Роботизация производства: будущее промышленного выпуска продукции

Что это? Роботизация производства – это процесс замены ручного труда на автоматизированный с использованием промышленных и коллаборативных роботов. Такое решение значительно снижает производственные издержки, повышает качество, ускоряет выпуск продукции.

Где применяется? Роботизация возможна не только на крупных промышленных линиях, но также подходит для решения задач мелкого и среднего бизнеса. Практически любая грязная, опасная, монотонная работа может и должна выполняться роботами, а не людьми.

Задачи, решаемые роботизацией производства

Пандемия, вызванная коронавирусом, выявила преимущества предприятий, оснащенных автоматизированными линиями. COVID-19, как и другие недуги, роботам не страшен, а наблюдать за производственным процессом можно и на расстоянии.

Эксперты полагают, что повсеместное распространение вируса и вызванный им экономический кризис стали толчком к новому этапу внедрения робототехники на отечественных производствах. Предполагается, что к 2035 году такие заводы смогут выпускать на 40 % больше продукции, чем сегодня.

В России пока нет предприятий, где весь производственный процесс автоматизирован, однако уже существуют промышленные гиганты, активно внедряющие роботов. В их числе – Челябинский трубопрокатный завод, Станкостроительный завод DMG MORI в Ульяновске и Завод экскаваторов Hitachi в Тверской области.

Процесс роботизации производства предполагает поэтапную замену людей автоматическими помощниками. В масштабах крупного промышленного предприятия это позволяет сократить риски, связанные с человеческим фактором, а также повысить производительность труда.

Промышленный робот способен выполнять различные функции в соответствии с заложенной в него программой. Как правило, речь идет о манипулировании деталями, их доставке к конвейеру, установке в агрегат, закреплении на нужном месте и так далее. Автоматический исполнитель не ошибается, не устает, ему не требуются перерывы на обед и сон.

Перечень технологических операций, выполняемых рабочими на промышленном производстве, обширен. В него входят литье, сварка, изготовление деталей на станках с ЧПУ, покраска заготовок, разные виды сборки, контроль качества.

Большинство из этих работ подходят под основной постулат роботизации – соответствие трем D (dull, dirty and dangerous – скучные, грязные, опасные).

Автоматизировать можно следующие операции, на многих предприятиях пока выполняемые людьми:

• сварочные работы;
• подача материалов на сборочную линию;
• перемещение компонентов будущего изделия на конвейере;
• сортировка и упаковка готовой продукции;
• контроль качества изделий;
• обслуживание станков с ЧПУ;
• укладывание изделий на паллеты, перемещение на склад, погрузка на транспорт;
• окрашивание поверхностей;
• резка материалов и шлифовка изделий.

Роботизация промышленного производства может начинаться с внедрения в процесс роботов-манипуляторов – промышленных и коллаборативных.

С их помощью можно автоматизировать практически все процессы, осуществляемые на предприятии, и значительно уменьшить издержки. Например, установив на пищевом производстве пару SCARA-роботов, владелец бизнеса получает возможность сократить количество работников до 25 % от первоначальной потребности. Экономия значительная: вместо 150 тыс. долларов затраты составят 37,5 тыс. долларов, при этом производство будет функционировать бесперебойно, без выходных и перерывов.

Роботизация производства в России может успешно применяться на нескольких этапах:

• Манипуляции. На автоматического помощника возлагается функция перемещения материалов, заготовок и деталей, их разгрузка и погрузка. Роботы отлично справляются с простыми повторяющимися операциями, освобождая людей от необходимости переносить тяжести и выполнять монотонные действия.
• Обработка. На этом производственном этапе роботы используются для решения конкретных задач: сварка деталей, резание материалов, испытание изделий на прочность, контроль качества.
• Сборка. Поэтапное соединение компонентов в узлы, агрегаты и готовые изделия – сложный процесс, требующий участия человека. Однако роботы способны качественно и быстро выполнять однообразные действия, и людям остается только наблюдать за правильностью производимых операций. Сборочные линии на многих предприятиях оснащены роботами, благодаря чему процесс сборки протекает без задержек и с минимумом ошибок.

