KERÄILYROBOTIT. Aalto-yliopisto Konetekniikan laitos Tuotantotekniikka. Kon Tuotantoautomaatio

Transkriptio

1 Aalto-yliopisto Konetekniikan laitos Tuotantotekniikka Kon Tuotantoautomaatio KERÄILYROBOTIT Tekijät: Matleena Helander, Tuomas Koskimäki, Matti Saari, Miikka Turunen Palautettu:

2 Sisällysluettelo 1. Johdanto Teoriaa teollisuusroboteista Teollisuusrobotin rakenne Teollisuusrobottien ohjelmointi Keräilyrobotit Nivelvarsirobotti keräilyprosessissa Delta-robotti keräilyprosessissa Saavutettavat hyödyt Mahdolliset haasteet Hankinta ja käyttökustannukset Keräilyrobotit Suomessa Case: HUS-apteekin keräilyrobotti HUS-apteekki Toimittajan valinta Keräilyrobotti Mega-Fixu Lääkkeiden hyllytys Tilausten keräily Virhetilanteet ja turvallisuus Pohdinnat ja johtopäätökset Yhteenveto Lähdeluettelo

3 1. Johdanto Työvoimakustannusten jatkuva kasvu kehittyneissä maissa on johtanut korvaavien menetelmien merkittävään kehittymiseen viime vuosikymmeninä. Työntekijät on pyritty korvaamaan koneilla, jotka on ohjelmoitu suorittamaan annetut tehtävät itsenäisesti. Jatkuvasti kehittyvän sensoritekniikan tarjotessa yhä monipuolisempaa dataa robottijärjestelmien käyttöön, on niiden toiminnoista saatu ohjelmoitua aina vain tehokkaampia ja monipuolisempia. Tässä Tuotantoautomaatio-kurssin harjoitustyössä käydään lyhyesti läpi automatisoinnin ja robottien historiaa, sekä niiden käyttösovellutuksia nykyään. Työn tavoitteena on keskittyä kattavammin keräilyrobotteihin erityisesti niiden rakenteen, toiminnan ja kustannusten osalta. Samalla kartoitetaan automatisoitujen keräilyratkaisujen käyttöä Suomessa. Tutkimusaineistona olemme käyttäneet tuotantoautomaation ja automaatiotekniikan alan oppikirjoja, sekä tuotannon keräilyn robotisointiin liittyviä tutkimuksia. Teollisuuden CASE -tapaukseksi ryhmämme valitsi Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiirin apteekin uuden keräilyrobottiprojektin, jonka käyttöönoton on määrä tapahtua lokakuussa Ryhmällemme järjestyi hieno mahdollisuus päästä tutustumaan projektiin paikan päälle Helsingin Meilahteen. Huolimatta siitä, että laitteisto oli vasta testausvaiheessa, saimme yksityiskohtaisen esittelyn ansiosta hyvän kuva automatisoidun keräilyn tuomista eduista ja hankinnan vaatimuksista. 2

4 2. Teoriaa teollisuusroboteista Sana robotti pohjautuu tsekin kieliseen sanaan robota, joka tarkoittaa suomennettuna tehdä työtä pakosta (Aaltonen, 1997). Sana esiintyi ensimmäisen kerran Karel Capekin näytelmässä vuonna Ensimmäisen teollisuusrobotin kehittivät Geroge Devol ja Joseph Engelberger vuonna Robotti painoi kaksi tonnia ja siinä oli magneettinauhalla ohjattava hydraulimoottori. Kuvassa 1 on Devolin ja Engelbergerin suunnittelema historian ensimmäinen teollisuusrobotti. Vuonna 1961 General Motors asensi ensimmäisen robotin tuotantolinjan käyttöön, kun taas Kuka valmisti ensimmäisen kuusiakselisen teollisuusrobotin vuonna Vuonna 1992 sveitsiläinen Demaurex valmisti ensimmäisen delta-mallin robotin. Uusi robottimalli kehittyi nopeasti, ja ABB:n kehittämä delta-keräilyrobotti oli jo vuonna 1998 maailman nopein valmistettu robotti. Se keräsi nopeimmillaan 120 esinettä minuutissa ja liikkui 10m/s. Comau kehitti ensimmäisen langattoman ohjaus- ja käyttöpaneelin vuonna Samana vuonna Kuka valmisti alumiinista erikoiskevyen robotin, joka painaa ainoastaan 16kg. Tänä päivänä robottien maksimi hyötykuorma on noin 2,3t ja ulottuvuus lähes 5 metriä. (IFR, 2012) (Fanuc, 2015) KUVA 1. MAAILMAN ENSIMMÄINEN TEOLLISUUSROBOTTI VUODELTA 1959 (IFR, 2012) Robotin yksikäsitteinen määrittäminen on vaikeaa, koska robotteja valmistetaan hyvin erilaisiin käyttötarkoituksiin niin teollisuudessa kuin myös muissa käyttösovellutuksissa. Robotteja käytetään teollisuuden lisäksi esimerkiksi lypsyrobotteina ja avaruuden tutkimuksessa. Kuvassa 2 on Marsia tutkiva Opportunity-luotain, jota kutsutaan robotiksi. Robotteja käytetään myös kotitalouksissa jokapäiväisiin askareisiin, kuten imurointiin ja nurmikonleikkaamiseen. Kuvassa 3 on Mielen valmistama robotti-imuri. Robotteja käytetään myös viihde tarkoituksiin, luonnonvarojen hyödyntämiseen, palvelutoiminnoissa korvaamaan yksitoikkoisia, raskaita ja vaarallisia työtehtäviä, sotilasteknologiassa pomminpurkuun ja miehittämättöminä lentokoneina, katastrofien jälkihoidossa ja ydinteknologian purkamisessa. (Tkk, 2015) 3

