На протяжении нескольких десятилетий роботы были прерогативой исключительно крупных компаний — их применяют для сборки крупных узлов, автомобилей и другой сложной техники, но в последнее время они все чаще начали задействоваться небольшими компаниями. Этому есть несколько объяснений. Во-первых, рынок робототехники начал изобиловать большим количеством производителей, что привело к росту конкуренции и, соответственно, удешевлению конечных продуктов, и, во-вторых, СМБ прочувствовал выгоды, которые им несут «умные» машины — экономию средств и оптимизацию операций за счет автоматизации. Портал ZDNet проследил эволюцию робототехники и рассказывает о том, в каких областях СМБ может ее применять.

Начало

Unimate был первым промышленным роботом, который в 1950-х «заступил на смену» на одном из заводов GM. В те времена промышленная автоматизация ассоциировалась с крупными предприятиями, которые занимались сборочными работами на конвейерах. Тогдашние роботы хорошо отражали специфику применения: это были огромные, шумные, малоподвижные, но мощные машины, которые во избежание нанесения вреда обслуживающему персоналу работали в изолированных помещениях или клетках.

Однако за последние годы область промышленной автоматизации претерпела радикальную трансформацию, в равной степени являющейся следствием как технологического прогресса, так и откликом на изменения в рыночной экономике, которая требует от СМБ большей гибкости, оперативного управления и сокращения времени доставки продукции. Новое поколение роботов соответствует удовлетворению этих потребностей — это машины, которые не требуют значительных финансовых затрат или времени на развертывание, они гораздо более универсальны, чем их неуклюжие предки, и, что не менее важно, они могут работать в содружестве с людьми, а не в изоляции от них.

К изменению ландшафта промышленной автоматизации и робототехники приложила усилия компания Amazon. В 2012 г. гигант розничной коммерции приобрел за внушительную сумму в 775 млн. долл. производителя логистических роботов Kiva с целью автоматизировать свои упаковочные и отгрузочные линии, которые работают с номенклатурой, насчитывающей миллионы товарных позиций. Потребность в придании гибкости операционной деятельности привела к появлению большого числа настольных и мобильных роботизированных платформ для СМБ.

Самым быстрорастущим сегментом промышленной автоматизации являются роботы для совместной работы, или коботы (производное от слов collaboration и robot). По данным одного из крупнейших поставщиков высокоскоростных роботов Yaskawa Motoman, 95% его клиентов обходятся пятью или менее роботов, тогда как на заре становления промышленной робототехники для производства готового продукта требовались десятки или сотни специальных машин. Сейчас для СМБ настало самое подходящее время задуматься об автоматизации своей деятельности, сулящей большие выгоды в высококонкурентном пространстве.

Тенденции, подстегивающие внедрение робототехники в СМБ

Быстрая настройка, упрощенное программирование. Исторически так сложилось, что входной билет в мир промышленной автоматизации был связан с огромными затраты как по финансам, так и по времени. Порой на настройку и подключение автоматизированной производственной линии уходили недели или месяцы. Эта задача возлагалась на команду экспертов в области робототехники, имеющих большой опыт работы с языками программирования и передовой техникой. Однако за последние несколько лет робототехника продвинулась далеко вперед и теперь программирование и настройка роботов не приводит к существенному замедлению или приостановке операционной деятельности компании. Вдобавок подготовительные работы могут проводить работники без инженерного образования.

Как это происходит на практике? Пусконаладочные работы проводятся при помощи метода под названием программирование путем демонстрации (programming by demonstration, PbD), который нацелен на конечного пользователя и обучает компьютер или робота новым способам поведения, демонстрируя ему задачу, которую он затем сможет повторить, а не программируя ее с помощью машинных команд. По словам лидера рынка роботов-манипуляторов для совместной работы Universal Robots, технология позволяет операторам без опыта программирования быстро настраивать и управлять роботами при помощи интуитивно понятной 3D- визуализаци. Все сводится к тому, что управление манипулятором производится через сенсорный планшет: выбирается клавиша со стрелкой и по нажатию на нее робот перемещается в указанную точку.

Производитель добавил, что ему удалось сократить подготовительные работы с недель до нескольких часов. По отзывам клиентов Universal Robots, среднее время настройки занимает полдня, а на распаковку, монтирование и программирование кобота для выполнения простой задачи обычно уходит менее часа. Конечно, настройка роботов упростилась, но это не значит, что она стала совсем уж простой и PbD часто требует настройки через API. Чтобы упростить эту задачу, Universal Robots поставляет свои устройства с обучающими брелками или портативными программными консолями, предназначенными для новичков.

