Роботизация и автоматизация производства могла бы существенно повысить качество продукции, ускорить жизненный цикл изделий, выведя российскую промышленность на новый уровень производительности. Однако пока отечественный рынок промышленной робототехники развивается очень медленно. Потенциальные потребители плохо осведомлены о возможностях современных роботов и не спешат инвестировать в это направление. В свою очередь невысокий спрос вкупе с рядом других факторов тормозит развитие отечественного производства робототехнических комплексов. Есть ли выход из создавшейся ситуации?

Преодолеть зависимость от автопрома

В России, как и во всем мире, основными потребителями промышленных робототехнических комплексов (РТК) выступают автомобилестроительные предприятия. Вплоть до 2015 г. серийным производством роботов в нашей стране занимался «Волжский машиностроительный завод» (г. Тольятти), он выпускал до 200 единиц оборудования в год для «АвтоВАЗа», однако впоследствии был закрыт. Альтернативного российского серийного производства роботов для автопрома не появилось. На сегодняшний день значительная часть РТК импортируется, при этом объем рынка по зарубежным меркам очень и очень скромен: всего несколько сотен роботов в год.

За рубежом вслед за автопромом роботизацией активно занимается средний и малый бизнес из других отраслей. Правда, здесь роботы выполняют не основные, а вспомогательные технологические операции. Например, загружают детали в станки или занимаются паллетированием (упаковка грузов в компактные транспортировочные единицы). В России такие вспомогательные операции зачастую не автоматизируются в принципе.

Вопрос в том, будет ли меняться ситуация в будущем? С учетом того, что отечественный рынок автомобилей сегодня переживает не лучшие времена, спрос на робототехнику в других отраслях мог бы стать существенным подспорьем для производителей и интеграторов РТК. Однако пока российские компании, работающие на рынке промышленной робототехники, не ждут радикальных перемен.

«До сих пор основным потребителем роботов в России остается автопром, — отмечает Вадим Ипполитов, коммерческий директор холдинга Белфингрупп (г. Ижевск). — В этом отношении ничего не изменилось. Но есть и позитивные моменты. Другие отрасли понемногу начинают включать в свои программы перевооружения роботизированные технологии. Мы предполагаем, что в ближайшем будущем внедрять РТК начнут предприятия оборонно-промышленного комплекса, железнодорожного машиностроения, судостроения, производители товаров народного потребления, пищевой промышленности, представители нефтегазовой отрасли, производители строительных металлоконструкций. В целом рынок робототехники в РФ имеет огромный потенциал».

«На наш взгляд, автопром был, есть и еще долго будет оставаться основным потребителем промышленной робототехники, как в мире, так и в России, — считает Анатолий Перепелица, директор УРТЦ «Альфа-Интех» (г. Челябинск). — Однако российские интеграторы в настоящее время в значительной степени отстранены от этого рынка, так как приходящие в российский производственный сектор иностранные автомобильные бренды имеют давние связи с крупными зарубежными интеграторами, которым и «отрезают больший кусок пирога» роботизации своих предприятий. У российских интеграторов пока немного примеров реализации достаточно крупных проектов для автопрома.

Перспективными же отраслями для внедрения промышленной робототехники в России мы считаем небольшие предприятия по производству компонентов для автопрома и предприятия пищевой промышленности (в части упаковки, маркировки, паллетирования). Большой потенциал роботизации имеется на предприятиях военно-промышленного комплекса, что, прежде всего, связано со значительными объемами финансирования данной отрасли со стороны государства».

Здесь возникает второй вопрос: если робототехника перестанет быть прерогативой автопрома и придет в другие отрасли промышленности, какими будут требования новых потребителей?

Не вместо человека, а вместе с ним

«До недавнего времени в мире существовало только одно серьезное направление — промышленная робототехника, — отмечает Альберт Ефимов, руководитель робототехнического центра фонда «Сколково». — Как правило, это дорогостоящие решения для крупного бизнеса, предполагающие, что роботы выполняют основные производственные операции за человека. Сейчас в силу различных технологических причин (появление дешевых сенсоров, повышение мощности процессоров) началось активное развитие сервисной робототехники. Сервисные роботы оказывают людям какие-либо услуги — повышают их физическую силу, транспортируют предметы или общаются с человеком. Самый простой пример — робот - пылесос, уже сегодня продаваемый миллионами по всему миру».

Многие считают, что сервисная робототехника больше ориентирована на потребительский рынок, однако на деле это совсем не так. Роботы могут оказывать людям услуги не только в быту, но и на производстве. Более того, сама грань между понятиями «промышленная» и «сервисная робототехника» постепенно стирается. Более актуальным становится деление на заменяющую и помогающую робототехнику. При этом маржинальность сервисной робототехники намного превышает маржинальность промышленной робототехники — один медицинский робот может стоить несколько миллионов долларов.

«Сегодня стоит обратить внимание на рынок ассистивной (помогающей) робототехники: по мнению экспертов «Сколково» это наиболее перспективное направление, — уверен Альберт Ефимов. — Ассистивный робот помогает повысить производительность и снизить трудоемкость операций; он работает не вместо человека, а вместе с ним. Общая оценка мирового рынка ассистивной робототехники свыше 5 трлн долларов».

