Роботизация как драйвер роста производства

Обновлено: 05.07.2024

Несмотря на сложное начало 2020 год обещает стать прорывным в развитии промышленной робототехники. Новые идеи, совместные проекты ведущих разработчиков и развитие технологий, с одной стороны, и рост спроса, с другой. Промышленники извлекли уроки из COVID-19 и собираются ускорить автоматизацию бизнеса.

В 2019 году наблюдался рост спроса на промышленную робототехнику. По данным Ассоциации робототехнической промышленности (Robotic Industries Association, RIA) только в третьем квартале 2019 года количество заказов на роботов выросло на 5,2%, было заказано 23 894 роботизированных устройства на сумму 1,3 миллиарда долларов. И потенциал роста спроса на промышленную робототехнику высок. Глобальный рынок промышленной робототехники к 2024 году достигнет $ 40,75 млрд, прибавляя в среднем по 14,11% ежегодно. По прогнозам Международной Федерации Робототехники (The International Federation of Robotics, IFR), с 2020 по 2022 год на заводах по всему миру будет установлено почти 2 миллиона новых промышленных роботов.

Прогнозы эксперты обосновывают целым рядом факторов.

Одним из драйверов роста спроса на промышленных роботов станет автомобильная отрасль - развитие беспилотников и электромобилей потребует создания новых и переоснащения старых производств современными робототехническими системами.

Второй драйвер - проникновение цифровых технологий в большинство отраслей и реализация идей Четвертой промышленной революции во многих регионах мира.

Третий - инновации в промышленной робототехнике, анонсированные лидирующими разработчиками - Yaskawa, ABB Ltd, Kawasaki Heavy и Denso Corporation - и связанные с развитием коллаборативных роботов.

Четвертым драйвером роста спроса на промышленную робототехнику стал стресс-тест, который пережили компании в период пандемии COVID-19.

Интеллектуальная робототехника и автоматизация жизненно необходимы для того, чтобы справляться с новыми тенденциями потребления, спросом на разнообразие продукции и проблемами, связанными с торговыми барьерами. Новые технологические решения открывают путь для большей гибкости в производстве.

генеральный секретарь Международной Федерации Робототехники, IFR Расширение использования искусственного интеллекта

Разработчики продолжат активно внедрять технологии искусственного интеллекта для расширения возможностей роботов выполнять новые, ранее недоступные им операции. Технологии искусственного интеллекта в сочетании с передовыми роботизированными системами потенциально помогут предприятиям определить критические области для автоматизации.

Искусственный интеллект уже помогает роботу рассчитать и самостоятельно оптимизировать траекторию движения, а машинное зрение упрощает его настройку и повышает гибкость - такому роботу необходима минимальная оснастка, и он не требует точного позиционирования предметов. Сейчас мы работаем над внедрением нейросети, которая позволит роботу накапливать знания о манипуляциях с разными предметами и на основе этого “опыта” самостоятельно перенастраиваться при необходимости. Мы также разрабатываем систему, которая позволит оператору “обучать” робота, показывая ему, как надо выполнять операцию.

Пока профессиональные программисты необходимы для внедрения и перенастройки роботов на производствах, но разработчики сосредотачиваются на создании более совершенных интерфейсов, простых в использовании систем и программного обеспечения, позволяющих операторам самостоятельно перенастраивать роботов, гибко реагируя на требования рынка.

По словам генерального директора Rockwell Automation Блейка Мора, главной тенденцией в области автоматизации является сближение IT и OT-технологий.

Цифровая трансформация затрагивает все предприятие, и рост производительности достигается за счет увеличения объема программного обеспечения, управляемого данными. Эффективное использование данных имеет решающее значение. Сбор всех данных в базу и последующий анализ их в поиске инсайтов - тупиковый путь. Решения должны масштабироваться исходя из данных о выполнении конкретной операции. Рабочим должно быть комфортно взаимодействовать с роботом, важно максимально упростить контакт людей с системой.

Например, Vectis Automation разработала робота-сварщика, выполняющего все виды сварочных работ. Программное обеспечение позволяет простому рабочему перенастраивать робота, обходясь без квалифицированного инженера.

Цифровые датчики в сочетании с интеллектуальным программным обеспечением допускают интуитивные методы обучения, так называемое «Программирование демонстрацией». Задача, которую должна выполнить рука робота, сначала выполняется человеком: он буквально берет руку робота и “учит” ее делать определенные движения. Эти данные затем преобразуются программным обеспечением в схему работы робота-манипулятора.