На рынке начали появляться консалтинговые компании, развивается сектор технической поддержки, все это помогает СМБ встать на путь автоматизации.

Доступная цена. UR5 производства Universal Robots — самый популярный на рынке кобот, и он послужит иллюстрацией того, какую цену СМБ нужно заплатить за автоматизацию. UR5 — это роботизированная платформа с шестью сочленениями и грузоподъемностью 5 кг. Она оснащается несколькими эффекторами (деталь, которая фактически взаимодействует с объектами посредством захвата или манипулирования) и подходит для решения различных задач, таких как производство компонентов, сборочные работы, слесарное дело и др. Цена UR5 в базовой комплектации с набором обучающих материалов составляет 35 000 долл. Это один из самых недорогих коботов, однако для выполнения специфических задач могут потребоваться дополнительные захваты или инструменты, что приведет к увеличению расходов.

Укрепившееся положение лидеров коллаборативных роботизированных платформ привело к формирования параллельного рынка — конечных эффекторов, на котором действуют новые вендоры, быстро объединяющие усилия или изобретающие инновационные решения с целью завоевания рыночной доли. Недавно на рынке «роботизированных рук» произошло трехстороннее слияние Perception Robotics (США), OptoForce (Венгрия) и On Robot (Дания). Новообразованная компания будет действовать под именем OnRobot.

Тем временем Soft Robotics не вступает в альянсы, а занимается разрешением проблемы с жестким захватом предметов. Это сложная инженерная задача, поскольку каждый предмет отличают уникальные характеристики, а манипуляторы из стали или композитных материалов могут легко повредить их. Инженерам предстоит научить «роборуку» контролировать силу сжатия или захвата для разных предметов подобно человеку.

С этой целью Soft Robotics создала универсальный легкий робоманипулятор, который может захватывать предметы, не повреждая их. Его не нужно перенастраивать для каждого нового объекта, потому что захват адаптируется под нужную форму автоматически. Манипулятор робота сделан из мягкого материала и снабжен пневматическим приводом. Когда манипулятор оказывается над предметом, воздух наполняет «пальцы» и они сжимаются, охватывая цель. После того как объект перемещен в нужную точку, воздух выкачивается и захват разжимается. Благодаря своей мягкости, «пальцы» манипулятора приспосабливаются к предметам любой формы и не повреждают их.

Набор инструментов для роботов может увеличить стоимость роботизированной платформы от нескольких до двадцати тысяч долларов и более. Производитель конечных эффекторов и системный интегратор Robotiq оценивает примерную стоимость полностью функционирующего кобота в 50 000 долл.

Безопасность. Коботы — это безопасные роботы, однако среди профессионалов бытует мнение, что они безопасны до тех пор, пока в их «руки» не вложен нож. Другими словами, безопасность инструмента зависит от того, как и кем он применяется. В настоящее время отраслевыми экспертами прилагаются значительные усилия по выработке строгих протоколов соответствия для обеспечения безопасности. «Я искренне надеюсь, что 2019 г. станет отправным с точки зрения выработки критериев безопасной работы роботов. Потенциальные ошибки всего лишь одной робототехнической компании могут отбросить нашу отрасль на годы», — сказала CEO разработчика коботов Fetch Robotics Мелони Уайз.

В США безопасность робототехники контролируется управлением по охране труда (подразделение министерства труда). Оно разработало рекомендации по безопасности автоматизации рабочих мест, однако, как считают некоторые наблюдатели, управление не поспевает за быстроразвивающейся технологией. Безопасность человека выходит на передний план в связи с тем, что теперь ему придется взаимодействовать с роботами, которые более не будут работать в изолированной среде. Разработчики предусмотрели такой ход событий, внедрив в них комбинацию датчиков принудительной остановки движений при соприкосновении с предметами, усовершенствованным машинным зрением и другими сенсорными инновациями. В итоге на выходе мы имеем современные платформы, которые обеспечивают должную безопасность труда, однако при условии, что сотрудники понимают степень риска.

Гибкое развертывание. Современные роботы пригодны для выполнения практически любых задач, будь то логистические операции, складирование и отгрузка компонентов, производство USB-накопителей, обеспечение научных экспериментов, изготовление механических изделий. Теоретически допускается, что все эти задачи может выполнять один робот, и промышленная автоматизация двигается именно по пути создания платформонезависимых машин, которые можно развертывать для неограниченного числа способов применения.