Действительно, ведущие мировые производители роботов — к примеру, Fanuc и Kuka — сегодня активно продвигают новые модели коллаборативных роботов — машин, способных работать с человеком рука об руку. Эти роботы могут привезти сборщику необходимые комплектующие со склада или подать тяжелую деталь. Благодаря чувствительным сенсорам коллаборативные манипуляторы ощущают малейшее препятствие на пути и безопасны для человека. Однако такие машины стоят достаточно дорого, и в нашей стране пока не слишком популярны.

«Похоже, что российская промышленность не готова к внедрению коллаборативных роботов, — считает Анатолий Перепелица. — На сегодняшний день в РФ поставлены считанные единицы таких машин, да и то в основном в учебные заведения. Хотя сама по себе технология доступна на нашем рынке, как минимум, три года».

«В настоящий момент российская промышленность только знакомится с обычными промышленными роботами, поэтому начало внедрения коллаборативных роботов затянется на неопределенный срок, — соглашается с коллегой Вадим Ипполитов. — Думаю, первыми пользователями коллаборативных роботов будут автопроизводители: они станут использовать их для выполнения тех операций, где необходима физическая сила и точность. Со временем коллаборативные роботы, несомненно, будут набирать популярность в различных отраслях».

Говоря о других трендах российского рынка, Вадим Ипполитов прогнозирует развитие роботизированных аддитивных технологий и расширение списка «профессий» промышленных роботов.

По мнению Анатолия Перепелицы, уже сегодня явно обозначилась такая тенденция, как рост гибкости применения РТК и обусловленное этим увеличение числа приложений, где требуется не повторение исполнения одной программы множество раз (как на массовом производстве), а исполнение множества программ ограниченное число раз (средне- и мелкосерийное производство с широкой номенклатурой продукции).

«Вследствие этого возрастает роль программного обеспечения, сенсорики, машинного зрения, а программное обеспечение движется в сторону интеллектуализации алгоритмов, — подчеркивает руководитель «Альфа-Интех». — В этом же тренде находится и распространение коллаборативной робототехники. Полагаю, в ближайшие годы все больше и больше будут распространяться алгоритмы самопрограммирования роботов для определенного круга задач, а так же параметрические программы для роботов».

Избавиться от устаревших стереотипов

Развитию российского рынка робототехники для промышленности препятствует несколько факторов. Но наши эксперты сходятся во мнении, что один из главных — низкая осведомленность потенциальных потребителей о возможностях современных РТК.

«Рынок пока не понимает, в чем преимущества и экономическая привлекательность роботизации, — отмечает Марко Делаини, генеральный директор Fanuc в России. — Но это не новая проблема. Подобную ситуацию мы уже видели некоторое время назад в Европе. Сейчас европейские компании знают, что с помощью роботов можно существенно поднять производительность и качество продукции, улучшить экономические показатели в целом. С целью продвижения идеи роботизации в этом году мы вместе с НАУРР (Национальная ассоциация участников рынка робототехники) проводим чемпионат роботов. Причем это не бои, а соревнование по созданию ячеек автоматизации».

«Практически у каждого интегратора есть пул инновационных идей, которые могут быть толчком к развитию роботизации, есть квалифицированный персонал и опыт решения рискованных задач, — отмечает Анатолий Перепелица. — Но тормозит процесс низкий уровень осведомленности потребителей. Даже на продвинутых предприятиях «Роскосмоса» и «Росатома» нередко ошибочно полагают, что робот — это машина, стоящая на конвейере и выполняющая массовые операции. Считаю, что необходима организация кампании по продвижению робототехники под эгидой НАУРР».

Есть и другие причины, препятствующие активной роботизации производств. Это низкий уровень автоматизации многих российских производств. Нехватка у предприятий средств на глобальные проекты по техническому перевооружению и отсутствие удобных финансовых инструментов для поддержки тех, кто внедряет РТК.

Многие производители не торопятся заменять рабочих роботами в силу относительно низкой стоимости ручного труда в стране. Однако они забывают, что роботизация влияет также и на показатели качества, производительность и по итогу все равно оказывается более выгодной.

Быть готовым к кооперации

«В соответствии с приказом Минпромторга к 2020 г. не менее 30 % продаваемых в России промышленных роботов должно производиться на территории страны, — рассказывает Владимир Серебренный, заместитель генерального директора по технологическому развитию ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» (НИИ в области развития автомобилестроения). — Это предпосылка к тому, чтобы в России было налажено собственное производство промышленных роботов, либо локализовано производство мировых производителей. Однако пока приход инвесторов тормозит малый объём продаж и таможенная политика, устанавливающая нулевую пошлину за ввоз готового робота и до 20 % пошлины на комплектующие».

«Это неудивительно, — считает Альберт Ефимов, — экономикой невозможно управлять на основе приказов. Если роботов невыгодно производить и покупать, то их никто не будет делать».

Анатолий Перепелица указывает, что парадоксальная ситуация складывается и в части налогообложения. Так в Налоговом кодексе есть статьи, которые позволяют разработчикам программного обеспечения не платить НДС. От налога могут быть освобождены организации, ведущие НИР и ОКР. При этом производителям и интеграторам в сфере робототехники, которые по сути занимаются тем и другим, сложно доказать свое право пользоваться этими льготами.

