Üretimde robot teknolojisinin evrimi ve geleceği

Endüstriyel işler genellikle ağır parçaları kaldırmak ve bir araya getirmek gibi aynı fiziksel görevleri tekrar tekrar yapmayı içerir. Bu tür manuel görevler riskli olabilir. Sadece 2023'te, Amerika Birleşik Devletleri'nde 5.283 ölümcül iş kazası rapor edildi.

Ancak, akıllı endüstriyel robotların ve yapay zeka (AI) ve bilgisayarlı görü gibi teknolojilerin kullanımının artmasıyla, bu yüksek riskli görevlerin çoğu artık makineler tarafından gerçekleştiriliyor. Üretimdeki robotlar artık ağır malzemeleri kaldırabiliyor, ekipmanı sorunlar açısından inceleyebiliyor ve fabrika zemininde güvenliği ve verimliliği artırmak için insanlarla birlikte çalışabiliyor.

Bu makalede, endüstriyel robotların fabrikaların çalışma şeklini nasıl değiştirdiğine ve daha güvenli ve daha üretken iş yerleri oluşturmaya nasıl yardımcı olduğuna bakacağız. Hadi başlayalım!

Endüstriyel robotlar nelerdir?

Endüstriyel robotlar, üretim görevlerine yardımcı olmak için özel olarak tasarlanmış akıllı makinelerdir. Özellikle, üretimdeki robotlar genellikle araba veya uçak parçaları gibi ağır ürün bileşenlerini kaldırmak veya elektronik devreleri monte etmek veya ürünleri paketlemek gibi küçük, ayrıntılı görevleri çok hızlı bir şekilde gerçekleştirmek için üretilir. 

Terminator veya Ben, Robot gibi bilim kurgu filmlerinde sıkça gördüğümüz insansı robotların aksine, endüstriyel robotlar genellikle sabittir ve tek bir robotik kolla inşa edilir. Tipik olarak, bu robotik kol çeşitli yönlerde hareket edebilir ve kaynak, montaj veya malzeme taşıma gibi üretimdeki farklı işler için programlanabilir. 

Endüstriyel robotlar, molalara ihtiyaç duymadan tekrarlayan işleri hızlı ve doğru bir şekilde yapmakta özellikle iyidir, bu da onları fabrikalarda ve depolarda kullanım için ideal kılar. Sonuç olarak, dünya çapında fabrikalarda 4 milyondan fazla robot kullanılmaktadır. 

Endüstriyel robot türleri

Fabrikalardaki robotlar giderek yaygınlaşıyor ve çok çeşitli görevler üstleniyor. İşte bazı farklı endüstriyel robot türleri ve fabrika çalışmalarını daha verimli ve güvenli hale getirmek için nasıl kullanıldıkları: 

• Kartezyen robotlar: Portal robotları olarak da bilinen bu robotlar, X, Y ve Z eksenleri boyunca üç kayar eklem kullanarak düz çizgiler boyunca hareket eder. Basit tasarımları, yüksek hassasiyet sağlar ve bu da onları üretim ve otomasyon görevleri için ideal kılar.

• Eklemli robotlar: Bu eklemli kollu robotlar, çoklu döner eklemler kullanarak bir insan kolunun hareketini taklit eder. Esneklik, geniş bir hareket aralığı sunarlar ve yaygın olarak montaj, boyama ve paketlemede kullanılırlar.

• Delta robotlar: Üç hafif kolun üçgen bir tabana bağlı olduğu delta robotlar, hız ve çeviklik için üretilmiştir. Özellikle paketleme endüstrisinde, yüksek hızlı alma ve yerleştirme işlemleri için çok uygundurlar.

• Polar robotlar: Endüstriyel robotların en eski türlerinden olan polar robotlar, küresel bir hareket aralığı sağlamak için döner ve doğrusal eklemlerin bir kombinasyonunu kullanır. Geniş, çok yönlü bir erişim gerektiren görevler için kullanışlıdırlar.

• SCARA robotları: Selective Compliance Assembly Robot Arm'ın kısaltması olan SCARA robotları, iki döner eklem ve bir doğrusal eklem kullanır. Elektronik montajı ve gıda işleme gibi hızlı ve hassas yatay ve dikey hareketler gerektiren görevler için idealdir.

