Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
27.10.2015

Анализ современного состояния применения роботов в промышленности

Терентьева Екатерина Игоревна
студент ФМЭСИ РЭУ им. Г. В. Плеханова, г. Москва, Российская Федерация
Аннотация: Данная статья посвящена промышленной робототехнике, ее месту в современном производстве, основных областях применения и перспективах развития. Дана небольшая характеристика основных видов промышленных роботов, особенности их применения в отраслях производства, приведены статистические данные о положении робототехники на мировом рынке, сделаны выводы о значении робототехники в промышленности и путях ее развития.
Ключевые слова: промышленный робот, робототехника, робот-манипулятор, робот-укладчик, робот-сварщик, окрасочный робот, сборочный робот, система автономного программирования, энергоэффективность, адаптивность
Электронная версия
Скачать (569.9 Kb)

Робототехника на современном рынке

Сегодня на промышленных предприятиях крайне востребованы автоматизированные системы, актуальны инновационные решения, которые помогают наладить эффективную производственную работу и в то же время минимизировать отрицательное воздействие на работников.

Все это способствовало внедрению на предприятия промышленных роботов, отличающихся своей высокой производительностью, не требующих время на отдых, исключающих из своей работы ошибки.

Для того, чтобы оценить текущее положение дел в сфере робототехники, воспользуемся данными Международной федерации робототехники. Согласно прогнозам, в 2016 году планируется продать около 250 000 промышленных роботов. При этом страны Азии закупают наибольшую их часть (64%), затем идет Европа, на которую приходится около 20% объема закупок, и США, чья доля составляет около 16%. (Рис. 1)

Рисунок 1. Ежегодные продажи промышленных роботов в мире

Рисунок 1. Ежегодные продажи промышленных роботов в мире

Рассматривая статистику применения роботов по отраслям, наибольшей популярностью пользуется автомобилестроение, в котором лидирующую позицию по роботизации отрасли занимает Япония, следом за ней идут Италия, Германия и США. Наиболее востребованными с точки зрения применения роботов в производстве работами являются грузопереноска (40%), сварочные работы (28%), работа в чистых помещениях (14%).

Исходя из наблюдений увеличения продаж в сфере робототехники, можно утверждать о расширении сферы ее употребления. Развитие производства мотивирует производителей совершенствовать технические особенности выпускаемой продукции, переходить на новые, более легкие и в тоже время долгосрочные материалы, применять передовые технологии в разработках. Именно такими особенностями обладают роботы – относительная простота в эксплуатировании, возможность выполнять монотонные операции, разноплановую работу. Они отличаются высокой стабильностью, не нуждаются в обучении. Одной из главных их особенностей является то, что при необходимости роботизированную технику можно настроить для выполнения другой работы, изменив ее настройки [1, с. 63].

Одной из главных отраслей применения роботов является авиастроение. Роботы отлично подходят для таких повторяемых сборочных операций, как клепка, сверление, сварка и выкладка композитных материалов. Так же роботы участвуют в автоматизации процессов подготовки поверхностей, фасонного фрезерования, окраски, нанесения покрытий и неразрушающего контроля.

Компания Spirit AeroSystems Inc. применяет роботов в некоторых производственных процессах, таких как изготовление фюзеляжа Boeing 787, Boeing 737, Cessna Columbus, пилонов и конструктивных элементов крыльев, компонент реверса тяги, салона и кабины Sikorsky CH-53K [8].

