Трансформация производств // Петр Смоленцев

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

20 0
Посмотреть на
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 и какие роли и этапы существуют в этом процессе, рассказывает коммерческий директор KUKA Robotics Петр Смоленцев.

Из этой статьи вы узнаете:

  • для чего роботов используют в чистых комнатах»;
  • почему производитель роботов н«е является главным в процессе автоматизации;
  • что такое матричное производство.

Виды роботов

Сегодня 80 % роботов, которые 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 устройств. Отличие будет в софте, который устанавливается под определенную операцию и в самом инструменте.

Один из видов антропоморфного робота — кобот (сокращение от «коллаборативный робот»). 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, поэтому ему и придумали помощника кобота.

В России серьезно говорить про коботов пока трудно, потому что в прошлом году наша страна купила 1200 роботов, из которых всего 50 коллаборативные. И в основном их приобрели для образовательных учреждений, чтобы исследовать.Однако реальному производству в нашей стране коботы практически не нужны, потому что у нас для обычных роботов еще очень много работы. К тому же в России коллаборативных роботов, в отличие от других стран, нельзя использовать без ограждений, несмотря на то что это безопасно и в этом суть коботов. У нас для таких машин нет специального стандарта безопасности.

Другой вид роботов—неантропоморфные. Среди них выделяют узкоспециальные. Они составляют примерно 20% от всех внедренных машин. Существует, 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. Одни из таких специалистов — сварщики. Для того чтобы сварщик достиг пятого разряда, требуется 7–8 лет, а на масштабном производстве подобных специалистов требуется много, и часть недостающих профессионалов можно заменить роботами.

Роботы-сварщики KUKA на заводе австрийском компании MAGNA Presstec — https://youtu.be/QCkl9RMd5-s

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, к примеру, 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.

Автоматизация на заводе Infineon в Австрии – https://www.youtube.com/watch?v=lW5bXNLt5XE

С чего начинают внедрение роботизации на производстве

Важно понимать, что подбирают роботов для заводов компании-интеграторы. В простых комплексах, куда входит до десяти 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 DaimlerKamaz, 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 еще одну компанию, которая специализируется на монтаже и запуске в эксплуатацию этих линий. А принимает работу еще 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 еще 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 предприятие, 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. То есть когда робота ставят на операцию, ее рассчитывают по стандартной технологической карте, а в реальности всё оказывается по-другому. Еще один пример —крупный автомобильный завод, где мы год проектировали автоматизацию на бумаге и в цифровых двойниках дуговую сварку, а когда спустились в цех, оказалось, что она контактная. Выяснилось, что год назад цех поменял способ сварки, а бумаги об этом затерялись в бюрократической схеме завода по дороге к главному инженеру. Из этого нужно сделать вывод, что всем участникам процесса автоматизации на предприятии нужно своими собственными глазами увидеть реальный процесс производства.

Тестирование

Приемка и тестирование роботов на производстве происходит по специальному ТЗ. Причем проверяется не только робот, а вся автоматизированная линия.
Также интегратор показывает клиенту, как машина будет реагировать на аварийные ситуации. Например: если 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.

Еще один пункт — безопасность. Проверяется, что ни при каких условиях человек не должен 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, которое рассчитывается по известным методикам. Например, в пищевом производстве в России стандартом является окупаемость два-три года. Экономическая эффективность может вытекать из косвенных эффектов. Например, внедрение робота помогло увеличить качество продукта, что привело к резкому снижению 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 высокая.

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 роботизации есть, но слабенькая. И основания проблема здесь — это кадры. Главная причина, почему Россия покупает так мало роботов, — отсутствие знаний на предприятиях.

Наш опыт в Европе и Азии показывает разницу с Россией. Когда мы приезжали к клиенту в Европе, 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. Так работают в Европе и Азии.

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. В отличие от Европы этот путь в СНГ 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 серьезно 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 его помощью даже удалось реализовать несколько проектов, которые было невозможно сделать на станке, а именно: робот фрезеровал корпус реактора для исследований термоядерного синтеза, то есть проделал в алюминиевом шаре диаметром 10 м 58 высокоточных отверстий. Во всем мире такие проекты реализуют вручную годами, а у нас сделали за шесть 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 «GeelyБЕЛДЖИ». Там на основе 1С применяется концепция Индустрии 4.0. То есть когда человек на компьютере конфигурирует свой автомобиль, оплачивает его, как в интернет магазине, а затем всё это уходит в огромную ERP-систему завода, где идет 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, приемные приспособления для инструментов и роботы, которые выполняют соответствующий процесс. Производственные ячейки можно укомплектовать любым оборудованием. Сварка, склеивание, штамповка, пайка и клепка — 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 жестко закрепленного конвейера на несколько километров, гибко управлять системой и производить разнообразную продукцию.

Матричное производство на заводе KUKA в Аугсбурге – https://youtu.be/AH2bKdQtk9w

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.

Будь первым, кто оставит комментарий

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

    ПОДПИШИСЬ НА НАШУ ТЕХНО-РАССЫЛКУ
    ПОДПИШИСЬ
    НА НАШУ ТЕХНО-РАССЫЛКУ