Автоматизация и роботизация современного производства – перспективное направление развития промышленности, которое позволит добиться высокого качества продукции при одновременном снижении издержек. Внедрение роботов приведет к положительным изменениям:

• Чтобы перейти к выпуску новых изделий, требуется всего лишь сменить программу. Гибкость перенастройки автоматических «сотрудников» помогает экономить время на обрабатывающих предприятиях, где половина продукции изготавливается небольшими партиями.
• Если для нужд производства необходимы малые и средние объемы тех или иных деталей, их непосредственный выпуск занимает порядка 5 % времени. Подавляющая часть рабочих часов уходит на переналадку станка, замену инструментов, загрузку комплектующих и так далее. Автоматизированная линия позволяет перераспределить рабочее время в пользу получения готовых изделий за счет сокращения подготовительных этапов. В результате экономится не только время, но и сырье, материалы, детали за счет минимизации брака.

Классификация промышленных роботов

На современных производствах встречаются представители трех поколений робототехники.

• Первое – программируемые роботы, способные выполнять операции, предусмотренные заданным алгоритмом действий.
• Ко второму поколению относятся адаптивные роботы. Их возможности намного шире: благодаря встроенным сенсорам они умеют анализировать информацию из окружающего пространства и корректировать свои действия в зависимости от полученных данных.
• Третье поколение – это интеллектуальные роботы, умеющие распознавать объекты внешней среды и самостоятельно производить производственные операции.

По роду деятельности промышленные роботы делятся на несколько групп:

• предназначенные для выполнения действий, входящих в технологический процесс, –сварки, сборки, нанесения лакокрасочных покрытий и т. д.;
• выполняющие вспомогательные работы – погрузку, транспортировку, подачу заготовок, складирование готовых изделий;
• способные сочетать оба типа действий.

На роботизированные устройства возлагаются следующие функции:

• выполнение основных операций технологического цикла (сварка, сборка, окраска, проверка и т. п.);
• обслуживание промышленного оборудования, например, литейных машин или прессов.

Совокупность промышленных роботов является основой роботизированного технологического комплекса (РТК).

РТК подразделяются на:

• Манипуляционные, у которых главным исполнительным органом служит захват или инструмент.
• Мобильные, используемые для выполнения работ в особых внешних условиях (под водой, в космосе, при разборе завалов и т. д.). Они могут быть на гусеничном, колесном или шагающем ходу.
• Информационно-управляющие, основная функция которых заключается в мониторинге технологического процесса, анализе сведений, полученных из внешних источников, и внесение корректив в производственный цикл. В их комплектацию могут не входить движущиеся или исполнительные устройства.

Разница между промышленными и коллаборативными роботами

Высокая скорость работы и максимальная точность действий – отличительные черты промышленных роботов. В процессе манипулирования они могут представлять опасность для находящихся рядом людей. По этой причине этот тип автоматических помощников размещается на огороженной площадке или заключается в специальный бокс.

Коллаборативные роботы (коботы) предназначены для совместного с человеком выполнения производственных операций. Для соблюдения требований безопасности они проектируются с ограниченными показателями скорости и силы, а встроенные датчики останавливают их работу при касании посторонних предметов.

Коботы отличаются от промышленных роботов способностью выполнять множество различных задач, низкой стоимостью, легким программированием, отсутствием проблем при установке. Они активно применяются не только на крупных производствах, но и на предприятиях среднего и малого бизнеса, поскольку потребляют мало энергии и не требуют больших площадей.

Основные преимущества роботизации производства

Приобретение полностью автоматизированной производственной линии избавляет предприятие от необходимости набирать десятки и сотни низкоквалифицированных рабочих. Однако такая стационарная система, предназначенная для выполнения единственной функции, проигрывает коботам и промышленным роботам.

Читайте также: Автоматические линии упаковки: виды, плюсы и минусы

Перечислим плюсы роботизации производства с применением указанных устройств.