5 KUVA 2. OPPORTUNITY LUOTAIN (TKK,2015) KUVA 3. MIELEN ROBOTTI-IMURI (MIELE, 2015) Robotteja hankitaan teollisuuteen korvaamaan aikaisemmin ihmisen tekemiä yksitoikkoisia, tarkkuutta ja huolellisuutta vaativia, vaarallisia sekä raskaita työvaiheita. Roboteilla pyritään siis tehostamaan tuotantoa, parantamaan tuottavuutta ja kilpailukykyä. Robotit parantavat myös työturvallisuutta ja laatua, sekä vähentää ammattitaitoisen henkilökunnan määrää. Koska robotit ovat suuria investointeja, niiden käytöllä pyritään saavuttamaan mahdollisimman suuri käyttöaste, jotta niistä saadaan mahdollisimman suuri hyöty irti. Robotit eivät vaadi paikalla olevaa koneenkäyttäjää, vaan niitä voidaan ajaa etäohjaamalla. Nykyaikainen robotti päihittää ihmisen nopeudessa, tarkkuudessa, laadussa ja luotettavuudessa. Robotteja käytetään teollisuudessa useissa eri tuotannontehtävissä. Yleisimmät sovellukset ovat piste- ja kaarihitsaus, kappaleiden siirto, koneiden panostus, osien viimeistely, tarkastaminen, pinnoittaminen, kokoonpano, lavaus, hionta, kiillotus, jäysteenpoisto, painevalukoneiden kappaleiden poisto sekä ruiskupuristuskoneiden kappaleiden käsittely. (Aaltonen, 1997) (Kandray, 2010) 2.1 Teollisuusrobotin rakenne Teollisuusrobotti voidaan määritellä toimilaitteiden, ohjelmointitavan, nivelrakenteen ja käyttötarkoituksen perusteella monella eri tavalla (Aaltonen, 1997, s.154). Standardin SFS-EN ISO (2011) mukaan robotti on teollisuuden automaatiosovelluksissa käytettäväksi tarkoitettu monikäyttöinen käsittelylaite, joka on: automaattisesti ohjattu uudelleenohjelmoitava vähintään kolme akselia ohjelmoitavissa kiinteästi asennettu tai liikkuva. Teollisuusrobotit voidaan lajitella ryhmiin rakenteiden mukaan. Yleisimmät robottityypit ovat nivelvarsi-, delta- eli parallel-, scara-, karteesinen-, kaksikätinen- ja yhteiskäyttörobotti. Tässä työssä tarkastelemme ainoastaan nivelvarsi- ja deltarobotteja. (Robotiq, 2015) Teollisuusroboteilla on pyritty korvaamaan ihmisen tekemiä työtehtäviä. Siksi robotit ovat useimmiten ihmisenkaltaisia. Kuvassa 4 oleva nivelvarsirobotti muistuttaa ihmisen käsivartta, joten sen nivelet on nimetty ihmisen nivelten mukaisesti. Jokainen nivel antaa robotin liikkuvuudelle yhden vapausasteen. Robottikäsivarteen voi asentaa useita erilaisia työkaluja, kuten pistehitsi, 4

6 maalaustyökalu tai jyrsin. Tässä työssä keskitymme kuljetusrobotteihin, joiden työkaluna käytetään tarttujia. (Kandray, 2010) KUVA 4. NIVELVARSIROBOTIN RAKENNE ( (KANDRAY, 2010) Robottikäsivarsien liikuttamiseen käytetään voimanlähteenä sähkö-, hydrauli- tai pneumaattista moottoria. Robotin asentoa ja paikkaa mittaavat sensorit. Kontrolleri ohjaa sensoreilta saamiensa tietojen avulla robotin käsivarsien liikkeitä. Hydraulikoneet ovat äänekkäitä, likaisia, paloherkkiä ja vaativat säännöllisiä huoltotoimenpiteitä, mistä syystä ne eivät ole yleistyneet. Hydraulisia robotteja käytetään lähinnä raskaiden kuormien käsittelyssä. Pneumaattiset robotit eivät pysty saavuttamaan tarkkoja nopeuksia eikä pääse tarkkoihin toleransseihin sijainnin suhteen. Siksi pneumaattisten robottien käyttö on rajoittunut lähinnä kaksi tai kolmiakselisiin robotteihin. Sähköservomoottorit ovat selvästi yleisin voimanlähde roboteissa. Niillä päästään tarkkoihin nopeuksiin ja sijainteihin. Servomoottorit voivat olla tasa- tai vaihtovirralla toimivia. Vaihtovirtamoottorit ovat vakaampia, kevyempiä ja kestävämpiä, mutta tasavirtamoottorit tuottavat enemmän vääntöä. (Kandray, 2010) 2.2 Teollisuusrobottien ohjelmointi Robottien ohjaamiseen ei ole olemassa yhteistä standardikieltä, vaan jokaisella robottivalmistajalla on oma kielensä robotin ohjaamiseksi. Yhteistä kielissä on, että ne sisältävät loogisia käskyjä, menetelmien tallentamisen, liikeasemien takaisinkytkentä ja ohjeet liikkeille. (Kandray, 2010) Robottien ohjelmointi voidaan Aaltosen mukaan tehdä viidellä eri tavalla; opettamalla robotille liikeradan ääri- ja käännepisteet, symbolisilla ohjelmointikielillä, parametrisella ohjelmoinnilla, CAD/CAM ohjelmoinnilla tai simulointijärjestelmien avulla etäohjelmointina. (Aaltonen, 1997) Opettamalla ohjaaminen voidaan tehdä käsin tai ohjauspaneelilla ohjaamalla. Opettamalla ohjaamisen huono puoli on se, että ohjelmoinnin aikana tuotanto täytyy pysäyttää kokonaan. Jotkin yritykset tekevät niin, että ostavat kaksi identtistä robottia ja toisen ollessa tuotantokäytössä, toiselle voidaan opettaa seuraavat liikeradat. (Kandray, 2010) 5

7 3. Keräilyrobotit Tilausten keräily ihmisvoimin on usein pullonkaulana varastojen läpimenoajoissa. Keräilyprosessin automatisointi on tarpeellista, mutta samalla automatisointiratkaisun on oltava suhteellisen halpa, kestävä, helposti hallittava ja tarpeeksi luotettava. Luotettavuudella tarkoitetaan kykyä tarttua ja siirtää kaikkia yleisiä, tai ainakin kaikkia varaston normaaliin toimintaan liittyviä kappaleita. Nykyiset ratkaisut eivät kuitenkaan vastaa tarpeisiin riittävän hyvin, sillä esimerkiksi huippumodernit robottikädet ovat liian kalliita ja monimutkaisia, tai esimerkiksi yksinkertaiset automaatioratkaisut eivät pysty toimimaan tarpeeksi joustavasti tarpeisiin nähden. (Hamberg & Verriet, 2012, s.117) Näistä syistä toisenlainen ratkaisu keräilyprosessin automatisointiin on tarpeellinen. Keräilyrobotit ovat yksi teollisuusrobottien sovelluksista (Aaltonen, 1997, s ). Monet robotisointiratkaisut ja automaatiojärjestelmät sisältävät ainakin jonkinlaisia siirtomekanismeja, joilla suoritetaan valmiiden tai valmistettavien tuotteiden siirtoja ja jaotteluja. Osa siirtomekanismeista vaatii monimutkaisempia liikkeitä tai joustavampia ratkaisuja, jolloin keräilyrobottien käyttö on kannattavampaa. Vuonna 2010 materiaalinhallintaan tarkoitettu robotti oli suosituin robottityppi 38 % osuudella teollisuusrobottien kokonaismarkkinoista. Keräilyrobotti on yksi materiaalihallinnan alakategorioista. Vertailun vuoksi seuraavaksi yleisin teollisuusrobottien käyttökohde oli hitsausrobotti 29 % osuudella. (IFR, 2015) Keräilyrobottia on vaikea määritellä tarkkaan, sillä itse keräilyoperaatio voi olla hyvin erilainen prosessista riippuen. Esimerkiksi sekä valmiin elintarvikkeen poiminta valmistuslinjalta pakkaukseen, että elektroniikkatuotteen nouto varastohyllyltä suoraan asiakkaalle voidaan määritellä keräilynä, vaikka prosessit ja robotit olisivatkin hyvin erilaisia. Tässä työssä emme määrittele tarkemmin, mitkä prosessit ovat keräilyä ja mitkä ovat esimerkiksi vain kappaleiden pakkaamista, vaan keskitymme muutamaan robottityyppiin, jotka ovat yleisesti käytössä näissä prosesseissa. Yleisimpiä robottityyppejä, jotka soveltuvat keräilyyn ovat nivelvarsirobotti (Articulated robot), sekä tasomaista muotoa muistuttava delta-robotti (Hamberg & Verriet, 2012, s ). Tyypillinen nivelvarsirobotti koostuu moniakselisesta robottikädestä, sekä käden päässä sijaitsevasta työkalusta. Tyypillinen delta-robotti koostuu puolestaan kolmesta tai neljästä taittuvasta robottikädestä, sekä niiden päissä sijaitsevista työkaluista. Keräilyrobottien tapauksessa työkaluina toimivat tarttuvat elementit, joita voivat olla esimerkiksi (Kandray, 2010; Lundström, 1977): A. Tarttujat jäykillä sormilla; voidaan käyttää sisään tai ulospäin liikkeessä, B. Tarttujat joustavilla sormilla, C. Alipainetarttuja, D. Magneettinen tarttuja, E. Sensoreilla toimiva tarttuja, F. Muut erikoisratkaisut, kuten esimerkiksi kantavat tai kääntävät tarttujat. 6

