Коллаборативные роботы: реальные решения для нехватки кадров в производстве

Являются ли коботы ответом на дефицит квалифицированных рабочих в обрабатывающей промышленности?

Спросите владельца любого станочного цеха или предприятия по обработке листового металла о главном препятствии для роста бизнеса, и вы, скорее всего, услышите один и тот же ответ — дело не в нехватке оборотного капитала, ни в отсутствии передовых технологий, а в чем-то более базовом: необходимости найти кого-то, кто нажмет зеленую кнопку или упакует коробки. «Мы не можем найти достаточно людей», — скажут они.

К обиде добавляется тот факт, что те, кто каким-то образом решил свои кадровые проблемы — через партнерство с местными профессиональными школами или внутренние программы развития персонала — все равно сталкиваются с не менее серьезным препятствием: жесткой конкуренцией со стороны производителей из стран с низкой стоимостью труда. Как можно держаться на плаву, когда фонд оплаты труда конкурента составляет лишь долю от вашего?

Усилители рабочей силы

Решение очевидно: автоматизируйте. Пройдитесь по проходам любого автомобильного завода, и вы наверняка увидите орды желтых, оранжевых или белых роботов, обслуживающих длинные сборочные линии. То же самое можно сказать о любом крупном производственном предприятии, где промышленные роботы загружают и выгружают детали из станочных ячеек, наносят краску на проходящие заготовки или соединяют компоненты в автоматизированных сварочных ячейках. Проблема кадров решена.

Но что делать остальному производственному миру, где более низкие объемы выпуска делают автоматизацию заведомо сомнительным предложением? Все знают, что промышленные роботы дороги. Им требуются квалифицированные техники для программирования, а также сложные ограждения или световые шторы для предотвращения травм их человеческих коллег. Переустановка с одной задачи на другую отнимает драгоценное время, не говоря уже о необходимости специального концевого инструмента, конвейеров для перемещения материала в зону досягаемости робота и планового обслуживания еще одной единицы цехового оборудования.

Универсальное решение

Хотя происхождение терминов «коллаборативный» и «кобот» до сих пор вызывает горячие споры, одно ясно: около 10–15 лет назад несколько поставщиков робототехники попытались решить проблему сложности с новым подходом к автоматизации. Например, коллаборативный робот UR5 от Universal Robots (Оденсе, Дания) обещал устранить необходимость в защитных ограждениях. Установка, как заявлялось, занимала менее часа. Сенсорный интерфейс был достаточно прост для любого пользователя, а робот был достаточно легок, чтобы его можно было перемещать туда, где он нужен. И с ценой, значительно ниже, чем у сравнимых по размеру промышленных роботов, коботы вскоре должны были появиться в цехах любого размера, как предсказала компания.

Они были правы. Другие робототехнические компании вскоре последовали их примеру, и сегодня практически каждый поставщик промышленных роботов либо производит, либо активно работает над своим ответом на UR5. Коботы стали настолько популярны, что недавний блог на сайте Ассоциации роботизированных промышленностей (RIA; Анн-Арбор, штат Мичиган) предполагает, что текущая доля коллаборативных роботов в 3% увеличится в десять раз к 2025 году.

Впечатляющая цифра, но что это значит для традиционных, менее дружелюбных к человеку роботов — скоро ли они пойдут по пути ременных станков и инструментов из углеродистой стали? И, откладывая в сторону их огромный потенциал роста, действительно ли коботы настолько хороши, как их малюют, или это очередной пример маркетингового хайпа, опережающего реальность?

Меньше — значит больше

Стюарт Шепард, региональный директор по продажам Universal Robots Americas (Анн-Арбор, штат Мичиган), так не считает. У хайпа есть очень веские основания, говорит он, включая меньше ограждений, меньше занимаемой площади и меньшую потребность в обучении операторов.

«Коботы представляют возможность использовать автоматизацию большим количеству компаний и в приложениях, которые ранее не решались», — сказал Шепард. «Они могут стать самым значительным изменением в индустрии автоматизации со времен изобретения ПЛК (программируемых логических контроллеров) и самих роботов».

