Авиационный стенд на базе Kuka.Источник изображения: ЦАГИ
Авиастроение начало внедрять робототехнику лишь в последние десятилетия, так как в изготовлении самолетов необходима очень высокая точность при проведении работ, а объемы выпуска в сотни раз меньше, чем в автомобилестроении – лидере роботизации.
Однако сейчас производители авиационной техники все больше инвестируют в роботизацию для повышения гибкости производства и производительности труда.
Робототехника вместе с компьютеризацией и автоматизацией – неотъемлемая составляющая четвертой промышленной революции, которую переживает мировая экономика. Роботы находят применение повсюду: в промышленных цехах и сельскохозяйственных угодьях, в больницах и на складах крупных торговых компаний, на земле, в космосе и под водой, в средах, где человек подвергается опасности потерять здоровье или даже жизнь. Все большее количество стран (как развитых, так и развивающихся) понимают значение роботизации для развития своих экономик и используют роботов в различных отраслях промышленности и сфере услуг.
Наряду с альтернативной энергетикой и электроникой робототехника является одним из драйверов роста мировой экономики и потенциальным направлением для диверсификации авиационных, космических и оборонных корпораций России. Традиционные методы повышения производительности труда за счет использования информационных технологий при проектировании, производстве и техническом обслуживании сложных технических изделий себя в основном исчерпали. Следующим шагом должна стать роботизация, при которой человек уступит роботам выполнение многих монотонных и опасных для здоровья и жизни работ, оставив за собой программирование, управление и обслуживание роботов.
До конца ХХ века роботы были относительно дороги, а труд во многих странах – дешев. Поэтому роботы имели ограниченное применение даже в развитых странах, которые предпочитали переносить вредные и не требующие высокой квалификации производства в страны с дешевой рабочей силой, а не роботизировать свои производства. Однако, согласно исследованиям международной консалтинговой компании McKinsey&Co, специализирующейся на задачах стратегического планирования, в мире наблюдаются постоянные разнонаправленные тренды на снижение цены роботов и увеличение стоимости рабочей силы.
Страны с высоким уровнем роботизации имеют низкую безработицу, а снижение количества низкоквалифицированных работников компенсируется увеличением рабочих мест в других сферах экономики. Тот факт, что Сингапур, Республика Корея и Япония всего за три десятка лет вышли на первые места в мире по производству и использованию роботов, обогнав США и Германию, показывает, что решить задачу роботизации можно в относительно короткий исторический срок и при низких стартовых позициях. Важно понять, что роботизация в той или иной степени коснется всех отраслей экономики и лучше быть в авангарде перемен, чем догонять.
По данным Международной федерации робототехники (International Federation of Robotics, IFR), мировые продажи промышленных роботов в 2018 году составили $16,5 млрд, с учетом периферийного оборудования, программного обеспечения и затрат на установку – порядка $44,6 млрд. В количественном выражении было продано 422 000 единиц, рост составил 6% по сравнению с 2017 годом. Плотность роботизации в среднем по миру достигла 99 единиц на 10 000 работников (в России – пять единиц), рост составил 16% по сравнению с предыдущим годом.
В 2019 году рост продаж промышленных роботов замедлился из-за падения спроса в автомобильной промышленности – главном потребителе промышленных роботов. Ожидается, что мировой рынок промышленной робототехники возрастет до $73 млрд к 2025 году. При этом в периоде с 2020 по 2025 год ежегодный рост продаж составит 10,4%, то есть на 2–3% ниже по сравнению с оценкой до появления COVID-19.
Несмотря на то что общее число установленных в мире роботов уже превышает два млн единиц, их количество в различных отраслях продолжает быстро расти. Всемирный экономический форум (WEF) в своем ежегодном докладе The Future of the Jobs – 2018 оценил в 29% долю мирового производства, которое уже частично роботизировано.
Больше всех стран промышленные роботы закупает Китай, который имеет развитые автомобилестроительную и электронную отрасли. В стране наблюдается рост инвестиций и количества патентов на робототехнические разработки. По данным компании IFI Claims, занимающейся мониторингом и исследованиями в области патентования, за последнее десятилетие количество заявок, связанных с роботами, утроилось. Китай лидирует в количестве полученных патентов и поданных заявок (35% общего количества), что в два раза больше занимающей второе место Японии.
Помощники авиастроителей
Авиастроение начало внедрять робототехнику относительно недавно. Производство и эксплуатация авиационной техники до последнего времени с трудом поддавались автоматизации и роботизации. Как в автомобилестроении и электронике, в изготовлении самолетов необходима очень высокая точность при проведении различных работ, однако объемы выпуска в сотни раз меньше, а количество сборочных операций значительно больше. Тем не менее сейчас производители авиационной техники все больше инвестируют в роботизацию для повышения гибкости производства и производительности труда.
В первую очередь за роботизацию взялись лидеры авиастроения – Boeing, Airbus, Lockheed Martin и Bombardier, достигшие достаточно больших объемов выпуска. Все эти компании создали робототехнические отделы, которые тесно сотрудничают как с ведущими японскими и европейскими производителями промышленных роботов, так и с небольшими фирмами, способными выполнить специализированный заказ.
