фабрики

От паллетирования до «чистых комнат»: практика внедрения роботизации на производствах

761
0
21/07/2022
фабрики
761
0
21 июля 2022
От паллетирования до «чистых комнат»: практика внедрения роботизации на производствах

Промышленная роботизация устанавливает новые рекорды. В прошлом году, по данным Международной федерации робототехники (IFR) в мире было продано более 486 тыс. единиц умной техники для промышленности — на 27% больше, чем в 2020-м. Основной драйвер роста — электронная промышленность. На втором месте — автопром, далее металлургия, машиностроение, химическое и пищевое производство. Какими бывают промышленные роботы, как начать внедрять роботизацию на производстве, какие для этого существуют роли и этапы, рассказывает коммерческий директор KUKA Robotics Пётр Смоленцев.

Пётр Смоленцев окончил ТГУ с дипломом инженера-технолога по сварочному производству. С 2008 по 2011 создавал дилерскую сеть в Приволжском округе для производителя сварочных машин Kemppi. Следующие 6 лет работал директором по продажам компании «Техноматикс» — интегратора промышленных роботов в Туле. С 2017 года — коммерческий директор KUKA Robotics в Москве.

Виды роботов

Сегодня 80% роботов, которых используют на производствах — антропоморфные. По сути, они повторяют руку человека, но заканчивается она не пальцами, а «кистью робота», к которой крепится любой инструмент. В результате один и тот же робот может использоваться и в окраске, и в сварке, и в сборке телефонов. Отличие будет в софте, который устанавливается под определенную операцию и в самом инструменте.

Один из видов антропоморфного робота — «кобот». Это машина, способная работать одновременно с человеком в одной рабочей зоне. Главное отличие таких машин от обычных антропоморфных роботов в том, что у них есть силомоментные датчики, способные запрограммировано реагировать на препятствия. Используют коботов пока мало, в основном, потому что они менее окупаемые по сравнению с антропоморфными, сложные в обслуживании и не самые быстрые. Такие машины нужны в заставленных роботами Европе, США и Азии, где всё что можно уже автоматизировали и остались только те операции, которые невозможно выполнить без участия человека.

Другой вид роботов — неантропоморфные. Среди них выделяют узкоспециальные. Они составляют примерно 20% от всех внедренных машин. Существуют, например, роботы Delta и Scara, задача которых быстро работать с маленькими предметами. Они используются в электронной промышленности, в пищевой и в фармацевтической.

И последний вид — линейные. Раньше это был самый популярный робот, когда антропоморфные были дорогими, а сейчас он используется довольно редко, обычно — когда надо перенести габаритный груз на длинную дистанцию.

Задачи для роботов

Обычно машины заменяют человека на опасных и монотонных работах: паллетировании, сортировке грузов, шлифовке, резке, покраске. А также в среде, где люди находиться не могут. Например, один из роботов Kuka работает на атомной станции в Баку, его задача — обнаруживать трещины в бетонном покрытии.

Кроме того, машины могут заменять высококвалифицированных специалистов, для обучения которых требуется много времени. Одна из таких профессий — сварщики. Для того, чтобы сварщик достиг пятого разряда (из шести существующих), требуется 7−8 лет, а на масштабном производстве таких специалистов требуется много, и часть недостающих работников можно заменить роботами.

Однако есть операции, которые роботы выполнить не в состоянии. В автомобильной промышленности это, например, работы, которые проводятся внутри салона, — пока нет эффективных машин, способных заменить человека на операциях в ограниченном пространстве с достаточной скоростью. Попытки были, но в результате процесс замедлялся. Возможно, именно это и произошло на производстве Tesla, в результате чего в 2018 году Илон Маск заявил, что чрезмерная автоматизация заводов была ошибкой и стала причиной, по которой компания не успевает собирать машины в срок.

Роботы в микроэлектронике

В микроэлектронике роботы сейчас используются на операциях крупноузловой сборки и упаковки. Все остальные операции выполняют специальные роботизированные машины, которые применяются для конкретных задач: формирования плат, пайки и так далее. Роботы же заменяют человека там, где нужно, например, положить плату в корпус, корпус собрать, упаковать, протестировать. В России роботы стоят на производстве ГЛОНАСС, где их используют для тестирования датчиков.

