Промышленные роботы в РФ: кейсы внедрения, расчет окупаемости и перспективы роботизации

На производственных предприятиях России используется множество технологических операций, среди которых: сварка, литье, обработка на станках с ЧПУ, покраска, сборка разного типа и многое другое. Большинство этих операций до сих пор совершают люди.

Многие рабочие должности, особенно связанные с монотонными и опасными работами, известными как «Три "D" роботизации» (dull, dirty and dangerous — скучные, грязные, опасные), можно автоматизировать.

Среди них:

• перемещение деталей на сборочных линиях;
• сортировка и упаковка готовых изделий;
• сварочные работы;
• подача материалов на сборочных линиях;
• контроль качества готовой продукции;

• обслуживание станков с ЧПУ;
• паллетирование, перемещение грузов и погрузочные работы;
• нанесение лакокрасочных покрытий;

• резка материалов и шлифовка поверхностей.

Один из способов автоматизации производства — применение роботов манипуляторов, промышленных и коллаборативных.

Разнообразие возможных применений роботов позволяет автоматизировать большинство производственных процессов и сократить издержки на разных участках предприятия. Так, при установке всего двух роботов SCARA на пищевом производстве, затраты на штат рабочих сокращаются до 25% от исходных, а это 37 500 вместо 150 000 долларов в год, при работе в три смены в день, шесть дней в неделю, 48 недель в году, — сообщает американская компания TM Robotics.

Уровень зарплат в России ниже, но и график работы более полный — роботов можно эксплуатировать 24/7, 365 дней в году, то есть 51 или 52 недели.

Промышленные роботы — максимально быстрые и точные. Высокая скорость работы делает их опасными для человека. Поэтому им нужна специальная огражденная площадка или закрытый бокс. Эти два параметра также определяют и их главное преимущество — более высокую, по сравнению с коботами, производительность.

Коллаборативные роботы — коботы, — специально спроектированы так, чтобы не нанести травму человеку: у них, как правило, округлые формы, почти всегда — уменьшенные сила и скорость, встроенные системы безопасности. При срабатывании датчика касания кобот моментально останавливается.

Коллаборативные роботы отличаются также универсальностью и мультизадачностью, низкой ценой и быстрой окупаемостью, простотой установки и интеграции, легкостью программирования, подходят как для крупных предприятий, так и для малого бизнеса, потребляют меньше энергии, чем традиционные промышленные роботы, и занимают меньше места.

И промышленные, и коллаборативные роботы нужны не только для того, чтобы избавить рабочих от вредных и тяжелых видов работ, а предприятие — от излишних трат на персонал, но и для того, чтобы повысить производительность и уменьшить количество брака.

Как сообщает НАУРР (Национальная ассоциация участников рынка робототехники), во всем мире роботы используются в автопроме (30%), производстве электроники (25%), машиностроении (10%), химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности (5%), пищевой промышленности (3%), на множестве не входящих в эти сферы предприятий (9%), а также для неизвестных целей (19%) — в том числе, видимо, аэрокосмическая отрасль и ВПК, которые так ценят секретность.

Промышленные роботы-манипуляторы программируются специалистом — для этого нужен квалифицированный робототехник и сам процесс занимает некоторое время, вызывая простой при переназначении робота с одного участка на другой. Переместить робот-манипулятор сравнительно легко, в сравнении со стационарным оборудованием.

Коботы программируются проще. При разработке в них заложена возможность обучения — когда оператор перемещает “руку” робота, а тот запоминает все действия и потом повторяет их. Это делает программирование коллаборативных аппаратов более простым, как и их переналадку при смене задачи.

Обычно роботов применяют со станками, которые выполняют такие операции:

• фрезерование,
• токарные работы,
• резка,
• гибка,
• формовка,
• литьё под давлением,
• 3D-печать.

Как правило, при работе со станками роботы загружают в станки заготовки и выгружают обработанные детали. Иногда заменяют рабочий инструмент станка — резцы, фрезы, экструдеры и т.д.

По сравнению с автоматами производственных линий, которые проектируются как единое целое с ними и выполняют одну единственную функцию, у коботов и промышленных роботов-манипуляторов масса преимуществ. Как и по сравнению с низкоквалифицированным персоналом.

Многозадачность и возможность быстрой перенастройки — робота можно поставить на любой участок производства, изменить выполняемую им операцию, т.к. конструктивно роботы обычно универсальны, и достаточно лишь изменить программу и сменить насадки. Особенно хороши в этом коботы.

Простота размещения: один кобот или робот может обслуживать несколько станков одновременно, если его разместить и запрограммировать соответствующим образом, экономя место. Коботы занимают еще меньше места и не нуждаются в специально выделенных площадках, так как могут работать вместе с персоналом.