В будущем инструменты машинного обучения позволят роботам учиться методом проб и ошибок или с помощью видео и самостоятельно оптимизировать свои движения.

Сотрудничество человека и робота - еще одно перспективное направление в робототехнике. Число внедрений коботов продолжает расти. По прогнозам ABI Research, к 2030 году рынок коботов достигнет $11,8 млрд (против $711 млн в 2019 году), составив 29% всего рынка промышленных роботов.

В настоящее время наиболее распространены системы “общего рабочего пространства”, когда робот и оператор работают рядом друг с другом, выполняя задачи последовательно. Системы, в которых человек и робот работают одновременно над одной и той же деталью, сложнее. Исследования и разработки (НИОКР) направлены на методы, позволяющие роботам взаимодействовать с человеком в режиме реального времени. Команды разработчиков стремятся создать коботов, подобных людям, отзывающихся на голосовые команды, понимающих жесты и способных угадывать намерения человека по его движениям. Благодаря современным технологиям сотрудничество человека и робота уже имеет огромный потенциал для компаний всех размеров и отраслей.

С коботами легко взаимодействовать, их проще внедрять и они быстрее приносят прибыль. Число малых и средних производственных компаний, использующих коботов, значительно выросло. Часто стоимость кобота равна или даже ниже годовых затрат на одного работника. Доступность коботов, разработанных по принципу «включай и работай», делает их востребованными.

старший менеджер Universal Robots по стратегическому маркетингу и приложениям. Промышленные роботы и коботы разделят сферы применения

Окончательно потеряет смысл противопоставление коботов и промышленных роботов. Каждый вид займет свою нишу - решение производителей будет зависеть от того необходимо ли участие человека в производственном процессе и с какой скоростью должен работать робот. Коботам сложно справляться с задачами в традиционных промышленных условиях из-за ограничений скорости и грузоподъемности, традиционные промышленные роботы, оборудованные современными датчиками, повышающими безопасность их работы, сохранят свои “рабочие позиции”, но коботы найдут свое место в малых и средних производственных компаниях, возьмут на себя более тонкие операции, например, полировку, сварку и уход за станками с ЧПУ.

В 2020 году состоятся крупные сделки, когда крупные компании будут приобретать преуспевающих разработчиков робототехнических систем, как это произошло в случае Amazon и Kiva Systems. Крупные разработчики будут также объединять усилия для разработки инновационных робототехнических решений - так ABB Ltd и Kawasaki Heavy Industries уже объявили о совместном проекте по разработке двурукого кобота-манипулятора. Ведущие разработчики также будут покупать технологии и создавать гибридные решения.

В частности, продолжит развиваться направление мобильных роботов-манипуляторов (мобильный робот с колесами и роботизированной рукой).

Общение роботов разных производителей и новые бизнес-модели

Промышленные роботы являются центральными компонентами цифрового и сетевого производства в Индустрии 4.0, и важно, чтобы они могли общаться

друг с другом, независимо от производителя. Так называемая «Спецификация OPC Robotics Companion», разработанная совместной рабочей группой VDMA и Open Platform Communications Foundation (OPC), определяет стандартизированный общий интерфейс для промышленных роботов и позволяет промышленным роботам подключаться к промышленному Интернету вещей (IIoT). Цифровая связь роботов, в том числе применение облачных технологий поможет внедрить новые бизнес-модели: например, аренду роботов («Роботы как сервис»). Модель особенно привлекательна для малых и средних предприятий, не имеющих достаточного капитала для покупки роботов и их обслуживания.

Автономные роботизированные ячейки и “принцип матрицы”

К 2025 году 25% всех промышленных операций будут выполнять машины. Возможно, процент роботизированных производств будет и более высоким, если рынок с энтузиазмом воспримет идеи компании KUKA, предлагающей мыслить не отдельными процессами и роботами, а использовать универсальные роботизированные ячейки, состоящие из нескольких роботов, способных выполнять самые разные операции, взаимодействующих между собой и способных самостоятельно перенастраиваться под задачу. Разработчик предполагает, что из таких ячеек как из конструктора можно будет собирать целые заводы любой специализации - ячейки легко адаптировать под специфику продукта.

Несмотря на сложное начало 2020 года, эксперты позитивно оценивают перспективы развития промышленной робототехники в этом году. Разработчикам остается семь месяцев, чтобы оправдать ожидания. Но, думаю, что реальность окажется гораздо фантастичнее прогнозов.