Основные виды промышленных роботов

В современном мире промышленный робот представляет собой механизм наподобие человеческой руки – стандартный антропоморфный робот-манипулятор [2]. Именно этот вид роботов пользуется наибольшей популярностью среди заказчиков. Любой из манипуляторов промышленного робота представляет собой универсальное устройство, как правило, имеющее несколько осей подвижности и фланец для установки инструмента. Наиболее распространенными являются дистанционно управляемые «механические руки», которые закреплены на неподвижном или подвижном основании. (Рис. 2а)

Однако специфика различных применений промышленных роботов заставляет изготовителей разрабатывать специализированных роботов под конкретные задачи. Например, для таких операций, как укладка материалов на поддоны и транспортеры, используются специальные роботы-укладчики. К достоинствам такого робота можно отнести простоту кинематики, за счет чего возможна одна система управления для сразу нескольких роботов, относительно компактные размеры, высокую скорость и энергоэкономичность. С другой стороны, имея 4 управляемые оси, такие роботы могут переориентировать переносимый груз всего в 4 горизонтальных плоскостях. Данную модель на сегодняшний момент можно увидеть в продаже у таких компаний, как: KUKA, Columbia Machine, Möllers North America, Ouellette Machinery Systems, American-Newlong, Frain Industries и др [7].

Еще одна широкая область применения роботов – электродуговая сварка. Согласно исследованиям об использовании промышленных роботов в производстве, в сварочных работах задействовано почти 20% всех промышленных роботов, половина из которых применяются в США.

За счет применения аргонно-дуговой (TIG, MIG, MAG) или точечной сварки (RWS) с использованием промышленного робота-сварщика работа становится эффективнее, качественнее и быстрее.

На сегодняшний день популярна роботизация процесса лазерной сварки (LBW). Ее преимуществом является то, что при небольшом воздействии на изделие возможна фокусировка лазера на точке с варьированием от 0,2 мм, что обеспечивает качественную сварку.

Дистанционность сварки и увеличение диапазонов использования сварочного процесса достигаются за счет длины фокусировки, которая составляет до 2 метров. Метод автоматизации сварочного процесса применяется в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, приборостроение, медицине и т.д.

Роботы-сварщики позволяют экономить производственное время в несколько раз. Это достигается за счет модернизации сварочной оснастки, что обеспечивает быстрый цикл сборки конструкции.

Также большое значение имеет многофункциональность таких роботов. Например, можно сделать сварку посредством смены горелки или режимов сварки без переустановки детали. (Рис. 2б) 

Рисунок 2. Робот-манипулятор OWI-535 и робот-сварщик TB-1400
Рисунок 2. Робот-манипулятор OWI-535 и робот-сварщик TB-1400

Существуют также роботы для окраски и напыления. Их конструкция предполагает наличие полого компактного герметичного полого запястья, форма которого позволяет надеть на него чехол для защиты робота от внешних загрязнителей. У этого запястья сквозной канал для того прямого доступа к распылительной форсунке. Производители роботов этой модели – фирмы Yaskawa, Kawasaki, Swamiali Automation, Gridbots Technologies Private Limited и др [6].

Своей особенной конструкцией выделяются двурукие сборочные роботы. Они относительно нетяжелые и компактные, как правило оснащены двумя основными манипуляторами-«руками», способными двигаться в семи плоскостях, а также дополнительными манипуляторами, которые могут собирать мелкие детали. Такие роботы предназначены для того, чтобы работать в непосредственной близостью с людьми, поэтому безопасности отведено повышенное внимание.

Важный вопрос в процессе использования роботов в производстве является их программирование [5]. Зачастую программировать робота посредством ручного обучения точек программной траектории является слишком дорогостоящим и технически сложным процессом, поэтому сегодня многие компании отдают предпочтение системам автономного программирования.

Эта система позволяет моделировать в 3D-графике программы для одного или нескольких роботов, что используется в таких отраслях, как окраска, сварочные работы, укладка грузов. Даже для более сложных процессов эта система будет полезна в качестве подготовительного этапа. (Рис. 3)

Рисунок 3. Система автономного программирования CAD-CAM

Рисунок 3. Система автономного программирования CAD-CAM

Одним из самых острых и актуальных вопросов в мире робототехники является вопрос безопасности. Основные положения безопасности для промышленных роботов регламентированы в международном стандарте ISO 10218 (Robots and robotic devices – Safety requirements for industrial robots), к которому также выпущено дополнение – «Роботы и робототехнические устройства. Требования безопасности для промышленных роботов. Робототехнические системы и интеграция».