8 3.1. Nivelvarsirobotti keräilyprosessissa Nivelvarsirobotti on yleiskäyttöinen ja monipuolinen toimilaite, jonka avulla voidaan toteuttaa useita erilaisia ihmisen suorittamia tehtäviä teollisuudessa. Nykyisissä nivelvarsiroboteissa on tyypillisesti 6-7 ohjelmoitavaa niveltä robotin kantokapasiteetin ollessa pienimmillään vain muutamia kiloja ja suurimmillaan jopa useita tonneja. (Laitinen, 2015). Kuvassa 5 on nähtävissä erään nivelvarsirobotin 7 liikkuvaa niveltä. Vaikka nivelvarsirobotit ovat yleisimmin käytettyjä robottikäsivarsia, ovat ne samalla melko kalliita robotisointiratkaisuja, johtuen useista akseleistaan ja teknisestä monipuolisuudestaan (Hamberg & Verriet, 2012). Esimerkiksi yksinkertaisiin xy-tasolla tapahtuviin keräilyprosesseihin on olemassa selkeästi halvempia automatisointiratkaisuja, kuten kolmella akselilla toimivia SCARA-robotteja. Nivelvarsirobottien työkaluina keräilyprosesseissa yleisimmät käytössä ovat työkalut ovat mekaaniset, jäykät ja joustavat tarttujat sekä alipainetarttujat (Kandray, 2010). Mekaanisissa tarttujissa on yleisimmin käytössä 2,3 tai 4 sormea, mutta lukuisia muita rakenteita on olemassa. Alipainetarttujat soveltuvat erityisen hyvin yksinkertaisiin keräilyprosesseihin, esimerkiksi suorakulmaisiin ja kevyisiin tuotepakkauksiin, jotka eivät vaadi erityisesti räätälöityä työkalua siirtoonsa. KUVA 5. 7-AKSELINEN NIVELVARSIROBOTTI. (FASTEMS, 2015) KUVA 6. 2KG KANTOKAPASITEETIN OMAAVA FANUC:IN M430IA SAAVUTTAA PARHAIMMILLAAN 120 SYKLIÄ MINUUTISSA. (ROBOTWORX, 2015) Etenkin pienet ja ketterät nivelvarsirobotit ovat optimaalisia ratkaisuja keräilyprosesseihin. Monet robottivalmistajat, kuten esimerkiksi Fanuc, Yaskawa Motoman, Kuka ja ABB tarjoavat lukuisia tarkkoja, nopeita, pienen kantokapasiteetin omaavia robotteja juuri keräilyprosessien automatisointiin. (RobotWorx, 2015) Nämä robotit kykenevät nopeisiin, jopa yli 150 syklin 7

9 minuuttinopeuksiin, ja painavat vähimmillään vain muutamia kymmeniä kiloja. Esimerkiksi kuvan 6 robottimalli on FANUCin valmistama, vain 55 kiloa painava M430iA, joka saavuttaa parhaimmillaan jopa 120 työsykliä minuutissa Delta-robotti keräilyprosessissa Delta-robotti on nivelvarsirobottiin verrattuna uudempi keksintö, joka on rakenteeltaan selkeästi erilainen, muistuttaen hieman hämähäkin muotoa. Osa delta-robottien valmistajista on siirtynytkin kutsumaan omia ratkaisujaan asiakkaille houkuttelevammalla tavalla; esimerkiksi FANUCin Spider Series Robots (RobotWorx, 2015): The Fanuc Robotics Spider Series created a new way of picking-and-placing. A spider robot has lightweight parallel robot arms that Fanuc created to increase speed and accuracy in picking applications. Spider Fanuc robots come in numerous variations to meet specifications required. Delta-robottia voidaan kutsua tasorobotiksi, sillä kuten kuvasta 7 ja 8 näkee, robotin rakenne perustuu kahden tason ja tasojen välisten nivelten liikkeeseen. Vaikka robotti ei muistuta ihmiskättä rakenteeltaan, se silti täyttää ISO-standardin vaatimukset robotista. Delta-robotit ovat erityisen suosittuja ratkaisuja pakkaus-, elektroniikka- ja lääketeollisuudessa. (Kandray, 2010) KUVA 8. ABB TARJOAA DELTA-ROBOTTI FLEXPICKERIÄ USEALLA ERI RAKENTEELLA. VAIHTOEHTOINA OVAT: 1/3/6/8KG KANTOKAPASITEETTI JA 800/1130/ 1600MM ULOTTUVUUS. (ABB, 2015) KUVA 7. DELTA-ROBOTIN TEOREETTINEN RAKENNE. (KANDRAY, 2010) 8