• Универсальность. Такие роботы могут использоваться для решения различных технологических задач, достаточно только поменять программы и установить соответствующие насадки. В большей степени это относится к простым в управлении и многозадачным коботам.
• Экономия пространства. Промышленные роботы занимают меньшие площади, чем стационарные производственные комплексы. При грамотном подходе к их размещению можно выполнять аналогичные функции на ограниченной территории. Коботы требуют еще меньше места, поскольку по сути являются автоматизированным членом команды.
• Простота обслуживания и ремонта. Устройства унифицированы, что позволяет обходиться небольшим количеством техников. Для сравнения: каждая автоматическая производственная линия может требовать своего специалиста из-за множества нюансов в наладке уникального оборудования. Еще один плюс заключается в том, что количество запасных частей и комплектующих для срочного ремонта коботов может быть невелико, а значит, их можно хранить на собственном складе, а не заказывать в случае необходимости у дилера.
• Безопасность труда. Устройства этих типов не способны травмировать персонал: коботы проектируются так, чтобы вероятность нанесения вреда человеку была минимальной, а промышленные роботы располагаются на огороженной территории. Более того, выполняя за человека утомительную, грязную и опасную работу (помните про три D?), автоматические помощники снижают риск для людей навредить себе из-за усталости, притупления внимания или запыленности помещения.
• Защита от негативного внешнего воздействия. Коботы и промышленные роботы оснащены надежными корпусами, благодаря которым эти устройства неприхотливы и устойчивы к поломкам, вызванным попаданием влаги и мелких частиц.
• Высокая производительность. В отличие от людей, роботы не нуждаются в отдыхе, отпусках и больничных. Они могут работать 24 часа в сутки 365 дней в году. Каждое устройство способно заменить от трех до шести сотрудников.

Роботам поручают и такую важную функцию, как обслуживание станков с ЧПУ. Какую выгоду при этом извлекает предприятие?

• Снижение издержек. В условиях высокоинтенсивного производства (две и три смены) использование робота обходится дешевле, чем живая рабочая сила.
• Высокое качество продукции. Машины не совершают ошибок, гарантируют точность и скорость выполнения действий, что уменьшает риск получения рекламаций и обеспечивает рост объемов сбыта.
• Коммерческая безопасность. Замена людей коботами и промышленными роботами выгодна и с точки зрения сохранения бизнес-тайны. Автоматические «сотрудники» не разглашают секреты предприятия, не переходят на работу к конкурентам и не совершают диверсий.

Факторы, определяющие развитие сферы роботизации производства

Преимущества внедрения промышленных роботов очевидны: повышается конкурентоспособность предприятия, сокращаются издержки, снижается количество бракованных изделий. Люди избавляются от необходимости выполнять грязную монотонную работу, могут повышать квалификацию и занимать высокооплачиваемые должности.

Если несколько десятилетий назад автоматизировать производство могли только крупные заводы, сегодня использовать роботов могут и предприятия малого бизнеса. Повсеместному переходу на применение таких устройств способствует целый ряд факторов. Остановимся на ключевых моментах, способствующих развитию компьютеризации и роботизации производства.

Технологические факторы

С каждым годом появляется все больше автоматизированных устройств, предназначенных для упрощения различных технологических процессов. На сегодняшний день известно о семи типах промышленных роботов, при помощи которых решается большинство существующих производственных задач.

Технические возможности роботизированных устройств постоянно расширяются: они способны выдерживать значительные нагрузки, действовать быстрее и точнее, чем раньше. Усовершенствование роботов сделало возможным их применение не только в машиностроении, но и в таких отраслях, как фармацевтика и электротехника.

Появились технологии машинного зрения и искусственного интеллекта, благодаря чему роботы могут самостоятельно перенастраиваться на выполнение других операций и повышать качество работы. Многие устройства стали доступны по цене небольшим производствам, что приводит к выпуску более качественной и дешевой продукции.

Сетевые технологии и новые методы разработки софта упростили интеграцию роботов в производственный процесс, их установка и обслуживание стали легче и дешевле. На стадии разработки автоматизированные помощники наделяются интуитивно понятным интерфейсом и способностью к обучению при помощи голосовых команд и демонстрации действий.

Еще одним технологическим фактором, способствующим оснащению предприятий современными роботами, является обновление производств. В развитых странах происходит замена устройств, проработавших 12–15 лет, на приборы последнего поколения. Особенностью российской промышленности является высокий процент износа технологического оборудования, поэтому зачастую речь идет о полной модернизации производственных линий с использованием промышленных и коллаборативных роботов.

Финансовые и бизнес-факторы

С 1990 года стоимость разработки и производства роботов снизилась более чем на 50 %, благодаря чему они стали доступны для многих промышленных компаний. Российские модели стоимостью 1–2 млн рублей могут позволить себе предприятия малого и среднего бизнеса, а по надежности отечественные роботы не уступают зарубежным.

