakup i zainstalowanie maszyny manipulacyjnej Ia,
 nakłady kapitałowe na zakup (budowę) dodatkowych urządzeń technologicznych i
pomocniczych procesu Za,
 nakłady kapitałowe na zakup (budowę) urządzeń zapewniających bezpieczeństwo obsługi i
pracy maszyny manipulacyjnej Zbhp,
 koszt zmian konstrukcyjnych produktów, spowodowanych wprowadzaniem maszyny
manipulacyjnej Kzk,
 koszt zaprogramowania maszyny manipulacyjnej i maszyn produkcyjnych przy zmianach
wytwarzanego produktu Kp,
 koszt obsługi technicznej maszyny manipulacyjnej i procesu produkcyjnego Kea,
 koszt robocizny bezpośrednio-produkcyjnej tej czyści produkcji, która jest nadal
33
obsługiwana przez robotników Kpa,
 koszt użytkowania powierzchni produkcyjnej Kupa,
 koszt zużycia energii przez maszynę manipulacyjną i urządzenia towarzyszące Ken,
 koszt przezbrajania urządzeń i przestawiania procesu produkcyjnego oraz przezbrajania i
przeprogramowywania maszyny manipulacyjnej Kmp.
Wymienione koszty składają się łącznie na umownie nazwany koszt wytwarzania w systemie
zrobotyzowanym Ka (koszt wykorzystania stanowiska roboczego z maszyną manipulacyjną).
Oprócz kosztu opłaconej pracy ludzkiej (Kzh+Kp+Kea+Kpa), niezbędnej także w wariancie
zrobotyzowanym do:
 wykonania prac specyficznie charakterystycznych dla wariantu zrobotyzowanego, jak np.
przeprojektowanie konstrukcyjne produktu pod kątem możliwości chwytnych,
manipulacyjnych i produkcyjnych stosowanej maszyny manipulacyjnej oraz opracowania
programu i zaprogramowania urządzeń procesu wraz z maszyną manipulacyjną,
 wykonania prac  pozostałości wariantu konwencjonalnego produkcji, które nie zostały
przejęte przez maszynę manipulacyjną i urządzenia towarzyszce lub związanych z
niezbędną obsługą techniczną urządzeń procesu i samej maszyny manipulacyjnej,
podstawową część kosztu Ka tworzą odpisy amortyzacyjne i kapitałowe (dyskonto) nakładów
inwestycyjnych.
Nakłady te są ponoszone na:
 zakup maszyny manipulacyjnej Iz,
 przystosowanie i uzupełnienie maszyny manipulacyjnej urządzeniami (standardowymi lub
specjalnymi) umożliwiającymi jej współprace,z urządzeniami technologicznymi procesu,
operatorem, nadrzędnym systemem sterowania itp. Ip
 zainstalowanie maszyny manipulacyjnej w stanowisku produkcyjnym Ii,
 zakup (budowę) dodatkowych urządzeń technologicznych i pomocniczych niezbędnych w
wariancie zrobotyzowanym procesu produkcyjnego Zm,
 zakup (budowę) urządzeń zapewniających bezpieczeństwo obsługi i pracy maszyny
manipulacyjnej w stanowisku produkcyjnym Zhh,
Koszt zakupu maszyny manipulacyjnej Iz jest wartością silnie zróżnicowaną, zależną od
struktury jednostki kinematycznej i rodzaju układu sterowania.
Niemożliwe do pominięcia, nawet we wstępnej ocenie efektywności ekonomicznej
34
robotyzowanej produkcji, są wartości pozostałych nakładów inwestycyjnych (Ip+Ii+Zm+Zbh)
niezbędnych dla wprowadzenia maszyny manipulacyjnej na stanowisko produkcyjne.
Średnie nakłady dodatkowe należy szacować na 80% wartości maszyny manipulacyjnej. W
niektórych przypadkach zastosowań ekstremalne wartości nakładów dodatkowych mogą być 3-
4 razy większe niż nakłady inwestycyjne na zakup maszyny manipulacyjnej.
Katalog składników kosztów w produkcji robotyzowanej uzupełniają koszty:
użytkowania powierzchni produkcyjnej (Kupa), zużycia energii (Ken) i niezbędnego
przezbrajania procesu przy zmianach wytwarzanego produktu (Kmp).
3. 3. Składniki efektu ekonomicznego produkcji zrobotyzowanej
Do podstawowych składników efektu ekonomicznego produkcji zroboryzowanej, poza
ewentualnym zmniejszeniem kosztu wytwarzania Ka względem kosztu wytwarzania w
produkcji konwencjonalnej Kk, należy zaliczyć:
 oszczędność pracy żywej Op wyrażająca się wartością ekonomiczną w sferze
ogólnospołecznej w postaci dodatkowego dochodu, który może zostać wytworzony przez
pracowników przesuniętych do innych zadań produkcyjnych oraz oszczędnością wydatków
socjalno-oświatowych Ospo;
 przyrost produkcji "Pa dzięki większej wydajności stanowisku zrobotyzowanego w
stosunku do konwencjonalnego;
 zmniejszenie strat na skutek zmniejszenia liczby braków, poprawę jakości produkcji oraz
oszczędności materiałów i narzędzi "Wb w produkcji zrobotyzowanej w stosunku do
konwencjonalnej.