10 Yleisin työkalu delta-robottien käytössä on alipainetarttuja, sillä se on (Kandray, 2010): Kevyt työkalu, jonka takia robotin suunniteltu kantokapasiteetti ei laske liikaa ja vähennä toimintamahdollisuuksia. Esimerkiksi jos 2 kg kantokapasiteetin omaavaan delta-robottiin kiinnitetään 1 kg painoinen työkalu, muuttuu sen lopulliseksi kantokapasiteetiksi vain 1kg. Imukuppi on hyvin toimiva työkalu kevyisiin ja yksinkertaisiin kappaleisiin. Imukupin avulla saavutetaan erityisen suuria syklinopeuksia Saavutettavat hyödyt Suomalaiselle konepajateollisuudelle tehdyn kyselyn mukaan robottien hankintaan liittyviä investointipäätöksiä puoltavat lukuisat eri seikat. Selkeimpiä etuja ovat vaarallisten ja epäergonomisten työtehtävien siirtäminen pois ihmisiltä. Koneen tekemä työ on useimmiten myös huomattavasti tasalaatuisempaa ihmistyövoimaan verrattuna. Robotit kykenevät myös oikein säädettyinä nopeampaan tahtiaikaan ihmiseen verrattuna lähes kaikissa työtehtävissä. Tämä lisää tehokkuutta ja yrityksen kilpailukykyä. (Aaltonen, 1997, s.150) Myös imago-syyt ovat osaltaan vaikuttaneet hankintapäätöksiin halutaan näyttää yritys modernin teknologian soveltajana. (Aaltonen, 1997, s.151) Keräilyrobottien tapauksessa investointien vastapainoksi syntyy myös säästöjä muun muassa siitä, että materiaalin kuljettamiseen käytettävää kalustoa, kuten trukkeja, ei tarvita samoissa määrin, kuten ei myöskään niiden käyttöön koulutettua henkilöstöä. Myös korkeavarastojen hyllyväliä voidaan pienentää trukin kääntöalueen tarpeen poistuessa ja täten lisätä tilankäytön tehokkuutta Mahdolliset haasteet Ihmisen korvaaminen robotilla ei ole yksioikoista. Robotti ei tee mitään, mitä siihen ei ole ohjelmoitu. Tämä tarkoittaa, että työtehtävän suorittamiseen tarvittava joustavuus on määriteltävä ongelmien ehkäisemiseksi. Robotin muistiin on ohjelmoitavissa eri toimintoja eri tilanteiden varalta. Myös itse prosessi on käytävä läpi ja muokattava siihen muotoon, että työvaihe on mahdollisimman standardoidusti suoritettavissa. Robotit eivät myöskään anna kehitysehdotuksia tehdystä työstä. Tämän johdosta liikeradat ja menetelmät on mietittävä perusteellisesti jo prosessia luodessa. Näiden menetelmien ajoittainen läpikäynti esimerkiksi täysin ulkopuolisin silmin voi osoittautua hyvinkin kannattavaksi ratkaisuksi. Keräilyrobottien tapauksessa suurimmat haasteet ovat poimittavien tuotteiden oikeassa valinnassa, sekä niiden poiminnassa. Tuotteen valinta perustuu useimmiten niiden noutamiseen niille osoitetulta paikalta. Haasteena tässä on se, että järjestelmä saadaan valvomaan itseään ja huomaamaan esimerkiksi sen, jos robotti on poiminut toisiinsa yhteen tarttuneet tuotteet tai väärään poimintapaikkaan joutuneen tavaran. (Slack, 2013) Tässä oman toiminnan monitoroinnissa hyödynnetään erilaisia sensoreita, jotka esimerkiksi varmistavat tuotteen oikeat mitat. Yksinkertaisimmillaan oikea tuote voidaan myös tunnistaa esimerkiksi siihen liitetyn viivakoodin lukemisella. (Hamberg & Verriet, 2012) Toinen iso haaste muodostuu poimittavaan tuotteeseen tarttumisesta. Kuvassa 5. on esimerkkejä automatisoidussa tavaratalon varastossa käsiteltävistä tuotteista. Kuten kuvasta näkee, sama robotti voi kohdata useista eri muodoista ja materiaaleista koostuvia tuotteita. Tartunnan voimakkuus 9

11 rajoittaa robotin liikenopeutta ja siten tehokkuutta. Tämän johdosta tartunnasta halutaan tehdä mahdollisimman voimakas ilman, että tuotteeseen syntyy liian kovasta puristuksesta tai imusta aiheutuvia muutoksia. Tyypillisesti tarttujatyökalu on kappaleen 3. alussa esiteltyjen tarttujakourien tai imukuppiasetelmien kaltainen. Imukupin eduksi voidaan laskea sen nopeus ja yksinkertaisuus. Epätasaisten ja liikkuvien pintojen suhteen perinteinen koura-tyyppinen tarrain voi osoittautua paremmaksi vaihtoehdoksi. KUVA 9. KERÄILYROBOTTI VOI KOHDATA USEISTA ERI MUODOISTA JA MATERIAALEISTA KOOSTUVIA TUOTTEITA. (HAMBERG & VERRIET, 2012) 3.4. Hankinta ja käyttökustannukset Robotisointihankkeen taloudelliset laskelmat voidaan karkeasti jakaa kahteen osaan: investointikustannuksiin ja käyttökustannuksiin. Investointikustannukset koostuvat robotin hankintakustannuksista, sekä robotisoinnin suunnittelun kustannuksista. Toimiva robottijärjestelmä edellyttää oheislaitteiden ja robotin ympäristön suunnittelua, työturvallisuusasioiden läpikäyntiä, sekä lisä- ja oheislaitteiden hankintaa. Robottijärjestelmän suunnittelu ja oheislaitteet ovat samansuuruinen kustannuserä robotin hankintahinnan kanssa tai joissain tapauksissa ne jopa ylittävät hankintahinnan. (Aaltonen, 1997) Robottijärjestelmän investointikustannuksiin kuuluvat (Aaltonen, 1997): 1. Robotin hankintakustannus, eli robotin ostohinta, jossa on mukana sovelluksen edellyttämät robottiin kuuluvat lisälaitteet ja erityisominaisuudet 2. Suunnittelukustannukset, eli robotin asentamisen ja käyttöönoton suunnittelu 10

12 3. Asennus- ja käyttöönottokustannukset, eli materiaalit ja työ, joka tarvitaan robotin sijoituspaikan rakentamiseen (lattiatyöt, sähkötyöt, paineilmaverkon laajennus, jne) 4. Työkalujen ja oheislaitteiden hankintakustannukset, kuten tarraimen hankinta, syöttölaitteet, ruuvivääntimet, paletit ja kuljetinradat. 5. Muut kustannukset, eli lisäkustannukset, jotka eivät sisälly muihin kustannusryhmiin esimerkiksi tarvittavat käsityökalut, turva-aidat ja valoverhot. Robotin käyttökustannuksiin kuuluvat: 1. Välittömät palkkakustannukset, eli robottijärjestelmän käyttäjien palkkakustannukset. 2. Välilliset palkkakustannukset, eli robottijärjestelmän käyttöä tukevien ja avustavien henkilöiden palkkakustannukset. 3. Huolto- ja kunnossapitokustannukset, eli ennakoivan ja korjaavan kunnossapidon kustannukset ja robotin huolto. 4. Energia-, materiaali-, ja tarvikekustannukset, eli kustannukset, jotka syntyvät robottijärjestelmän käytöstä. 5. Koulutuskustannukset 11

