Комплексная автоматизация производства всегда являлась важнейшим направлением индустриального развития России.
В условиях новейшей экономической ситуации требуется не просто автоматизация производственных процессов, а переход на отечественное оборудование и программное обеспечение. При этом важно понимать, что речь идёт не просто о механическом копировании зарубежных образцов: время требует создания уникальных отечественных разработок, способных вывести нашу страну в мировые лидеры.
Выступая на пленарном заседании Петербургского международного экономического форума, президент России Владимир Путин сказал, что импортозамещение — это не панацея, не кардинальное решение. «Если мы будем лишь повторять других, пытаться заменить, пусть и самыми качественными копиями, чужие товары, то рискуем оказаться в позиции постоянно догоняющих, а надо быть на шаг впереди, создавать собственные конкурентные технологии, товары и сервисы, которые способны стать новыми мировыми стандартами» [1].
Комплексная автоматизация направлена на повышение производительности труда, рост качества продукции, усиление конкурентоспособности, сокращение сроков создания новой продукции.
При решении задач комплексной автоматизации важную роль играет своевременное внедрение передовых информационных технологий (ИТ). В настоящее время применение ИТ является непременным условием для создания высокоэффективного производства, обладающего широкими потенциальными возможностями для переналадки или полного перепрофилирования. В свою очередь, только подобное гибкое производство позволяет обеспечить по-современному высокий уровень конкурентоспособности.
Перспективным направлением автоматизации промышленного производства является создание виртуальных производственных систем.
В основе виртуальных производственных систем лежит компьютерное моделирование, которое позволяет не только создать информационную модель производства, но и проанализировать его возможности, выявить узкие места, сформировать систему комплексного управления, модифицировать параметры работы. Подобная компьютерная модель позволит выявить причины неэффективных затрат, сократить количество экологически вредных выбросов. Серьёзным преимуществом компьютерного моделирования производственных процессов является масштабируемость. Появляется возможность не только прогнозировать производственный процесс в условиях реального предприятия, но и предсказать потребительские свойства продукции, ещё на стадии НИОКР.
Практика показывает, что рациональнее всего производить моделирование производства с уровня цеха. Разработка виртуального цеха даёт возможность детально рассмотреть его функционал. Выполненная дефрагментация производственных процессов позволит сымитировать свойства и признаки, подбирая наиболее преимущественные варианты.
Имея на первом этапе только некий дизайнерский образец, с помощью компьютерного моделирования возможно в конечном итоге получить цифровую модель и промышленный прототип. Виртуальная модель будет выступать в роли своеобразной базы данных, информация которой будет содержать всё многообразие данных о продукции. При этом промышленный прототип позволит подтвердить или, наоборот, опровергнуть сведения, полученные расчётным путём.
Виртуальное цифровое производство позволяет разработчикам масштабировать технологические процессы, параллельно разрабатывать несколько типов продукции.
Подобные подходы позволяют максимизировать прибыль производства за счёт экономии на издержках в период разработки. Создаваемый промышленный прототип ещё на уровне концепции может быть подвергнут всестороннему анализу и проверке прежде, чем будет передан в серийное производство. В итоге повышается гибкость бизнеса, руководство предприятия обеспечивает себе контроль объёма затрат, увеличивается доходность предприятия.
Немаловажным преимуществом внедрения виртуального производства является возможность операторам робототехнических комплексов обмениваться информацией об особенностях выпускаемых узлов и деталей, таким образом минимизируя неизбежные при запуске серийного производства, издержки. Другим дополнительным преимуществом является возможность выявления наиболее критических производственных участков, чувствительных в моменты пиковых загрузок производства.
От виртуального производства к комплексной роботизации
Внедрение виртуального производства является логическим началом роботизации производства.
Применение роботов обеспечивает универсальность, гибкость и автономность управления производственного процесса. Использование робототехнических комплексов позволяет создать современное предприятие с высокой производительностью труда и конкурентоспособностью (рис. 1–2).
Рис. 1. Чтобы сохранить конкурентоспособность, автопроизводители внедряют роботизированные конвейерные линии
Рис. 2. Автоматизация ручных рутинных операций позволяет повысить производительность труда и привлечь молодые кадры на предприятие
В машиностроении роботы выполняют на только вспомогательные функции, такие как погрузка, упаковка, но и другие операции: сварка, резка, сборка. При этом роботизированным может быть не только отдельный производственный процесс, но и целиком цех или участок.
Вполне логично, что роботы эффективно встраиваются в состав производственных линий, предполагающих несколько операций в нужной последовательности.
