Какими свойствами должен обладать производственный робот для его успешного

Внедрение роботов на заводах — глобальный тренд. По плотности роботизации производств первенство у Сингапура и Южной Кореи, по скорости лидирует Китай. Но, по данным Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУРР), и отечественные промышленники постепенно обновляют производства. 

Исполнительный директор НАУРР Алиса Конюховская отмечает, что одним из сдерживающих факторов стал «кадровый голод»: «В РФ 80 интеграторов, способных внедрить “под ключ” оптимальное техническое решение». Поэтому, прежде чем обновлять оборудование, промышленнику стоит разобраться в том, какие задачи могут решать современные роботы, какими «навыками» они овладеют в ближайшей перспективе, а также сориентироваться, как соотносятся возможности машин и их стоимость.

Для чего нужны роботы на производстве 

Полностью роботизированных предприятий в мире единицы. Однако эксперты ожидают, что к 2025 году 25% всех промышленных операций будут выполнять машины. 

Как выбрать робота для производства? Стоит оттолкнуться от задач и экономики предприятия. Обоснованность применения роботов на каждом из этапов производства различна.

• Заготовка.

На начальном этапе можно обойтись без роботов. Для грубой обработки болванок достаточно станков-полуавтоматов.

• Обработка.

С обработкой заготовок лучше справятся роботы. Уровень решения зависит от специфики производства и операции. Если производство массовое или крупносерийное, то обычного программируемого робота-манипулятора будет достаточно для покраски изделий, обслуживания термопласт-автомата или перемещения и установки заготовок в станок. 

Интеллектуальный робот с машинным зрением, способный оценивать эффективность выполнения операции и корректировать свои действия, потребуется для полной автоматизации сварки, сборки изделий или выполнения другой тяжелой рутинной и вредной работы. 

Фото предоставлено автором

Сейчас на московском заводе ГК «Москабельмет» промышленные испытания проходит робот-манипулятор Aripix A1. Оснащенный машинным зрением, он будет бесперебойно загружать в плавильную печь до 50 тонн металла в сутки, выполняя тяжелую, рутинную и вредную для здоровья людей работу.

• Контроль качества.

Роботы лучше людей исключат брак, а качественные изделия поместят в контейнеры. 

• Транспортировка.

Для перевозки заготовок и продукции на склад подойдут логистические роботы. Если для перемещения груза есть ограниченный для доступа человека коридор, то достаточно крана или простой тележки с мотором. А для работы в одном пространстве с человеком необходимы интеллектуальные роботы. Например, такие решения производят Eiratech Robotics и Ronavi Robotics.

• Фасовка и упаковка.

Для фасовки и упаковки однотипных изделий на массовом производстве хватит автоматов. Если же надо собрать из разных предметов набор, то нужны роботы. 

Решение с машинным зрением и универсальным захватом подойдет идеально, особенно если содержимое коробок и их размер вариативны. 

• Маркировка.

Роботы хорошо справятся с задачей подачи деталей к станкам, наносящим маркировку. Если детали точно спозиционированы, например, сложены стопками на поддонах, то достаточно простого робота-манипулятора. 

Если изделие надо выбирать из множества других, лежащих в беспорядке, то потребуется умный робот с машинным зрением.

• Паллетайзинг.

Для перемещения коробок на паллеты лучше использовать роботов. Их конфигурация зависит от точности позиционирования коробок. Если они размещены ровными рядами, то достаточно простого робота-манипулятора. Одно из лучших решений в этой сфере — Kuka KR Quantec PA Arctic. 

А вот более свежая разработка — робот Handle от Boston Dynamics — обладает зрением и системой датчиков, контролирующих прилагаемое усилие, благодаря этому он может по маркировке найти нужный поддон, с определенным усилием снять коробку и перевезти ее в заданное место.

Умные промышленные роботы обладают большей гибкостью и более широким потенциалом применения. Они требуют минимальной оснастки, их проще настраивать и перенастраивать, но и стоят они в полтора-два раза дороже простого программируемого собрата. 

Цена роботизации производства

Ценовой диапазон варьируется от одного до 20 млн рублей, и это не предел. Чем больше мощность и грузоподъемность робота, тем выше цена. Интеллектуальная начинка тоже добавляет стоимость. Система машинного зрения стоит от 300 тысяч до трех миллионов рублей. 

Самый простой захват (присоски) — пять тысяч рублей, но удерживать он может только легкие, до килограмма, предметы. А вот сложный захват с датчиками и пневматикой для сварки обойдется уже в миллион рублей. Еще 500-600 тысяч будут стоить датчики безопасности и ограждение, если робот монтируется в цеху, по которому ходят люди. 

Отдельная статья расходов — внедрение. Стоимость инсталляции простого решения — робота без машинного зрения для выполнения одной-двух операций с одним типом деталей — сравнима со стоимостью робота (и может превысить ее в два раза при интеграции сложных решений). 

Фото предоставлено автором

По мере развития технологий и роста вариативности разработок в сфере робототехники трансформируется концепция производств, расширяется спектр операций, с которыми роботы справляются лучше людей, и меняется видение того, какие задачи стоит отдать на откуп машинам, а какие — оставить за человеком. 

Как будут развиваться промышленные роботы

В эпоху цифровых технологий эволюция машин вышла на новый уровень. Среди разработок стоит выделить три перспективных направления.

Интеллект и обучаемость

Хотя мыслящих машин, выполняющих сложные действия наравне с человеком, не существует, примитивный искусственный интеллект — уже неотъемлемая черта промышленных роботов. Например, благодаря машинному зрению промышленный робот может выбрать нужный предмет из множества, визуально сравнить его с эталоном и принять решение о соответствии. Это очень полезное умение, когда надо сортировать предметы и исключать брак. 