Перспективы использования приложений виртуальной реальности для промышленных роботов не так велики, как например, для компьютерных игр, но все же, в некоторых случаях, например, при работе на труднодоступных или опасных для человека местах, очень актуальны. Разработчики технологии IVRE (Immersive Virtual Robotics Environment), позволяющей в виртуальном пространстве не только управлять роботом, но и пользоваться виртуальным меню и другими объектами в ходе работы, считают, что преимущество их изобретения в том, что теперь движения робота программируются гораздо быстрее, чем посредством традиционного программирования.

Направления развития роботизации

Робототехника является одной из важных отраслей развития промышленности. На сегодняшний момент главные покупателями промышленных роботов являются крупные предприятия. Несмотря на это, малые и средние компании также являются востребованным покупателем промышленной робототехники, так как играют существенную роль на рынке. В Европе главными проблемами, препятствующими развитию робототехники, являются [3]:

  • низкая осведомленность потенциальных потребителей о способах и преимуществах применения робототехники;
  • опасения пользователей по поводу сложности системы;
  • высокая стоимость покупки робота и внедрения его в производство;
  • несоответствие функций системы постоянно изменяющимся потребностям на производственном рынке.

Для того чтобы быть конкурентоспособными, робототехнические системы должны обладать следующими свойствами:

  • относительная простота в управлении;
  • удобство в использовании;
  • простота настройки;
  • адаптируемость к изменениям;
  • безопасность в использовании;
  • эргономичность внешнего вида;
  • энергоэффективность, обеспечение автономного энергоснабжения;
  • многофункциональность.

Наиболее важными направлениями развития робототехники являются: разработка интеллектуальных систем управления роботами и внедрение средств виртуальной реальности в управление роботами. Некоторые направления реализации виртуальной реальности в управлении предприятиями приведены в [4].

Специалисты в области робототехники стремятся к повышению автономности роботов, возможности их функционирования в неструктурированной среде, к развитию методов безопасного взаимодействия робота с человеком, упрощению систем программирования.

Выводы

Исходя из приведенных данных, можно уверенно сказать о большой важности робототехники для современного производства. Постоянные изменения, совершенствования в технологиях промышленности открывают новые востребованные сферы применения роботов, что позволяет автоматизировать многие процессы на производстве, повышает его эффективность.

Роботы становятся многофункциональными и в тоже время специализированными под конкретную задачу, простыми в управлении и эксплуатации. Разработчики нацелены на дальнейшее увеличение адаптивности, мобильности, безопасности, простоты интеграции и применения роботов.  

Список литературы:

1. Иванов А.А. Основы робототехники. М.: Форум, 2012. – С. 224 (дата обращения: 30.09.2015).

2. Петреченко В. А. Потенциал российских инноваций на рынке систем автоматизации и робототехники: сайт - URL: http://www.rusventure.ru/ru/programm/analytics/docs/Otchet_robot-FINAL%20291014.pdf (дата обращения: 30.09.2015).

3. Попов А. А., Корнеева С. А. Предпосылки применения технологий для реализации виртуальной реальности в информационных системах в экономике // Экономика. Управление. Право. – 2012. - №4-1(28). – С.44-49 (дата обращения: 30.09.2015).

4. Тягунов О. А. Математические модели и алгоритмы управления промышленных транспортных роботов // Информационно-измерительные и управляющие системы. — 2007. — Т. 5, № 5. — С. 63—69 (дата обращения: 30.09.2015).

5. International Federation of Robotics – IFR: сайт. - URL: www.ifr.org (дата обращения: 30.09.2015).

6. http://www.eu-robotics.net/about/about-eurobotics-aisbl/ (дата обращения: 30.09.2015).

7. http://www.kuka-robotics.com/russia/ru/ (дата обращения: 30.09.2015).

8. http://tehplaneta.ru/category/robototekhnika (дата обращения: 30.09.2015).