Коботы в цене не намного меньше традиционных промышленных роботов, а иногда и дороже, 20-30к евро. Как мне кажется, тренд коллабортивных роботов похож на модное течение. В реальных задачах производства чаще требуется надёжность и высокая производительность, что коботы не всегда могут обеспечить.
А там где низкая повторяемось, маленькая производительность проще и вовсе обойтись без роботов.

Полностью с Вами согласен Роман.
Из личного опыта, мы интегрируем роботов в те сферы производства где их применение обеспечивает хотя бы 1 из 3 принципов автоматизации:
1. Отсутствие человеческого фактора (это все: зп, страховые, отпуска, больничные, ошибки и косяки, забастовки, прогулы, увольнения, слив инфы корпоративной, пьянки, дебоши, лишние споры и отказы, банальная экономия на расходниках и содержании, в общем "экономичная экономия").
2. Необходимость в высокой повторяемости, точности и эталонного качества на каждом изделии или в каждом повторяющимся движении.
3. Обеспечение высокой производительности на серийно выпускаемых деталях или в однотипных 24/7 повторяющихся действиях.

Если нет 100% отдачи хотя бы по 1 пункту, то такому производству не нужен робот, для начала необходимо выйти на масштаб.

Обозреватель “Ъ FM” Светлана Бардина рассказывает, как может развиваться эта сфера и с какими проблемами сталкивается.

Фото: Иван Водопьянов, Коммерсантъ / купить фото

Может ли такая традиционная сфера, как строительство, стать инновационной? Может. Но это не значит, что вместо домов и офисных центров будут делать что-то принципиально другое. Нет, но объекты и их особенности возведения станут качественно другими.

Все инновации в сфере недвижимости, по мнению генерального директора компании «Донстрой» Алены Дерябиной, сегодня можно разделить на два направления — инновации в продукт, куда входит и инфраструктура в рамках проекта, и инновации в строительные технологии, оборудование и материалы. И если в первом случае продукт меняется буквально на глазах в лучшую сторону, то все, что касается стройки, не так динамично. Инновации в этой сфере сводятся к созданию дополнительных систем контроля и учета строительства, также девелоперы ищут технологические решения, которые существенно улучшали бы качество и сокращали сроки строительства, хотя основная зона роста не в этом, а в развитии кадров.

В связи с этим одним из наиболее перспективных направлений в строительстве может стать роботизация. Но масштабную программу по внедрению роботов в российской строительной отрасли можно ожидать не ранее чем через пять лет. Основным препятствием для нее остается ее высокая стоимость, а любая новация должна иметь явный экономический эффект. Вместе с тем прослеживается тенденция увеличения стоимости рабочей силы. Когда она станет сопоставимой по цене с инновациями, новые технологии начнут применяться более активно.

И еще: по мнению экспертов, основным драйвером внедрения инноваций в стройку должен быть не девелопер, а его генеральный подрядчик. Но инвестировать им будет интересно в «новинки» только в том случае, если у него есть гарантированный портфель заказов на семь-десять лет. Пока же такой возможности у московских коммерческих подрядчиков нет

Данные основаны на опросе 55 интеграторов, которые за 2016-2018 годы установили свыше 800 промышленных роботов

Самой роботизированной отраслью в России остается автопром. Автопроизводители используют комплексный подход, как самостоятельно участвуя в разработке, так и привлекая интеграторов (в том числе зарубежных) для установки роботизированных решений.

Так, «КАМАЗ» начал заниматься роботизацией ещё в 1980 году. До этого на камазовских заводах внедрялись автоматические манипуляторы в составе линий механообработки, листовой и горячей штамповки. Роботы, взявшие на себя тяжёлый и монотонный труд, были разработаны, изготовлены и внедрены собственными силами «камазовцев» в начале 1980-х годов. Пять робототехнических комплексов механической обработки пробок появились на «КАМАЗе» в 1983-1984 годах. Они освободили операторов от вредной и опасной для здоровья работы, при этом экономический эффект составил около 20 тысяч рублей в год (деньгами того времени — прим.). В 1983 году конструкторы и технологи завода сконструировали робототехнический комплекс отливки втулки башмака. В том же году были внедрены РТК обрубки остатков питателей и девять робототехнических комплексов механической обработки угольников пневмоарматуры. В состав входили агрегатный станок, промышленный робот «МП-9С», вибропитатель с лотковой системой для подачи заготовок, отсекатель заготовок. Внедрение этого РТК высвободило 12 операторов.