Изменения в сфере политики налогообложения и таможенных пошлин помогли бы изменить ситуацию к лучшему. Что касается малого объема рынка, выходом может стать создание производств роботов, изначально ориентированных на экспорт.

При этом важно не оставаться в изоляции, а быть открытым к достижениям мирового прогресса. Не смотря на санкции и прочие геополитические сложности, наши эксперты уверены, что создать в России собственное производство роботов с нуля невозможно, да и не нужно.

«На наш взгляд, не так важно иметь производство роботов полного цикла внутри страны, но важно участвовать в международной кооперации, быть создателем тех или иных технологий, — считает Марко Делаини. — В этом смысле потенциал России очень велик. К примеру, здесь создается мощное программное обеспечение. А софт — это наиболее дорогой компонент в составе роботизированного комплекса по сравнению с «железом». Так сегодня манипулятор составляет в среднем не более 20-30 % от общей стоимости продукта».

Аналогичного мнения придерживается и Альберт Ефимов: «Сегодня весь мир находится в состоянии глобальной кооперации. Нельзя отгораживаться от этого процесса. Напротив, способность России встроиться в эту глобальную кооперацию — наш шанс уверенно занять свою нишу этого впечатляющего рынка. Да, в России есть определенные проблемы с дизайном, с производством «железа». Но конкурентные преимущества роботов будут основаны в первую очередь на программном обеспечении — а это то, что у нас очень хорошо получается. Между прочим, ПО — третья статья по объему российского экспорта после углеводородов и вооружений».

По наблюдениям эксперта из «Сколково», именно готовность к кооперации — признак профессионализма и зрелости компании. Только начинающие производители роботов стремятся все делать сами, а более опытные — находят профессионалов, создающих конкурентный дизайн и «железо». Это позволяет предложить продукт, который интересен не только в России, но и за рубежом.

«Это миф, что в России нет производства роботов, — говорит Альберт Ефимов. — На самом деле наши компании не только производят роботов для внутреннего рынка, но и продают их за рубеж, к примеру, в Японию и Китай. Только речь идет о сервисных, а не промышленных роботах. Этот сегмент развивается без господдержки, не считая грантов «Сколково». И развивается весьма активно, обгоняя промышленную робототехнику. Впрочем, лет через пять такое деление вообще не будет актуальным. Постепенно условно «сервисные» роботы придут и в промышленность. Они возьмут на себя часть операций и помогут оптимизировать нагрузку, ложащуюся на человека. Главный тренд сегодня — конвергенция продукта и услуги в промышленности. А это будет означать конвергенцию промышленной и сервисной робототехники.

Думаю, в перспективе флагманом российского рынка робототехники будет бизнес и государственные структуры, а не частные лица. Хотя в диапазоне от 30 до 50 лет стоит ожидать воплощения в жизнь фантазий из голливудских фильмов: к этому времени роботы станут привычным явлением не только в промышленности, но и в повседневной жизни обычного человека».

Екатерина Зубкова

Фото «Белфингрупп» и «Альфа-Интех»

Please enable JavaScript to view the

Конечно, компаний гораздо больше — мы выделили лишь самые значимые из них, а также те, которые занимаются разработкой промышленных роботов в России и странах СНГ.

Seiko Epson Corporation более известная как Epson — структурное подразделение японского многоотраслевого концерна Seiko Group. Один из крупнейших производителей струйных, матричных и лазерных принтеров, сканеров, настольных компьютеров, проекторов, а также роботов для монтажа мелких деталей.

Роботы Epson впервые появились на мировом рынке в далеком 1984 году. Изначально созданные для удовлетворения потребностей внутренней автоматизации, роботы компании Epson быстро стали популярным на многих известных производственных площадках по всему миру. За последние 30 лет Epson Robots стала лидером отрасли роботизации для сборки мелких деталей и привнесла множество новинок, включая управление на базе ПК, компактные scara роботы и многое другое. На сегодняшний день более 55 000 роботов Epson установлено на заводах по всему миру. Многие из ведущих компаний-производителей полагаются на этих роботов каждый день, чтобы снизить издержки производства, улучшить качество продукции, увеличить производительность.

Comau (Италия)

Компания Comau — итальянская многонациональная компания, базирующаяся в Турине и являющаяся частью FCA Group. Comau — это интегрированная компания, специализирующаяся в области промышленной автоматизации с международной сетью из 35 действующих центров, 15 производственных предприятий и 5 инновационных центров по всему миру. Компания предлагает полные комплексные решения, услуги, продукты и технологии с компетенциями, начиная от резки металла до полностью роботизированных производственных систем для удовлетворения конкретных производственных потребностей в различных отраслях промышленности, от автомобильной, железнодорожной и тяжелой промышленности до возобновляемой энергетики и других отраслей.

Comau выпускает различные модели промышленных роботов грузоподъемностью до 800 кг.

Применяемость роботов Comau стандартна для любых роботов с антропоморфной кинематикой: сварочные технологии, паллетирование, механическая обработка, нанесение составов: окраска, грунтовка, клеи, геметики.

Panasonic (Япония)

Panasonic - это не только известная во всем мире японская машиностроительная корпорация с почти столетней историей (компания была основана в 1928 году), которая производит бытовую технику и электронные товары, но и один из лидеров рынка промышленной робототехники и сварочного оборудования.

