Мир становится все более цифровым и прогрессивным. Об этом можно судить, например, по тому факту, что количество роботов, установленных в промышленности по всему миру, за последние десять лет увеличилось более чем втрое.
Робототехника является новым средством комплексной механизации и автоматизации производства, техникой последних поколений, дающей наивысшую эффективность.
Робототехника - это новое комплексное научно-техническое направление, включающее разработку, создание и использование манипуляторов, роботов и роботизированных технологических комплексов, а также связанные с этим организационные, социально-экономические и психологические аспекты, требующие нового научного подхода. Успешно работая в разных сферах, она постепенно доказывает свои преимущества.
Автоматизация с помощью роботов обеспечивает производительность, гибкость и безопасность
Идея замены человеческого труда машиной известна с древних времен. Промышленный робот стал еще одним шагом в развитии гибкой автоматизации для оптимизации производства с возможностью не только постоянно повторять одни и те же операции с гарантированной точностью, но и с возможностью простого перепрограммирования в случае изменения производственной программы пользователя.
Концепция начинается с простых рабочих мест, где робот оснащен позиционером для размещения приспособлений и позиционирования деталей на двух или более станциях, для всей роботизированной производственной линии, где функция приспособлений, включая загрузку и разгрузку деталей, решается роботами.
Важными помощниками в мире современной автоматизации в настоящее время являются широко используемые вспомогательные системы, такие как системы визуализации или камеры, которые позволяют роботам удалять и манипулировать крупными деталями.
Однако надежность роботов, их программного обеспечения, высокая производительность и простота эксплуатации являются необходимыми предпосылками для правильного функционирования этих устройств и систем.
Уровень и способы автоматизации производства существенно зависят от его вида и масштабов, и если в массовом и крупносерийном производстве наиболее оправданным является использование автоматических линий, то в среднесерийном и мелкосерийном и единичном производстве комплексная автоматизация стала возможной с появлением ЭВМ, станков с ЧПУ и промышленных роботов.
На базе технологического оборудования с числовым программным управлением и промышленных роботов компонуются многономенклатурные линии, участки, цеха, получившие название гибкого автоматизированного производства.
Основным принципом построения таких гибких производств является модульность. Автоматизация гибкого производства развивается от простого к сложному - первоначально создаются и внедряются гибкие производственные модули (ГПМ), на их основе строятся гибкие производственные комплексы (ГПК) и, наконец, гибкие автоматизированные производства (ГАП).
Роботы нового поколения проще устанавливать и программировать и в то же время им легче общаться друг с другом
Дальнейшим их развитием является создание практически безлюдного автоматического производства, где гибкие автоматизированные производства дополняется системами автоматизированного проектирования выпускаемых изделий (САПР) и технологической подготовки их производства, планирования и диспетчерского управления (АСУП).
Основной структурной единицей гибких производственных модулей любой сложности являются роботизированные технологические комплексы (РТК), которые могут быть образованы на основе одного промышленного робота, обеспечивающего индивидуальное или групповое обслуживание состыкованного с ним оборудования или законченный цикл обработки изделия (например, сварки), либо на базе нескольких промышленных роботов, выполняющих взаимосвязанные операции.
Универсальность большинства промышленных роботов делает возможным их широкое применение в составе роботизированных технологических комплексов для различных видов производства.
Достижения роботизированных технологий способствуют все более широкому использованию роботов
Интенсивное внедрение в настоящее время и в перспективе промышленной робототехники обусловлено рядом причин.
Прежде всего, создание и широкое внедрение промышленных роботов и манипуляторов, позволяющих интенсифицировать различные технологические процессы и операции, исключить применение ручного малоквалифицированного и монотонного труда, особенно в тяжелых, опасных, и вредных для человека условиях.
В ближайшие годы в промышленности значительное увеличение выпуска продукции должно обеспечиваться за счет внедрения новых видов техники и прогрессивных технологий. Хотя доля ручного труда в промышленности снизилась, в мире сегодня все еще занято ручным трудом миллиона человек.
Многочисленные обследования условий труда показывают, что около 30 % работающих испытывают неблагоприятное воздействие шума, 30 % должны работать по строго регламентированному режиму, 25 % подвергаются действию сырости, жары или холода, 20% трудятся в физически неудобном положении или находятся в условиях дыма и испарений, 20 % вынуждены затрачивать большие физические усилия, а 15 % работают в ночное время.
Указанные стресс-факторы часто действуют в совокупности, поэтому около 40 % рабочих испытывают одновременное воздействие двух, а около 25 % - трех и более факторов. Соответственно внедрение робототехники дает существенное сокращение доли ручного, тяжелого, вредного и утомительного труда (социальный фактор).
Промышленные роботы могут выполнять задачи, которую раньше могли выполнять только люди
Кроме того, изменился характер производства - около 80 % изделий изготовляется малыми сериями. Автоматизация производства поэтому становится одним из существенных рычагов повышения производительности труда в мелкосерийном производстве (экономический фактор).
Робототехника позволяет решить проблемы двух- и трехсменной работы, повысить коэффициент загрузки оборудования и ритмичность его работы, улучшить качество изделий и снизить их себестоимость, в первую очередь при мелкосерийном производстве.
Она создает предпосылки для перехода к качественно новому уровню - созданию гибких автоматизированных производственных систем, допускающих возможность быстрой переналадки для выполнения операций с другой последовательностью и характером действий и работающих с минимальным участием человека.
Между человеком и машиной происходит еще большее сближение: они все чаще работают рука об руку и без защитного ограждения
Основные технические характеристики промышленных роботов определяются областью применения и условиями производства, для которых они предназначаются.