Также сюда отнесем простоту ремонта и обслуживания: унифицированность оборудования позволяет использовать меньше персонала для работы с ним: для обслуживания роботов на разных участках производства нужны одни и те же робототехники, в отличие от обслуживания автоматических линий, для каждой из которых может быть нужен уникальный специалист для наладки и ремонта. Что еще важно: меньше видов оборудования — меньше нужно запчастей, можно иметь их на складе, что уменьшает возможное время простоя при неполадках.

Коботы не подвергают сотрудников опасности травмирования, а промышленные роботы, как правило, находятся на огороженной от людей площадке, где также не опасны. Тут можно повторно вспомнить про “Три D роботизации” (dull, dirty and dangerous) — заменяя людей на участках грязных, опасных и утомительно-скучных работ, роботы еще больше повышают безопасность, так как загрязнения и усталость снижают внимание людей, чем вызывают дополнительные риски травмирования.

Корпуса большинства роботов и коботов защищены от попадания влаги и посторонних частиц по стандарту IP, что увеличивает надежность, снижает вероятность поломки и простоя.

Робот не болеет и не пропускает рабочих дней, станок с ним не простаивает и работает круглосуточно, то есть в три смены, 365 дней в году. Так робот заменяет от трех до шести рабочих. Безостановочная работа станков увеличивает скорость производства.

В производствах высокой интенсивности, от двух смен и выше, инвестиции в роботов выгоднее, чем использование труда рабочих. Этот вопрос мы рассматриваем подробно ниже, в разделе ”Окупаемость и прибыль”, где приводим расчет сроков ROI при интеграции роботов.

Промышленные и коллаборативные роботы работают точнее людей, качество продукции становится выше. Выше качество — меньше рекламаций, выше спрос и объемы сбыта.

Помимо уменьшения риска для рабочих, есть и другой аспект безопасности — защита интересов компании. Чем меньше сотрудников-людей, тем проще контролировать их действия на предприятии — меньше вероятность разглашения коммерческой тайны или диверсии, причинения вреда компании или сотрудникам.

Для производственного центра мы спроектировали автоматизированный комплекс закалки металлических деталей с промышленным роботом Fanuc M-710iC/70. В нём робот, оснащенный термостойким захватом, переносит заготовку с подвижной платформы в муфельную печь. После разогрева заготовки до 910°С робот переносит её за 10 секунд в штамп закалочного пресса, потом извлекает готовое изделие из штампа и помещает на подвижную платформу.

Для безопасности в рабочей ячейке установлены световые барьеры. Они выключают робота при обнаружении неустановленного движения в рабочей зоне.

Безопасность: рабочему не нужно взаимодействовать с муфельной печью и перемещать горячие изделия, что снижает риск производственных травм.

Качество: по сравнению с человеком, робот быстрее перемещает изделие, не давая ему остыть, и точнее размещает его в штампе. Это делает изделия качественнее, возможность появления брака снижается.

Окупаемость комплекса, по приблизительным подсчетам, около 1,5 - 2 лет.

Представители предприятия, производящего и обслуживающего гидравлическое и мехатронное оборудование, в основном — гидравлические приводы для производств, обратились к нам для автоматизации производственной линии, работающей с заготовками весом до 10 кг на станках Mazak и Haas.

Мы провели демонстрацию работы Hanwha HCR-5, как наименее массивного и наиболее удобного для этих целей, но в результате демонстрации заказчик выбрал Hanwha HCR-12 — это коллаборативный робот, поднимающий до 12 килограмм, предпочтение ему отдано за грузоподъемность и радиус действия.

Робот освобождает рабочих от постоянного дежурства у станка и однообразных действий по помещению заготовки внутрь и извлечению обработанной детали, давая им возможность заняться более сложными задачами. В следующем году парк станков предприятия расширяется и планируется установка еще двух таких машин.

Окупаемость роботов по этому проекту, в изменяющихся условиях, составит от двух до трех лет, после чего робот начнет приносить чистую прибыль.

Рассмотрев все требования, такие как место под установку и необходимые характеристики, мы предложили использовать для этой задачи коллаборативного робота Hanwha HCR-12 — он занимает небольшую площадь, не требует ограждений и имеет достаточные грузоподъемность, досягаемость и точность.

Перед покупкой была проведена демонстрация робота, симуляция загрузки станка.

Демонстрация показала, что зоны досягаемости робота достаточно для загрузки станка заказчика. Завод выбрал двух роботов Hanwha HCR-12. Операторы заказчика проходят обучение работе с оборудованием на наших курсах.

При безостановочной работе решение окупает себя приблизительно за 2 года и 1 месяц.

