Пять мифов о роботизации

div>

Почему современные производственники остерегаются роботизации? Оказывается, Hi-Tech в промышленности во времена Советов — дело обычное. Тогда промышленных роботов было много, и работали они массово.

В 1971 году робототехнику официально признали новым научным направлением, годом позже Госкомитет СССР по науке и технике обозначил разработку и применение роботов в машиностроении делом государственной важности. Одно из изобретений того времени — автономный транспортный робот «Таир» с сетевой системой управления, созданный в Институте кибернетики. Способности «Таира» — целенаправленное перемещение в естественной среде в обход препятствий. Для этого его оснастили тактильными датчиками, оптическим дальномером, датчиками состояния собственных подсистем и другими вспомогательными устройствами. Чтобы управлять роботом, учёные разработали нейроноподобную сеть, которая отвечала за шесть функций: элементарные действия, распознавание и оценка ситуаций, решения, маневры верхнего и нижнего уровней.

В 1973 году в ОКБ ТК при Ленинградском политехническом институте создали экспериментальную модель интегрального робота с развитой системой очувствления, включающей техническое зрение и речевое управление. Тогда же ввели в эксплуатацию первые в стране подвижные промышленные роботы МП-1 и «Спрут».

Первыми промышленными роботами для обслуживания прессов, станков и для точечной сварки можно было управлять стационарными и подвижными пневмо-, гидро- и электроприводами. Первая серия включала 30 экземпляров. Однако с распадом Союза плановая работа по развитию робототехники на государственном уровне остановилась, а серийное производство роботов сошло на нет. С тех пор ситуацией на мировом рынке завладели японцы. Что же в России?

«Несмотря на то что рынок у нас маленький, он, во-первых, интересный, а во-вторых, растёт, и в последние годы хорошими темпами. Так что интерес к роботизации возрастает. И чем больше интереса, тем больше стереотипов, которые окружают промышленную робототехнику. Например, что это безумно сложно, очень дорого, да и вообще непонятно, как использовать где-то, кроме автопрома», — считает заместитель директора ООО «Робовизард» Роман Тимофеев.

Действительно, сам по себе современный промышленный робот — очень простое исполнительное устройство. Всё, что от него требуется, — переместиться из точки А в точку В. Тут подключается ещё одна задача, но для человека: эти точки программист должен «задать» различными способами. Эксперты глаголют: «Элементарно, Ватсон!».

«Запрограммировать современного промышленного робота сможет каждый, но после небольшого обучения. Совершенно иного уровня сложности — задачи для роботизированных систем, тут есть свои нюансы, и этим занимаются компании — системные интеграторы промышленных роботов. Они-то и разрабатывают саму роботизированную технологию. А тот технологический процесс, который есть на конкретном предприятии, они адаптируют под робота. И уже после того, как систему разработали и внедрили, управлять роботом сможет любой человек — это не труднее, чем пользоваться персональным компьютером», — утверждает специалист.

Как запрограммировать робота вручную или с пульта? В качестве примера г-н Тимофеев продемонстрировал современный коллаборативный робот Kawasaki. Все необходимые параметры заданы буквально с помощью рук человека, для чего не нужны никакие знания и навыки в программировании. Затем на телефон или планшет необходимо установить приложение и в нём задавать алгоритм действий робота, то есть, простейшие команды. А нужным позам робота можно обучить вручную, выставляя его в нужную точку: умная машина всё запоминает.

Второй способ обучения построен на том же самом принципе, но здесь количество точек гораздо больше. Технически обучить этому робота возможно, но процесс весьма трудоёмкий. Здесь можно использовать специальный софт — так называемое офлайн-программирование. Программу управления создают на компьютере, затем «помещают» в контроллер робота. Кликая мышкой, пользователь загружает 3D-модель изделия, затем выстраивает процесс создания сварного шва, то есть воссоздаёт технологию сварки. Для этого нужно выбрать область стыка, параметры сварки, есть возможность даже задать ориентацию горелки. А это уже вотчина не робота, а сварщика — программа лишь генерирует автоматический процесс.

«Вы получаете уже готовый код, который тут же отправляете на контроллер робота. Не нужно быть суперпрограммистом, чтобы, используя современные возможности промышленных роботов, написать программу, например, для нового изделия. Комплекс внедрили, а дальше у вас что-то поменялось, появились новые изделия, вам нужно иметь возможность самостоятельно с этим комплексом работать и переналаживать», — объясняет Роман Тимофеев.

Миф второй: роботы способны решить самые сложные задачи Главной причиной роботизации российских предприятий знатоки отрасли называют не отлаженный процесс, повторяющиеся операции, тяжёлые и опасные для человека, как во всём мире, а отсутствие такого процесса. Заблуждение заключается в том, что сложные, «непонятные» ситуации, с которыми не справляется человек, сможет выполнить робот.