Описание и характеристики современных промышленных роботов содержатся в статьях: Промышленные роботы в современном производстве и Классификация промышленных роботов
Исследования показывают, что при использовании на отдельных операциях один промышленный робот в зависимости от сменности работы заменяет 1 - 3 рабочих, повышает производительность труда на 60 - 80 % и снижение затрат на подготовку производства на 45 - 50 %.
При групповом использовании эффективность промышленных роботов резко возрастает: производительность увеличивается не менее чем в 3 - 5 раз, а в отдельных случаях в 8 - 10 раз, относительно уменьшаются капитальные вложения и расходы на обслуживание, повышаются интенсивность и ритмичность производства, сменность, качество продукции, сокращается количество брака.
Автомобильная промышленность лидирует: она использует интеллектуальные производственные решения и промышленных роботов вместо сборочных линий, которые доминируют в традиционном производстве более 100 лет
Среди направлений сокращения ручного и тяжелого физического труда кроме роботов важное место отводится также наиболее простым устройствам - манипуляторам, как средству комплексной механизации производства.
На производстве, где нет необходимости в защите человека от окружающей среды и в частой загрузке-разгрузке оборудования, распространение получили манипуляторы с командным управлением, отличающиеся тем, что человек-оператор включает последовательно по отдельности приводы каждого звена.
Такие роботы-манипуляторы наиболее просты по конструкции, относительно дешевы и их использование не ведет к изменению технологического процесса, так как они легко вписываются в существующую технологию. Универсальность, незначительная стоимость и высокая эффективность на погрузочно-разгрузочных операциях - отличительные их качества.
Современные роботы-манипуляторы дают новые возможности в сфере труда
Многие виды работ, в частности, механосборочные, строительно-отделочные, подъемно-транспортные, складские и ремонтные могут быть в ближайшее время механизированы исключительно с помощью манипуляторов.
По расчетам, удовлетворение потребностей промышленности в роботах-манипуляторах позволит сократить численность рабочих ручного труда по более чем 30 профессиям: слесарей на 4 %, ремонтников - на 3, упаковщиков - на 5, кладовщиков - 2,5, транспортировщиков - на 3 и грузчиков - на 5 %
В результате инноваций в области сетевых технологий в производственных секторах появляется все больше и больше роботов, которые только недавно открыли для себя автоматизацию. Примерами этого являются промышленность продуктов питания и напитков, текстильная промышленность, деревообрабатывающая промышленность и промышленность пластмасс.
До недавнего времени применение стандартных типов промышленных роботов сопровождалось рядом мер безопасности и предотвращения несчастных случаев. В этом отношении новый тип роботов (коллаборативных роботов), иногда называемых «коботами» является совершенно революционным решением.
Изучение и разработка роботов «коллаборативного» типа с самого начала были сосредоточены на безопасности и в то же время на возможности его интеграции в рабочие линии с людьми-операторами.
Еще в последнее десятилетие промышленные роботы были ограждены. Но затем появились коллаборативные роботы. Суть термина «сотрудничество» означает, что он может работать вместе с людьми.
Как это может выглядеть и почему не опасно? Конструкция робота такова, что он имеет ограниченную мощность и мощность, включая функцию, которая немедленно останавливает робота при обнаружении столкновения, что можно сделать несколькими способами. Во многих приложениях этот робот может использоваться без защитного ограждения.
Сегодня производители роботов могут предложить своим клиентам тип робота, который отвечает самым строгим требованиям по своим характеристикам и в то же время имеет ряд других преимуществ, которые можно особо выделить:
- одновременная работа с человеком-оператором,
- экономия места,
- простая настройка,
- высокая производительность,
- точность,
- надежность.
Роботы для совместной работы все еще в новинку. Возможности их применения еще не полностью раскрыты. В настоящее время коботы являются наиболее широко используемыми в производстве электроники, но их возможности также успешно применяются в других отраслях. Благодаря своей гибкости и простоте использования они также найдут свое место в сфере логистики и услуг. Наше исследование показывает, что к 2024 году на эти непроизводственные области будет приходиться 21,3% продаж коботов. Наши маленькие дружелюбные коботы имеют потенциал для значительного роста по сравнению с другими типами роботов!
Если рабочий выполняет повторяющуюся задачу в течение многих часов в день, часто относительно легко внедрить на его место коллаборативного робота за относительно короткий период времени благодаря простому программированию и настройке и без всех защитных мер, необходимых для традиционных промышленных роботов.
По тем же причинам коллаборативный робот также намного более доступен (не только стоимость робота ниже, но и стоимость установки за счет устранения времени, необходимого для технической поддержки и настройки оборудования «роботизированная ячейка»), и поэтому его легче оправдать финансово.
Лучшие примеры успешного внедрения таких роботов - это производственные объекты, где есть несколько станций, выполняющих один и тот же тип процесса, например, технологические процессы с несколькими станками с ЧПУ.
В настоящее время создание и внедрение робототехники должно признано одним из приоритетных направлений развития промышленности.
Разработкой и производством промышленных роботов занято более тысячи компаний. Все крупные компании начинают вкладывать капитал в производство промышленных роботов. Создаются новые, специализирующиеся на этой продукции компании, а также компании-посредники по внедрению промышленных роботов.
Во всех развитых странах созданы национальные ассоциации по промышленной робототехнике, а в отдельных странах работа в этой области возведена в ранг государственной программы.
В России создана Национальная Ассоциация Участников Рынка Робототехники (НАУРР), цель которой развитие рынка робототехники, расширение международных связей и популяризация робототехники.