13 3.5. Keräilyrobotit Suomessa Kuten kuvasta 6. nähdään, on Suomeen vuosittain hankittujen robottien määrä 2000-luvulla pysynyt melko tasaisena, ellei jopa laskenut hieman. Tämä on ristiriidassa globaalia tuotannon automatisoinnin ja tehostamisen trendiä vastaan. Valitettavasti uudempaa tilastoa ei ollut saatavilla, mutta jo vuonna 2012 entinen tuotantotekniikan kärkimaa Suomi putosi pois robotiikan käytön kärkikymmeniköstä (Teollisuusrobottitilasto, 2012). Viimeiset vuodet eivät ole myöskään tuoneet merkittävää muutosta vallinneeseen suhdanteeseen. KUVA 10. SUOMEEN 2000-LUVULLA OSTETTUJEN ROBOTTIEN KOKONAISMÄÄRÄ.(TEOLLISUUSROBOTTITILASTO, 2012) Kuvassa 7. nähdään eriteltynä materiaalin käsittelyssä käytettävien robottien hankintaluvut, joissa on ehkä jopa yllättävänkin isoja vaihteluja. Mittauksiin ja tarkastuksiin liittyvät robottiratkaisujen suuri kasvu kielii osaltaan panostuksen lisäämisestä laadunhallintaan ja sen tehokkuuteen. Keräilyrobottien hankintamäärän kehitys mukailee lievällä laskusuhdanteellaan yleistä robotiikan hankintatasoa Suomessa. 12

14 KUVA 11. MATERIAALINKÄSITTELYROBOTTIEN VUOTUISET HANKINTAMÄÄRÄT SUOMESSA. KERÄILYROBOTIT ERITELTYNÄ TOISEKSI ALIMMALLA RIVILLÄ.(TEOLLISUUSROBOTTITILASTO, 2012) Suomessa keräilyrobotteihin törmää muun muassa postin logistiikkakeskuksessa, sekä virvoitusjuoma- ja panimoteollisuudessa. Muun muassa Olvi Oyj on hankkinut suomalaiselta CimCorp Oy:ltä automatisoidun keräilyjärjestelmän kasvattaakseen lähettämönsä tehokkuutta. Korkeavaraston keräilyjärjestelmässä kennolevyillä toimitettavat tuotteet kerätään asiakastilausten mukaan automaattisesti Cimcorpin MultiPick-roboteilla ja käsin keräiltävät tuotteet puheohjauksella (CimCorp, 2015). Myös meijeriteollisuudessa Valio Oy on päätynyt CimCorp:n kuvassa 8. näkyvään portaaliseen keräilyrobottiratkaisuun (CimCorp, 2015). KUVA 12. CIMCORP:N VALIOLLE TUOTTAMASSA PORTAALIROBOTTIRATKAISUSSA YHDISTYY PERINTEINEN SILTANOSTIN JA MODERNI SENSOREIN JA TARTTUJIN VARUSTETTU ROBOTTIMODUULI.(CIMCORP, 2015) 13

15 CimCorp Oy:n lisäksi keräilyrobottiratkaisuja laaja-alaisesti tarjoavia suomalaisia yrityksiä ovat muun muassa Konecranes Oy, sekä myös CASE -tutkimuksemme robottiratkaisun toimittajana ollut NewIcon, joka on uusi, mutta lupaavaa kasvupotentiaalia omaava yritys tällä alalla. Konecranesin Agilon -järjestelmä edustaa alan kehityksessä uusinta uutta yhdistämällä teollisen internetin automatisoituun materiaalilogistiikkaan. Siinä keräilyrobotit hoitavat perinteiseen malliin materiaalin siirtelyn, mutta tämän kokonaisuuden toimintoja voidaan hallita reaaliajassa etänä mistä kohtaa tuotantoketjua tahansa. Agilon järjestelmää käyttävät suomessa muun muassa Lankapaja Oy ja M-Components Oy, jonka ratkaisu esitellään kuvassa 9. (Konecranes, 2015) KUVA 13. KONECRANES AGILON -RATKAISU M-COMPONENTS OY:LLE. (KONECRANES AGILON, 2015) 14

16 4. Case: HUS-apteekin keräilyrobotti Nykyään erityisesti terveydenhuollossa resursseista on pulaa. Automatisoinnilla pyritään korvaamaan nykyisiä yksinkertaisia töitä, ja vapauttamaan resursseja sinne, missä niitä eniten tarvitaan, eli lähemmäs potilasta. Tästä syystä Suomessa apteekit investoivat kasvavissa määrin automaatioratkaisuihin. Tärkeimmät syyt apteekkirobottien hankintaan ovat potilasturvallisuuden paraneminen ja apteekin toiminnan tehostuminen, kun turhat rutiinit ja logistiset prosessit eivät vie farmaseuttiselta henkilökunnalta työtunteja. Automaateilta halutaan enemmän apua analytiikkaan ja varastonhallintaan. Automaatiolla tavoitellaan myös ergonomisen rasituksen siirtämistä koneille raskaissa ja toistuvissa työvaiheissa, jollainen esimerkiksi lääkelähetysten purkaminen varastoon on. Saimme mahdollisuuden päästä näkemään HUS:in keräilyrobotin viimeisenä mahdollisena vierailupäivänä ennen sen varsinaista käyttöönottoa. Pääsimme kiertämään HUS-apteekin uutta lääkevarastoa kovassa seurassa, sillä Iranin sosiaali- ja terveysministeri arvovaltaisine kumppaneineen olivat samalla kierroksella. Kierroksen oppaana toimi HUS-apteekin kehittämispäällikkö Marita Saanila-Sotamaa HUS-apteekki Case-yrityksemme on Suomen suurin sairaala-apteekki, HUS-apteekki, joka on juuri investoinut uuteen keräilyrobottiin, joka on tiettävästi maailman suurin apteekkirobotti. Tämän Mega-Fixuksi kutsuttavan robotin on valmistanut kuopiolainen yritys NewIcon, jolle tämä projekti on tähänastisista suurin. HUS-Apteekki vastaa nykyisellään Suomen suurimman sairaanhoitopiirin 14 jäsenkunnan ja 22 sairaalayksikön lääkehuollosta. HUS tuottaa erikoissairaanhoidon palveluja 1,6 miljoonalle asukkaalle Helsingissä ja Uudellamaalla. Tammikuusta 2016 alkaen myös Helsingin lääkehuolto tule HUS-apteekin hoidettavaksi. Tämän takia automaatioratkaisu koettiin välttämättömäksi. Laskelmien mukaan vaadittu kapasiteetti on laajennuksen jälkeen jopa % aiempaan verrattuna. KUVA 14. VASEMMALLA VANHA MANUAALINEN LÄÄKEVARASTA JA OIKEALLA UUSI LÄÄKEVARASTOAUTOMAATTI. 15

