Российская промышленная робототехника – жертва ошибочных представлений Опции Поделиться

[KVZ]

Что такое робототехника?
В обиходном языке понятие «робот» трактуется чрезвычайно широко. Если не принимать во внимание научную фантастику (андроид, робокоп, терминатор и т.п.), то словом «робот» обозначают машины, частично или полностью заменяющие человека в различных областях его деятельности. «Роботы» отличаются друг от друга по областям применения (промышленные роботы, сервисные роботы, роботы для спецприменений, медицинские микророботы и т.д.), по расположению в пространстве (стационарные и мобильные роботы), по принципам управления (роботы с программным управлением, роботы с дистанционным управлением). Общим термином «робот» объединены разнотипные машины, часто не имеющие друг с другом ничего общего.
В настоящее время сложились следующие основные направления развития науки и техники, по формальному признаку – употреблению термина «робот» – ошибочно объединяемые в общую предметную область под названием «робототехника»:
• «робототехника для специальных (непроизводственных) применений» –
машины для выполнения работ в местах, в которых присутствие человека затруднено или исключено, прежде всего,
мобильные роботы с дистанционным управлением – машины на базе автономных транспортных средств (например, самодвижущихся тележек на колесном и гусеничном ходу, подводных аппаратов), на которых установлен инструмент (часто в качестве инструмента выступает многозвенная рука с захватом), управляемые человеком-оператором из безопасного места по проводной или радиосвязи; мобильные роботы с дистанционным управлением используются, в частности, для обезвреживания опасных предметов (например, мин, неразорвавшихся снарядов), для выполнения работ в безвоздушном пространстве, под водой, для разбора завалов, для инспектирования трубопроводов и т.п.; к мобильным роботам с дистанционным управлением относятся также медицинские микророботы, часто выделяемые в отдельный класс из-за конструктивных особенностей (малых размеров);
• «промышленная робототехника» –
машины на основе многозвенных механизмов с программным управлением, используемые в промышленном производстве, среди которых можно выделить:
вспомогательные роботы – промышленные роботы, выступающие в качестве вспомогательного технологического оборудования (например, загрузочные роботы, обслуживающие металлорежущие станки, прессы или литейные машины);
технологические роботы – промышленные роботы, выступающие в качестве основного технологического оборудования; технологические роботы применяются в производстве для точечной и контурной (шовной) сварки, лазерной, плазменной и гидроструйной резки, сборки, абразивной безразмерной обработки (полирования, зачистки заусенцев) и т.п.;
Промышленные роботы и роботы для специальных применений (мобильные и стационарные) представляют собой принципиально разные типы машин, существенно отличающиеся друг от друга и по области применения, и по конструкции, и по методам управления.
Промышленные роботы представляют собой машины с программным управлением, то есть способные без участия человека выполнять повторяющиеся операции, предварительно описываемые человеком-оператором на специальном алгоритмическом языке (языке программирования робота). Конструктивно промышленные роботы выполняются как машины на базе стационарной руки, как правило, с шестью степенями подвижности (шарнирами), по кинематическому строению подобной руке человека. Основное требование к конструкции промышленных роботов – надежность в условиях многолетней работы на повторяющихся операциях, а также – точность позиционирования, грузоподъемность, скорость программно заданных движений.
К сожалению, у большинства российских машиностроителей исторически сложилось неверное представление о промышленных роботах как исключительно о вспомогательных загрузочно-разгрузочных устройствах, обслуживающих станки и прессы, что совершенно не соответствует современному уровню развития промышленной робототехники и практике применения роботов в производстве. Это обусловлено тем, что в последнее десятилетие поступательного индустриального развития страны (в 80-е годы) вспомогательные роботы были наиболее распространены в СССР (а до середины 80-х годов – и в развитых странах). Преимущественное развитие технологических роботов в мире пришлось на период регресса российской промышленности: область применения роботов в России вообще сузилась до нескольких предприятий, а остальные сохранили о роботах устаревшее представление.
По функциональному назначению технологические роботы можно рассматривать как особую разновидность многоцелевых станков с ЧПУ. Некоторые технологические операции (например, безразмерная финишная обработка турбинных лопаток и других сложнопрофильных деталей) могут быть реализованы как с применением технологических роботов, так и с применением станков типа «обрабатывающий центр». В общем случае задачей и станка, и робота является реализация относительного движения инструмента и обрабатываемого объекта по заданному закону с заданной точностью. Закон относительного движения описывается в технологической программе. Однако можно отметить два классификационных признака, выделяющих технологические роботы в особую группу технологических машин:
• отношение рабочей зоны (области, в которой может перемещаться инструмент) к размерам машины –
рабочая зона станка обычно существенно меньше самого станка по размерам и заключена внутри него, а рабочая зона робота – больше робота и охватывает его, так что робот находится внутри своей рабочей зоны;
• метод программирования –
закон движения инструмента программируется в станках с ЧПУ в абсолютной системе координат, а в роботах узловые точки траектории программируются методом «обучения».
Многие современные технологии обработки изделий, такие как точечная контактная, шовная электродуговая, лазерная, светолучевая и светолазерная сварка, лазерная, микроплазменная и гидроструйная резка, сборка и безразмерная финишная абразивная обработка пространственно сложных изделий, требуют движения инструмента по траекториям сложной формы с высокой точностью и с заданной скоростью. Ранее эти операции выполнялись вручную, однако применяемый инструмент часто является слишком тяжелым для человека, который, кроме того, не может обеспечить требуемое качество движения инструмента по траектории, например, точность и постоянство скорости. Именно на этих операциях сегодня преимущественно применяются технологические роботы.