С каждым годом растут затраты на сотрудников, причем не только в регионах с традиционно высокой степенью расходов работодателя на оплату труда. Дорожает рабочая сила и в странах с развивающейся экономикой. Люди уже не держатся за одно место всю жизнь и не хотят довольствоваться низкой заработной платой. Выросла мобильность сотрудников, их стремление к повышению квалификации и росту доходов.

К тому же никто не отменял негативные последствия использования человеческого труда – травмы, профессиональные заболевания, ошибки. Все это делает внедрение роботов оптимальным выбором для владельцев бизнеса. В отличие от людей, машинам не требуется создавать комфортные условия труда, гарантировать соблюдение графика выходных и отпусков, оплачивать вынужденные простои и так далее.

Если еще 10 лет назад предприятия сталкивались с проблемой дефицита квалифицированных кадров для интеграции и обслуживания роботов, сегодня можно говорить о постепенном насыщении рынка труда такими специалистами.

Конкуренция на глобальном рынке постоянно растет. Без роботизации производства проблематично обеспечить соответствие предприятия современным требованиям. Автоматизация повышает производительность и уменьшает себестоимость продукта, позволяет быстро перенастраивать технологические линии, исключает негативные последствия использования человеческого труда.

Положительные перспективы роботизации производства не вызывают сомнений у крупных промышленных компаний. Инвестиции в оснащение автоматизированных предприятий окупятся быстро, поскольку можно рассчитывать на низкую себестоимость, повышение гибкости и расширение технологических возможностей.

Социальные факторы

Активное внедрение роботов приводит к появлению новых рабочих мест и повышению квалификации работников предприятий. Например, в США, Японии и Германии – странах с высокой степенью автоматизации производства уровень безработицы в промышленном секторе минимален. Так, в Соединенных Штатах за 2012–2017 годы оснащение производств 100 тыс. промышленных роботов обернулось созданием 270 тыс. дополнительных рабочих мест, то есть на каждого робота пришлось более двух вакансий.

В Канаде в 2016 году был зафиксирован дефицит рабочих из-за нежелания молодежи обучаться непрестижным «устаревшим» профессиям. Автоматизация предприятий привела к росту интереса к промышленному сектору: сотрудники не занимаются тяжелым физическим трудом, они лучше образованы, их труд выше оплачивается. Роботы не становятся причиной безработицы. Напротив, благодаря им компаниям требуются сотрудники высокой квалификации и с вытекающим из этого уровнем дохода.

В России сегодня складывается аналогичная ситуация. В скором времени страна может столкнуться с дефицитом трудоспособного населения, и автоматизация производства станет единственным выходом для эффективного освоения богатых природных ресурсов.

Роботы третьего поколения открывают новые возможности для развития малого бизнеса. Примером может служить Китай, где начинающие предприниматели благодаря доступности автоматических помощников запускают успешные мини-предприятия. В результате рынок насыщается качественными недорогими товарами, растет деловая активность и благосостояние населения.

Государственная поддержка

Инвестиции в робототехнику на уровне правительства – реалии сегодняшнего дня для стран, понимающих важность развития этой отрасли для процветания государства.

В ЕС по программе государственных грантов SPARC предусмотрено финансирование предприятий на общую сумму 700 млн евро.

Читайте также: Роботы в промышленности: преимущества и области применения

Правительство Японии в 2016 году выделило на реализацию Стратегия в области робототехники 270 млн долларов.

Система исследовательских грантов в США предусматривает распределение 2 млрд долларов из госбюджета на поддержку научных изысканий в области робототехники.

Южная Корея в 2018 году запустила программу Intelligent Robot Industry Development Strategy, объем финансирования которой составил 467 млн долларов, а к 2022 году сумма господдержки отрасли достигла 6,15 млрд долларов.

В Китае действуют Государственный средне- и долгосрочный план развития науки и технологий и программа «Сделано в Китае-2025». На развитие высоких технологий из бюджета выделено 300 млрд долл. Помимо этого государственные инвестиции в промышленность в общем объеме более 59 млрд долл. идут по программам «Руководство о содействии производству промышленных роботов» и «План развития робототехнической отрасли» (2016–2020).

