Как роботы повышают эффективность производства в России

В проекте Dig(IT)al рассказываем о технологиях, которые помогут вам заработать. Переходите на цифровую сторону бизнеса.

Среди производственных работ, которые можно автоматизировать: 

• подача материалов и перемещение деталей на сборочных линиях;
• сварочные работы;
• обслуживание станков с ЧПУ;
• нанесение лакокрасочных покрытий;
• резка материалов и шлифовка поверхностей; 
• паллетирование, перемещение грузов и погрузочные работы;
• сортировка и упаковка готовых изделий;
• контроль качества итоговой продукции.

Один из способов автоматизации производства — применение роботов-манипуляторов, промышленных и коллаборативных. По информации американской компании TM Robotics, в 2019 году доля коллаборативных роботов составила 4,8% от всех установленных  роботов в мире (355 тыс. традиционных и 18 тыс. коботов). 

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, по данным TM Robotics, сокращаются до 25% от исходных, а это $37,5 тыс. вместо $150 тыс. в год, если учитывать, что роботы, в отличие от людей, работают в три смены шесть дней в неделю, а значит — 48 недель в году. 

В чем разница между коллаборативными и промышленными роботами

Промышленные роботы максимально быстрые и точные. Эти два параметра определяют и их главное преимущество — более эффективную по сравнению с коботами производительность. Но высокая скорость работы делает их опасными для человека. Поэтому им нужна огороженная площадка или закрытый бокс. 

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. 

В двух словах: роботы — быстрее и точнее, коботы — безопаснее и удобней.

Как роботы и коботы применяются на производствах 

Сферы применения

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, во всем мире роботы преимущественно используются в автопроме (30%), производстве электроники (25%), машиностроении (10%), химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности (5%), пищевой промышленности (3%), а также на множестве не входящих в эти сферы предприятий (27%), в том числе, видимо, в аэрокосмической отрасли и в ВПК, которые так ценят секретность.

Преимущества роботов-манипуляторов 

Как по сравнению с человеком, так и автоматами производственных линий, которые проектируются с ними как единое целое и выполняют одну единственную функцию, у коботов и промышленных роботов-манипуляторов масса преимуществ: 

6. Многозадачность и возможность быстрой перенастройки — робота можно поставить на любой участок производства, быстро изменить выполняемую им операцию.
7. Простота размещения: один кобот или робот может обслуживать несколько станков одновременно, если его разместить и запрограммировать соответствующим образом, экономя место.
8. Легкость 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, а не уникальные специалисты.
9. Безопасность: коботы не подвергают сотрудников опасности травмирования, а промышленные роботы, как правило, находятся на огороженной от людей площадке, где также не опасны.
10. Корпуса большинства роботов и коботов защищены от попадания влаги и посторонних частиц по стандарту IP, что увеличивает надежность, снижает вероятность поломки и простоя.
11. 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. 

Какие проблемы снимает или частично решает обслуживание роботами станков с ЧПУ

Одна из наиболее перспективных областей для автоматизации ручного труда — загрузка и разгрузка станков с ЧПУ. Размещение заготовки в станке, извлечение готовой детали, замена режущего инструмента — это простые действия, которое под силу роботу.  

Обычно роботов применяют со станками, которые выполняют такие операции, как:

• фрезерование;
• токарные работы;
• резка;
• гибка;
• формовка;
• литье под давлением;
• 3D-печать.

Какие проблемы решает: 

• в производствах высокой интенсивности, от двух смен и выше, инвестиции в роботов выгоднее, чем использование труда рабочих. Этот вопрос мы рассматриваем подробно ниже, где приводим расчет сроков ROI при интеграции роботов;
• промышленные и коллаборативные роботы работают точнее людей, качество продукции становится выше;
• 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.

Кейсы применения

Приборостроительный завод

Приборостроительному заводу понадобилось автоматизировать загрузку и разгрузку токарных станков с ЧПУ HAAS. 

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 два года и один месяц.

Инструментальный завод

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 год и восемь месяцев.

Окупаемость и прибыль

Инвестиции в автоматизацию производства окупаются за несколько лет, в среднем один-три 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.

Один робот может работать практически без остановки 24/7 52 недели в году, заменяя от двух до шести рабочих с учетом смен. Суммарные затраты на рабочих за год или два, такие как зарплаты, больничные и отпускные, страховки, спецодежда и СИЗ, складываются в значительную сумму, сопоставимую со стоимостью робота. 

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.

За год

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. 

Выгода от применения робота в первый год — 904 603,6 рублей для двух смен, 1 867 249,36 рублей для трех.

Во второй и третий год — по 816 938,61 рублей для двух смен и по 1 664 384,64 рублей 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.

Ответы на вопросы

• Откуда взялось 115 тыс. рублей? Ставка кадровых агентств на поиск подходящего кандидата — 20% от суммы его годового дохода с учетом предложенной зарплаты 48 тыс. рублей 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. рублей в 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.

 За три года

За первые три года работы в три смены купленный в лизинг робот приносит почти пять млн рублей выгоды по сравнению с рабочими, а купленный единовременно — более пяти млн рублей. 

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 млн рублей каждый последующий год.

Фото на обложке: предоставлено компанией