Перспективы развития, примеры автоматизации производства, прогноз окупаемости.

 

Василий Киселев, CEO & Founder одного из крупнейших промышленных
интеграторов аддитивных технологий и робототехники Top 3D Group. 

На российских предприятиях большое количество технологических операций выполняется вручную. Например, механическая обработка на станках с ЧПУ, сварочные и сборочные работы, покраска, литье. 

Многие виды работ, связанные с риском травматизма или утомительным выполнением монотонных движений, известные как “3 D роботизации” (Dirty — грязные, Dangerous — опасные, Dullу — скучные), можно автоматизировать.

 

К ним относятся, например: 

 

• сварка;
• покраска;
• резка и шлифовка;
• обслуживание станков с ЧПУ;
• мероприятия по контролю качества;
• сортировка и упаковка готового продукта;
• погрузка-разгрузка, складирование, паллетирование;
• подача и перемещение изделий на линиях сборки.

 

Альтернатива ручному труду — использование промышленных и коллаборативных роботов. Уже в 2019 году, наряду с 355 000 промышленных образцов, было установлено 18 000 коллаборативных роботов, коботов, их доля — 4,8% от всех установленных в мире роботов за год.

 

Фото: top3dgroup.ru 

 

Повсеместная применимость робототехники дает возможность автоматизировать многие технологические процессы и снизить производственные затраты. По данным компании TM Robotic (США), внедрение всего двух роботов SCARA на пищевом производстве привело к снижению расходов на содержание штата персонала на 75%: $37 500 вместо $150 000. Расчет производился на 3 смены/день, 6 дней/нед, 48 нед/год. 

Заработная плата в РФ ниже, но роботы могут работать в более плотном графике, по сравнению с расчетным: 365 дней/год, в круглосуточном режиме, 7 дней в неделю, то есть — 51 или 52 недели. 

 

 

Разница между промышленными и коллаборативными роботами

 

 Фото: top3dgroup.ru

 

Неоспоримые преимущества промышленных роботов — высокая скорость и точность работы, а соответственно — большая производительность, по сравнению с коботами. Однако, быстродействие сопряжено с опасностью для работающих рядом людей. Монтаж такого оборудования производят в закрытых боксах или на огороженных площадках. 

Коллаборативные роботы изначально задуманы для сотрудничества с человеком. Их система безопасности оснащена множеством датчиков, контролирующих движение вокруг и передающих сигнал для мгновенной остановки работы. Форма оборудования — округлая, скорость и сила — уменьшенные. 

 

Фото: top3dgroup.ru

 

Коботы имеют еще ряд преимуществ:

• многофункциональность;
• простота установки, программирования и использования;
• небольшая площадь размещения;
• меньшее потребление электроэнергии, по сравнению с промышленными образцами;
• доступная цена;
• небольшой срок возврата инвестиций.

 

В связи с перечисленными особенностями, коллаборативные роботы становятся все более востребованными не только на крупных промышленных предприятиях, но и у представителей малого бизнеса. 

Вывод: промышленные роботы — более точное и быстрое оборудование, преимущество коллаборативных — в безопасности и комфорте. 

 

Применение роботов на производстве 

 

 

Область применения 

Обе разновидности роботов, промышленные и коботы, в первую очередь повышают производительность предприятия и минимизируют процент брака. Также они освобождают персонал от тяжелой и вредной работы, а бизнес — от значительной части затрат на содержание штата. 

По данным Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУРР), использование роботов в мире распределилось по отраслям следующим образом:

30% — автомобильная промышленность;
25% — выпуск электроники;
10% — машиностроение;
5% — нефтегазовая и химическая отрасли;
3% — пищевая промышленность;
9% — предприятия других сфер;
19% — неизвестные цели, очевидно, в их числе области с повышенной секретностью (аэрокосмическая отрасль, предприятия ВПК и тому подобное). 

 

 

Особенности настройки 

Для программирования промышленных роботов-манипуляторов требуется опытный специалист, наладка занимает определенное время, которое может вызвать простой работы при смене задач для оборудования. По сравнению со стационарными устройствами, перемещать манипулятор значительно легче. 

Настроить коллаборативных роботов еще проще. Для обучения достаточно перемещать “руку” устройства по нужной траектории, затем кобот повторяет действия самостоятельно. Небольшой вес и размер позволяют легко менять место работы робота, некоторые модели можно установить на движущуюся платформу. Эти особенности помогают быстро и просто переналадить устройство для смены деятельности. 

 

 

Обслуживание станков

Автоматизация обслуживания станков с ЧПУ — перспективное направление на производстве. Подача деталей на рабочее поле, выгрузка после обработки и смена инструмента не требуют высокой квалификации работников. С этими простыми повторяющимися действиями эффективно справляются роботы. 

Как правило, их задействуют для сопровождения следующих операций:  

• токарной и фрезерной обработки;
• резки и гибки материалов;
• формовки;
• литья под давлением;
• 3D-печати и многих других.

Задачи робота — загрузить заготовку, снять готовую деталь, сменить рабочие элементы — фрезы, резцы, экструдеры и прочие инструменты и расходники.

 

 

Плюсы роботов-манипуляторов 

 

Преимущества роботов, в сравнении с монофункциональными средствами автоматизации и работниками с низкой квалификацией. 

 

Универсальность

Многофункциональность и короткие сроки перепрограммирования. Робот может работать на различных участках и выполнять разнообразные задачи, для этого нужно лишь сменить локацию, программу и рабочие насадки. 

 

 

Удобство 

Одно устройство способно одновременно обслуживать несколько станков, экономя рабочую площадь. Коботам требуется значительно меньше места, они могут работать рядом с человеком. 

Роботы выигрывают в простоте сервиса и ремонта — им не нужен штат узкоспециализированных мастеров, обслуживать всех универсальных роботов могут одни и те же робототехники.

Большое количество оборудования одного вида требует меньшего ассортимента запасных частей на складе предприятия, что снижает время простоя для устранения неполадок, упрощает обеспечение бесперебойности работы. 

 

Безопасность для работников

Устройство коллаборативных роботов исключает возможность нанесения травм сотрудникам, а промышленные роботы работают на огороженных территориях, вдали от людей. 

Работа на однообразных монотонных операциях повышает утомляемость и снижает внимательность сотрудников, что зачастую становится причиной производственных травм, а травмы вредят не только самим сотрудникам, но и ведут к лишним расходам для предприятия. Применение роботов на таких участках более чем обосновано. 

 

 

Надежность 

Надежность роботов обеспечена защитой корпусов большинства моделей от проникновения влаги и твердых частиц, а также высоким качеством комплектующих и сборки самих роботов, что увеличивает срок бесперебойной службы и облегчает ремонт и обслуживание.

 

Высокая производительность 

Один робот способен заменить 3-6 человек, с учетом смен. Он работает 24 часа в сутки, без выходных, больничных и отпусков, что повышает общую производительность предприятия. 

 

Преимущества роботизации обслуживания станков с ЧПУ 

 

Снижение затрат 

На предприятиях, где работа организована в несколько смен, две и более, использование человеческого труда обходится дороже роботов. Подробнее эту тему мы раскрываем ниже, в главе “Возврат инвестиций и прибыль”, где делимся расчетами. 

 

Повышение качества продукции

Оба вида рассматриваемых устройств выполняют операции значительно точнее, чем сотрудники. Поэтому процент брака сводится к минимуму, растет доверие потребителей к производителю, а вместе с ним — и спрос на продукцию. 

 

 

Безопасность предприятия

Помимо улучшения безопасности работников, обусловленного снижением травматизма, массовое использование роботов уменьшает вероятность нарушений со стороны самого персонала — уменьшение количества людей снижает риск утечки закрытой коммерческой информации или проведения диверсий на предприятии. 

 

Кейсы 

Комплекс автоматизированной закалки с Fanuc M-710iC/70

 

 

По запросу производственного центра мы подготовили проект автоматизированного комплекса закалки металлических деталей с промышленным роботом Fanuc M-710iC/70. Робот выполняет следующие операции:

1. Снимает с подвижной платформы и транспортирует в муфельную печь заготовку.
2. Прогретую до девятисот десяти градусов по Цельсию деталь отправляет за десять секунд в форму закалочного пресса.
3. Достает готовое изделие из штампа и перемещает на подвижную платформу. 

Безопасность обеспечивают световые барьеры. При фиксации движения в рабочей области они останавливают робота. Работник не выполняет операций вблизи муфельной печи, что снижает риск получения ожогов. 

Повышение качества продукции происходит за счет высокой скорости и точности действий робота. При быстром перемещении заготовка не успевает остыть, а точная установка в штампе гарантирует равномерную обработку — процент брака становится минимальным. 

Наши расчеты показали, что возврата инвестиций можно ожидать через полтора-два года. 

 

Производство гидравлического оборудования

 

 

Делимся результатами автоматизации производственной линии, работающей с заготовками весом до 10 кг на станках Mazak и Haas. Представители предприятия, выпускающего гидравлическое и мехатронное оборудование, обратились к нам в 2020 году. 

На презентации мы показали возможности Hanwha HCR-5, как робота, оптимального для заявленных задач по весу и функционалу. Заказчик отдал предпочтение модели Hanwha HCR-12, в связи с большим радиусом действия и грузоподъемностью до 12 кг (у HCR-5 — 5 кг).

Внедрение оборудования позволило работникам, выполняющим монотонные действия по загрузке и разгрузке станков, перейти на участки с более сложной интеллектуальной работой. Заказчик планирует увеличить парк роботов еще на две единицы в ближайшее время. 

Возврат вложений в автоматизацию производства ожидается через два-три года, после чего оборудование будет работать на чистую прибыль. 

 

Приборостроительный завод

Задача — автоматизация обслуживания токарных станков с ЧПУ HAAS. 

Изучив цели и возможности заказчика, мы порекомендовали кобота Hanwha HCR-12. Для его установки не нужно много места, не требуются ограждения, его радиуса действия, силы и точности достаточно для выполнения поставленных задач. 

До подписания договора поставки мы продемонстрировали работу устройства. В результате сделали выводы, что рабочей зоны и грузоподъемности модели достаточно для обслуживания станков на предприятии. Представители завода решили приобрести двух роботов Hanwha HCR-12. Сотрудники предприятия прошли обучение по настройке и обслуживанию устройств у наших специалистов.

Срок окупаемости, при непрерывной работе, около двух лет и одного месяца.

 

Инструментальный завод

 

 

Задача — автоматизировать процесс загрузки заготовок и выгрузки обработанных деталей при работе со станками с ЧПУ, стоящими в две линии.

Мы спроектировали комплекс, включающий в себя два устройства: кобота Hanwha HCR-5, в качестве рабочего инструмента, и мобильного робота-транспортировщика Omron В, для передвижения кобота. 

Изначально заказчик допускал возможность передвижения HCR-5 по рельсам, но решение с мобильным транспортировщиком оказалось более технологичным, так как оставляет возможность интеграции в цепочку дополнительного оборудования. 

Это решение не требует установки дополнительных конструкций — подвесов, рельс, и оставляет возможность быстрой переналадки кобота на новые задания. 

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

 

Возврат инвестиций и прибыль

Окупаемость проекта роботизации производства составляет, обычно, от одного до трех лет. После возврата инвестиций наступает период, когда робот приносит чистую прибыль. Чтобы точнее рассчитать сроки окупаемости, необходимо учесть ряд факторов: цену роботизированного комплекса, условия эксплуатации, прогнозируемую прибыль проекта. 

Робот выполняет работу 2-6 человек, работая 24 часа в сутки и 7 дней в неделю, 52 недели в году. Цена оборудования сопоставима с расходами на содержание штата в течение 1-3 лет. В затраты входят: заработная плата, налоги, оплата отпусков, больничных листов, страховые выплаты, средства индивидуальной защиты, рабочая одежда. 

 

Расчет

Мы предлагаем обобщенный расчет, который не может быть применим на 100% ко всем предприятиям разных видов деятельности, однако, он наглядно демонстрирует возможности экономии при переходе с ручного труда на автоматизированный. 

В данном случае мы опирались на данные, связанные с внедрением кобота Hanwha HCR-3.

 

Один год

В лизинг

На содержание приобретенного в лизинг робота в год требуется 1,020 млн рублей, а расходы на содержание штата персонала, работающего в 2 или 3 смены — 1,694 млн и 2,542 млн. Если добавить стоимость подбора сотрудников — 1,925 и 2,887 млн. 

 

Выгода от применения робота в первый год:

работа в 2 смены — 904 603,6 р;

работа в 3 смены — 1 867 249,36 р. 

 

Во второй и третий год: 

2 смены — 816 938,61 р.;

3 смены — 1 664 384,64 р.

 

После трех лет, когда робот полностью окупился, экономия равна стоимости содержания сотрудников, вместо которых он работает. 

  

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.

 

Ответы на вопросы:

Что такое 115 тыс. руб.: стоимость услуг агентства по подбору персонала составляет 20% от суммарного дохода за год по вакансии, мы отталкивались от рыночной заработной платы (48 000 руб.). Далее прибавили эту сумму по одному разу на найм каждого рабочего в первый год: работа в 2 смены — 2 человека, в 3 смены — 3 человека. 

Если ваша компания укомплектована подходящими сотрудниками, можно не учитывать эту сумму в расчетах, а если возникнет необходимость замены сотрудника — прибавляйте её. 

 

Откуда берутся 16 тыс.руб./месяц: Это обязательная часть выплат на каждого сотрудника в ПФР. 

 

Что значит ПНР от 0 рублей: мы бесплатно устанавливаем и запускаем оборудование на площадках наших покупателей. Исключение составляют случаи пуско-наладки в дальних регионах, или необходимость оказания допуслуг, например — подготовка рабочей зоны или систем машинного зрения. Каждый проект рассчитывается индивидуально.

 

Три года

Три первых года трехсменной работы приобретенного в лизинг робота приносят около 5 млн руб выгоды, по сравнению с ручным трудом. При покупке за счет собственных средств — больше 5 млн руб. 

После периода окупаемости затраты на оборудование равны стоимости электроэнергии и технического обслуживания. Таким образом, ежегодная экономия составляет примерно 2,5 млн руб. 

Наши проекты автоматизации производства всегда основаны на расчете окупаемости вложений. Средний срок возврата инвестиций — от года до трёх лет. 

 

Выводы

Роботизация производства ведет к снижению себестоимости, повышению качества, росту объемов выпускаемой продукции. Мы прогнозируем активный рост использования коллаборативных и промышленных роботов на предприятиях. 

 

 

Период с 2012 по 2018 отмечен стабильным ростом внедрения роботов. Ежегодное количество установок в мире составляло от 159 000 до 422 000 единиц. 2019 принес снижение уровня продаж до 373 000 единиц. На этом фоне 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. Прогнозируемое количество установок к 2022 году — 524 000 роботов в год. Пандемия оказала значительное влияние на увеличение темпа роста, показав преимущества использования оборудования в форс-мажорных ситуациях. 

 

 

Плюсы роботизации производства проверены опытом большого количества предприятий:

• ускорение производства;
• экономия на содержании персонала;
• минимизация брака;
• рост производительности.

 

Выполнение обязательств по договору: выпуск продукции высокого качества в установленные сроки, повышает репутацию компании, ведет к росту количества заказов и наращиванию объемов производства качественной продукции в срок. В создании этого цикла роста прибыли компании помогут решения по роботизации производства.

 

© Василий Киселев, Founder одного из крупнейших промышленных интеграторов аддитивных технологий и робототехники Top 3D Group

--