Производители всех размеров наслаждаются преимуществами, которые коботы приносят на производственный пол, отметил Шепард, добавив, что простота использования в сочетании с низкой совокупной стоимостью владения делает их особенно привлекательными для небольших компаний. Именно это частично объясняет их рост, опережающий среднерыночный, сказал Шепард, хотя он поспешает отметить, что, поскольку внедрение коботов проще, чем промышленных роботов, их применение расширяется за пределы производства, охватывая переработку пищевых продуктов, складскую деятельность, лабораторные и научные приложения.

Переосмысление автоматизации

Несмотря на широту применения, именно в традиционном производственном пространстве коботы чаще всего решают серьезную и всепроникающую проблему, оговоренную выше: нехватку квалифицированных, доступных талантов для работы на заводском полу. Об этом сообщает Джим Лотон, главный операционный директор компании-разработчика коботов Rethink Robotics Inc. (Бостон).

«Благодаря своей способности выполнять задачи, которые до сих пор могли выполнять только люди, коботы играют ключевую роль в устранении этой боли», — сказал он. «Кроме того, они могут занимать рабочие места, которые человеческие рабочие не охотятся брать, включая утомительные, напряженные или откровенно опасные задачи, давая сотрудникам возможность перейти на более желательные роли».

Промышленные роботы десятилетиями с удовольствием брали на себя грязную работу. Что делает коботов такими особенными? Лотон привел несколько аргументов:

• Благодаря встроенным датчикам усилия, коботы идеально подходят для сборки электроники и аналогичной тонкой работы.
• Поскольку они обычно не требуют ограждений, они также отлично подходят для таких задач, как упаковка, тестирование и проверка продукции, а также для любой среды, где присутствуют люди.
• Способность быстро и легко развертывать коботов делает их идеальными для коротких производственных серий и частых переустановок — огромного тренда в производстве.
• Коботы также могут работать рядом с более крупными промышленными роботами, дополняя их работу.
• Большинство коботов можно обучить, просто двигая манипулятор в демонстрации желаемой задачи. Никаких обширных программных пакетов не требуется.
• Для сезонных производителей или тех, кто сталкивается с большими колебаниями клиентского спроса, коботы предлагают надежный, адаптируемый ресурс для периодов пикового спроса.

«Коботы предоставляют производителям возможность автоматизировать гораздо больше сегодня, чем в предыдущие годы, позволяя им оставаться конкурентоспособными и инновационными вне зависимости от отрасли», — сказал Лотон. «Просто скажем: они надежны, эффективны и адаптивны, и помогают компаниям становиться более успешными».

Наступая на ноги

Если вы задаетесь вопросом, где ваш цех может получить часть этого успеха, есть несколько вещей, которые стоит иметь в виду, прежде чем садиться в «Кобот-экспресс». Во-первых, ни один производственный менеджер или владелец цеха не хочет видеть бунт сотрудников из-за воспринимаемой робототехнической революции. При интеграции этой новой технологии на заводском полу важно, чтобы производители дали понять живым рабочим, что коботы пришли помогать им выполнять свою работу, а не заменять их.

Ключ к успешной интеграции коботов также начинается с выбора правильной задачи. Как указывает Лотон, когда кобот не используется или не ценится, это почти всегда связано с тем, что он развернут на неправильной задаче. «Коботы не предназначены для удовлетворения всех потребностей в автоматизации, и некоторые задачи лучше подходят для этой технологии, чем другие», — сказал он. «Здесь становится действительно важным для производителя работать напрямую с поставщиком или дистрибьютором коботов с первого дня, чтобы определить правильное приложение и обеспечить наилучшее возможное использование кобота. Оттуда внедрение и интеграция с существующими процессами проходят гладко и бесшовно».

Зеленый свет

Рик Максвелл, директор по инженерии для общепромышленного и автомобильного сегментов в FANUC America Corp. (Рочестер-Хиллс, штат Мичиган), согласился, добавив, что важно оценить потребность в приложении, чтобы предоставить правильное робототехническое решение. «Это действительно коллаборативное по своей природе, или это лучше подходит для традиционного промышленного робота?» — сказал он. «Определение того, что более уместно для потребностей клиента, во многом определяется требованиями операции к пропускной способности, а также весом и сложностью объекта или детали, которую нужно обрабатывать».