17 4.2. Toimittajan valinta HUS:lle painavin kriteeri toimittajan valinnassa oli luotettavuus ja virheettömyys. Kun laite toimii virheittä, säästetään resursseissa. Pitkällä tähtäimellä kalliimpi investointi maksaa itsensä takaisin. HUS-apteekki perustelee hankintaansa seuraavasti vuoden 2015 talousarviossaan (HUS, 2014): Keräily ja varastoautomaatin käyttöönotto vähentää lääkkeiden varastointitilaa, tehostaa varastonkiertoa, nopeuttaa kaikkia työvaiheita ja lisää lääkitysturvallisuutta. Hanke edesauttaa tehostamaan toimintaa ja saavuttamaan vuosittaiset tuottavuustavoitteet myös jatkossa. Automatisoinnin myötä HUS-Apteekilla on mahdollisuus laajentaa toimintaansa sekä solmia uusia yhteistyösopimuksia perusterveydenhuollon ja muiden terveydenhuollon toimijoiden kanssa. HUS-apteekki vertaili useita eri toimittajia ja pisteyttivät ne ominaisuuksien mukaan. Suurin painoarvo pisteytyksessä oli käyttäjäystävällisyys, kompakti koko sekä nopeus. Tavoitteena oli manuaalityön minimointi ja täysautomaatio, mikä karsi monia toimittajia ulos tarjouskilpailusta. Vaikka useiden toimittajien tarjoukset olivatkin edullisempia, HUS-apteekki otti suuren riskin ja päätyivät pieneen, suomalaiseen toimittajaan. NewIconin liikevaihto oli niin pieni, että se peräti tuplaantui hankinnan myötä, mikä aiheutti epävarmuutta hankintaan. Hankinta ja toimitus sujuivat kuitenkin nopeasti ja ilman suuria ongelmia. Nimet laitettiin sopimukseen huhtikuussa, juhannuksen jälkeen aloitettiin asennustyöt, ja elokuussa lääkevarasto oli valmiina asennettuna Meilahdessa. HUS-apteekki ja NewIcon solmivat myös huoltosopimuksen keskenään, minkä mukaan koneen pitää olla toimintakunnossa neljä tuntia virheilmoituksen jälkeen. Ajan ylityksestä seuraa suuret sakot NewIconille. Näin projekti on edennyt (NewIcon, 2015): 1. Tilaus: huhtikuu Suunnitteluvaihe 3. Osien hankinta alihankkijoilta 4. Mekaaninen asennus 5. Tehdastestaus 6. Mekaaninen asennus HUSissa alkoi Kesto 3 4 vk. 7. Järjestelmän ylösajo. Tekniset testaukset. Kesto n. 3 vk. 8. Järjetelmän kvalifiointi Prosessien validointi alkoi Käyttäjien koulutus ja käyttäjätestaukset 11. Joulukuun alussa automaatti on käyttövalmis 4.3. Keräilyrobotti Mega-Fixu HUS-apteekin lääkevarastojärjestelmä Mega-Fixu on neljä metriä korkea, lähes kuusi metriä leveä ja jopa 35 metriä pitkä. Jättimäisellä lääkevarastolla on painoa kiloa - tyhjänä. Kun se syötetään täyteen lääkepakkauksella, paino kohoaa kiloon. (NewIcon, 2015). Täysautomaattinen järjestelmä sisältää seitsemän robottikäsivartta. Kaksi niistä syöttää varastoon sisään lääkepakettia päivässä. Neljä kättä keräilee ja hyllyttää paketteja noin paketin tuntivauhdilla. Yksi robottikäsistä laittaa kansia ja osoitelappuja kuljetuslaatikoihin, jotka järjestelmä automaattisesti sinetöi. Lääkevarasto koostuu kahdesta eri puolesta, joissa on kummassakin kaksi lähes identtistä varastoa. Tämä mahdollistaa vain toisen varaston käyttämisen esimerkiksi virhetilanteissa. 16

18 KUVA 15. HYLLYPAIKKOJA ON LÄÄKEPAKETILLE. Jättimäisen apteekkirobotin hankintahinta oli 1,3 M. HUS-apteekki on laskenut, että hankinta vapauttaa noin viisi henkilötyövuotta, kun työntekijöiden kädet saadaan mekaanisesta varastotyöstä järkevämpiin tehtäviin. Kun Helsingin lääkehuolto siirtyy HUS-apteekin hoidettavaksi, sieltäkin vapautuu kahdeksan henkilötyövuotta johtuen esimerkiksi päällekkäisistä töistä. Takaisinmaksuajaksi on laskettu viisi vuotta. Jatkossa esimerkiksi farmaseutit työskentelevät enemmän kliinisen farmasian parissa ja lähempänä potilasta sairaalan osastoilla. Jatkossa myöskään inventaarioita ei tarvitse tehdä, kun robotti hoitaa sen automaattisesti. Resurssisäästöjen maksimoimiseksi HUS-apteekki tulee tekemään järjestelmälle lääkealan turvallisuus- ja kehittämiskeskus FIMEAn vaatiman validoinnin. Validoinnin jälkeen apteekin henkilökunnan työpanosta voidaan edelleen vapauttaa asiantuntijatyöhön, joka edesauttaa potilasja lääkitysturvallisuutta. Jatkossa, koneen validoinnin jälkeen, Mega-Fixu voi tehdä keräilyä itsenäisesti ja 10 %:lle valmiista laatikoista tehdään satunnaiset tarkastukset. (NewIcon, 2015) FIMEAn luvalla voidaan siis päästää 90 % kerätyistä laatikoista suoraan sairaalalle Lääkkeiden hyllytys Kaikki tavarat tuodaan HUS:iin yhdestä ovesta. Lääkkeissä on valmiiksi oikeat koodit, jotka kertovat kuuluuko lääkepakkaus laittaa automaattivarastoon, pyöreiden purkkien varastoon vai manuaalivarastoon. Manuaalivarastoon laitetaan lääkepakkaukset, jotka ovat robotille liian painavia (maksimipaino 800 g), suurikokoisia tai epätasapainoisia, kuten pienet nestepullot. Robotti on ohjelmoitu niin, että kun se tarttuu suureen pakettiin, se liikkuu hitaasti, jotta paketti ei irtoa imukupista. Kun paketti on pieni mutta painava, kuten silmätippapullo, se liikkuu pienen kokonsa takia nopeasti, minkä seurauksena paketti voi irrota imukupista. 17

19 KUVA 16. LÄÄKEVARASTOON PAKETTEJA SYÖTTÄVÄ ROBOTTI POIMII PAKETIN PYÖRIVÄLTÄ ALUSTALTA, VIE SEN SKANNATTAVAKSI JA LOPULTA SIIRTÄÄ SEN TOISELLE ROBOTILLE HYLLYTETTÄVÄKSI. Työntekijä ottaa lääkevarastoon tulevat lääkkeet ja kaataa laatikon sisällön varastojärjestelmän hihnalle käsin. Hihna kuljettaa lääkepakkaukset kahdelle eri robotille tietyn algoritmin mukaisesti, jotta varastoihin saadaan yhtä paljon lääkkeitä ja jotta ruuhkalta vältyttäisiin. Lääkepakkaukset etenevät hihnalle, josta ne siirtyvät vuorotellen pyörivälle alustalle, josta robottikäsivarsi ottaa pakkauksen imukupilla. Robotti siirtää pakkauksen skannausalueelle, jossa paketin viivakoodi luetaan, paketti mitataan ja tarkistetaan, että tilattu tuote on oikea. Skannauksen jälkeen paketti siirretään keräily- ja hyllyttäjärobotille, joka siirtää sen paketin koon mukaan sopivalle hyllypaikalle. Mikäli robotti tarttuu pakkauksesta viivakoodin kohdalta kiinni ja viivakoodin skannaus ei onnistu, paketti palautetaan hihnalle, joka tuo sen hetken päästä uudelleen robotille. KUVA 17. KUN ROBOTTI EI TUNNISTA LÄÄKEPAKETIN VIIVAKOODIA, PAKETTI TIPPUU TAKAISIN HIHNALLE, JOSTA ROBOTTI POIMII SEN UUDELLEEN. 18

20 Edellä kuvattu prosessi kuvaa laatikoissa olevien lääkkeiden hyllytyksen. Kun lääkkeet ovat pyöreässä pilleripurkissa, ne syötetään robotille kuin pullonpalautusautomaattiin. Robotti noutaa ne yksitellen, ja siirtää ne niille varatuille hyllypaikoille Tilausten keräily Kun saadaan tilaus lääkkeistä, tämä vahvistetaan toiminnanohjausjärjestelmässä. Keräily- ja hyllyttäjärobotti kerää tilatut lääkkeet paletilleen (keskimäärin seitsemän lääkepakkausta per tilaus), ja lopulta tuo kerätyt lääkkeet hihnan viereen, jossa on laatikoita. Robotti kaataa lääkkeet laatikkoon, jonka jälkeen laatikko liikkuu kohti linjan loppuosaa. Mikäli kaikki lääkkeet eivät mahdu samaan laatikkoon, robotti jakaa pakkaukset useaan laatikkoon. Tämän jälkeen laatikko pysähtyy ja sen sisään tulostuu automaattisesti lähete. Tässä vaiheessa 10 % paketeista siirtyy manuaalisesti tarkastettavaksi ja loput 90 % jatkaa kulkuaan loppupakkauspisteelle kuten kuva 7 osoittaa. Loppupakkauspisteessä laatikko saa kannen sekä osoitetiedot laatikon ulkopuolelle. Osoitteen laittamiseen on suunniteltu oma robottinsa, joka sijoittaa A4-paperin puoliksi laatikon sisään. Tällöin ei tarvita tarroja tai maaleja, joiden irrottaminen on työlästä ja vie aikaa. Laatikon ympäri laitetaan vanne, joka pitää laatikon suljettuna. Lopulta valmiit laatikot noudetaan loppuradalta ja lajitellaan reiteittäin rullakoihin. KUVA 18. FIDEAN VALIDOINNIN JÄLKEEN VAIN 10 % KERÄTYISTÄ LAATIKOISTA TARKISTETAAN MANUAALISESTI. Alkuvuodesta, kun Helsingin lääkehuolto siirtyy HUS:iin, keskitytään vielä tarkemmin tilausmenettelyyn. Nykyään tilauspiikit ajoittuvat päivälle, jolloin aamun ensimmäiset tunnit sekä iltapäivät ovat huomattavasti rauhallisempia. Tavoitteena on tasainen tilauskanta, jolloin saavutetaan maksimitehokkuus. Tahtiaika on myös suunniteltu niin, että pullonkauloja ei synny. Tavoitenopeudeksi on asetettu 100 laatikkoa tunnissa. 19

21 KUVA 19. LÄÄKEVARASTOJÄRJESTELMÄN VIIMEINEN ROBOTTI LAITTAA LAATIKOIHIN KANNET SEKÄ OSOITETIEDOT Virhetilanteet ja turvallisuus Yleisimmin ongelmia tapahtuu pakettien jäädessä jumiin rakenteisiin kuljetinhihnan jatkaessa toimintaansa normaalisti. Tällöin lääkepakkaukset tukkivat nopeasti linjan ja aiheuttavat automaatin pysähtymisen. Tapahtuma saa syntynsä useimmiten robotista, joka ei saa paketista otetta normaaliin tapaan tai vaihtoehtoisesti, jos prosessissa tapahtuu jotain poikkeuksellista esimerkiksi liikeradoissa. Virheen havaittua järjestelmä pysähtyy ja sytyttää virhevalot, sekä tekee virheilmoituksen tietokoneen ohjelmaan. Muita ongelmatilanteita voi syntyä esimerkiksi radan loppuosassa, jonne mahtuu vain 10 robotin täyttämää laatikkoa kerrallaan. Jos vapaata työntekijää ei ole keräämässä kerättyjä laatikoita, alue ruuhkaantuu. Prosessiin lisättiin varatoimi, joka pysäyttää linjan ja robotin toiminnan, kunnes loppuradalle mahtuu taas uusia laatikoita. Lääkevarastossa on myös hätä-seis-painikkeita, jotka lisäävät työturvallisuutta robotin ympäristössä. 20

22 5. Pohdinnat ja johtopäätökset Vaikka robotit ovat tasaisesti yleistyneet teollisuudessa globaalilla tasolla tähän päivään asti, on Suomen robottikannan kasvu ollut selkeästi muita kilpailevia teollisuusmaita jäljessä 2000-luvulla. Keräilyrobotit robotiikan osa-alueena ei tee poikkeusta tähän valitettavaan trendiin. Vaikka robottien edut ovat keräilyn sarallakin lähes kiistattomat, on niiden käyttöönotto kallista ja osaamista vaativaa. Keräilyrobottien käyttöönottaminen vaatisi myös monen konepajan varaston ja koko layoutin uudelleensuunnittelua maksimaalisen hyödyn saamiseksi. Tämä nostaa jo ennestään korkeaa kynnystä siirtyä automatisoituun aikaan, sillä tilankäytön suunnittelu on perustunut pitkälti trukeilla ja erikokoisilla kuormalavoilla toteutettuihin ratkaisuihin, jossa myös välivarastot ovat huomattavasti merkittävämmässä roolissa, kuin missä ne olisivat robotisoidussa keräilyjärjestelmässä. Keräilyrobotit rakentuvat normaalisti toiminta-alueen kattavasta ratasysteemistä, joka voi olla esimerkiksi siltanostimen tyylinen portaaliratkaisu, tai varastohyllyjen välinen katto- tai lattiakiskojärjestelmä, johon kiinnitetyllä tarttujaosalla voidaan poimia tuotteita sivusuunnasta useilta eri korkeuksilta. Tyypilliset tarttujatyökalua liikuttelevat robottityypit ovat perinteinen nivelvarsirobotti ja delta-robotti. Nivelvarsirobotti tarjoaa laajat ja monipuoliset liikeradat kun taas delta-robotti tarjoaa nopeat ja tarkat lyhyet liikkeet, joista on hyötyä varsinkin palettien täytössä ja järjestelyssä. Tarttujapäät ovat tyypillisimmin toteutettu puristusotetta tai alipaineimua hyödyntäen. Keräilyrobottien käyttö on Suomessa yleisintä isovolyymisissä logistiikkakeskuksissa. Näitä ovat elintarviketeollisuuden puolella varsinkin panimot ja meijerit, sekä myös puhtaasti logistisia palveluja tuottava posti. Yllämainituista syistä robotiikka ei ole vielä löytänyt tietään Suomen konepajoihin laajassa mittakaavassa. Maailmalla tehtaat modernisoituvat kovaa vauhtia teollisen internetin vauhdittamana. Älykkäät ja automaattiset materiaalinhallinnan järjestelmät ovat juuri niitä osaalueita, johon nämä Industrie 4.0 -ratkaisut tuovat merkittävää lisäarvoa. Suomalaisen teollisuuden kannattaakin olla hereillä kehityksen suhteen, etteivät kilpailevat maat kerkeä saada liian suurta etumatkaa kehityksessä. Tiedonhaku ei tuottanut ryhmäämme miellyttäviä tuloksia keräilyrobottien yleisyydestä perinteisissä suomalaisissa konepajoissa. Ryhmämme totesi tämän olevan mielenkiintoinen yrityskyselyin toteutettava jatkotutkimuskohde, sillä tilastoihin ja omiin kokemuksiimme nojaten arvioimme suomalaisten konepajojen hyödyntävän vielä suhteellisen vähän robotiikalla avustettua keräilyä. Konecranesin Agilon -järjestelmän viisi kotimaista kone- ja metallipajaa käsittävän referenssilistan perusteella näitä ratkaisuja on kuitenkin olemassa, ja Agilonin lyhyestä historiasta päätellen ainakin kyseisen valmistajan ratkaisu on saanut hyvin vastakaikua kotimaisilta markkinoilta. 21

23 6. Yhteenveto Tämä harjoitustyö oli kirjallisuuskatsaus teollisuusrobotteihin, sekä teollisuusrobottien käyttöön keräilyprosesseissa. Tässä harjoitustyössä tavoitteenamme oli tarkastella yleisellä tasolla teollisuuden automatisointia robottien avulla, sekä syventyä tarkemmin teollisuusrobottien käyttöön keräilyprosesseissa. Työn tavoitteena oli kuvata millaisia teollisuusrobotteja on olemassa, miten ne toimivat, sekä millaisiin käyttökohteisiin ja prosesseihin niitä voi käyttää. Työhön sisältyi myös casetutkimus Helsingin ja Uudenmaan Sairaanhoitopiirin (HUS) uudesta keräilyrobottikokonaisuudesta. Nykyajan yritykset vaativat jatkuvasti laadukkaampia, tuottavampia ja tehokkaampia ratkaisuja tuotantotekniikkoihinsa. Teollisuusrobottien käyttö on laajentunut maailmanlaajuisesti niiden suosion jatkaessa tasaista kasvuaan. Teollisuusrobotteja voidaan käyttää nykyään erittäin joustavasti useihin erilaisiin työprosesseihin. Pienimmät teollisuusrobotit painavat vain kymmeniä kiloja ja voivat suorittaa erittäin tarkkoja ja nopeita liikkeitä pieniin käyttökohteisiin tai kappaleisiin, kun taas suurimmat painavat useita tonneja ja niin ikään voivat siirrellä jopa tuhansien kilojen painoisia kappaleita paikasta toiseen. Keräilyrobottien määrittely yksikäsitteisesti on vaikeaa. Erilaisia robotisointiratkaisuja ja keksintöjä on lukuisia, ja robotin määrittely perustuukin enemmän sen lopulliseen käyttökohteeseen. Esimerkiksi nivelvarsirobotti, joka on yksi yleisimpiä robottisovelluksia, voi toimia niin hitsaus-, kokoonpano-, tai keräilyrobottina. Erona näiden sovelluksien välillä on lähinnä robotin käyttämä työkalu. Keräilyrobottina toimii useimmiten joko ihmisen käden muotoa muistuttava nivelvarsirobotti tai hämähäkin muotoa muistuttava delta-robotti. Nivelvarsirobotteja voidaan käyttää joustavammin erilaisiin työtehtäviin, sekä selkeästi suurempiin kuormiin, mutta samalla nivelvarsirobotit voivat olla melko kalliita ratkaisuja johtuen monimutkaisista rakenteistaan ja useista nivelistään. Delta-robotti on toisaalta halpa, tarkka ja parhaimmillaan erittäin nopea robotti, joka soveltuu erinomaisesti tietynlaisiin keräily-, tai materiaalinhallintaprosesseihin. Delta-robotteja käytetäänkin paljon elintarvike-, lääke-, ja pakkausteollisuuksissa. Oikean robotin valinta onkin vaikea prosessi, jossa on punnittava sopivaa ratkaisua ja tasapainoa haluttujen teknisten ominaisuuksien, hintojen ja robotin tyypin välillä. Harjoitustyössä tutustuttiin maailman suurimpaan apteekkikeräilyrobottiin HUS-apteekissa Meilahdessa. Apteekkirobotit ovat suosittuja erityisesti potilasturvallisuuden parantumisen, toiminnan tehostumisen sekä työn ergonomian ja mielekkyyden parantumisen takia. HUS-apteekin lääkevarastona toimiva automaatti sisältää seitsemän robottia, joista neljä keräilee lääketilauksia. Lääkevarastoautomaatti on täysin automatisoitu eikä vaadi lääkkeiden käsittelyssä manuaalista työtä. HUS-apteekin mukaan automatisoinnilla voidaan vapauttaa viisi henkilötyövuotta tehtäviin lähemmäksi potilasta, mikä on tällaisena terveydenhuollon resurssipula-aikana tärkeä edistysaskel. 22

24 7. Lähdeluettelo Aaltonen, K., Konepaja-automaatio. Porvoo: WSOY. ISBN ABB, ABB products. [Online] Viitattu Saatavissa: Apteekkari, Robottien suosio jatkuu apteekeissa. [Online] Viitattu Saatavissa: CimCorp, Cimcorp, Automaattinen Keräily. [Online] Viitattu Saatavissa: Fanuc, Fanuc Robotit. [Online] Viitattu Saatavissa: Hamberg, R. & Verriet, J., Automation in warehouse development. London: Springer. ISBN HUS, Talousarvio [Online] Viitattu Saatavissa: IFR, [Online] Saatavissa: Kandray, D. E., Programmable Automation Technologies - An Introduction to CNC, Robotics and PLCs. New York: Industrial press. Konecranes, Agilon-referenssit. [Online] Viitattu Saatavissa: Laitinen, M., Robotiikkasovellukset teollisuudessa. Espoo, Aalto Yliopisto Konferenssi. Lundström, G., Industrial Robot Grippers. Industrial Robot: An International Journal, Vol. 1 Issue 2 pp Saatavissa: Miele, Miele scout RX-1 robotti-imuri. [Online] Viitattu Saatavissa: NewIcon, NewIcon Tuotteet. [Online] Viitattu Saatavissa: Robotiq, What are the different types of industrial robots?. [Online] Viitattu Saatavissa: RobotWorx, Industrial Robots. [Online] Viitattu Saatavissa: Saanila-Sotamaa, M., Kehittämispäällikkö, HUS-apteekki [Haastattelu, , Helsinki]. Slack, N., Operations Management. 7th ed. Edinburgh Gate: Pearson Education Limited. ISBN:

25 Suomen Robotiikkayhdistys ry, Teollisuusrobottitilasto [Online] Viitattu Saatavissa: Tkk, Nykyaikainen robotiikka - Kenttä- ja palvelurobotit. [Online] Viitattu Saatavissa: 24