Что нужно знать, выбирая робота на производство: гид

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. Кобот дешевле промышленного робота, его легко инсталлировать, но грузоподъемность и скорость его работы ниже, чем у промышленных собратьев. В малом и среднем бизнесе, на небольших фабриках или при производстве негабаритных и нестандартных изделий кобот — самый подходящий вариант. 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