Цена шести секунд: как мы два года строили робота, которого в России ещё не было

Команда НПО завода ААМикс рассказывает, зачем создавала собственного робота надевания мешков, что пошло не так и почему автоматизация не уволила ни одного человека.

На производстве сухих смесей есть одна операция, которую принято считать простой: взять мешок и надеть его на фасовочный патрубок. Звучит как задача на полминуты, но когда эту операцию нужно повторять каждые 6 секунд, 8 часов подряд, без перерыва на размышления — простое превращается в невозможное.

Мы в ААМикс столкнулись с этим на проекте в Самаре, где запускали модернизацию существующего завода. Заказчик хотел увеличить производительность и сократить нагрузку персонала, а мы хотели доказать, что это возможно без компромиссов. Получилось не сразу.

Целевой цикл нашего робота: 12 секунд на мешок — это 300 мешков в час, и на первый взгляд цифра выглядит уверенно, но стоит добавить одну переменную, и вся экономика начинает трещать.

Допустим, мешок не оделся с первого раза. Робот запускает повторный цикл — теперь вместо 12 секунд уходит 18. Казалось бы, 6 секунд задержки, что тут страшного? Давайте посчитаем: при цикле 18 секунд производительность падает до 200 мешков в час. Это минус треть от плана, и на длинной дистанции такая потеря превращается в сорванные отгрузки.

Но даже идеальный цикл в 12 секунд не означает непрерывной работы. На каждом поддоне лежит 40–45 мешков. Когда поддон заполнен, его нужно сменить, а на это требуется примерно минута. Робот укладывает около 20 поддонов в час, а значит, получает 20 остановок по минуте. Итого 20 минут простоя на каждый час работы — не из-за поломки, не из-за ошибки, а просто потому, что так устроена логистика конца линии.

Любая заминка на входе усиливается на выходе. Этот принцип стал для нас почти философией проекта: если хочешь надёжную линию, борись за каждую секунду ещё на стадии проектирования.

Когда мы рассказываем заказчикам про робота, первый вопрос всегда один и тот же: «Значит, людей можно убрать?» Ответ короткий: нет. Длинный ответ интереснее.

Наша линия четырёхпостовая. До робота на ней работали два человека, которые вручную надевали мешки. Средний цикл одного оператора составлял около 20 секунд на мешок. Каждые 6 секунд кто-то из них насаживал очередной мешок на патрубок. Целый день, всю смену. Представьте себе эту монотонность: 8 часов одного и того же движения в пыльном помещении, без малейшей смены деятельности. Неудивительно, что текучка кадров на этом участке была огромной — люди просто не выдерживали.

С появлением робота работники остались на линии, но характер их труда изменился полностью. Теперь они не надевают мешки руками, а следят за тем, как это делает робот. Контролируют, какие мешки не оделись, наблюдают за работой с разных точек, реагируют на нештатные ситуации. Появилась смена деятельности: сначала проверяешь один узел, потом переходишь к другому, затем оцениваешь общую картину.

Для такой работы нужен более квалифицированный и внимательный сотрудник, но парадокс в том, что найти его проще. Можно обучить текущих работников, и они с гораздо большей вероятностью останутся, потому что работа перестала быть физическим наказанием. Автоматизация не заменила людей на этом участке, а изменила то, чем эти люди занимаются, и сделала их работу человечнее.

К итоговой конструкции мы пришли не за месяц и не за полгода. Робот надевания мешков в его нынешнем виде появился после двух лет корректировок, тестов и проверок, пройдя через три полноценных перерождения.

Общую задачу сформулировал технический директор Виталий Викторович, который вёл проект с самого начала:

Заказчик демонтировал старое изношенное оборудование, а совместно с ААМикс был проработан проект замены. В рамках модернизации реализовали несколько участков, но ключевым стала автоматическая затарка в клапанные мешки с автоматической насадкой мешков и укладкой готовой продукции.

За конструкцию робота отвечал старший инженер-конструктор Александр Шудра, который проектировал и создавал основные узлы.

По его словам, каждый новый заказчик потребует адаптации отдельных узлов под свои условия: узел расширения и другие элементы приходится подстраивать. В данном случае по желанию заказчика к роботу были добавлены защитные ограждения с дверями, которые при открытии останавливают работу конкретного поста, не затрагивая остальные.