Правительством РФ в 2017 году утверждена дорожная карта «Технет» Национальной технологической инициативы (НТИ), на финансирование мероприятий которой выделено 15,6 млрд рублей, и еще 17 млрд планируется привлечь из внебюджетных источников. Импортозамещение послужило еще одним мощным драйвером развития российской робототехники. Необходимость уйти от зарубежных поставок мотивирует государство поддерживать отечественные компании, занятые разработкой и производством промышленных роботов.

Тем не менее, темпы автоматизации предприятий оставляют желать лучшего. Консалтинговая компания BCG выпустила прогноз, согласно которому к 2025 году роботы будут выполнять не более 25 % производственных задач. Почему, несмотря на явные преимущества, которые сулит роботизация, предприятия с трудом переходят на повсеместное использование «умных» помощников?

Барьеры, препятствующие массовой роботизации производства

Причины, по которым замедляется внедрение автоматизации, можно разделить на несколько групп.

Технологические факторы

Существует немало производств, основанных на ручном труде. Конструктивные особенности выпускаемых там изделий ограничивают возможности применения роботов. Если технология изготовления продукции разрабатывалась задолго до появления автоматических помощников, полностью перевести ее на новые рельсы не всегда представляется возможным. Использование роботов допускается только на отдельных этапах. Как правило, речь идет о небольших предприятиях, ориентированных на выпуск небольших партий товара.

Сложность состоит и в том, что внедрение автоматизации на отдельном участке производства неизбежно повлечет пересмотр всего процесса. Робот будет выполнять операцию быстрее, следовательно, людям придется менять устоявшийся ритм, подстраиваться под заданную скорость выполнения работ и так далее.

Финансовые факторы

Необходимость привлечения крупных инвестиций является еще одним серьезным барьером на пути роботизации производства. Выходом может стать поэтапное внедрение «умных» помощников, но в целом речь идет о значительных денежных вливаниях на протяжении нескольких лет.

Решить эту задачу особенно сложно начинающим предпринимателям, у которых нет доступа к длинным дешевым кредитам.

Социальные факторы

Профессор Джонатан Пейн из университета Де Монфор в Лестере (Великобритания) по результатам проведенного им исследования сделал вывод, что многие сотрудники и руководители предприятий выступают против роботизации производства. В качестве наиболее весомых причин назывались недоверие к механическим помощникам, приверженность традиционным технологиям, опасения по поводу необходимости перестраивать налаженную работу.

В некоторых странах весомым барьером выступает боязнь массового сокращения рабочих мест из-за внедрения промышленных роботов. Профсоюзы выступают инициаторами протестных движений, цель которых – бороться за сохранение существующих вакансий. Эти опасения не напрасны. Так, в Канаде и США за десять лет (с 2000 по 2010) 5,6 млн рабочих мест были утрачены после замены людей машинами.

Еще один фактор, сдерживающий темпы автоматизации, – дешевая рабочая сила. Россия относится к тем странам, где труд человека стоит дешево, поэтому собственнику бизнеса зачастую выгоднее нанимать много недорогих сотрудников, чем инвестировать в роботизацию производства и платить квалифицированному персоналу.

Проблема с поиском специалистов по обслуживанию автоматических линий в нашей стране также стоит весьма остро. Ощутимый недостаток инженеров вызван падением интереса к техническим специальностям в 2000-х годах, и восполнить этот пробел получится не сразу. На сегодняшний день отечественных специалистов по интегрированию роботов в производство не хватает, что также сдерживает темпы автоматизации.

Многие эксперты в своих прогнозах заявляют о переводе технологических процессов на максимальное использование «умных» помощников в ближайшие десятилетия. Приводится масса убедительных доводов, в числе которых – повышение производительности, снижение зависимости от человеческого фактора, насыщение рынка качественными товарами.

Противники роботизации производства заявляют о негативных последствиях повсеместного внедрения машин, в первую очередь опасаясь роста безработицы. Однако эти страхи представляются сильно преувеличенными. Внедрение роботов предполагает избавление от тяжелого монотонного труда, при этом возникнет потребность в большом количестве высококвалифицированных специалистов – разработчиков, инженеров, наладчиков. Робот не заменит человека, он станет безотказным и неутомимым помощником, управлять которым будут люди.