W warunkach deficytu rąk do pracy, oszczędność pracy żywej może byt pierwszym i
wystarczająco ekonomicznie uzasadnionym powodem szerokiego wprowadzenia maszyn
manipulacyjnych do produkcji. Aspekt ekonomiczny tego efektu wyraża się potencjalną
możliwością bardziej racjonalnego (wielozmianowość, likwidacja przestojów) wykorzystania
maszyn i urządzeń technologicznych, a przede wszystkim wytworzeniem dodatkowej
produkcji. Bezdyskusyjne w sferze ogólnospołecznej są oszczędności uzyskane dzięki
zmniejszeniu liczby rent z tytułu chorób zawodowych i wypadków przy pracy oraz liczby i
wysokości dodatków za pracę w ciężkich i szkodliwych warunkach. Zmniejszanie wydatków
na oświatę, kształcenie, budownictwo i cele socjalne mogą być uwzględniane jako oszczędność
tylko w płaszczyz
nie efektów poszczególnego przedsiębiorstwa przemysłowego.
35
Op = (nr + nek ) - (nra + nea )
3. 4. Kryteria oceny efektywności ekonomicznej
Kryteria oceny efektywności ekonomicznej zastosowań maszyn manipulacyjnych
opierają się w zasadzie na formułach i wskaz
nikach stosowanych do oceny efektywności
ogólnie rozumianego postępu technicznego, w tym oczywiście i automatyzacji.
Do powszechnie stosowanych kryteriów należą:
 kryterium oszczędności pracy żywej w systemie zrobotyzowanym względem systemu
konwencjonalnego produkcji,
 kryterium oszczędności kosztu wytwarzania,
 kryterium okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych na robotyzację w postaci: statycznego
kryterium amortyzacji oraz dynamicznego kryterium wartości bieżącej przedsięwzięcia,
uwzględniającego zaistniałe lub prognozowane zmiany parametrów ekonomicznych i
organizacyjnych w okresie użytkowania stanowiska,
 kryterium efektywności nakładów inwestycyjnych przedsięwzięcia robotyzowanego w
odniesieniu do zainwestowanej jednostki pieniężnej,
 kryterium stopnia efektywności inwestowania jako granicznej wartości stopy dyskontowej,
dopuszczalnej w przedsięwzięciu inwestycyjnym,
 kryterium racjonalności robotyzacji procesu produkcyjnego w postaci syntetycznego
połączenia, potraktowanych względnie w stosunku do wariantu konwencjonalnego:
przyrostu i kosztu produkcji, a w niektórych postaciach także innych parametrów
techniczno-organizacyjnych procesu.
 kryterium obszaru opłacalności wiążącego efektywność ekonomiczną z podstawowymi
parametrami procesu, np. programem produkcyjnym, czasem jednostkowym operacji,
zwłaszcza w przewidywaniu możliwości istotnych zmian tych parametrów w okresie
użytkowania stanowiska roboczego.
W ocenie efektywności sugerowane jest opieranie się na kilku kryteriach, które wzajemnie się
uzupełniając tworzą bardziej obiektywny obraz stanu ekonomicznego przedsięwzięcia niż w przypadku
stosowania tylko jednej, wybranej formuły.
3. 5. Wskaz
niki oceny efektywności ekonomicznej
3. 5. 1. Oszczędność pracy żywej
Efektywność robotyzacji w sferze osobowej określa oszczędność pracy żywej robotników i personelu obsługi
technicznej
gdzie: nr, nek  liczba robotników i personelu obsługi technicznej w wariancie
36
Kk
" Kak = Kk - Ka lub d =
Ka
konwencjonalnym produkcji; nra  liczba robotników niezbędnych do nadzoru pracy
stanowiska i maszyny manipulacyjnej oraz wykonujących niezautomatyzowane czynności
produkcyjne i manipulacyjne w wariancie zrobotyzowanym produkcji; nea  liczba personelu
obsługi technicznej w wariancie zrobotyzowanym produkcji.
3. 5. 2. Oszczędność kosztu wytwarzania
Podstawowy wskaz
nik kryterium określa formuła
gdzie: Kk  roczny koszt wytwarzania w systemie konwencjonalnym, Ka  roczny koszt
wytwarzania w systemie zautomatyzowanym przez stosowanie maszyn manipulacyjnych.
Zastosowanie maszyn manipulacyjnych jest uzasadnione, gdy oszczędność kosztu wytwarzania
"Kak jest dodatnia (Ka < Kk) lub współczynnik oszczędności kosztu wytwarzania d > 1.
3. 5. 3. Efektywność nakładów inwestycyjnych
Efektywność nakładów inwestycyjnych jest określana przez dwa typy wskaz
ników;
 rentowności, jako stosunku oszczędności (rocznej) kosztu wytwarzania do różnicy
nakładów inwestycyjnych na zakup, zainstalowanie i uruchomienie konwencjonalnej i
zrobotyzowanej techniki procesu produkcyjnego, a więc będącej odwrotnością okresu
zwrotu nakładów inwestycyjnych;
 efektywności nakładów, jako stosunku oszczędności rocznej kosztu wytwarzania do
nakładów kapitałowych rocznych w wysokości odpisu, amortyzacyjnego i dyskontowego.
W pierwszym przypadku inwestycja jest racjonalna, gdy wskaz
nik nie jest mniejszy od sumy
stopy amortyzacyjnej i dyskontowej, w przypadku drugim  gdy wskaz
nik jest równy bądz

większy od jedności.
Bibliografia
1. Niederliński A. : Roboty przemysłowe. WSiP, Warszawa 1981
2. Wrotny T. : Robotyka i elastycznie zautomatyzowana produkcja. Tom 1, Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991
3. Schmid D. : Mechatronika. REA, Warszawa 2002
4. Katalog produktów firmy SICK
37