Когда конструкция была готова на бумаге, за дело взялся старший слесарь Алексей Иванов, который отвечал за физическую сборку всех узлов. Он описывает процесс так: сначала определяется последовательность действий, потом заготовка деталей со склада и резка материала. Дальше идёт сборка, обварка, подгонка направляющих и всех узлов. Затем установка, проверка и снова подгонка, пока команда не убедится, что всё работает.

По его словам, ничего подобного он раньше не собирал. Первый промышленный робот от ААМикс — это другой уровень точности и ответственности. И одновременно творческий процесс, где подгонка происходит буквально в ходе работы.

Отдельная история — это запуск робота на месте. Александр Школин начинал с технического задания: рисовал схемы, определял расположение датчиков, пневмотрасс, электропроводки, подбирал комплектующие для щита.

Подбор правильного драйвера занял много времени на раннем этапе — нужна была большая мощность и дополнительные контроллеры, которые команда ранее не применяла в таких задачах. Но и это было успешно реализовано.

Алгоритм работы и управляющую программу Алексей Супрун начал писать задолго до пусконаладки — ещё параллельно с проектированием и сборкой. Именно от этой программы зависело, будет ли робот стабильно выдерживать цикл в 12 секунд или начнёт спотыкаться на каждом втором мешке.

На этапе пусконаладки Алексей дорабатывал алгоритм и программу, проверял, как они ведут себя в реальных условиях, и устранял все неполадки по ходу запуска. По его словам, ни один предыдущий проект не требовал такой точности.

Первый пробный запуск показал, что мешок не присасывался, как нужно. Решение оказалось неочевидным: уменьшили количество присосок с пяти до трех, и захват стал работать корректно. Потом возникла проблема с контроллером драйверов: у него был один вход, а нужно было два. Пришлось реализовывать управление контроллером при помощи промежуточных реле прямо на месте, без возможности вернуться в мастерскую.

После устранения всех неполадок робот вышел на поточный режим надевания мешков на фасовки и подтвердил цикл в 12 секунд.

Когда мы начали изучать, кто ещё в России производит роботов надевания мешков, картина оказалась неожиданной — таких производителей, если говорить честно, почти нет.

На российском рынке фасовочного оборудования работают десятки компаний: Строймеханика в Туле, Italtech, ТМЗ Ресурс, Вселуг, МельСервис и другие. Все они выпускают фасовочные станции с производительностью от 150 до 350 мешков в час, но в каждом случае мешки на патрубок надевает оператор. Вручную.

Строймеханика предлагает автоматическую станцию надевания ROTOFEED JMD-300 и насадчик SM AutoPlace 2700, но подробные характеристики по времени цикла в открытом доступе отсутствуют.

Что касается западных решений, выбор широкий: PASCO Systems из США выпускает роботизированные насадчики шестого поколения, способные обслуживать до трёх патрубков одним роботом. Chantland MHS предлагает модель 4400 с роботизированным размещением мешков на базе FANUC. Haver & Boecker производит знаменитый RADIMAT, полностью автоматический аппликатор для роторных машин. Все эти решения стоят от 250 тысяч долларов и выше, а в текущих условиях имеют очевидные проблемы с поставками, обслуживанием и запасными частями на территории России.

Наш робот производится на собственном заводе в Санкт-Петербурге с локализацией около 90%. Программа управления создана IT-подразделением ААТех, работает на собственном промышленном контроллере — это означает быструю поставку запчастей, квалифицированную наладку и полное встраивание в системы учёта заказчика. Ни один импортный поставщик сегодня не может гарантировать того же.

Цикл в 12 секунд на мешок при обслуживании четырёхпостовой линии ставит нас в один ряд с комбинированными роботизированными системами мировых производителей, которые совмещают насадку и паллетирование. При этом мы конкурируем не абсолютной скоростью с немецким оборудованием стоимостью в десятки миллионов рублей. Мы конкурируем доступностью, сервисом, независимостью от импорта и тем, что можем адаптировать робота под конкретные условия каждого заказчика.

Робот надевания мешков стал для ААМикс важным шагом к полной автоматизации линии. Песок и цемент поставляются грузовиками или вагонами, сушка и подача происходят автоматически. Смеситель работает на полном автомате, фасовка и надевание мешков теперь тоже автоматизированы, а укладка готовых мешков на поддоны выполняется роботом-укладчиком.

Для владельцев существующих заводов мы готовы провести полный цикл модернизации: выезд специалистов, замеры, проектирование, производство и шеф-монтаж с выпуском первых партий. Опыт проекта в Самаре показал нам, что даже в стеснённых условиях можно найти решение, если не бояться переделывать то, что не работает. Три версии робота за два года научили нас именно этому.