В современном производстве промышленные роботы значительно чаще применяются в качестве технологических, а не вспомогательных роботов. Под влиянием этой тенденции в последние 20 лет сложились традиционные типы и конструктивные исполнения промышленных роботов.
В связи с относительно небольшими объемами мирового рынка промышленных роботов (по сравнению с массовыми видами технологических машин, например, металлорежущими станками) и сложностью выхода на этот рынок, связанной с весьма высокой трудоемкостью и наукоемкостью разработки роботов и, особенно, их систем программного управления, в мире сложился довольно узкий круг специализированных фирм, обладающих ноу-хау, необходимым для производства промышленных роботов. Это, например, фирмы Fanuc, Yaskawa (Япония), АВВ (Швеция), KUKA Roboter, Reis (Германия), COMAU (Италия) и др. Все эти фирмы производят роботы собственной конструкции и имеют свое системное программно-математическое обеспечение для своих систем управления роботами.
Российские фирмы в этот «клуб избранных», к сожалению, не входят.
Состояние развития промышленной робототехники в России
В бывшем СССР и в России, несмотря на усилия большого количества организаций и предприятий, так и не было создано ни одного конкурентоспособного технологического робота. Единственной моделью отечественного промышленного робота, которую сегодня еще можно очень редко встретить на производстве (чаще – в образовательных учреждениях), является робот «РМ-01» с системой управления «Сфера-36» или «Сфера-56». «РМ-01», вообще говоря, не является полностью отечественной разработкой, поскольку его рука – это ставший классическим манипулятор PUMA-560, созданный в США еще в конце 70-х годов. В 80-е годы эти манипуляторы производились финской фирмой NOKIA и поставлялись в СССР по кооперации. К импортным манипуляторам PUMA-560 подсоединялась система управления «Сфера», созданная в минском НПО «Гранат», и получался робот «РМ-01». Возможности промышленного применения «РМ-01» из-за небольшого размера руки и малой грузоподъемности (всего 1 кг) ограничивались шовной электродуговой сваркой и легкими видами сборки и безразмерной обработки. Сегодня этот робот представляет только исторический интерес.
Вся новейшая история российской промышленной робототехники связана с ОАО «АВТОВАЗ», где расположено единственное в России действующее производство технологических роботов (мощность 100-150 ед. в год). После попыток создания собственных технологических роботов, предпринимавшихся в 80-е годы, «АВТОВАЗ» был вынужден остановиться на варианте лицензионного производства роботов (по лицензии немецкой фирмы KUKA): сначала по причине недостатка опыта и несовершенства доступной комплектации для роботов и их систем управления, позднее – из-за ограниченности ресурсов для разработки. Наиболее наукоемкая часть робота – его система управления – «АВТОВАЗом» не производится, а закупается в готовом виде у фирмы KUKA. За все время производства «АВТОВАЗ» изготовил около 1,5 тыс. промышленных роботов. Из них около 700 штук были поставлены на сам «АВТОВАЗ» и около 800 штук – другим отечественным потребителям. В последние годы «АВТОВАЗ» делает роботы практически только для себя.
Автомобильная промышленность является примером, где роботизированные технологические линии сборки, сварки, окраски составляют основу производства. Любые развитые страны, выпускающие автомобили, имеют у себя фирмы, занимающиеся производством роботов, т.к. роботы в настоящее время являются ключевым универсальным элементом технологического оборудования при производстве автомобилей. Это позволяет ведущим странам-производителям автомобилей опережать конкурентов во внедрении новых технологий в автомобильное производство. Вопреки распространенному в России мнению, что любую технологию (в том числе, роботизированную) и любое оборудование можно сегодня свободно купить, на практике это не так, по двум причинам:
• во-первых, ведущие транснациональные концерны уделяют большое внимание развитию ключевых технологий, сохранению контроля за ними и недопущению их перетекания к конкурентам;
• во-вторых, несмотря на прекращение холодной войны в развитых странах существуют гласные и негласные ограничения на поставки в Россию уникальных передовых технологий, усиленные распространенным настороженно-пренебрежительным отношением зарубежных разработчиков и поставщиков к российским предприятиям.
Ретроспективный анализ взаимоотношений «АВТОВАЗа» и фирмы KUKA показывает, что KUKA постоянно поставляла устаревшие технические решения, сознательно сохраняя за собой ключевое ноу-хау, исключая тем самым любую возможность самостоятельного развития робототехники на единственном российском предприятии-производителе роботов. В результате, сегодня «АВТОВАЗ» располагает только полученной по лицензионному соглашению конструкторской документацией на уже устаревшую серию манипуляторов.
Сегодня некоторые передовые производственные предприятия, руководители которых видели роботы на зарубежных выставках и на аналогичных зарубежных предприятиях, начинают задумываться о применении технологических роботов. Роботы еще слишком дороги для большинства российских предприятий, но эта проблема частично решается за счет приобретения за рубежом бывших в употреблении машин. Главными факторами, сдерживающими применение промышленных роботов в России, сегодня являются:
• отсутствие у российских предприятий не только собственного опыта применения роботов, но даже общего представления о технических и экономических основах роботизированных технологий;
• отсутствие у российских предприятий квалифицированных кадров, способных обеспечить эксплуатацию роботов;
• отсутствие в России специалистов, способных выполнить проектирование роботизированных ячеек и линий, внедрение роботов и технологическую подготовку роботизированного производства.
К сожалению, необходимость развития промышленной робототехники как средства обеспечения конкурентоспособности многих видов машиностроительного производства совершенно не осознается органами государственной власти, ответственными за промышленную политику. Слишком стойкими оказались устаревшие представления о робототехнике и роли промышленных роботов в современном производстве.