Вот подвох, на который быстро указывают сторонники более традиционной автоматизации: большинство коботов не отличаются молниеносной скоростью. Как отметил Максвелл, коботы лучше всего подходят для простых, прямолинейных приложений типа «pick-and-place» (взять-поместить) и делают это в медленном и устойчивом темпе. Это, безусловно, изменится по мере улучшения технологий коботов, но пока не ждите, что их скорость приблизится к молниеносным движениям промышленных роботов.

Но это нормально. Потребность людей в безопасном взаимодействии с оборудованием в производственных ячейках вполне реальна, и коботы делают это возможным благодаря способности чувствовать неожиданный контакт с объектами в своей рабочей зоне, тем самым устраняя ограничения на совместное использование рабочих станций с людьми. Максвелл сказал: «Это серьезное преимущество в области безопасности и снижения затрат, поскольку позволяет роботу выполнять тяжелые и повторяющиеся операции без необходимости дорогих промышленных барьеров безопасности».

Кто покупает?

Как и другие производители, FANUC получает растущее количество запросов от компаний, ищущих решение с коллаборативными роботами. Довольно иронично, что значительная доля этих запросов исходит от неожиданного источника: крупных производителей, имеющих обширный опыт работы с промышленными роботами. «Возможности для приложений с коллаборативными роботами доступны во всех компаниях, больших и малых», — сказал Максвелл.

Николас Де Кейзер, менеджер по бизнес-линии сборки и тестирования в ABB Robotics (Ауберн-Хиллс, штат Мичиган), наблюдает похожую тенденцию. «Поскольку коботы обычно проще в использовании и менее затратны в интеграции, они очень привлекательны для малых и средних предприятий, делая автоматизацию более доступной», — сказал он. «По сравнению с традиционными роботами, использование коботов, вероятно, более равномерно распределено по всему производственному спектру, в компаниях всех размеров».

Помимо операций «pick-and-place», для чего еще используются коботы? По мнению Де Кейзера и Максвелла, львиная доля будущего роста ожидается от сегмента перемещения материалов, где коботы используются для упаковки деталей, паллетизации коробок, загрузки конвейеров и многого другого, хотя Де Кейзер добавил, что некоторые коботы особенно хорошо подходят для сложных сборочных задач, включая малые или хрупкие компоненты. Они также популярны для обслуживания станков, загрузки и выгрузки токарных станков с ЧПУ и machining centers, например, или извлечения готовых деталей из форм для литья под давлением.

Не так быстро

Независимо от приложения или размера компании, привыкшим к производительности промышленного робота нужно знать несколько вещей, отметил Дэвид М. Роберс, менеджер по продажам робототехники для Америки в Denso Robotics (Вест-Честер, штат Огайо). «Коботы часто продаются для приложений, в которых у них нет дела», — сказал он. «Да, они подходят для базовых задач pick-and-place и для приложений с относительно длинными циклами, но большинство не может конкурировать со скоростью и точностью традиционного промышленного робота».

Их коллаборативная природа также может быть преувеличена. Роберс говорит: «Если вы поставите нож на конец кобота, он перестанет быть коллаборативным. Если вы используете захват, способный ущипнуть чей-то палец, тогда он не считается коллаборативным. Будь то наш продукт или чужой, вы должны оценить, действительно ли решение безопасно, и при необходимости добавить надлежащие ограждения.

Есть также сценарий «что если». Пользователи, привыкшие к способности промышленного робота восстанавливаться при падении детали или отъезжать из глубины заготовки при сбое питания, могут разочароваться, если их блестящий новый кобот потребует человеческой помощи для выхода из неловкой ситуации.

«Если у вас достаточно времени цикла, не требуется экстремальная повторяемость, и людям нужно находиться в зоне работы и вокруг нее, то это достойные приложения для кобота», — сказал Роберс. «В противном случае я могу утверждать, что промышленный робот — лучшее решение, и в зависимости от результатов оценки безопасности, которую любой клиент-робототехник должен провести перед покупкой, может стоить дешевле во внедрении при более высокой производительности. Вокруг коботов много хайпа — люди в восторге от них, и теория за ними верна, но это определенно тот случай, когда покупателям нужно сделать свою домашнюю работу».