Panasonic Robots - подразделение глобальной корпорации Panasonic, которое специализируется на разработке, производстве и продаже промышленных роботов различного назначения. В частности, робот для сварки от Panasonic - это технологии «все в одном», без дополнительного интерфейса между роботом и сварочным источником. Сегодня продажи сварочных роботов Panasonic достигли отметки 40 000 единиц. Компания также выпускает универсальные манипуляторы для многих видов производственных задач.

Роботы Panasonic отличаются высокой надежностью, долгим сроком службы и относительно низкой стоимостью. В настоящее время они успешно применяются в автомобильной, нефтехимической промышленности, машиностроении, а также логистике (обработке грузов).

Adept (США)

Adept Technology, Inc. - многонациональная корпорация со штаб-квартирой в Калифорнии. Компания специализируется на промышленной автоматизации и робототехнике, включая программное обеспечение. Компания Adept была основана в 1983 году. Все началось, когда основатели компании Брюс Шимано и Брайан Карлайл, оба аспиранты Стэнфордского университета, начали работать с Виктором Шейнманом в стенфордской лаборатории искусственного интеллекта.

Сегодня компания активно работает в различных отраслях промышленности, требующих высокой скорости, точности обработки, включая обработку пищевых продуктов, потребительских товаров и электроники, упаковочной, автомобильной, медицинской и лабораторной автоматизации, а также развивающиеся рынки, такие как производство солнечных панелей.

Universal Robots (Дания)

Universal Robots — это датский производитель небольших гибких производственных совместных роботов, т. н. коллаборативных. Компания была основана в 2005 году тремя датскими инженерами. В ходе совместных исследований они пришли к выводу, что на тот момент на рынке робототехники преобладали тяжелые, дорогие и громоздкие роботы. Как следствие, они разработали идею сделать робототехнику доступной для малых и средних предприятий. В 2008 году первый UR5 cobots был представлен на датском и немецком рынке. В 2012 году был запущен второй робот — UR10. На выставке automatica 2014 в Мюнхене компания запустила полностью пересмотренную версию своего коллаборативного робота. Год спустя, весной 2015 года, был представлен новый робот UR3.

Rozum Robotics (Беларусь)

Rozum Robotics - компания-производитель инновационных продуктов в сфере робототехники. В портфеле компании сегодня ультра-лёгкий коллаборативный робот-манипулятор PULSE. Это лёгкий, компактный, простой в использовании робот, предназначенный для работы на производстве, в сфере обслуживания (а в перспективе и в доме).

Благодаря продуманным характеристикам безопасности робот компании Rozum Robotics не может нанести вред в случае столкновения с человеком. Это позволяет устанавливать роботов рядом с человеком для помощи в рутинных, неинтересных или опасных задачах.

Коллаборативный робот-манипулятор Rozum Robotics может быть использован для автоматизации множества задач и позволяет модернизировать и оптимизировать процессы на всех участках производства.

Торговый дом «АРКОДИМ » (Россия)

Компания «АРКОДИМ-Про» была основана в 2013 году в Казани и изначально производила станки с ЧПУ. Идея освоить производство роботов пришла весной 2014 года. Анализируя рынок станкостроения в России, руководители компании пришли к выводу, что роботов у нас никто не производит, а вот производителей станков с ЧПУ предостаточно. В результате всерьёз задумались разработать собственного промышленного робота.

На сегодняшний день компания выпускает декартовых линейных роботов-манипуляторов ARKODIM. Роботы данной архитектуры нашли широкое применение в производствах, занимающихся литьём пластика под давлением. Также роботы ARKODIM широко применяются вкупе с различными конвейерами, где они захватывают подаваемые конвейером детали и укладывают их в упаковку. Если робота оснастить разрабатываемой этой же компанией системой машинного зрения, то он сможет выполнять ещё ряд дополнительных функций. Ещё одной из сфер применения роботов ARKODIM является сварка.

BIT Robotics (Россия)

Компания BIT Robotics создает новое оборудование для новых технологических процессов. BIT Robotics является создателем первого российского промышленного дельта робота. Созданный компанией дельта робот по характеристикам не уступает самым современным и скоростным иностранным аналогам. В его конструкции применены самые передовые материалы, в том числе композитные.

Возможности предприятия и компетенции позволяют создавать любые роботизированные системы, широко применять серво системы и техническое зрение. Инженеры предприятия имеют богатый опыт работы. Большинство из них из космической и авиационной отрасли. Компания располагает самым современным производством, оснащенным станками с ЧПУ, литейным производством, гальваническим цехом, производством полимерных материалов и пр.

Отечественный рынок робототехники в настоящее время можно назвать свободной нишей. Производство промышленных роботов в России еще очень далеко от того уровня, когда предложение будет превышать спрос. Многие промышленные компании заключают договора с иностранными компаниями, желая получить больший процент прибыли и увеличить долю на рынке за счет модернизации производства. Отсутствие госпрограмм переориентации отечественного бизнеса на внутренний рынок значительно усложняет и замедляет процесс развития инновационных сфер производства. Но даже в такой ситуации появляются достойные игроки российского рынка робототехники. Компания Ucan – один из лидеров производства коммерческих роботизированных единиц. В арсенале предприятия ряд современных решений и большой штат квалифицированных инженеров-программистов. Совокупность всех факторов указывает на высокий потенциал бренда и его перспективность.

