По мере того как отечественная отрасль производства оборудования, под воздействием совокупного влияния рыночного спроса и технологического прогресса, осуществляет трансформацию и модернизацию, интегрированное применение промышленных роботов и станков с числовым программным управлением в последние годы развивается стремительными темпами, а спектр их применения неуклонно расширяется. Это придаёт новый импульс текущим тенденциям интеллектуализации станочного оборудования и неизбежно окажет позитивное влияние на продвижение трансформации и модернизации отечественной отрасли станков и инструментов.

Учитывая текущее состояние разработки роботов и их интеграции с станочным оборудованием, каким образом соответствующим предприятиям следует создать эффективный механизм организационной координации для укрепления коммуникации и сотрудничества? А для достижения глубокой интеграции двух отраслей, полного совместного использования ресурсов, взаимного дополнения сильных сторон и формирования синергетического эффекта в развитии отрасли — какие технические нормы и стандарты необходимо разработать?

Робототехническая отрасль переживает свой золотой век развития. Вопросы стимулирования интегрированного развития отраслей промышленной робототехники и станкоинструментальной промышленности, а также реализации взаимной интеграции и совместного применения промышленных роботов и станков с числовым программным управлением стали важными задачами модернизации и повышения конкурентоспособности современной отрасли производства оборудования.

Многие операции в процессе производства станков в значительной степени зависят от физической силы и квалификации рабочих, что приводит к низкой производительности, высокой трудоёмкости, дефициту квалифицированных кадров и затрудняет обеспечение стабильности и однородности выпускаемой продукции. Это побуждает станкостроительную отрасль всё активнее внедрять промышленных роботов и технологии интеллектуального производства для модернизации традиционных технологических процессов. Ранее дорогостоящие импортные роботы и производственные линии использовались преимущественно в нескольких отраслях, таких как автомобилестроение; их доля в станкостроении и других отраслях машиностроения оставалась относительно невысокой, что в значительной мере сдерживало повышение уровня автоматизации отечественной станкостроительной отрасли.

1 Нынешнее состояние двух крупных отраслей

За десять лет интенсивного развития в рамках двух пятилетних планов — «Одиннадцатого» и «Двенадцатого» — отрасль станков с числовым программным управлением Китая вышла на этап одновременного масштабного промышленного производства среднего уровня и мелкосерийного производства высокотехнологичной продукции, при этом общий уровень отрасли в целом уже обладает международной конкурентоспособностью. В качестве ключевого управляющего компонента станков с ЧПУ отечественные производители систем числового управления освоили такие технологии управления, как пятиосевое совместное движение, интерполяция малых отрезков и динамическая компенсация погрешностей, а также разработали высокопроизводительные сервоприводы большой мощности. Собственные научно-исследовательские разработки стимулировали технологические инновации и прогресс, способствовали формированию первоначальных основ отрасли промышленной робототехники и оказали мощное влияние на развитие смежных отраслей.

В настоящее время компании, занимающиеся разработкой и производством систем числового программного управления, предприятия по выпуску готовых станков, интеграторы автоматизированных решений и даже гиганты недвижимости активно вкладываются в сферу робототехники, что вызвало настоящий инвестиционный бум в этой отрасли. Вместе с тем вызывает тревогу чрезмерное государственное регулирование, приводящее к «захвату земельных участков ради получения льготных мер», перегреву инвестиций, который порождает избыточные производственные мощности, а также к низкокачественной конкуренции за счёт однотипности продукции без инновационного импульса; все эти факторы способны привести отрасль робототехники к хаотичному развитию. Важно задуматься: какие именно компании наиболее подходят для развития промышленной робототехники? И как повысить общий уровень качества всей отрасли робототехники? В целом компании, обладающие значительным технологическим наследием в области систем числового программного управления и имеющие масштабные производственные возможности по выпуску систем управления, сервоприводов и систем сервопривода, будут иметь определённые преимущества. Успешный пример практического внедрения и масштабирования, осуществлённый японской компанией FANUC, служит достойным образцом для изучения и переноса на отечественный опыт.