Также роботы используются в «чистых комнатах». Один из примеров — коллаборативные роботы KUKA Cleanroom на производстве Samsung.

С чего начинают внедрение роботизации на производстве

Важно понимать, что подбирают роботов для заводов компании-интеграторы. В простых комплексах, куда входит до 10 роботов, интегратор собирает всю систему воедино на своем производстве: получает необходимую информацию от заказчика, покупает робота, устанавливает на него необходимое оборудование и только потом внедряет его на производство конечного заказчика.

В сложных линиях, например на Daimler Kamaz, где 160 роботов собирают кабину грузовика, сначала работает компания, которая занимается только проектированием автоматизированных линий. Она создает цифровой двойник производства и определяет, какое количество оборудования должно выпускать определенное число грузовиков. Затем этот цифровой двойник разбивается на части и под каждую из них подбирается отдельный интегратор — эти компании совместно создают решение. Затем Daimler нанимает ещё одну компанию, которая специализируется на монтаже и запуске в эксплуатацию этих линий. А принимает работу ещё одна организация. То есть в сложных линиях на каждом этапе есть свой исполнитель.

Таким образом, производитель роботов не является главным в этой системе, как может показаться. Главный — интегратор. А мы просто делаем один из элементов, который зачастую даже не является ключевым.

Второй важный момент — определить, какой этап производства необходимо роботизировать. Объясню на примере сварки. Раньше и в России, и в мире компании пытались роботизировать сварку, забывая о других операциях. Но ведь сварка не происходит сама по себе: вначале нужно нарезать с помощью лазера или плазмы детали, подготовить их, собрать изделие и только после этого сваривать.

То есть в самом начале важно разбить весь процесс на простые операции и засечь, сколько времени занимает каждая из них. И если получится так, что сварка происходит быстрее, чем предшествующие ей процессы, то если установить робота, она станет ещё быстрее, а операция сборки при этом не изменится. В результате робот большую часть времени будет стоять и ждать, когда ему подготовят деталь. Поэтому роботизацию производства следует начинать с самого первого долгого процесса.

И третий важный пункт — соответствие операций, которые выполняет робот, реальной технологической карте. Например, когда мы внедряли роботов на предприятии, которое производит пожарные датчики, мы не знали, что там чипы забивают в плату специальным пластиковым молотком. Робот не может выполнять эту операцию и внедрить его при таком раскладе не получится. Получилось, что мы рассчитали операцию по стандартной технологической карте, а в реальности всё работало по-другому. Еще один пример — крупный автомобильный завод, где мы год проектировали автоматизацию дуговой сварки на бумаге и в цифровых двойниках, а когда спустились в цех, оказалось, что она контактная. Выяснилось, что год назад цех поменял способ сварки, а бумаги об этом затерялись в бюрократии завода по дороге к главному инженеру. Из этого нужно сделать вывод, что нужно всем участникам процесса автоматизации на предприятии своими собственными глазами увидеть реальный процесс производства.

Тестирование

Приемка и тестирование роботов на производстве происходит по специальному техническому заданию. Причём проверяется не только робот, а вся автоматизированная линия.

Также интегратор показывает клиенту, как машина будет реагировать на аварийные ситуации. Например, робот переносит груз с помощью электрических магнитов. Что будет, если вдруг отключится электричество? Если он несет полтонны, груз не должен упасть ни в коем случае. Поэтому происходит проверка на отказ.

Ещё один пункт — безопасность. Проверяется, что ни при каких условиях человек не будет находиться в незащищенном месте, рядом с движущимся роботом.

Если процесс простой, проверка занимает примерно неделю. В сложных случаях может длиться месяцы.

Цена

Для роботизированной ячейки или автоматизированной линии, как и для любого оборудования, внедряемого в производство, не важно понятие стоимости. Основной критерий для принятия положительного решения о покупке оборудования — это время окупаемости и экономической эффективности, которые рассчитываются по известным методикам. В пищевом производстве в России стандартом является окупаемость 2−3 года. Экономическая эффективность может вытекать из косвенных эффектов, например, внедрение робота помогло увеличить качество продукта, что привело к резкому снижению количества обращений конечных пользователей по гарантии, что естественно снизило гарантийные издержки производителя, которые и окупили внедрение робота. Поэтому стоимость ячейки или линии может достигать десятков миллионов евро, но если окупаемость не более двух лет, то вероятность покупки очень высока.

Роботизация в России

В последнее время (нам известна статистика за 2018−2020 годы), Россия покупает примерно по 1200 промышленных роботов в год. Это таможенные данные, которые мы мониторим. То есть тенденция к роботизации есть, но слабенькая. И основания проблема здесь — это кадры. Главная причина, почему Россия так мало покупает роботов — отсутствие знаний на предприятиях.

Когда мы приезжали к клиенту в Европе или Азии, он показывал электронную планировку завода и сразу говорил, вот здесь, здесь и здесь мне нужен робот. Вот вам данные по первому участку, по второму, а по пятому жду от вас предложений.

В России и СНГ всё по-другому. Здесь в первую очередь спрашивают, что такое робот, сколько они стоят, что делать с людьми, как обслуживать машины. То есть здесь я сначала продаю идею робота, потом идею интегратора, потом того, что это будет экономически выгодно и только после этого мы переходим к моменту, когда клиент готов обсуждать внедрение при условии, что все предыдущие доводы на него подействовали. Этот путь может занимать более года.

В общем, кадры — главная боль. Все остальные проблемы решаемые. Нам даже удавалось автоматизировать в России то, что до этого никто не автоматизировал в мире. Например, одна из сложных операций для роботов — высокоточная фрезеровка деталей. Когда речь идет о фрезеровке металлов и сталей, робот серьёзно проигрывает станку в точности. И в России появился интегратор, петербургская компания, которая за счет своих наработок в ПО и лазерной телеметрии смогла увеличить точность работы стандартного робота-фрезеровщика в несколько раз. На данный момент с помощью него даже удалось реализовать несколько проектов, которые было невозможно сделать на станке — робот фрезеровал корпус реактора для исследований термоядерного синтеза, то есть проделал в алюминиевом шаре диаметром 10 метров 58 высокоточных отверстий. Во всем мире такие проекты реализуют вручную годами, а у нас сделали за 6 месяцев.

Будущее

Во-первых, будет идти дальнейшее развитие концепции Индустрии 4.0. Пример того, как заводы будут работать в будущем — белорусско-китайское совместное предприятие по сборке китайских легковых автомобилей Geely БЕЛДЖИ. Там на основе 1С применяется концепция Индустрии 4.0. Человек на компьютере конфигурирует свой автомобиль, оплачивает его, как в интернет- магазине, а затем всё это уходит в огромную ERP-систему завода, где идёет автоматическое распределение ролей.

Во-вторых, сегодня развивается идея так называемого матричного производства. Оно основано на категоризованных, стандартизированных производственных ячейках, которые располагаются практически в любом количестве на одном растре. Внутри ячеек находятся платформы для укладки деталей, приёмные приспособления для инструментов и роботы, которые выполняют соответствующий процесс. Производственные ячейки можно укомплектовать любым оборудованием. Сварка, склеивание, штамповка, пайка и клёпка: можно интегрировать практически любой процесс.

Между ячейками работают мобильные платформы, которые двигаются по своим маршрутам. С помощью специального софта можно управлять как группами платформ, так и одной. Они снабжают роботизированные ячейки и линии инструментами и расходниками.

Преимущество при такой организации огромное: можно полностью разобрать и собрать производство, так как нет жёстко закрепленного конвейера на несколько километров, гибко управлять системой и производить разнообразную продукцию.

Такая система уже используется на заводах Boeing, где платформы подвозят оснастку для самолетов. А также на заводе Daimler в Турции. Там кабины грузовиков производят матрично. С помощью платформ кабины перемещают в зависимости от их конфигурации, что увеличивает производительность, потому что не возникает очередей как на конвейерах.

Наверх

Будь первым, кто оставит комментарий