Инструментальный завод обратился к нам с задачей по автоматизации загрузки и выгрузки заготовок на линии станков, расположенных в два ряда, друг напротив друга.

В качестве решения мы предложили коллаборативного робота Hanwha HCR-5, установленного на самодвижущуюся тележку — мобильного робота-транспортировщика Omron.

Такое решение позволяет обслуживать целую линию токарных станков одним роботом, перемещающимся от станка к станку. Заказчик также рассматривал возможность установки робота на рельсы, но выбор пал на решение с мобильной тележкой, как более перспективное.

При нем сохраняется возможность масштабирования, добавления в схему работы дополнительных станков.

Оно не привязано к определенной конфигурации станков.

Возможна реорганизация производственных линий без перестройки несущих конструкций (рельс или подвесов), перенастройка робота на новые задачи.

Расчетная окупаемость этого решения, при текущем количестве станков, составит 1 год и 8 месяцев.

Инвестиции в автоматизацию производства окупаются за несколько лет, в среднем 1-3 года, и далее позволяют экономить значительные средства. Более точные сроки можно высчитать лишь индивидуально, зная стоимость устанавливаемого оборудования и сопутствующих работ, стоимости эксплуатации, планируемую прибыль от его использования.

Упрощенный расчет окупаемости роботов не претендует на полноту и доскональность, но должен дать общее представление о разнице в затратах на живой персонал и на роботов, о том, сколько средств роботы могут сэкономить.

В качестве примера мы использовали коллаборативного робота Hanwha HCR-3.

В лизинг

Как видно из расчетов, суммарные расходы на робота в год приобретения (при покупке в лизинг на три года) составят 1,020 млн рублей, а затраты на рабочих, для работы в две и три смены — 1,694 млн и 2,542 млн, а с учетом расходов на их найм — 1,925 и 2,887 млн.

Во второй и третий год: по 816 938,61 р. для двух смен и по 1 664 384,64 р. для трех.

В четвертый и последующие годы сохраненная выгода равняется расходам на персонал, который заменен роботом.

Сразу

При прямой покупке, без лизинга, уже в первый год использования (при сравнении с рабочими для работы в три смены), робот покрывает свою стоимость и выходит в плюс. Считаем: 2887 тыс. рублей (где 2542 тыс. на ежемесячные расходы + (115 х 3) закрытие вакансий) минус 2159 тыс. (стоимость робота) = 728 тыс. разницы, то есть выгоды от применения робота.

Откуда взялось 115 тыс.руб.: ставка кадровых агентств на поиск подходящего кандидата — 20% от суммы его годового дохода, с учетом предложенной зарплаты (48 000 руб. в данном случае). Мы прибавили эту сумму по одному разу на найм каждого рабочего в первый год, для двух смен их надо двое, для трех — трое.

Если у вас есть персонал и его не надо нанимать, можете вычесть ее из итоговых сумм. Если кого-то уволите и придется нанимать заново — прибавьте дополнительно.

Что за взносы по 16 тыс.руб./месяц: Социальное страхование, проще говоря — взносы в пенсионный фонд. Это обязательная часть выплат на каждого работника.

Что значит ПНР от 0 рублей: при продаже роботов мы проводим пусконаладочные работы у покупателя бесплатно, если в них не входят дополнительные услуги (вроде проектирования рабочей площадки или настройки машинного зрения) и если заказчик не находится в удаленном регионе. Это надо рассчитывать индивидуально.

После этого робот начинает работать практически бесплатно. Затраты на электроэнергию и техобслуживание не идут ни в какое сравнение с затратами на персонал. То есть, в сравнении с рабочими, приносит около 2,5 миллионов рублей каждый последующий год.

Мы готовим проекты роботизации предприятий, ориентируясь на окупаемость затрат. В среднем — в сроки до трех лет.

Внедрение на производстве коллаборативных и промышленных роботов ускоряет выпуск продукции, повышает ее качество и снижает себестоимость, поэтому доля применения роботов в промышленности в ближайших прогнозах растет.

В 2019 произошел спад в продажах новых роботов, до 373 тысяч, при этом общее количество установленных и работающих роботов всё также росло, просто медленнее чем в прошлые годы, причиной чему послужил общий спад производства из-за торговых войн США и Китая. К 2022 темп должен возрасти до 524 тысяч новых установленных роботов в год — свою роль в этом сыграет разразившаяся пандемия, показавшая сомневающимся преимущества применения роботов в экстренных ситуациях, — она уже стимулирует рост продаж роботов.

Своевременный выпуск качественной продукции полезен для репутации предприятия, что увеличивает количество заказов и позволяет выпустить еще больше качественной продукции в срок — получается замкнутый круг причин роста прибыли, запустить который вам помогут решения по роботизации производства.