Üretimde robotik tarihi

Endüstriyel robotların nasıl bir fark yarattığına dair belirli örneklere dalmadan önce, üretimde robotların evrimine bir göz atalım ve endüstriyel robot teknolojisinin yıllar içinde nasıl değiştiğine dair daha iyi bir anlayış kazanalım:

• Erken üretim (Robotik öncesi dönem): Robotikten önce, üretim tamamen manuel işçiliğe ve temel araçlara dayanıyordu. Sanayi Devrimi, üretkenliği artıran buhar gücünü, makineleri ve montaj hatlarını tanıttı, ancak yine de birçok görevi tekrarlayan, tehlikeli veya iş gücü yoğun bıraktı.

• Endüstriyel robotların tanıtımı (1950'ler - 1980'ler): 1954'te George Devol, ilk programlanabilir robot olan Unimate'i icat etti. 1961'de General Motors, onu kalıp döküm ve kaynak için kullanmaya başladı ve kullanımda olan ilk endüstriyel robot oldu. Bu, özellikle otomobil üretiminde tehlikeli ve tekrarlayan görevleri otomatikleştirerek büyük bir değişime işaret etti.

• Genişleme ve iyileştirme (1990'lar - 2000'ler): Robotlar daha hızlı, daha hassas ve daha uygun fiyatlı hale geldi. Kullanımları elektronik, ilaç ve gıda işleme gibi endüstrilere yayıldı. Esnek otomasyon, robotların minimum yeniden programlama ile birden fazla görevi yerine getirmesini mümkün kıldı.

• İşbirlikçi robotların yükselişi (2010'lar - günümüz): İşbirlikçi robotlar veya kobotlar, insanların yanında güvenli bir şekilde çalışmak için ortaya çıktı. Dahili sensörler, yapay zeka ve kamera sistemleri ile çevrelerine uyum sağlayabilir ve karmaşık veya hassas görevlerde yardımcı olabilirler.

‍

İleriye baktığımızda, endüstriyel robotların daha da akıllı ve uyarlanabilir hale gelmesi muhtemeldir. Araştırmacılar ve mühendisler, robotların öğrenmesini, yeni durumlara uyum sağlamasını ve insanlarla daha destekleyici ve dinamik yollarla daha yakın işbirliği yapmasını sağlayan teknolojiler üzerinde aktif olarak çalışıyorlar.

Endüstriyel robotik örnekleri

Sonraki adımda, üretimde robotların gerçek dünya örneklerini ve fabrika zemininde nasıl kullanıldıklarını inceleyeceğiz.

Uçak üretiminde endüstriyel robotlar

Uçak üretimi, özellikle Boeing 777 gibi büyük uçaklar için karmaşık ve hassas süreçler içerir. Örneğin, tek bir 777'yi monte etmek 60.000'den fazla perçin gerektirir. Geleneksel olarak, bu görev iki işçi içeriyordu: biri perçin tabancasını kullanmak ve diğeri bağlantı elemanını sabitlemek için panelin arkasında bir çelik çubuk tutmak. 

Bu tür görevler fiziksel olarak zorlayıcı olabilir ve kollarda, sırtta ve omuzlarda yaralanmalara yol açabilir. Buna ek olarak, uçak üretiminde hassasiyet kritik öneme sahiptir ve hata için çok az yer vardır.

Bu tür iş akışlarını iyileştirmek için Boeing, endüstriyel robotları kullanmaya başladı. Şirket, Washington, Everett'teki 777 fabrikasında, gövde bölümlerinin delinmesini ve perçinlenmesini otomatikleştirmek için tasarlanmış bir robotik montaj süreci olan Fuselage Automated Upright Build (FAUB) sistemini tanıttı.

‍

Programlandıktan sonra, bu robotlar perçinler için on binlerce mükemmel delik açabilir. Sabit teçhizatlara sahip eski kurulumun aksine, FAUB robotları hareketlidir ve kılavuzlu araçlarla montaj hatları boyunca hareket edebilir. İşçiler gövde panellerini konumlandırdıktan sonra, robotlar delme ve perçinleme işlemlerini devralarak hem hızı hem de doğruluğu artırır. Bu yaklaşım, üretimde daha akıllı, daha güvenli ve daha verimli çözümler için çabalamaya devam eden robotik endüstrisindeki son gelişmelerle uyumludur.

Endüstriyel robotlar tarafından sağlanan gıda üretimi

Üretimde robotlar, gıda endüstrisinde de yaygın olarak benimseniyor. Örneğin, Nestlé'nin Almanya'daki fabrikasında, bebek maması üretimi tamamen otomatikleştirilmiş bir paketleme hattı aracılığıyla yönetiliyor. Robotlar, doldurulmuş ve kapatılmış gıda tepsilerini sterilizasyon kasalarına ve daha sonra nakliye için ambalajlara taşıma gibi görevleri yerine getiriyor. Bu, tüm operasyonu daha hızlı, daha güvenli ve daha güvenilir hale getiriyor.

Nestlé ayrıca tesislerindeki bakım sorunlarını izlemek için Boston Dynamics'in Spot'u gibi mobil robotlar kullanıyor. Yalnızca belirli alanlardaki sorunları tespit edebilen geleneksel sabit sensörlerin aksine, Spot fabrika içinde serbestçe hareket edebilir. Bu mobil, esnek otomasyon konsepti, robotik endüstrisinde büyüyen bir trend.

Spot merdiven çıkabilir, dar alanlarda gezinebilir ve engebeli zeminlerin üstesinden gelebilir. Motorlar ve kompresörler gibi fabrika makinelerini ısı, gürültü veya diğer uyarı işaretleri açısından kontrol etmesine yardımcı olan özel sensörlerle donatılmıştır. Spot ayrıca sorunları erken yakalayarak, ciddi hale gelmeden sorunları çözmeye yardımcı olabilir. 

‍

Endüstriyel robotlar yardımıyla otomobil üretimi

Endüstriyel robotlar her zaman otomobil üretiminin önemli bir parçası olmuştur. Aslında, ABD'deki tüm endüstriyel robot kurulumlarının %33'ü otomotiv endüstrisindedir. 

Bunun ilginç bir örneği, BMW'nin 2013'teki Spartanburg fabrikasıdır. Bu tesiste, insanlar ve robotlar kapı montaj hattında yan yana, güvenlik çitleri olmadan çalışarak, burayı bu tür doğrudan insan-robot işbirliğini normal üretimde kullanan ilk BMW tesisi yapmıştır.

BMW X3 modellerinin kapılarının içine ses ve nem yalıtımı yapmak için dört robot kullanıldı. İşçiler önce yapışkan folyoyu yerleştirip hafifçe bastırıyor ve ardından robotlar devreye girerek silindir başlıkları kullanarak işi yüksek hassasiyetle tamamlıyordu.

Sistem tamamen otomatikleştirilmişti ve işlem sırasında uygulanan tam basıncı ölçebiliyordu, bu da kalitenin sürekli olarak izlenmesini sağlıyordu. Robotun çalışması herhangi bir nedenle kesintiye uğrarsa, bir insan işçi kolayca devreye girip görevi manuel olarak tamamlayarak üretimin gecikme olmadan devam etmesini sağlayabilirdi.

‍

Üretimde robotik kullanımının faydaları

Şimdi de robotların üretimde kullanılmasının temel faydalarından bazılarına daha yakından bakalım.

• Hassasiyet ve doğruluk: Endüstriyel robotlar yüksek düzeyde hassasiyet ve hız sağlar. Bazıları, bir mikronluk doğruluk içinde görevleri yerine getirebilir.
  ‍
• Güvenilirlik: Arızasız 100.000 saate varan kullanım ömrüyle endüstriyel robotlar, uzun süreler boyunca kesintisiz çalışabilir. 
  ‍
• Gelişmiş iş yeri güvenliği: Robotlar ayrıca kapalı alanlarda veya tehlikeli maddelerin etrafında çalışma gibi tehlikeli görevleri de üstlenerek yaralanma nedeniyle kaybedilen iş günlerinin %35 oranında azalmasına yardımcı olur.

• Verimliliği artırın: İnsanların aksine, robotların molalara, izin günlerine veya dinlenmeye ihtiyacı yoktur. Günün her saati çalışabilirler, bu da verimliliği önemli ölçüde artırabilir. 

• Maliyet etkinliği: Bu robotları satın almak ve kurmak ilk başta pahalı olsa da, zamanla önemli tasarruflara yol açarlar. İşçilik maliyetlerini düşürür, potansiyel hataları azaltır ve yaralanmayla ilgili giderleri azaltır.

• Ölçeklenebilirlik: Robotlar kurulduktan sonra, üreticiler ekstra işçi almaya veya büyük değişiklikler yapmaya gerek kalmadan üretimi daha kolay artırabilirler. Bu, üreticilerin büyüyen talebe hızla yanıt verebileceği ve değişen bir pazarda esnek kalabileceği anlamına gelir.

Üretimde robot teknolojisinin zorlukları ve sınırlamaları

Endüstriyel robotlar birçok avantaj sunarken, özellikle uzmanlık ve bakım konusunda bazı zorlukları da beraberinde getirir. Fabrikalardaki bu robotlar, programlanmaları, çalıştırılmaları ve bakımlarının yapılması için yetenekli profesyoneller gerektirir. 