«Роботизация уместна в тот момент, когда вы к ней готовы, когда у вас есть отстроенная технология, чётко налаженные производственные процессы. Роботизируя такой беспорядок у себя на производстве, вы просто получите роботизированный бардак, а проблемы чудесным образом сами не решатся. Робот, скорее всего, не оправдает ваших ожиданий, потому что это простое устройство, которое по заданной программе перемещается из точки А в точку В, но не принимает никаких решений.

В качестве примера приведу две российские компании, которые задумались о роботизации. Первая — производитель торгового оборудования. Поэтому приоритетной задачей было сделать максимально аккуратный сварочный шов. Для этого приобрели и внедрили сварочного робота, но шов почему-то красивым не получился. Оказалось, причина — в некачественных заготовках. Если зазор углубляется на несколько миллиметров, сложно получить качественный шов.

Этот случай ярко демонстрирует, как робот может стать катализатором изменений на производстве, в результате которых формируется отлаженная технология, а вместе с ней и качественный результат. В данном случае модернизировали заготовительное производство, заменили пилы — шов стал получаться. Тогда владелец компании понял, что дело вовсе не в роботе. В период кризиса, когда упали объёмы производства, от робота вынуждены были отказаться, но качество изделий осталось высоким. Потому что маленький шов на хорошо собранных заготовках, в общем-то, может сделать человек — вручную», — рассказывает заместитель директора ООО «Робовизард».

Ещё одна компания — российский производитель металлической мебели. До неё роботизация добралась позже, когда налажено было заготовительное производство, хорошо поставлены технологические процессы. Робот выполнял точечную сварку изделия: минимум времени и максимум автоматизации. Так удалось добиться высоких показателей по производительности, которая выросла десятикратно. Такой пример Роман Тимофеев назвал образцовым: на момент внедрения под роботов была адаптирована не только технология производства, но и само изделие, чтобы с помощью умных машин можно было проще выполнять работы.

Отчасти это правда: изначально роботов использовали исключительно для серийных, повторяющихся операций, где с утра до вечера на конвейер поступают одни и те же изделия. Но дело в том, что эти устройства несложно настроить под другие операции.

Ещё один кейс, который представил Роман Тимофеев, — завод металлоконструкций, производство элементов кровли, труб большого диаметра. В месте стыка этих деталей получаются сложные пространственные резы — вручную это сделать проблематично. Поэтому заказчику пришла идея использовать для этих целей робота. Опасения как раз возникли из-за того, что каждая труба и каждый рез — индивидуальны. Смогут ли на предприятии самостоятельно освоить использование робототехнического комплекса на таком уровне, чтобы быстро переналаживать его под новое изделие?

«Поскольку вся строительная документация компании в цифровом виде — есть все 3D-модели. Поэтому извлечь из общей сборки 3D-модель нужной трубы не составляет никакой сложности. Дальше, используя специальный софт на оффлайн-программирование, в котором уже создан виртуальный робототехнический комплекс, мы «подгружаем» туда очередную модель, выбираем, где нам нужно произвести рез, и программа автоматически формирует траекторию, которая тут же отправляется на контроллер робота. На создание такой управляющей программы на неделю работы РТК специалисту требовалось быть на месте всего лишь до обеда. Причём сначала программа проходит проверку на цифровой модели, затем готовый код программы поступает на контроллер робота. Дальше робот идёт работать 24 часа в сутки и создаёт ровный рез без дополнительной зачистки и предварительной подготовки. После внедрения комплекса эту операцию исключили. Совсем не обязательно иметь большие партии», — констатирует эксперт.

Где взять людей, которые будут работать с этим оборудованием? Сегодня вопрос подготовки квалифицированных кадров — задача не только образования. В вузах появляется всё больше образцов промышленных роботов, но правильно ли их там используют? Будущие специалисты ещё студентами должны освоить управление этими устройствами. Для того чтобы научиться программировать робота на базовом уровне, достаточно три-четыре дня обучения.

«Совместно с Петербургским политехническим университетом (СПбПУ) мы организовали технологический центр «Kawasaki-Политех». Одна из его задач — как раз подготовка кадров для промышленности. Политех — это 35 000 студентов. Мы считаем, что любой современный инженер, любой современный специалист — не только технический — в процессе обучения должен так или иначе сталкиваться с новыми производственными технологиями, а именно с роботами. Сегодня важно понимать, что это за оборудование, какую эффективность даёт предприятию и как с ним работать. Причём это знание должно быть повсеместным и общедоступным, как совсем недавно компьютерная грамотность.

Поэтому основная задача нашего центра помимо подготовки кадров — разработка отечественных роботизированных технологий. Это место, куда можно обратиться с нестандартной производственной задачей. Лаборатория оснащена практически всеми моделями роботов Kawasaki, поэтому на реальном оборудовании можно провести тесты с образцами продукции заказчика, посмотреть, справляется ли робот. «Примерить» умную машину для своего производства, понять, нужно ли что-то менять на предприятии до того, как внедрять новое оборудование. Такой подход гарантирует максимально эффективный результат от роботизации», — уверен г-н Тимофеев.