Ряд отечественных компаний, специализирующихся на системах числового программного управления, постепенно вышли на рынок промышленной робототехники. В их числе — компания Guangzhou CNC, которая первой начала развивать данное направление: с 2006 года она ведёт планомерную работу по проектированию и разработке отрасли промышленной робототехники, и на сегодняшний день этот процесс уже насчитывает восемь лет. Опираясь на богатый опыт, накопленный в ходе производства собственных контроллеров, сервоприводов и серводвигателей, компания успешно осуществила полностью самостоятельную разработку целого ряда моделей промышленных роботов; диапазон грузоподъёмности выпускаемой продукции охватывает от 3 до 200 килограммов, а функциональные возможности включают погрузку и разгрузку на станках, сварку, укладку в стопки, нанесение клея, шлифование и полировку, резку, окраску, сортировку и сборку и др.

По мере того как становятся всё более очевидными такие острые проблемы, как рост затрат на рабочую силу, дефицит квалифицированных кадров, высокие экологические риски и чрезвычайная интенсивность труда, применение промышленных роботов в сфере производства и изготовления получило широкое признание и продолжает активно распространяться, превратившись в центр общественного внимания. Правительство использует эту возможность для содействия модернизации и трансформации отрасли, а предприятия, в свою очередь, опираются на этот тренд для проведения технологической модернизации, изменения производственных методов и повышения операционной эффективности. Вместе с тем общее количество роботов в стране по-прежнему недостаточно, отечественные бренды находятся на стадии формирования, а их совокупная конкурентоспособность ещё предстоит повысить. Так в каком направлении будет развиваться отрасль робототехники? По мнению автора, в настоящее время крайне необходимо стимулировать синергетическое развитие отраслевой цепочки, включающей компании, выпускающие готовые робототехнические системы, поставщиков ключевых компонентов и системных интеграторов.

2 Интеграционные модели роботов и станков с числовым программным управлением

В сфере применения станков с числовым программным управлением интегрированное использование отечественных роботов для загрузки и разгрузки станков с ЧПУ уже вышло на передовые позиции в отрасли. С точки зрения уровня отраслевого применения также произошли существенные изменения:

1. Рабочий остров : Одно-на-один связная обработка, один-ко-многим связная обработка.
2. Гибкая производственная система (FMS) : Гибкая производственная линия обработки, основанная на сетевом управлении, путём подключения нескольких роботов, нескольких станков с ЧПУ и вспомогательного оборудования к промышленной Ethernet-шине через платформу управления ПЛК обеспечивает их сетевое взаимодействие и организует автоматизированное производство в соответствии с производственным тактом.
3. Цифровая мастерская Благодаря использованию таких производственных вспомогательных инструментов, как CAD/CAM/CAPP/MES, а также логистических и сенсорных технологий, система обладает функциями мониторинга производственного процесса, онлайн-реального времени обратной связи о неисправностях, управления данными технологического процесса обработки, управления информацией о режущем инструменте, управления данными технического обслуживания оборудования и регистрации информации о продукции, что позволяет удовлетворить потребности в безлюдной обработке и обеспечивает формирование производственного плана, координацию операций, интеграцию и оптимизацию работы производственной системы.
4. Умный завод Благодаря интеллектуальному планированию производственных цехов и системе управления информацией ERP удастся в максимальной степени произвести революционные изменения в традиционных методах производства. База данных этой системы управления информацией может быть интегрирована с различными внешними информационными системами через шлюзы, что обеспечивает беспрепятственный обмен данными между цехом и ERP-системой, позволяет в режиме реального времени отслеживать состояние производства в цехе и, таким образом, добиться эффективного распределения корпоративных ресурсов; одновременно, благодаря использованию платформы SMS-сообщений и электронной почты, информация о неисправностях оборудования, ходе производства и других аспектах может оперативно передаваться руководству.