В настоящее время узким местом роботизированных комплексов является процесс передачи полуфабрикатов от одного аппарата к другому. В связи с этим более эффективным решением является проектирование роботизированных линий, включающих в себя несколько автоматических комплексов, связанных между собой средствами транспортировки и единым управлением.
Наиболее эффективным является решение, которое предусматривает формирование отдельного участка, состоящего из нескольких промышленных роботов, способных изменять последовательность технологических операций между собой.
На современном этапе развития производства обоснованно говорить не столько об отдельных роботах, сколько о роботизированных комплексах, которые смогут выступать в качестве ядра производственно-технологического процесса.
В состав роботизированного комплекса входит не только сам робот, но и система управления, а также блок внутрицеховой логистики: транспортёры и манипуляторы для подачи полуфабрикатов и передачи деталей на комплекс последующей обработки.
Значительная часть руководителей предприятий до настоящего времени сохраняет иллюзии, что внедрение одного или нескольких роботов позволит автоматизировать производство.
Вместе с тем мировой опыт показывает, что для полной автоматизации технологического процесса, когда производственная линия работает полностью без участия человека, необходимо автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции.
Существующие сейчас роботизированные устройства позволяют не только выполнять сварку, сверление, шлифование, но и удалять стружку, контролировать уровень заточки резцов, заменять затупившиеся инструменты, производить общий мониторинг качества выпускаемых деталей.
Большинство членов экспертного сообщества в области машиностроения утверждает, что промышленные роботы освобождают значительные человеческие ресурсы. Более того, труд сотрудников машиностроительных предприятий перестаёт быть связанным с предельно напряжёнными условиями труда: шум, загрязнённая атмосфера, однообразные, примитивные ручные операции. Подобные условия труда в третьем десятилетии двадцать первого века диктуют необходимость внедрения промышленных роботов.
В настоящее время отечественное машиностроение сталкивается с существенной нехваткой квалифицированного рабочего персонала: сварщики, слесари, монтажники, электромеханики. В такой ситуации замена человеческого труда на робототехническое производство во многих случаях является единственным выходом, особенно в новейших экономических условиях, когда перед страной стоят масштабные планы по импортозамещению.
Внедрение промышленных роботов позволяет не только заместить труд людей, но и существенно повысить качество продукции. Процессы замещения однообразных ручных операций и повышения качества продукции являются взаимодополняемыми. В процессе рутинной работы человек чаще ошибается, а, следовательно, снижается качество выпускаемых изделий. Внедрение робототехнических устройств повышает производительность труда и ведёт к росту качества продукции.
Современный период характерен глобальным переходом деятельности компаний на стандарты деятельности ESG (Environmental, Social, Governance) — совокупность принципов социально ответственного ведения бизнеса. Применение данных стандартов означает, что компания бережно заботится об экологии (E, Environmental — экологичный), трудовые права сотрудников организации надёжно защищены (S, Social — социальный), менеджмент и учредители стремятся реализовать эффективное и прозрачное управление.
В настоящий момент, к сожалению, появилась скептическая точка зрения, что в нынешний переходный период повсеместный переход на ESG-стандарты затратен и преждевременен. Вместе с тем по-настоящему дальновидное руководство осознаёт, что рано или поздно российская продукция выйдет на зарубежные рынки. Не только в так называемых западных странах ESG-стандарты являются востребованными: значительная часть государств Латинской Америки и Юго-Восточной Азии, включая Китай и Индию, стараются поддерживать подобные принципы хозяйствования.
Комплексная роботизация производства полностью находится в русле процессов внедрения ESG-стандартов. Внедрение передовых ИТ-решений позволяет сокращать вредное воздействие производства на природу, обеспечивает эффективное управление производством. Роботизация сокращает участие людей на опасных для жизни участках производства. При этом важно понимать, что реально ощутимый эффект дают комплексные решения, позволяющие автоматизировать производственный процесс целиком.
В рамках подобных комплексных решений современные роботы оснащаются специальными сенсорными устройствами, которые наделяют их интеллектуальной системой технического зрения. В результате применения подобных устройств роботы становятся автономными и способны без участия человека не только комплектовать изделия из готовых заготовок, но и производить сборку сложных механизмов, требующих пространственного ориентирования.
От робота программного к интеллектуальному
В настоящее время понятие «робот» объединяет несколько типов и видов автоматических или автоматизированных устройств. Конечно, в той или иной мере каждое из таких устройств способно выполнить основные функциональные задачи производства, в том числе освободить человека от тяжёлого монотонного труда и повысить качество продукции. Вместе с тем, в условиях массового, крупносерийного производства под словом «робот» понимается автомат, то есть автоматический робот, выполняющий работу без или с незначительным участием человека.