Сегодня группа инженеров «КАМАЗ» продолжает начатую ранее программу, разрабатывая стратегию и стандарты роботизации предприятия, а также решая задачи системной интеграции совместно с технологическими партнерами. Главным критерием выбора робота является его надежность, ремонтопригодность, условия сервисной и гарантийной поддержки, а также соответствие стандартам предприятия.

Открытие нового завода по производству каркасов кабин для грузовых автомобилей совместно с международным автомобильным концерном Daimler AG — другой пример роботизации «КАМАЗа». Завод представляет собой современную «цифровую фабрику», автоматизированную на 80% и соответствующую стандартам индустрии 4.0, где «трудятся без усталости» более 100 промышленных роботов.

Автоматизация производства — эта замена процессов, выполняемых человеком, на операции, производимые с помощью специализированной техники. Роботизация — это одна из частей автоматизации. Такой подход к организации производства становится все более популярным. О нюансах роботизации и поговорим в этой статье.

Где необходима автоматизация при помощи робототехники и почему?

Считается, что роботизация больше всего применима на крупных производствах, и часто это так и есть. Но ошибочно считать, что на небольших предприятиях ей нет места. Малые производства тоже принимают решение в пользу внедрения промышленных роботов.

Почему так происходит? Основные плюсы состоят:

в минимизации человеческого фактора;
быстрой окупаемости вложенных средств;
сокращении издержек в долгосрочной перспективе;
снижении процента брака;
увеличении скорости производства;
возросшей работоспособности;
надежности выполняемых операций;
программируемости;
легкой перенастройке оборудования.

На данном этапе развития автоматизации большая часть роботов занята в производственных направлениях, которые условно делятся на три сферы:

погрузочные и разгрузочные работы;
обработка изделий;
сборка и контроль качества.

Промышленные роботы уже используются на самых разных предприятиях. Они могут быть связаны:

с медициной;
пищевой промышленностью;
металлообработкой;
оптическим оборудованием;
автомобильной промышленностью.

Какие задачи решает роботизация производства?

Роботизация помогает перенастроить процесс производства в более позитивном ключе. Предприятие начинает экономить силы, время и деньги, которые неотрывно связаны с использованием человеческого труда.

Представьте, что вы владеете заводом по изготовлению деталей для высокоточных приборов. Вам крайне важно, чтобы с конвейера сходили максимально точные изделия, в которых процент брака сведен к минимуму. Таким образом вы снизите количество затрачиваемого сырья и сэкономите время на изготовление одной партии продукта.

С другой стороны, вам нужно производить разнообразные детали для различных сфер применения. Поэтому, чтобы приступить к выпуску новой партии изделий, требуется каждый раз перенастраивать оборудование. На перенастройку обычным способом может уходить до 95 % рабочего времени, которое вы бы могли пустить на изготовление последующих партий. То есть на этапе перенастройки вы теряете время и увеличиваете стоимость всего процесса производства.

Робототехника включает в себя уже заложенные заранее программы, ее легко перенастроить и сразу же пустить в работу над новой партией продукта. Она дает возможность наладить беспрерывное производство, снизив количество участвующих в операции сотрудников, и минимизировать брак. Для управления процессом часто достаточно всего лишь одного оператора.

Этапы проведения роботизации производственных процессов

Процесс роботизации проходит в несколько этапов. От грамотного планирования будущих нововведений во многом зависит их эффективность. Сначала требуется определить главные задачи роботизации. После продумывания долгосрочных целей можно перейти к следующим этапам:

Проектирование. Нужно наметить желаемые сроки и объемы производства. Определиться с параметрами выпускаемых изделий и требованиями к их качеству.
Подбор команды для работы с поставщиками. Обычно рекомендуется выделить проектного менеджера, инженеров, сотрудников производственного отдела, отдела контроля качества, маркетинга, финансов. Также понадобятся работники, которые будут отвечать за установку, эксплуатацию и обслуживание системы.

Заранее рассмотрите все возможные варианты обустройства производственной линии, чтобы тщательно просчитать, какая из модификаций окажется наиболее успешной.

Роботизация в нашей стране

Россия показывает один из самых низких уровней роботизации по всему миру. Чтобы понять реальное положение дел, приведем в сравнение плотность промышленных роботов в России и средний мировой показатель роботизации производства:

В России плотность составляет 5 роботов на 10 000 человек, работающих в производственных сферах.
Средний мировой показатель примерно 100 роботов на 10 000 работников производства.