Насколько выгодно производство роботов в России

Всех существующих в настоящее время роботов, применяемых в промышленности, можно классифицировать по таким признакам как:

• область применения;
• способ расположения;
• принцип управления;
• внешний вид;
• степень автономности.

Практически на любом крупном заводе, осуществляющем выпуск сложного оборудования можно встретить технологический комплекс, используемый для тонкой работы, в том числе пайки, сварки и установки мелких типовых деталей. Все эти манипуляторы являются ярким примером промышленных роботов. Платежные терминалы с голосовым или сенсорным управлением, беспилотные аппараты, мобильный робот-консультант – все это также современные автоматические системы или специализированные роботы. Для выполнения своих «профессиональных» задач робот должен иметь определенное положение относительно поверхности. По данному признаку можно отметить стационарные (фиксированные) устройства, роботизированный передвижной комплекс, мобильные устройства и т.д. В зависимости от предназначения промышленные роботы в современном производстве могут оснащаться блоком дистанционного или удаленного управления. В первом случае оператор находится за пультом, размещенным неподалеку от рабочей зоны, во втором – управление осуществляется с устройства, имеющего доступ в сеть. Современные роботы могут иметь различный облик, среди них встречаются:

• миниатюрные (размером с насекомое) модели с радио модулем и сенсорами;
• масштабные комплексы с нескольким манипуляторами и единым центром управления;
• устройства, напоминающие привычные автомобили, самолеты или корабли;
• отдельно стоящие компактные комплексы (терминалы, фотобудки и т.п.);
• антропоморфные мобильные или стационарные системы.

Способ поставки энергоносителя в рабочие системы устройства, а также наличие передвижного блока (колес) определяет степень автономности робота. Стационарные устройства имеют классическое проводное соединение с сетью, мобильные роботы питаются от аккумуляторов. Насколько выгодно производство и продажа промышленных роботов определяет спрос на конкретную модель. В настоящее время очень востребованы автономные системы прямого взаимодействия с человеком. К таким устройствам относится – одна из топовых моделей компании Ucan.

Какие функции могут выполнять роботы российского производства?

В зависимости от типа устройства роботы могут обладать различным функционалом, в том числе выполнять следующие виды работ:

• комплектовка и монтаж промышленных узлов и деталей (сварка, штамповка, заклепка, сортировка и т.п.);
• слежение и оповещение;
• обслуживание генерирующих и перерабатывающих комплексов;
• консультирование клиентов, предоставление справочной информации и аналитическая деятельность;
• ведение боевых действий;
• обеспечение двухсторонней связи при помощи аудиовизуальных и тактильных узлов.

Продажа роботов в России способствует модернизации производства и бизнеса, предлагая функционал, реализуемый за счет установки в оборудование современных блоков анализа речевой, визуальной и волновой информации. Робототехнический комплекс или отдельная машина получает информацию и обрабатывает её на основе заложенного программного кода. Отечественные роботы наделены всеми необходимыми компонентами и работают по классическим принципам, используемым крупнейшими мировыми производителями. При помощи продукции предлагаемой компанией Ucan можно создать полностью автоматизированный комплекс, работающий без выходных и перерывов, не требующий заработной платы и даже приносящий неплохую прибыль. Отличным примером может служить модель серии Couch — , выполняющий функции коучера, используемый во время тренингов, курсов корпоративного обучения, семинаров и т.д. Производство промышленных роботов в России, а также организация проката функциональных автономных систем может стать прибыльным бизнесом при правильном подходе и организации. Компания Ucan приглашает к сотрудничеству представителей крупного бизнеса и частных лиц, ведущих предпринимательскую деятельность. Узнать подробности можно, посетив официальный сайт компании или позвонив по телефону, который обслуживает робот-секретарь , способный предоставить всю необходимую информацию.

В связи с этим особую популярность завоевывают решения по автоматизации производства на базе промышленных роботов, позволяющих обеспечить полный цикл обработки с высокой производительностью и точностью, избежать перерывов и производственных ошибок, свойственных человеку.

История промышленных роботов

История рынка промышленной робототехники насчитывает уже более 50 лет. Первый патент на робота был получен в 1961 году (подан в 1954) изобретателем Джорджем Деволом (George Devol), который основал в 1956 году вместе с инженером Джозефом Энгельбергом (Joseph F. Engelberger) компанию по первому серийному производству роботов Unimation Inc (от Universal Automatic – универсальная автоматизация). Энгельберг привлекал в компанию дополнительное финансирование, распространял идеи роботизации среди потенциальных заказчиков и популяризировал идею промышленной автоматизации. Несмотря на то, что патент был закреплен за Деволом, именно Энгельберга принято считать «отцом робототехники».

Возможностями автоматизации в первую очередь воспользовались автомобилестроители, и уже в 1961 году начались поставки роботов Unimate на завод General Motors, Нью Джерси. Роботы Unimate были сконструированы с использованием гидроусилителей и программировались в обобщенных координатах, воспроизводя последовательность действий, записанных на магнитный барабан.

Позднее компания Unimation передала свою технологию в Kawasaki Heavy Industries и Guest­Nettlefolds, таким образом открыв производство роботов Unimate в Японии и Англии.

Основное развитие промышленных роботов началось в конце 60­х – начале 70­х годов, когда в 1969 году в Стенфордском университете студент факультета машиностроения Виктор Шейнман (Victor Scheinman) разработал прототип современного робота, отдаленно воспроизводящего возможности человеческой руки, ­ Stanford arm с шестью степенями свободы, электрическими приводами и компьютерным управлением.

В 1969 году появляются разработки в области робототехники компании Nachi. В 1973 году немецкая компания KUKA Robotics демонстрирует своего первого робота Famulus, и почти одновременно швейцарская компания ABB Robotics выводит на рынок робота ASEA. Оба робота имеют по шесть управляемых осей с электромеханическим приводом.

В 1974 году промышленные роботы разрабатываются и устанавливаются на собственное производство в компании Fanuc, а в 1977 году первый робот Yaskawa появляется у компании Motoman.

Дальнейший рост промышленной робототехники был обусловлен развитием компьютера, электроники и масштабным расширением компаний на рынке автомобилестроения – основных заказчиков роботов. General Motors в 80­х годах потратила более 40 миллиардов долларов на разработки в области автоматизации. Основным рынком роботов считается внутренний рынок Японии, на котором находится большинство компаний по их производству: Fuji, Denso, Epson, Fanuc, Intelligent Actuator, Kawasaki, Nachi, Yaskawa (Motoman), Nidec, Kawada. В 1995 году из 700 000 роботов, используемых в мире, 500 000 работали в Японии.

В Советском Союзе крупнейшим интегратором робототехники стала компания «Автоваз». Развивая мощности по выпуску автомобилей и перенимая опыт мировых автомобилестроительных предприятий, в 1984 г. она приобрела лицензию фирмы KUKA. На базе отдельного станкостроительного подразделения концерна «Автоваз» началось производство отечественных роботов, применяемых на поточных линиях предприятия. На сегодняшний день ОАО «Автоваз» совместно с МГТУ «Станкин» реализуют программу выпуска линейки роботов для промышленных производств ­ до 1000 единиц ежегодно.

Преимущества использования промышленных роботов в производстве

Современный промышленный робот­манипулятор в большинстве случаев применяется для замены ручного труда. Так, робот может использовать инструментальный захват для фиксации инструмента и осуществления обработки детали либо держать саму заготовку для того, чтобы подавать ее в рабочую зону на дальнейшую обработку.

Робот имеет ряд ограничений, таких как зона досягаемости, грузоподъемность, необходимость избежать столкновения с препятствием, необходимость предварительного программирования каждого движения. Но при его правильном применении и предварительном анализе работы системы робот способен обеспечить производство рядом преимуществ, повысить качество и эффективность рабочего процесса.

Для оценки актуальности внедрения робота в процесс обработки приведем ряд преимуществ и недостатков применения робототехники на предприятии:

1. Производительность

При применении робота производительность обычно повышается. Прежде всего, это связано с более быстрым перемещением и позиционированием в процессе обработки, также играет роль и такой фактор, как возможность автоматической работы 24 часа в сутки без перерывов и простоев. В случае правильно выбранного применения роботизированной системы производительность по сравнению с ручным производством возрастает в разы или даже на порядок.

Следует отметить, что при широкой номенклатуре изделий, постоянных переналадках, необходимости большого количества периферийного оборудования для разных деталей производительность может и снижаться, делая процесс неэффективным и сложным.

2. Улучшение экономических показателей

Заменяя человека, робот эффективно снижает затраты на оплату специалистов. Особенно данный фактор важен в экономически развитых странах с высокими заработными платами рабочих и необходимостью больших надбавок за переработку, ночное время и т.д. В случае применения робота или автоматизированной системы, в цехе необходимо лишь наличие оператора, контролирующего процесс, при этом оператор может контролировать сразу несколько систем.

При первоначальной закупке роботизированная ячейка – достаточно серьезное финансовое вложение, и предприятие заинтересовано в его быстрой окупаемости. Неправильное применение оборудования и ошибки в его комплектации и расстановке могут привести к увеличению времени обработки либо трудоемкости работы, тем самым снизить экономичность производства.

3. Качество обработки

Часто причиной внедрения технологической системы на базе промышленного робота становится необходимость обеспечения заданного в документации на изделие качества обработки.

Высокая точность позиционирования промышленных роботов (0.1 ­ 0.05 мм) и повторяемость обеспечивают надлежащее качество изделия и устраняют возможность производственного брака. Исключение человеческого фактора приводит к минимизации рабочих ошибок и сохранению постоянной повторяемости на всей производственной программе.

4. Безопасность

Применение робота достаточно эффективно на вредном производстве, оказывающем неблагоприятное воздействие на человека, например, в литейной промышленности, при зачистке сварных швов, окрасочных работах, сварочных процессах и т.д. В случаях, когда применение ручного труда ограничивается законодательством, внедрение робота может являться единственным решением.

При работе в цехе периметр рабочей зоны ограждается различными устройствами для предотвращения проникновения человека в зону действия робота. Наличие защитных систем является главным и неотъемлемым условием безопасной работы роботизированных систем по всему миру.

5. Минимизация рабочего пространства

Правильно скомплектованная ячейка на базе промышленного робота более компактна, чем рабочая зона для выполнения ручных работ. Это достигается более эргономичной конструкцией сборочных кондукторов, небольшим размером места, занимаемого роботом, возможностью его размещения в подвешенном состоянии и т.д.