Набольшее распространение получили роботы с программным управлением (рис. 3). Такие аппараты просты, а самое главное — относительно дёшевы и легко применимы для автоматизации производственных процессов с низким уровнем сложности. Работой устройства управляет процессор в соответствии с единожды заданной программой. Как правило, программные роботы имеют несколько программ, которые могут быть загружены в память компьютера по команде человека. В соответствии с изменением программы меняется и выполняемая роботом операция.
Рис. 3. Роботы способны выполнить широкий спектр операций комплексной обработки изделий, обеспечивая гибкость переналадки, быстроту смены режимов и технологических операций
Обновление программ может производиться специальным сотрудником непосредственно на производственном участке или, в сложных случаях, осуществляться программистами фирмы-вендора, поставляющим роботизированное оборудование.
Более продвинутыми с технической точки зрения являются роботы, оснащённые сенсорными датчиками. Процессор подобного роботизированного комплекса считывает сигналы сенсоров и анализирует поступающую информацию. На основании входной информации процессор самостоятельно, то есть без участия человека, принимает решение о смене программы и запуске другого процесса.
Необходимо отметить, что сам исполнительный механизм адаптивного робота и пакет его программного обеспечения мало чем отличается от программного робота. Вместе с тем в программном обеспечении адаптивного робота присутствуют специальные блоки, именно они позволяют производить замену выполняемого программного обеспечения. Соответственно, к качеству самого программного обеспечения предъявляются более высокие требования.
Следующим этапом эволюционного развития следует считать промышленных роботов, способных к самообучению. В данном случае не требуется разработки программы в привычной для компьютерщиков форме. Человек, применяя специальные приборы, задаёт определённый порядок выполняемых операций. Действия «наставника» фиксируются в памяти робота, после чего процессор автоматически перерабатывает записанные действия в программный код, а полученные программы управляют действиями робота в том или ином технологическом процессе.
Обучаемые роботы имеют наибольшее преимущество при выпуске дорогостоящих малосерийных партий изделий (5–10 штук). В подобных случаях составление отдельной специальной программы под каждую партию является экономически неоправданным, при этом качество каждого изделия в партии должно соответствовать высокой цене.
Интеллектуальные роботы — своеобразный венец промышленных роботов. Подобные устройства не только оснащены сенсорными устройствами и на основе поступающей от них информации, могут анализировать ситуацию: встроенный компьютер способен построить модель обрабатываемой среды, принимать решения об изменении технологического процесса и самое главное — накапливать знания, самообучаться для дальнейших действий без участия человека. Вероятно, подобного рода системы, на сегодняшний день кажутся достаточно фантастичными, а их внедрение из-за достаточно высокой стоимости — экономически малоэффективным. В то же время простейшая ситуация, когда в партии промышленных заготовок оказался экземпляр с изменённым составов сплава, из-за разности твёрдостных характеристик способна остановить технологический процесс и потребовать программной перенастройки системы. А роботизированный комплекс с элементами искусственного интеллекта решит подобную задачу без остановки производства.
Роботизация в русле «умного» импортозамещения
В настоящее время страна столкнулась с беспрецедентными вызовами в экономике. В подобной ситуации требуется трезвая оценка ситуации, безусловно сделать всё за два-три года не получится. Необходима вдумчивая, гибкая политика в области импортозамещения.
Бесперспективным является курс на технологическую изоляцию, попытка делать всё сами, своими руками. Российская Федерация была и останется частью глобального индустриального мира. Недальновидная политика ряда недружественных стран неспособна остановить поступательное развитие. Кроме того, экономические партнёры из других регионов готовы продолжать ответственное и по-настоящему деловое сотрудничество. К счастью, в области робототехники эти страны могут нам многое предложить.
Продуманный подход в части практической реализации политики импортозамещения диктует выбор наиболее приоритетных направлений, на которые должны быть направлены усилия в первые месяцы и годы. Отечественный и мировой опыт показывают, что машиностроение, авиастроение, производство энергетического оборудования способны стать своеобразными локомотивами, которые сумеют разогнать экономику страны в целом [2]. В рамках развития тяжёлого машиностроения внедрение автоматических роботизированных производств станет дополнительным драйвером роста. И позволит преодолеть негативные кризисные последствия, вызванные введением санкций.
Литература
1. Пленарное заседание Петербургского международного экономического форума. 17 июня 2022 года. URL: http://www.kremlin.ru/events/president/news/68669
2. Государственная корпорация «Ростех» / Официальный сайт / Генеральный директор Сергей Чемезов: «Откуда пренебрежение к российскому?». 15 июня 2022 года. URL: https://rostec.ru/news/sergey-chemezov-otkuda-prenebrezhenie-k-rossiyskomu-/?sphrase_id=4878285
Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 5-2022