Такие роботы-манипуляторы применяются для сортировки мусора. Например, AMP Robotics Corp (AMP) разработала уникального интеллектуального робота, сортирующего мусор в два раза быстрее и аккуратнее человека. 

Робот оснащен машинным зрением и способен не только точно сортировать отходы разной текстуры, формы, веса, но и «запоминать» действия, что позволяет анализировать его работу и улучшать процесс сортировки мусора. Не менее интеллектуального сортировщика отходов разработала и финская компания Zen Robotics.

Востребованы умные машины и в строительстве. Скоро два робота Aripix A1 начнут сортировать керамическую плитку на производстве стеновых панелей на московском заводе ГК «ПИК». Они будут подбирать керамические плитки по цвету, различая 62 оттенка, отбраковывать сколотые и нестандартного размера изделия. Производительность — 24 тысячи плиток в сутки.

Фото: Unsplash

Оценка параметров изделия и коррекция алгоритма работы — еще одна задача, с которой успешно справляются интеллектуальные промышленные роботы.

Это умение важно при сварке, покраске, гибке или сборке изделий, когда робот самостоятельно может оценить, то есть сравнить с эталоном, качество выполнения операции, усилие, количество оборотов и времени, которые необходимы для ее выполнения, и оптимизировать свою работу. Например, роботизированные системы фирмы IGM Robotersysteme AG решают задачи, недоступные самому квалифицированному сварщику. 

Благодаря нейронным сетям промышленные роботы могут самостоятельно осваивать новые операции — так, научная группа Сергея Левина, доцента Университета Беркли, разработала методику «глубокого визуального прогноза для планирования движения роботов», благодаря ей машина накапливает опыт и применяет его в работе. 

Применение нейронных сетей в промышленной робототехнике пока на стадии прототипов, но это перспективное направление. Оснастка, программирование и наладка — две трети стоимости промышленного робота. Способность машин к самообучению снизит эти затраты.

Безопасность и коллаборативность

Коботы, или роботы, способные сотрудничать с человеком в рабочем процессе, — еще одно направление развития робототехники.

По сравнению с промышленными роботами, работающими в «клетках» (изолированных пространствах), коботы обладают более развитым искусственным интеллектом. Они буквально нашпигованы датчиками, чувствительными к движению, прилагаемому усилию и сопротивлению движениям. При малейшей опасности для человека кобот останавливается. 

Один из оптимальных представителей семейства коботов — UR-10 от Universal Robots. Благодаря адаптивным системам управления он умеет завинчивать, клеить, паять, делать сварку, выполнять сборку и литье. 

Коботы удобны и для работы в лабораториях. Разработчики датчиков и захватов часто тестируют новые решения на коботах.

Универсальность и масштабируемость

Наладка и перенастройка робота на производстве обходится дорого. Решение — RightPick2 с универсальной «рукой»-клешней, совмещенной с присоской, готовой без замены захвата брать самые различные предметы. 

Он оснащен камерами глубины и благодаря развитому машинному зрению может сортировать предметы весом до двух килограмм, считывая маркировку.

Обучать персонал и перепрограммировать роботов для работы с новыми предметами — сложно. Разработчики стремятся снять барьер в коммуникации робота и человека. Используя Kaisu System, даже неподготовленный человек быстро научится настраивать робота и управлять им. Оператору достаточно двигать джойстиком в воздухе, чтобы робот освоил необходимые операции.

Еще один простой «тренажер» для машин разработала компания Fanuc. Человеку просто надо указать на экране предмет, который надо отсортировать из лотка. 

Дальше всех в будущее заглянули разработчики компании Kuka, реализовавшие принцип матрицы. Суть его в том, чтобы мыслить универсальными производственными ячейками. Каждая из них состоит из нескольких роботов и может выполнять разные операции: сортировку, сборку, упаковку, — такую ячейку можно использовать практически для любой производственной задачи. 

Ячейки можно адаптировать под специфику продукта, объем заказов и размеры партии. Принцип матрицы позволяет быстро, как из конструктора, «собрать» промышленное предприятие любого масштаба и универсальной специализации — роботы уже знают свое окружение и стандартные ячейки не надо настраивать. Но универсальная производственная ячейка пока в стадии прототипирования. 

Как достичь максимума

Вот о чем следует помнить, выбирая роботизированное решение для производства.

• Выбирая техническое решение, не гонитесь за модными терминами — многие супертехнологичные разработки в промышленной робототехнике пока в стадии MVP. 
• Отталкивайтесь от производственных задач, которые надо решить. При выпуске массового продукта для выполнения простой операции лучшим решением может стать простой программируемый робот или даже станок-полуавтомат.
• Интеллектуальный промышленный робот более универсален, гибок, требует меньшей оснастки и меньших затрат времени на программирование и наладку. 
• Чем больше грузоподъемность и мощность, чем современнее интеллектуальная начинка, тем выше цена робота. Отдельных денег стоит и бренд производителя.
• Внедрение роботов на одном участке повлечет модернизацию других этапов производства и, возможно, потребует изменений технологической цепочки. Роботизируя одну производственную ячейку, сразу рассчитывайте дальнейшие изменения производства.
• Тщательно оценивайте опыт внедрений поставщика робототехнического решения. На отечественном рынке пока немного интеграторов, способных предложить оптимальное решение и внедрить его «под ключ».
• Промышленные роботы в ближайшей перспективе станут более безопасными для человека, универсальными и самонастраиваемыми. Оператору будет легче «ставить задачи» роботам и взаимодействовать с ними благодаря простому, интуитивно понятному интерфейсу. 

Фото на обложке: Unsplash