В качестве примера роботизированного предприятия можно взять Тихвинский вагоностроительный завод, который находится в Северо-Западном регионе. На нем «трудится» более 80 промышленных роботов. Также роботы задействованы на автомобильных заводах г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Еще их можно встретить на предприятиях фарминдустрии.

Всего же в стране функционирует примерно 170 производств, так или иначе связанных с внедрением робототехники.

Примеры роботизации в мире

Fanuc LR Mate 200iC/5H

LR Mate 200iD от Fanuc — это манипулятор, который отличается следующими качествами:

экономит электроэнергию;
издает минимальный уровень шума;
имеет высокую степень защиты — IP67;
прост в использовании;
его можно интегрировать в конвейерную ленту.

Модель может применяться в самых разных сферах промышленности. Среди них:

производство продуктов питания;
ювелирные работы;
цветная металлургия.

Робот имеет небольшие габариты. Вместе с тем он может работать с деталями, которые весят до 7 кг.

Hanwha HCR 12

Hanwha HCR 12 — это коллаборативный робот с максимальной грузоподъемностью 12 кг. Оборудование лучшим образом подходит для работы с малым весом и в ситуациях, где требуется простое управление.

На производстве модель поможет осуществить следующий ряд действий:

сборку;
обслуживание станков;
проверку;
полировку;
упаковку;
дозирование;
сортировку;
паллетирование.

Роботу Hanwha находится применение в целом ряде промышленных сфер:

литье;
металлургии;
сборочном производстве;
изготовлении микросхем;
лакокрасочном производстве;
сварочном производстве.

FANUC 410iB/300

FANUC 410iB/300 — робот, применяемый для паллетирования. Эта модель работает над ускорением процесса паллетирования, помогает наладить оперативную погрузку и разгрузку.

Робот многофункционален и снабжен четырьмя осями. Конструкция имеет полное запястье и легко выполняет самые разные операции по паллетированию любое количество раз.

К примеру, модели FANUC 410iB/300 нашлось удачное применение на бельгийском заводе по производству плит из пенопласта.

Преимущества и недостатки технологии роботизированного производства

Роботизация — яркий пример современного прогресса. Но, как и у любого рабочего процесса, у нее есть как положительные, так и отрицательные стороны. Рассмотрим их более подробно, чтобы можно было подвести итог.

Преимущества

Если говорить о плюсах роботизации, то их довольно много и касаются они самых разных сфер. Среди самых сильных преимуществ выделим:

Производительность. Это основной плюс, который ценится в сфере производства. Техника помогает запустить бесперебойный выпуск изделий, сэкономить время и силы, увеличить прибыль предприятия.
Экономия на зарплатах сотрудников. Чем меньше работников нужно привлекать к производству, тем меньше потребуется тратиться на зарплату и выплату налогов.
Снижение рисков для здоровья людей на производстве. Деятельность части предприятий сопряжена с рисками для человеческого здоровья. Это и сталелитейные предприятия, и места, где производится покраска или сварочные работы.
Повышение уровня качества изделий. В производстве, особенно если говорить о серийном выпуске деталей, важна точность и сведение брака к минимуму. Когда над изделием трудится не человек, а машина, то уровень качества ощутимо возрастает.
Экономия места на производстве. Техника имеет свою рабочую зону и занимает мало места. Ее даже можно подвесить, а после использования убрать в отдельное помещение, пока она снова не понадобится.
Простота в обслуживании. Сейчас выпускается довольно износостойкое оборудование. Ему нужен минимум манипуляций, чтобы исправно функционировать на протяжении долгого периода.

Недостатки

Теперь перейдем к недостаткам, которые можно выделить в роботизации:

Дороговизна оборудования. Чем сложнее и многофункциональнее устройство техники — тем выше ее цена. Сразу просчитать выгоду и оптимальность внедрения робота трудно. Любое оборудование может выйти из строя в самый неподходящий момент. При этом денег на его срочный ремонт может не найтись.
Сокращение числа наемных сотрудников. Замена роботами низкоквалифицированного персонала ведет к росту безработицы. Это особенно заметно в развитых странах, где роботизация усиленно набирает обороты. Не всегда предприятие может предложить замененному сотруднику новую должность, которая ему подойдет.

Роботизация обладает явными преимуществами, перед которыми имеющиеся недостатки кажутся не столь важными. Но позволить ее себе могут, как правило, крупные предприятия с внушительным бюджетом. Да, на небольших производствах тоже можно встретить подобную технику, однако пока что это скорее исключение, чем правило.

Читайте также: