רובוטים ביישומים תעשייתיים מגוונים ביכולותיהם ובייעודיהם, ונחלקים לכאלה שהם קבועים וכאלה שהם ניידים. לרובוטים הקבועים מבנה דומה לזרוע אדם עם מפרקים המאפשרים לרובוט תנועה במרחב. הרובוטים הניידים נחלקים לכאלו שנעים על גלגלים וכאלו בעלי רגליים. השילוב בין זרועות רובוטיות ורובוט נייד בעל רגלים הוא רובוט דמוי אדם המכונה Humanoid.
היישום הרחב שאפשרה הטכנולוגיה המתפתחת בפיתוח הרובוטיקה והתקדמותה, מעניק לה מקום מרכזי במהפכה התעשייתית הרביעית. השימוש ברובוטים בתעשייה מתרחב מאוד וניתן למצוא אותם משולבים בשלבים שונים של מערך הייצור, מבצעים פעולות כגון: עיבוד חומרים, הרכבה, בקרת איכות, אריזה ומשטוח. רובוטים ניידים משנעים חומרי גלם ואת המוצר הסופי מתחילת קו הייצור ועד סופו במחסנים אוטומטיים.
האתגר המהותי הניצב בפני המוסדות האקדמיים המכשירים מהנדסים הוא הכשרתם להיות בעלי יכולת עצמאית של חשיבה והתמודדות עם צרכי התעשייה המתפתחים, כשהרובוטיקה ופיתוחה הן כלי משמעותי בסל הכלים שלהם, סל תעשייה 4.0.
כל זה, לצד כמובן הענקת הכלים הבסיסיים הכוללים היכרות עם מבנה הרובוט והתכונות הפיזיקליות שלו, הכרת מערכות אוטומציה ובקרה, תוכנות שליטה ובקרה על מערך הייצור ורשתות התקשורת שמחברות בין כל מרכיבי מערכות הייצור והגנות סייבר. ההיכרות הזו חיונית לצורך התאמת הרובוט למשימותיו במערך הייצור. ניתן לחלק את משפחת הרובוטים לשתי קבוצות ראשיות. כאלה המבצעים פעולות מהירות ובכושר הרמה גדול וכאלו שמתנהלים בשיתופיות ומכונים קובוטים. הקובוטים מותאמים לעבודה בסביבת אדם, באופן כזה שנגיעת אדם גורמת לעצירתו מבלי להסב נזק. הקובוטים משולבים רבות בקווי הרכבה ומאפשרים להחליף בקו הייצור אדם המבצע פעולה מונוטונית.
על הסטודנט להכיר אף את אביזרי הקצה של זרוע הרובוט. אלה צריכים להיות מותאמים לרכיב שיהיה על הרובוט לאחוז. קיימות מגוון אפשרויות של רכיבים כאלה, דוגמת גריפרים עם מספר "אצבעות", כאשר בקצוותיהם חיישנים המאפשרים לווסת את כוח האחיזה מבלי לגרום נזק. דומה הדבר לאדם האוחז ביצה בין אצבעותיו. אמצעי קצה אחרים למשל הן פטמות ואקום המאפשרות הרמה של משטחים.
שילוב תחומי ידע רחבים
פן נוסף בהכשרת הסטודנטים ופיתוח מיומנותם ברובוטיקה הוא ההפעלה – מערכת ההפעלה. להפעלת הרובוט נדרשות כמובן תוכנות ואלה קיימות בגיוון החל מרמות פשוטות המאפשרות לכל מפעיל בעל הכשרה בסיסית את יכולת השליטה. רמת הפשטות מתחילה בזו הדומה להפעלת מכשיר סלולרי וכלה בתוכנות שמאפשרות לשלוט בכל מערכות ההנעה וחיישני התנועה של הרובוט. התוכנות המתקדמות דרושות בכדי לתכנן מסלולי תנועה מסובכים ולביצוע אופטימיזציה של מהלכי התנועה של הרובוט. האופטימיזציה מאפשרת לתכנת את בקר הרובוט לזמני תנועה מינימליים או לבצע את המהלכים תוך הפעלת רמת אנרגיה מינימלית.
אמצעים נוספים אליהם יש לחשוף את הסטודנטים הם אמצעי ראיית מכונה, בהרבה יישומים בקצה הזרוע של הרובוט או שמעל אזור הפעילות שלו ממוקמת מצלמה. בעזרת המצלמה ישנה אפשרות לאתר את המיקום של החלק הרלוונטי ואת תנוחתו ובהתאם לשלוח את הזרוע הרובוטית לאחוז בו. פעולת זיהוי החלק או פגמים בחלק דורשת שימוש בטכניקות תכנות של למידה עמוקה (Deep Learning). השילוב של ראיית מכונה מאפשר לרובוט למיין חלקים שונים ולהעביר כל חלק לתא הרצוי, או במקרים אחרים להוציא חלקים פסולים מקו הייצור.
הרובוט משולב עם מערכות אוטומציה נוספות, שגם אותן על הסטודנט להכיר, מערכות המפעילות את המזינים השונים של קו הייצור האוטומטי. מערכות אלו מורכבות ממערכות פנאומטיות ומערכות הנע חשמלי שמבוקרות ע"י בקרים מתוכנתים. בקו משולבים גם כן סנסורים משוכללים בעלי יכולות תקשורת מתקדמת מסוג IIoT— (Industrial Internet of Things). הטכנולוגיה הזו הולכת ונעשית נפוצה יותר ויותר בעולמות התעשייה המתקדמת עם המעבר לדיגיטיזציה של החברות.
כלים נוספים שעומדים היום לצרכי הפיתוח של קווי ייצור הן תוכנות הדמייה לבניית מודל של קו הייצור, ובכלל זה הרובוטים ומערכות השינוע והמדידה בקו. בעזרת תוכנות אלו ניתן לבדוק את אופן הפעולה של קו הייצור, עוד טרם בנייתו, על מנת לוודא עמידת הקו בדרישות התכן. לאחר מכן מקימים את הקו כאשר התוכנות שהפעילו את הרובוטים ואת מערכות הבקרה של הקו ניתנות להעברה ישירות לבקרים של הרובוטים בקו. הטכנולוגיה הזו נקראת התיאום הדיגיטלי והשימוש בה בתעשייה הולך וגדל.
רצפת ייצור שבה משולבות מערכות רובוטיות ומערכות בקרה מתקדמות מקושרת בעזרת רשת תקשורת ונשלטת על ידי תוכנות מתקדמות שאותן יש להכיר לסטודנט ולאפשר לו התנסות ולמידה באשר לקבלת מידע על תקינות המערכות השונות וקצב הייצור. הקישור למערכות התוכנה מאפשר גם כן לבצע שינויים בתהליך הייצור. שינויים אלו נדרשים בגלל אופי העבודה של מפעלי הייצור, המחייב גמישות בגלל המעבר מייצור של סדרות גדולות מאותו מוצר לייצור סדרות קטנות של מוצרים שונים.
הנה כי כן, מן המתואר עד כה עולה שהכשרת מהנדסים לשליטה בתחום הרובוטיקה המתפתח בתאוצה גבוהה, הינה אינטרדיסציפלינרית ומחייבת שזירה ושילוב של תחומי ידע רחבים מעולם הנדסת מכונות, הנדסת חשמל ואלקטרוניקה, הנדסת תוכנה והנדסת תעשייה וניהול.
מוסדות אקדמיים משלבים בלימודי ההנדסה קורסים רבים בתחומי הרובוטיקה או המשיקים להם וכן את שילובם במערכי הייצור.
המכללה האקדמית להנדסה אורט בראודה בכרמיאל, זכתה לפני כשנה, יחד עם חברת תפן הנדסה וחברת ESI במכרז משרד הכלכלה להקמת המכון לייצור מתקדם – מכון לאומי שייעודו שיפור הפריון בתעשייה היצרנית בעזרת הטמעת טכנולוגיות מתקדמות – למעשה תעשייה 4.0. מתוקף כך, פועל המכון, בסיוע המכללה, במפעלי התעשייה בין השאר בהטמעת רובוטיקה כמקדמת פיריון.
ככל שהמכון יתפתח ויתרחב, ימומש פן נוסף של חזון המכללה בהקמת המכון: ישולבו סטודנטים בפעילות המכון בתעשייה על מנת לחשוף אותם ליישומי תעשייה 4.0 ורובוטיקה ומנגד יתפתחו במכללה מסלולי לימוד שיאפשרו לסטודנטים לחוות את עולם התעשייה המתקדמת, בה משולבים רובוטים, אוטומציה, בקרה ומערכות תוכנה.
הכותב הוא חבר סגל במחלקה להנדסת מכונות במכללה האקדמית להנדסה אורט בראודה וסמנכ"ל טכנולוגיות של המכון לייצור מתקדם