К примеру, Fetch Robotics производит автономные мобильные роботы для автоматизации складских операций, но они также могут перемещать материалы. Компания смоделировала легкого пневматического кобота BionicRobot, который по форме напоминает человеческую руку и может моделировать ее движения. Так же, как и человеческая рука, он может схватить предмет или аккуратно его поднять, сжать или слегка прикоснуться к нему. В каждую ось робота встроена вращающаяся лопасть с двумя воздушными камерами. Они образуют несколько приводов, которые можно плавно регулировать путем заполнения сжатым воздухом.

Наиболее широкое применение коботов отмечается в сфере погрузочно-разгрузочных работ, складирования, но, как показывают тематические исследования и опросы, СМБ начал применять инновационные способы автоматизации и в других сферах.

Какие задачи можно автоматизировать?

Лучше всего автоматизации поддаются повторяющиеся задачи, выполняемые в средах с устойчивым состоянием. В этом случае речь может идти, например, о сортировке определенной продукции и ее перемещении в контейнеры или эксплуатации сварного оборудования, тех же станков с ЧПУ, пипетировании химикатов. Возможности автоматизации неисчерпаемы, но можно рассмотреть хотя бы несколько сфер применения, где она принесет выгоды СМБ, а также получить представление о разнообразии инструментов для ее осуществления.

Производство. Благодаря станкам с ЧПУ производители промышленной продукции больше всех других предприятий из СМБ осведомлены об автоматизации. Им стоит обратить внимание на 3D-принтеры типа HP Metal Jet 3D, которые могут печатать металлические компоненты, а также коботы для обслуживания станков с ЧПУ. Помимо этого возможности автоматизации в этом секторе расширяют автономные мобильные роботы Fetch Robotics и других производителей робототехники.

Сельское хозяйство. Этой отрасли пришлось прокладывать к автоматизации самый длинный путь. Это связано с хрупкостью растений, их прихотливостью к взращиванию. Взять тот же сбор клубники или других ягод. Каждый из них имеет свою специфику, то есть это не однотипные операции и каждый кобот в этой сфере должен оснащаться системой машинного зрения и программой нелинейного планирования операций. Однако прогресс не стоит на месте и недавно появились новые решения Soft Robotics с конечными эффекторами из пластичных материалов, которые при хвате предотвращают повреждение хрупких предметов. По словам CEO Soft Robotics Карла Вауза, его компании удалось создать для производителя кондитерских изделий Peeps конечный эффектор, который может многократно перемещать зефир без повреждения его формы.

Сельское хозяйство продолжают наполнять и другие средства автоматизации: автоматизированные тракторы, решения для мониторинга воды и др. Компания Bloom создала решение для автоматического сбора урожая марихуаны, которая применяется для лечебных целей.

Строительство. Сфера строительства начинает восстанавливаться после кризиса, который охватил ее десятью годами ранее. В отрасль хлынула масса новых игроков, а также компаний, которые решили диверсифицировать свой бизнес за счет рынка строительства объемом в 1,2 трлн. долл. Новички ищут способы автоматизации, чтобы выделиться на фоне других компаний. На этом рынке можно выделить робототехническую компанию Sarcos, которая помимо прочего производит универсальные промышленные экзоскелеты Guardian XO.

В отличие от большинства серийных экзоскелетов, Guardian XO усиливает не часть тела (например, только руки, спину или ноги), а весь корпус работника. Базовая версия позволяет оператору без труда поднимать грузы массой до 35 кг, усиленная — до 90 кг. Соотношение усиления составляет 20:1, то есть 90-кг груз будет ощущаться работником как 4,5 кг в руках.

Стоит также отметить такого производителя бионических роботов, как Ekso Bionics. Вначале он разрабатывал роботы для помощи реабилитируемым, но затем вышел на рынок тяжелой промышленности, предлагая новую линейку носимых бионических устройств, которые позволяют рабочим часами поднимать инструменты над головами, не травмируя себя.

На рынке строительства появились фирмы, которые следят за ходом строительства при помощи беспилотных летательных аппаратов. Чтобы оптимизировать работы на строительных площадках, Built Robotics разрабатывает автономные системы сбора данных с бульдозеров и другой строительной техники.

Лаборатории. Дозировка (пипетирование) реагентов, химических препаратов и лекарств — весьма трудозатрадная процедура. Ошибки, связанные с граммовкой жидких реагентов, трудно отследить, поэтому чтобы предотвратить их, в лабораториях применяется очень дорогая техника. Взяв на вооружение стратегию производителей 3D-принтеров, которые позволяют производить промышленные компоненты едва ли не в домашних условиях, компания Opentrons недавно анонсировала новую версию своего маленького робота для пипетирования, который по размеру не больше сервера средних габаритов. Он стоит 4000 долл., что намного меньше, чем другие автоматизированные лабораторные решения.

Версия для печати (без изображений)