Три пути интегрированного развития промышленных роботов и станков с числовым программным управлением

3.1 В области обработки и производства

Существует огромный потенциал для интегрированного развития в таких областях, как использование роботов в обработке и производстве конструкционных деталей станков с целью достижения автоматизации, а также применение специализированных станков для высокоточной обработки редукторов, предназначенных специально для роботов, что позволяет повысить качество технологических процессов и эффективность серийного производства. Благодаря стратегическому сотрудничеству между двумя компаниями робототехнические предприятия могут опираться на производственные и технологические компетенции производителей станков и добиться следующих целей:

1. Провести совместные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по отливкам корпуса робота и конструкционным деталям редуктора, разработать технологии серийного высокоточного производства, повысить масштабы серийного выпуска роботов и уровень технологической оснащённости, преодолеть ключевые технологии в области надёжности и стабильности, а также обеспечить эффективное, стабильное и точное производство по тактовому принципу.
2. Осуществляет продвижение и внедрение роботов, опираясь на интеграционные возможности робототехнических инструментов, приспособлений и производственных линий, а также на обширные каналы сбыта конечным клиентам, имеющиеся у ведущих станкостроительных предприятий.
3. Разработка промышленных роботов для удовлетворения потребностей в автоматизированном и гибком производстве, включая загрузку и разгрузку станков и производственных линий, перемещение заготовок, шабрение, снятие фасок, шлифование, сварку и порошковое напыление. Совместная разработка предприятиями станкостроения и компаний, специализирующихся на промышленной робототехнике, позволяет осуществлять автоматизированную обработку всех компонентов станка и способствует повышению уровня технологий производства станков.
4. Ключевые компоненты механического корпуса промышленных роботов — такие как поворотный стол, большая стрела, корпус, опорная втулка, малая стрела и запястный механизм — предъявляют чрезвычайно высокие требования к размерной точности и геометрическим допускам; одновременно к оборудованию для обработки, оснастке и измерительным инструментам также предъявляются жёсткие требования. В настоящее время отечественное оборудование для обработки, технологии сборки и методы высокоточного контроля пока ещё в недостаточной степени удовлетворяют потребности в структурной оптимизации и высокоточной обработке таких ключевых деталей редукторов роботов, как корпус циклоидального зубчатого колеса, планетарная игольчатая шестерня, эксцентриковый вал и планетарный картер. Вместе с тем использование отечественных станков с ЧПУ и оснастки для выполнения соответствующих операций по обработке способствует повышению уровня проектирования и обработки высококлассных прецизионных механических деталей в нашей стране, а также стимулирует применение и развитие отечественных систем ЧПУ и отечественных станков с ЧПУ.

3.2 В области комплексного применения

Внедрение гибких производственных линий обработки с использованием роботов для загрузки и разгрузки станков станет удобным и высокоэффективным способом их широкого распространения. В настоящее время в стране насчитывается около двух миллионов единиц станков с числовым программным управлением; если компании, специализирующиеся на робототехнике, возглавят продвижение применения гибких производственных линий с роботизированной загрузкой и разгрузкой станков, это несомненно откроет огромный рыночный спрос. В то же время такой подход будет способствовать переходу отраслей станкостроения, робототехники и производства прочих механических компонентов к автоматизированным, цифровым и сетевым производственным моделям, обеспечению интеллектуального управления технологическими процессами и информационного управления, повышению производительности и качества продукции, улучшению уровня управления технологическими процессами — и, как следствие, общему модернизационному развитию отрасли машиностроения. Например, компания Guangzhou CNC уже установила стратегическое партнёрство с такими производителями станков, как Dalian Machine Tool и Baoji Machine Tool, совместно реализуя проекты по созданию специализированных станков для роботизированной обработки, внедрению соответствующих технологий обработки, а также по применению роботизированной автоматизации гибкого производства; эти усилия способствуют глубокой интеграции и синергетическому взаимодействию сторон в их соответствующих отраслевых сегментах.

По сравнению с международным передовым уровнем отечественная индустрия робототехники и станочного инструментария по-прежнему отстаёт. В особенности индустрия промышленной робототехники, будучи новой отраслью, начала своё развитие позже, чем отечественная станочная отрасль. Как уровень производственных технологий, так и системы управления, опыт интеграции и применения, а также степень зрелости технических стандартов и обеспеченность кадрами соответствующей специализации — всё это сдерживает нынешние темпы развития, требуя постоянного движения вперёд на основе поиска и экспериментов. Тем не менее мы убеждены, что глубокая интеграция этих двух отраслей имеет огромное значение для повышения общей конкурентоспособности отечественной отрасли производства оборудования.