Так ли заоблачна цена робота в масштабах производства? По словам экспертов, средняя стоимость робота в последние годы продолжает падать: за последние 20 лет они подешевели вдвое. А в пределах последней пятилетки — и вовсе на 20%. В то же время неумолимо продолжает расти стоимость рабочей силы человека.

По словам экспертов, в тех странах, где трудовой час человека многократно превышает стоимость работы робота, налицо — максимальная плотность роботизации, а значит, высокие продажи. В России, например, стоимость человеко-часа не так уж высока, поэтому принято считать, что роботы окупаются не быстро. В США один рабочий обходится предприятию в среднем в 30 000 $ в год. Робототехническая установка стоит ненамного больше, так что способна окупить сама себя не больше, чем за год.

«Если всё правильно посчитать и разумно подойти к роботизации, даже в наших экономических условиях мы получаем на практике окупаемость в год-два-три. Бывают, конечно, задачи, когда приобретение никогда не окупится. А горизонт в пять-семь лет в России мало кому подходит. Тем не менее у наших производственников много задач, где этот робот достаточно эффективен», — рассуждает Роман Тимофеев.

Экономическая эффективность складывается из трёх факторов. Первый — снижение накладных расходов, и это не только заработная плата. В идеале на полностью безлюдном производстве можно сокращать и другие траты. Например, там, где нет людей, не нужно поддерживать комнатную температуру: роботу достаточно +5, +10 °C. Та же история с освещением, а это серьёзная экономия для предприятия. Плюс к тому исключению подлежит и людская инфраструктура: столовая, уборка и даже туалеты.

Второй не менее важный момент — стабильное качество. Для многих это решающий фактор, ведь если процент брака высок, растут и расходы. Робот может решить эту проблему.

И, конечно, повышение производительности, что подтверждают все приведённые примеры. Робот может работать 24/7, притом в отдельных случаях быстрее человека, таким образом, КПД производства возрастает ещё на порядок.

«Несмотря на очевидные преимущества использования промышленных роботов, в России это направление на данный момент — на начальной стадии развития. Ежегодно количество приобретённых местными компаниями роботов достигает лишь нескольких сотен. Это обусловлено несколькими факторами. В первую очередь, это высокие цены на оборудование: до нескольких десятков тысяч евро за единицу. Второй фактор — сложность настройки программного обеспечения, заниматься которой могут только высококлассные специалисты.

Устоялось мнение, что для подготовки заготовок, кромок и разделки металла приобретать промышленных роботов целесообразно только крупным производствам, чтобы увеличить объёмы выпуска и сократить трудозатраты. 

Но опыт последних лет показывает, что этот шаг может быть оправданным также для средних и некоторых малых компаний. Эффективность производства однотипной продукции с помощью сварочных роботов настолько высока, что размеры тиражей играют всё меньшее значение. На первом плане — насколько качественный продукт можно получить за минимальное время с наименьшими затратами. 

В этом отношении роботизированные системы не имеют равных и способны окупиться в кратчайшие сроки».

«В прошлом году около 10% продаж роботов в России пришлось на образовательные цели. Это очень хороший показатель, потому что сейчас университеты понимают, что они отстают, ведь основные знания и компетенции по использованию роботов — в руках компаний, которые внедряют эти решения. Всё чаще учебные заведения находят возможности взаимодействия с этими компаниями для того, чтобы обновлять программное обучение: зачастую студенты не знают, что представляют собой эти технологии, а преподаватели — как включить робота. Поэтому сейчас основная задача — не только дать обучить студентов, но и самих преподавателей так, чтобы они в дальнейшем могли готовить квалифицированных специалистов сами. Пока это возможно лишь в пределах компаний — вендоров и интеграторов робототехнических решений».

В отдельную отрасль разработка промышленных роботов в США выросла в 1970-х годах. Появление микропроцессоров стало основой современных систем управления роботами. В 1973 году во всём мире использовали 3 тысячи промышленных роботов, из которых 30% принадлежали американской компании Unimation. Со второй половины 1970-х годов ежегодный прирост продаж промышленных роботов составлял в среднем 30%. Наибольшее распространение умные машины получили в автомобильной промышленности: их использовали для сварки, покраски, сборки деталей и так далее.

В 1979 году в СССР стартовал выпуск высокопроизводительных многопроцессорных УВК с перестраиваемой структурой ПС 2000, где производилось распараллеливание на уровне задач, ветвей, векторных и скалярных операций. Благодаря этой технологии разработки систем искусственного интеллекта вышли на новый этап.

Компания АвтоВАЗ приобрела лицензию KUKA и стала крупнейшим интегратором робототехники в Советском Союзе.

Основные потребители роботов в России — автопром и производство электроники. На эти отрасли приходится более 50% продаж робототехнической техники. Доля сварочных производств — не более 27–30%.