Günümüzde endüstri kullanım durumlarındaki birçok robot yapay zeka ve makine öğrenimi kullansa da, arızaları önlemek için yine de düzenli servis gerektirirler. Bir üretici ekibinin zaten bu bilgisi yoksa, personel eğitimi hem pahalı hem de zaman alıcı olabilir.

İlginç bir şekilde, bu zorlukların çözümü de Görüntüleme Yapay Zekası, daha özel olarak da görsel verileri anlamaya odaklanan bir yapay zeka dalı olan bilgisayarlı görü şeklinde geliyor. Örneğin, Ultralytics YOLO11 gibi bilgisayarlı görü modelleri, endüstriyel robotları tespit etmek ve izlemek için eğitilebilir. YOLO11 kullanılarak bu robotların izlenmesinden elde edilen içgörüler, sorunları erken tespit etmek (tahmine dayalı bakım olarak bilinir) için kullanılabilir. Bu, uzman gözetimi ihtiyacını azaltır ve beklenmedik arızaları azaltır.

Bunun ötesinde, bilgisayar görüşü gerçek zamanlı dijital ikizlerin oluşturulmasını da destekleyebilir. Dijital ikizler, üretim ortamından toplanan görsel veriler kullanılarak oluşturulan fiziksel makinelerin ve robotların sanal modelleridir. 

Dijital ikizler, üreticilerin ekipmanı gerçek zamanlı olarak izlemesine, sorunlara neden olmadan önce belirlemesine ve gerçek üretimi kesintiye uğratmadan süreç iyileştirmelerini test etmesine olanak tanır. Bu teknoloji daha tutarlı performans sağlar, karar almayı iyileştirir ve maliyetli arıza sürelerini azaltır.

Yapay zeka ve makine öğrenimi teknolojileri

Endüstriyel robotların kullanımının zorluklarını tartışırken, çoğunun artık yapay zeka ve makine öğrenimi ile desteklendiğini gördük. Peki bu nasıl çalışıyor ve yapay zekanın robotikteki rolü nedir?

Geleneksel endüstriyel robotlar, sabit, tekrarlayan görevlerle sınırlıdır. Önceden programlanmış talimatları izlerler ve üretim hattındaki değişikliklere kolayca uyum sağlayamazlar. Bu, esneklik, hız ve doğruluğun gerekli olduğu ortamlarda onları daha az verimli hale getirir. 

Yapay zeka olmadan, robotlar ürün kusurlarını gerçek zamanlı olarak tespit edemez veya malzemelerdeki veya konumlandırmadaki küçük değişikliklere uyum sağlayamaz, bu da genellikle daha yavaş süreçlere, daha fazla hataya ve artan arıza süresine yol açar. Üretimde yapay zeka, robotların basit, önceden programlanmış görevlerin ötesine geçmesini sağlıyor. 

Özellikle, üretimde makine öğrenimi ile robotlar, çevrelerinden gelen verileri analiz edebilir, kalıpları tanıyabilir ve zaman içinde performanslarını artırabilir. Örneğin, görüntü işlemeyle donatılmış bir robot, bir montaj hattındaki farklı nesneleri tanımlayabilir, gördüklerine göre hareketlerini ayarlayabilir ve hatta gerçek zamanlı olarak kusurları veya anormallikleri tespit edebilir. Sahne arkasında, bilgisayarlı görü bu yeniliğin itici gücüdür.

Tipik olarak, vizyon özellikli bir robot, Ultralytics YOLO11 gibi bilgisayarlı görü modellerini çalıştırmak için gerekli donanım altyapısıyla donatılmıştır. Kameralar ve bilgisayarlı görü ile entegre edildiğinde, bir robot altta yatan modelin yeteneklerini kazanır. YOLO11 söz konusu olduğunda, bu, bir robotun nesne tespiti, izleme ve segmentasyon gibi bilgisayarlı görü görevlerini gerçekleştirebileceği anlamına gelir.

Nesnelerin İnterneti'nin (IoT) etkisi 

Endüstriyel robotlarla ilgili diğer birkaç kavram da üretimde IoT ve uç bilişimdir. IoT, veri toplayan ve paylaşan (çoğunlukla internet üzerinden) bağlı cihazlardan oluşan bir ağı ifade eder. Öte yandan, uç bilişim, verileri doğrudan bir robot veya sensör gibi kaynağında, önce merkezi bir sunucuya göndermeye gerek kalmadan işler. 