6. Минимальное обслуживание

Современные промышленные роботы, благодаря применению асинхронных двигателей и качественных редукторов, практически не нуждаются в обслуживании. Изготавливаются специальные модели роботов из нержавеющей стали, например, для работы в медицинской и пищевой промышленности, при высоких и низких температурах и в агрессивных средах. Это делает их менее восприимчивыми к окружающей среде и повышает износостойкость оборудования.

Применение роботов в отдельных производственных процессах

Сварка

Сварка считается наиболее типичным процессом для внедрения роботов. Исторически роботизированная сварка начала широко применяться в автомобилестроении, и в настоящее время практически все автомобильные производства в мире оснащены конвейерами, которые могут состоять из нескольких сотен роботизированных комплексов.

По данным исследований, около 20% всех промышленных роботов используются в сварочных процессах (в США около половины). Вторым по значимости применением считается укладка грузов на поддоны, применяемая на предприятиях с высоким объемом продукции, в особенности в пищевых производствах.

Аргонно­дуговая (TIG, MIG, MAG) или точечная сварка (RWS) с использованием робота обеспечивает более высокое качество изделий по сравнению с принятым сварочным процессом ручной или полуавтоматической сварки. Возможности периферийного оборудования позволяют обеспечивать полный контроль процесса, например, реализовать функцию бесконтактного слежения за сварным швом.

В настоящее время активно развивается применение роботизированной лазерной сварки (LBW), позволяющей лазеру сфокусироваться на точке с варьированием от 0,2 мм, с минимизированием теплового воздействия на изделие и высокой точностью и качеством сварки. Возможность выдержать сверхвысокие длины фокусировки (до 2 метров) и тем самым обеспечить дистанционную сварку существенно расширяет границы применимости сварочного процесса и увеличивает производительность изготовления изделия. Лазерная сварка активно применяется в авиастроении, автомобилестроении, приборостроении, медицине и т.д.

Переход на автоматическую сварку с использованием роботов минимизирует время цикла в несколько раз. Это достигается эргономичной конструкцией или модернизацией сварочной оснастки для обеспечения быстрого цикла сбора изделия, высокими скоростями перемещения робота и организацией поточного производства с обеспечением единовременной сборки­сварки изделий. Необходимо отметить тот факт, что роботизированные системы являются единственной возможностью совмещения обрабатывающих операций, к примеру, обеспечения плазменного или лазерного раскроя, и последующей сварки с помощью смены горелки или режимов сварки без переустанова детали.

Также роботизация сварочного процесса позволяет интегрировать программы сварки в применяемые на предприятии CAD/CAM системы для обеспечения процесса цифрового производства.

Автоматизация загрузки и выгрузки изделий – процесс, имеющий значение на любом современном производстве с высокой производительностью или большим весом и габаритами изделий. Так, роботы применяются для загрузки заготовок в металлообрабатывающие станки, выгрузки готовых изделий и укладки на соответствующие паллеты. Причем достаточно часто один робот обслуживает сразу нескольких машин и работает с разными изделиями, что удешевляет инвестиции в подобную автоматизацию и расширяет функционал внедряемого робота.

В Европе прослеживается тенденция к максимальному увеличению производительности за счет безостановочной круглосуточной работы, внедряется философия безлюдного производства, связанная со стремлением минимизировать расходы на персонал.

В СССР задачи сокращать ручной труд не ставили, робототехника применялась для автоматизации технологических машин, где могут существовать ограничения на труд человека, – штампов, прессов, гальванических ванн, нагревательных печей и т.д. Кроме того, человек может быть ограничен весом изделий. Так, для деталей от 20­30 килограмм требуется применение дополнительного грузоподъемного оборудования.

Внедрение автоматизации в литейных и кузнечно­прессовых цехах обусловливается необходимостью устранения тяжелых условий для рабочих и повышения качества производства: выгрузка тяжелых поковок, литейных заготовок, последующее охлаждение, загрузка в штампы для пресса и т.д. Не случайно, третье место применения роботов после загрузки­выгрузки занимает именно совмещение с кузнечно­прессовым и литейным оборудованием. Практически все процессы литья под давлением в Европе сопровождаются автоматизацией с использованием роботов.

Применение технологических систем на базе роботов может стать альтернативой использованию обычного специализированного на каком­либо технологическом процессе оборудования.

В среднем, цена внедрения робота с установкой и необходимым пакетом для взаимодействия с оборудованием обойдется предприятию в 5 млн. рублей, представляя собой действительно гибкое решение, которое может в будущем использоваться и для иных задач или реализовывать вспомогательные операции, к примеру, сортировку различных изделий, удаление заусенцев, сборочные операции и т.д.

Металлообрабатывающие процессы с использованием роботов

Помимо сварочных и вспомогательных операций роботы могут применяться в самих процессах обработки, выступая альтернативой обрабатывающему оборудованию.

Раскрой материала

Промышленные роботы активно используются для операций раскроя металла с помощью плазмы, лазера и гидроабразивной резки. В отличие от традиционной установки плазменного раскроя плазменные горелки с применением робота могут осуществлять трехмерную резку, что актуально для обработки металлоконструкций, металлопроката (тавров, двутавров, уголков и т.д.), а также подготовки поверхностей под углом для дальнейшей сварки, вырезки различных отверстий и т.д.

