Еще несколько лет назад промышленные роботы казались дорогим решением для предприятий с большими бюджетами. Сегодня их используют даже на небольших производствах, а крупные заводы переходят к комплексным системам, которые берут на себя полный цикл работ. В этой статье разберем, чем роботизация отличается от автоматизации, какие решения применяют в разных отраслях и как они меняют производственные процессы.
Что такое роботизация производства
Разница между роботизацией и автоматизацией
Роботизация производства — это использование роботов и роботизированных систем, чтобы автоматизировать задачи, которые ранее выполнялись вручную или с помощью менее сложных машин.
Например, роботы могут захватывать и перемещать заготовки, устанавливать их в станки, выполнять окраску, сборку и упаковку изделий.
Таким образом, роботизация — это часть автоматизации производства.
Автоматизация предполагает применение разных технических и программных средств, которые частично или полностью берут на себя управление производственным процессом. Это может быть как станок с числовым программным управлением (ЧПУ), так и сложное программное обеспечение (ПО), которое анализирует работу всего предприятия.
Роботизация — более узкое понятие, которое означает именно внедрение роботов, способных автономно или полуавтономно выполнять различные производственные операции.
Для чего внедряют роботизированные системы
Роботы на производстве решают несколько практических задач:
- Ускорение выпуска продукции. Главный плюс роботизации. Роботизированная техника может работать без перерывов и выполнять операции с одинаковой скоростью. Это позволяет выпускать за смену больше изделий.
- Повышение качества изделий. Машины повторяют движения с высокой точностью, поэтому детали получаются одинаковыми. За счет этого снижается количество брака и переделок.
- Обеспечение безопасности. Роботы могут брать на себя операции, где человек рискует получить вред здоровью: сварку, окраску, перемещение тяжелых заготовок.
- Снижение издержек. Меньше брака и простоев — меньше затрат на ремонт, исправления и материалы.
Все это делает производство более устойчивым: выпуск продукции идет строго по плану, ресурсы используются рационально, характеристики изделий остаются стабильными от партии к партии.
Виды роботизированного оборудования
Промышленные роботы
На предприятиях чаще всего используют два типа промышленных роботов:
- Манипуляторы — это мощные шарнирные машины с подвижной «рукой», которая двигается по нескольким осям. На ее конце крепится инструмент: сварочная горелка, пистолет для окраски, клеевая головка или захват для деталей. Манипуляторы могут автономно выполнять тяжелые и сложные операции: перемещать крупные заготовки, красить детали, собирать узлы.
- Коботы — коллаборативные роботы, которые созданы для работы рядом с человеком. По конструкции они похожи на манипуляторы, но более легкие и компактные. Такое оборудование ставят на ручные посты, чтобы освободить рабочих от рутинных операций. Коботы берут на себя вспомогательные задачи: удерживают и поворачивают деталь, подают инструмент, наносят клей или герметик.
Роботизированные комплексы и гибкие производственные системы
Помимо отдельных роботов, на заводах можно встретить более сложные решения, такие как:
- Роботизированный технологический комплекс (РТК) — это система из одного или нескольких промышленных роботов и технологического оборудования. Например, она может выглядеть так: манипулятор берет заготовку, устанавливает ее в станок с ЧПУ, после обработки система машинного зрения проверяет размеры, а конвейер передает деталь на следующую операцию. За счет связки оборудования комплекс выполняет полный цикл без участия человека и позволяет сократить время на обработку и контроль качества продукции.
- Гибкая производственная система (ГПС) — это комплекс оборудования и программного управления, который можно быстро перенастроить под выпуск разных изделий. Система сама меняет программы работы, проводит переналадку оборудования и позволяет производить продукцию в соответствии с новыми требованиями. ГПС особенно востребованы в машиностроении и авиации, где нужно часто менять конфигурацию выпускаемых изделий и при этом сохранять их высокую точность.
Устройство промышленных роботов
Чтобы понять возможности и ограничения промышленных роботов, важно рассмотреть их устройство. В любой системе есть два основных уровня: аппаратная часть, которая выполняет операции, и программное обеспечение, которое управляет этим процессом.
Аппаратная часть
Аппаратная часть, как правило, включает:
- Манипулятор — основной исполнительный механизм. От его конструкции зависит, какие именно задачи может выполнять робот.
- Сенсоры — датчики, которые передают контроллеру информацию о нагрузке, температуре, вибрациях и других показателях. По их сигналам система может корректировать работу или остановиться при риске поломки.
- Контроллер — аппаратный блок, который соединяет механику с ПО. Он управляет приводами манипулятора, получает сигналы от датчиков и передает команды из системы управления.
- Системы машинного зрения — камеры и алгоритмы, которые определяют положение заготовки, проверяют точность геометрии и наличие дефектов.
- Оснастку и средства безопасности — захваты и приспособления для фиксации деталей, а также ограждения, световые барьеры и сценарии аварийной остановки для защиты персонала и оборудования.
Давайте знакомиться
Наш Telegram-канал — это живой блог, где пишет не только smm-специалист, а вся команда проекта. У постов есть авторы, и эти авторы будут рады вашим комментариям.
Программное обеспечение
Программная часть управляет движениями робота и связывает его с другими системами, которыми оснащено предприятие. В нее входят:
- Система управления — определяет траекторию движения манипулятора и последовательность операций. В системе управления хранятся готовые библиотеки движений и параметры калибровки. При наличии адаптивных сценариев предусмотрено, чтобы промышленный робот реагировал на изменения, например корректировал траекторию, если заготовка сместилась.
- Интеграция — модули, которые обеспечивают обмен данными с другими машинами и линиями. Позволяют встроить робота в общий производственный процесс.
- Планирование и диспетчеризация — функции, которые позволяют учитывать партии, отслеживать маршрут деталей и контролировать выполнение заказа на всех этапах.