Endüstriyel IoT (IIoT) cihazları büyük miktarda veri topladığında, analizi için buluttaki merkezi bir sisteme göndermek gecikmelere (gecikme olarak bilinir) neden olabilir ve işleri yavaşlatabilir. Ancak IoT ile birlikte uç bilişim kullanılarak, üreticiler verileri anında işleyebilir, bu da gerçek zamanlı yanıtlar almayı ve otomasyonu güçlendirmeyi mümkün kılar. 

AI ve IoT'nin üretimde birlikte çalışmasına açık bir örnek, tahmini bakımdır. Akıllı fabrikalarda, Endüstri 4.0'ın temel hedeflerinden biri, ekipman arızalarını meydana gelmeden önce tahmin etmektir. 

Bunu başarmak için IIoT cihazlarının tamamen işlevsel ve güvenilir kalması gerekir. Uç bilişim, yapay zeka ve bilgisayarlı görü bir araya getirilerek, bu cihazlar kendi durumlarını sürekli olarak izleyebilir, bakım veya şarj gerektiğinde algılayabilir ve gerekli eylemleri otomatik olarak tetikleyebilir. Bu, makinelerin sorunsuz çalışmasını sağlar, planlanmamış arıza sürelerini azaltır ve genel verimliliği artırır.

Otomasyon ve robotik, üretim verimliliğini nasıl artırır?

Yapay zeka, bilgisayarlı görü, IoT ve uç bilişim gibi teknolojileri daha iyi anladığımıza göre, bunların üretim otomasyonunu daha verimli hale getirmek için nasıl birlikte çalışabileceğini keşfedelim. 

Otomasyonun temel amacı, süreçleri kolaylaştırmak ve onları daha hızlı, daha güvenilir ve insan hatasına daha az eğilimli hale getirmektir. Örneğin, akıllı telefonlar gibi tüketici elektroniği ürünleri üreten bir fabrikayı ele alalım. Görüş özellikli robot kolları, minik bileşenleri devre kartlarına hassas bir şekilde yerleştirme gibi hassas görevleri yerine getirebilir. 

Aynı zamanda, yapay zeka destekli görüntü sistemleri, montajın her adımını inceleyerek yanlış hizalanmış parçalar veya hatalı lehim bağlantıları gibi kusurları gerçek zamanlı olarak tespit edebilir. Bu sırada, IoT sensörleri, hassas bileşenlerin kalitesini etkileyebilecek sıcaklık, toz ve titreşim gibi çevresel faktörleri izleyebilir. 

Uç bilişim ile sistem, bulut tabanlı yanıtlara beklemeden bu verileri anında işleyebilir ve hattı duraklatmak veya bir robotu yeniden kalibre etmek gibi yerinde ayarlamalar yapabilir. Birlikte, otomatik üretim, daha yüksek ürün kalitesi ve daha düşük işletme maliyetleriyle sonuçlanan daha hızlı, daha doğru ve son derece uyarlanabilir bir üretim hattı oluşturabilir.

Robotik, üretimin geleceğini nasıl dönüştürüyor?

Endüstriyel robotların geleceği, üretimde Görüntü İşleme Yapay Zekası ve IoT gibi teknolojilerin büyük rol oynamasıyla hızla ilerliyor. Bu araçlarla robotlar üzerinde çalıştıkları şeyi görebilir, kusurları tespit edebilir, ürün kalitesini kontrol edebilir ve sorunları meydana geldikçe tahmin edebilir. Birçok üretici, operasyonlarını daha verimli ve tutarlı hale getirmek için zaten bu sistemleri kullanıyor.

Endüstriyel robotik pazarı istikrarlı bir şekilde büyüyor ve bu büyüme, robotikteki sürekli iyileştirmelerden, yetenekli mühendislere daha kolay erişimden ve simülasyon ve sanal testlerin kullanımından kaynaklanıyor. Bu gelişmeler, robotların gerçek dünya kullanımı için tasarlanmasını ve ince ayar yapılmasını hızlandırıyor. Daha fazla fabrika dijital araçları ve otomasyonu benimsedikçe, daha esnek, güvenilir ve gelecekteki zorlukların üstesinden gelmeye hazır hale geliyorlar.

Yapay zeka hakkında daha fazla bilgi edinmek için topluluğumuza ve GitHub depomuza katılın. Perakende sektöründe yapay zeka ve tarımda bilgisayarlı görü hakkında bilgi edinmek için çözüm sayfalarımıza göz atın. Lisanslama seçeneklerimizi keşfedin ve bilgisayarlı görü ile geliştirmeye bugün başlayın!