Раскрой металла с помощью лазерной резки выступает альтернативой для трехмерного лазерного комплекса, позволяя выполнить любой раскрой в трехмерном пространстве. Данная технология широко используется в автомобилестроении, а также достаточно эффективна для обрезки краев изделий после штамповочных и формовочных операций. Роботизированная ячейка для лазерной резки может использоваться и для лазерной сварки, а также в дальнейшем совмещать двух роботов, использующих один источник.

Гидро­ или гидроабразивная резка роботом расширяет возможности раскроя до обработки любых трехмерных деталей, повышает производительность. Гидроабразивная резка отличается отсутствием теплового воздействия и возможностью обработки практически любых материалов. Так, гидроабразивная резка роботом используется для вырезки всех отверстий в стали толщиной 3 мм по корпусу автомобиля Renault Espace на заводе во Франции (Romorantin, France). Полный цикл вырезки отверстий занимает 2 минуты 30 секунд.

Гибка труб

Гибка труб роботом используется в ограниченном виде, представляя собой бездорновую гибку с помощью позиционирования заготовки роботом и использования сопутствующей гибочной головки. Преимуществом такой обработки является высокая скорость изготовления, возможность обработки изделий с уже существующими присоединительными элементами и одновременное совмещение с загрузкой­выгрузкой изделий тем же роботом. Такие системы используются в автомобилестроении, изготовлении металлической мебели и других товаров народного потребления, где применяется бездорновая гибка.

Фрезерование, сверление, удаление заусенцев и сварных швов

Использование роботов для фрезерования, сверления и обработки кромок металлов, пластмасс, древесины и камня – новая, динамично развивающаяся технология. Она стала возможна прежде всего благодаря увеличению жесткости и точности современных манипуляторов. Основные преимущества заключаются в практически неограниченной рабочей зоне робота (систему можно оборудовать линейной осью в несколько десятков метров), высокой скорости обработки и большом количестве управляемых осей. Например, типичная фрезеровальная ячейка на базе промышленного робота имеет 8 – 10 управляемых осей и позволяет получить максимальную гибкость обработки.

Возможно использование самого разного приводного инструмента, пневматического и электрического, с воздушным и жидкостным охлаждением. Для снятия заусенцев с кромок деталей после фрезерования используются пневматический приводной инструмент с частотой вращения 35 000 об/мин, а для фрезерования металлов – электрический шпиндель с водяным охлаждением, мощностью 24 кВт.

Отдельно стоит упомянуть такой тяжелый, трудоемкий процесс для человека, как зачистка сварного шва на изделии. Применение автоматизации позволяет снизить воздействие вредных производственных факторов и существенно уменьшить время на выполнение зачистки.

Полирование и шлифование

Шлифование металлических деталей – сложный и грязный процесс, крайне вредный для человека. В то же время его автоматизация довольно проста и не представляет проблемы для современных промышленных манипуляторов. Робот всегда сможет повторить траекторию движения шлифовальщика, обеспечив при этом неизменную повторяемость и отличное качество обработки.

Процессы абразивной обработки поверхности можно разделить на два основных класса – шлифование и полирование. При шлифовании используют абразивные круги или ленты, съем материала может быть существенным, образуется много пыли. Полирование – более тонкий процесс, для которого применяются войлочные круги с абразивной пастой, съема материала при этом практически не происходит. Как правило, эти процессы комбинируют. Преимущество робота заключается в том, что он может обрабатывать деталь на нескольких абразивных инструментах поочередно, за один установ. Например, сначала снимается поверхностный слой на абразивной ленте, а потом деталь заполировывается на войлочном круге с автоматической подачей пасты.

Перспективы применения роботов

Достоинство робототехники – гибкость применения и возможность использования в практически неограниченном количестве процессов. Так, например, в авиастроительной отрасли в целях повышения качества при снижении ручного труда роботы начинают применяться в процессах клепки, обшивки фюзеляжа, выкладки композитных материалов, при различных работах в условиях ограниченного пространства. Активно распространяется применение роботов в измерительных системах. В США и Европе роботы используются в камерах очистки изделий под высоким давлением.

В России применение роботов пока ограничено. Так, в докризисный 2007 год было внедрено до 200 роботизированных систем с общей численностью около 8000 промышленных роботов по стране. Для примера, за тот же год в США было внедрено около 34 тыс., Европе – 43 тыс., Японии – 59 тыс. роботизированных систем. Причинами отставания являются недостаточная информированность российских технических специалистов и менеджмента предприятий, желание избежать больших затрат на их внедрение, низкая стоимость ручного труда.

Вместе с тем, в отличие от стационарного ЧПУ оборудования, робот ­ более широкофункциональная система, ориентированная на повышение качества и производительности производства и минимизацию ручного труда, приводящих в конечном итоге к положительному экономическому эффекту и повышению конкурентоспособности предприятия. А потому все больше российских интеграторов готовы решать задачи прикладного внедрения роботов в технологические процессы. Мы надеемся, что в течение ближайших лет концепция «безлюдного производства» в России будет интенсивно набирать обороты.

Игорь Проценко, Борис Иванов

ООО «Нью Лайн Инжиниринг»