- Диагностика — программы, которые фиксируют нагрузку и температуру, прогнозируют износ и напоминают о необходимости техобслуживания.
Роботизация в разных отраслях
В каждой сфере применяют свои виды промышленных роботов, но задачи всегда одни: автоматизировать рутинные и опасные операции, повысить точность и скорость, минимизировать риски для людей и брак. Рассмотрим отрасли российской промышленности, где роботизированное оборудование сегодня внедряют чаще всего.
Машиностроение и автомобилестроение
В этих областях роботы задействованы почти на всех этапах производства. Для сварки металлоконструкций и кузовов, нанесения краски, клеевых составов и герметиков используют манипуляторы. Они также участвуют в сборке узлов, где требуется высокая точность и повторяемость движений.
Для работы с тяжелыми заготовками применяют роботизированные комплексы: они подают детали на металлорежущие станки, снимают их после обработки и передают дальше по цепочке.
Вспомогательные роботы решают задачи паллетизации и внутренней логистики: перекладывают изделия, формируют партии и транспортируют их на склад.
Пищевая и фармацевтическая промышленность
На предприятиях пищевой отрасли роботы берут на себя фасовку и упаковку продукции, а также контроль маркировки. Манипуляторы и роботы-укладчики помещают изделия в тару и формируют партии с точностью и скоростью, недостижимыми при ручной работе.
В фармацевтике применяют роботизированные системы для дозирования и наполнения емкостей, проверки формы и массы изделий, герметичности упаковки. Здесь высокие требования к стерильности и качеству, поэтому широко используют коботов и системы машинного зрения: они снижают количество ручных контактов с продуктом и позволяют фиксировать малейшие отклонения.
Этапы внедрения промышленных роботов на предприятии
Роботизацию внедряют пошагово. Четкая последовательность действий помогает избежать ошибок и быстрее добиться стабильной работы системы.
Аудит производства и выбор оптимальных решений
Сначала анализируют текущие процессы: замеряют время производственного цикла, фиксируют простои, оценивают уровень брака и условия труда. На основе этих данных определяют задачи, где автоматизированные решения дадут наибольший эффект.
Дальше, чтобы проверить, как роботизация повлияет на работу участка, используют цифровое моделирование. В симуляцию закладывают размеры и массу деталей, рабочие зоны станков и робота, траектории движения манипулятора и скорость операций. Модель показывает, достанет ли робот до нужных точек, не столкнется ли с другим оборудованием, как изменится время выполнения задачи.
Это очень важный этап: лучше все тщательно просчитать и устранить все ошибки заранее, чем менять уже смонтированное оборудование и перенастраивать участок после установки.
Интеграция роботизированных систем
Когда оборудование доставлено, начинается монтаж. Робота закрепляют на подготовленной площадке, подключают к электросети и системе управления. Настраивают оснастку под конкретные детали, проверяют работу датчиков и систем безопасности.
Затем отлаживают взаимодействие робота с технологической линией. Он должен вовремя получать команды, передавать данные о выполнении операций и синхронизироваться со станками и транспортными системами.
Обучение персонала и техническая поддержка
Запуск нового оборудования требует подготовки команды. Операторов учат управлять программами и менять оснастку, наладчиков — калибровать систему и устранять сбои, инженеров — подключать роботов к линии и работать с данными.
Как только система начинает работать, вводят регламент обслуживания. Плановые проверки и своевременная замена расходников снижают риск аварийных остановок. В договоре с поставщиком фиксируют сроки реакции сервисной службы, возможность удаленной диагностики и перечень запчастей, которые должны быть на складе. Это позволяет быстрее восстанавливать работу и избегать простоев.
Перспективы роботизации промышленности
Технологии совершенствуются год от года. Сегодня роботизация промышленности развивается в двух направлениях: применение искусственного интеллекта (ИИ) и переход к автономным линиям. Эти подходы повышают эффективность уже внедренных решений и открывают новые возможности для производства.
Искусственный интеллект и машинное обучение
Искусственный интеллект расширяет возможности промышленных роботов. Он обрабатывает данные с датчиков и систем машинного зрения, находит дефекты по образцам и автоматически корректируют параметры работы оборудования. Чем больше данных накапливает система, тем точнее выполняются операции и тем ниже разброс по качеству.
ИИ также применяют для автоматической переналадки при смене партии, выбора оптимальной последовательности операций и координации работы нескольких роботов в линии. Эти функции делают производство более гибким и устойчивым к изменениям.
Внедрение искусственного интеллекта — это возможность повысить эффективность без полной замены парка оборудования: ИИ-модули можно встроить в действующие линии.
Полностью автономные производственные линии
Автономные линии — это комплексы, где роботы не просто выполняют все операции без участия человека, но и сами управляют процессом. Система принимает все ключевые решения: распределяет задачи между установками, запускает контроль качества, проводит переналадку оборудования под новую партию и корректирует параметры обработки, основываясь на данных с датчиков. Оператору не нужно вмешиваться — его роль сводится к наблюдению и сервисному обслуживанию.
Сейчас предприятия в России внедряют такие решения точечно, чаще на участках с большим объемом операций и высоким риском ошибок. Ключевое преимущество в том, что переходы между этапами выполняются автоматически, без ожидания и ручных действий, поэтому производственный процесс идет непрерывно и предсказуемо.
Для промышленности роботизация стала закономерным этапом развития. Она гарантирует бизнесу предсказуемость и устойчивость, которых сложно достичь при традиционной организации труда. Внедрение промышленных роботов требует значительных финансовых затрат и подготовки команды, но результат — высокотехнологичное производство, которое не зависит от человеческого фактора, работает без перебоев и позволяет получать качественную продукцию.