Так, Boeing внедрил на своих заводах несколько роботов крупных производителей – Fanuc и KUKA. Роботов компании Fanuc используют для сверления, клепки, нанесения покрытий, окраски, сварки алюминиевых конструкций и полировки. Роботы KUKA установлены на линии сборки фюзеляжей В777 в г. Эверетт, где секции фюзеляжа собирают с помощью заклепок (порядка 50 000 единиц). Два манипулятора KUKA работают синхронно: один устанавливает и расклепывает крепеж, а другой внутри фюзеляжа выполняет функцию наковальни. Сверление отверстий в фюзеляже выполняет робот еще одной известной компании Electroimpact Inc., который сверлит отверстия и устанавливает крепеж. Клиентами Electroimpact Inc. помимо Boeing являются Northrop Grumman, Bombardier и Embraer. На предприятии Boeing работают также автоматические платформы KUKA omniMove для перемещения крупных деталей. Компания создала свое робототехническое научно-исследовательское подразделение (Boeing Research & Technology, BR & T), которое запатентовало полностью роботизированную линию по сборке фюзеляжей. Известно, что Lockheed Martin также использует роботов при сборке фюзеляжа F-35 и покраски с привлечением компаний Fanuc, KUKA и Comau.
С KUKA сотрудничает и Airbus: в 2016 году компания поставила Airbus платформы omniMove для перемещения частей фюзеляжа, которые из-за веса и габаритов сложно перемещать кранами. Платформы могут собираться в «составы», поэтому их легко адаптировать под детали разной длины. С 2015 года Airbus внедряются коллаборативные роботы (коботы), которые являются помощниками работникам. В основном это небольшие роботы на колесах, которые могут передвигаться внутри фюзеляжа строящегося самолета безопасно для работающих там людей. Как показывает опыт роботизации сборки самолетов, небольшие роботы могут оказаться для авиастроения выгоднее, чем большие манипуляторы, за счет меньшей цены и большей универсальности. В этом плане на предприятии Airbus в Гамбурге на линии сборки A320 успешно работают два робота на подвижном шасси Luise и Renate, их функция – сверление отверстий в отсеках фюзеляжа для его дальнейшей сборки. Перед сверлением части фюзеляжа совмещаются и идеально выравниваются с помощью лазера. Испанский концерн MTorres (подразделение Airbus) разработал небольшого робота FDH (Flexible Drilling Head), который перемещается по фюзеляжу и осуществляет сверление и клепку. С 2016 года Airbus сотрудничает с небольшой японской компанией Joint Robotics Laboratory по разработке антропоморфных роботов.
Помимо сверления и клепки роботы широко используются при сварке, фасонном фрезеровании, окраске, нанесении покрытий и неразрушающем контроле. Сварка в общей трудоемкости изготовления авиационной техники составляет 40–50%. Крылья современных самолетов имеют сложную конструкцию, включающую топливные баки, гидравлику, закрылки, элероны и т.п. Для выполнения работ внутри крыла разрабатываются роботы, имеющие змеевидную форму.
В 2014–2018 годах ЕС профинансировал 17 робототехнических проектов под общим названием Horizon 2020, каждый из которых направлен на развитие промышленной и сервисной робототехники. Три из них непосредственно связаны с аэрокосмической промышленностью: AEROARMS – роботизированные системы с несколькими манипуляторами, AEROWORKS – летающие роботы для осмотра и технического обслуживания городской инфраструктуры, COMANOID – роботизированные решения для трудоемких или утомительных для человека операций по сборке самолетов Airbus. В настоящее время лидирующие позиции в производстве промышленных роботов для различных отраслей промышленности занимают крупные японские компании (Fanuc, Yaskawa, Kawasaki, Nachi, Denso, Mitsubishi, Epson) и несколько европейских компаний (ABB, KUKA, Staubli, Universal Robots). При этом четыре компании (Fanuc, ABB, KUKA и Yaskawa) занимают более 50% рынка. С этими компаниями в основном и сотрудничают лидеры авиастроения.
В общей сложности на мировом рынке работает порядка 400 компаний, занимающихся производством промышленной робототехники. Много небольших компаний производят комплектующие роботов или программное обеспечение. Компании-интеграторы собирают из готовых комплектующих роботов под требования заказчика. Такие индивидуальные роботы обходятся заказчику дороже, чем готовые. В робототехнической отрасли много стартапов, созданных при государственной поддержке, которые создают прототип и ищут инвестора или крупную компанию для организации массового производства.
Сервисные роботы и беспилотники
К сервисным роботам относят все типы роботов, которые не работают на производстве и входят в сферу услуг. Основным спросом в этом сегменте пользуются логистические роботы, военные, медицинские, роботы для охраны и контроля. В 2018 году, согласно отчету IFR, объем продаж профессиональных сервисных роботов без учета беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) составил $9,2 млрд. Объем продаж бытовых сервисных роботов, таких как пылесосы, газонокосилки и игровые роботы, составил $3,7 млрд (рост 15%). Основными производителями сервисных роботов являются американские компании iRobot, Intuitive Surgical (производитель хирургических роботов da Vinci), китайская компания DJI (любительские квадрокоптеры) и японская компания Nachi-Fujikoshi. Производством отдельных типов роботов занимаются также упомянутые ранее производители промышленных роботов KUKA, Omron и Yaskawa.
Отдельный класс сервисных роботов представляют беспилотные летательные аппараты, или дроны, рынок которых делится на два сегмента: военные и гражданские БПЛА. Согласно прогнозу International Data Corporation (IDC), мировой рынок БПЛА в ближайшие годы будет расти устойчивыми темпами. В 2018 году объем рынка БПЛА составил $12,3 млрд, из которых на военные БПЛА приходилось $7,2 млрд, остальные $5,1 млрд – на гражданские аппараты. Дальнейший ежегодный рост ожидается в размере порядка 20%, причем в основном за счет гражданского сегмента. Крупнейшими производителями в военном сегменте являются американские, британские и израильские компании – Boeing, BAE Systems, General Atomics, Israel Aerospace Industries и Elbit Systems.
В коммерческом сегменте производителей БПЛА доминирует китайская компания DJI, которой одной из первых удалось снизить издержки и предложить аппараты по цене меньше $1000 для индивидуального применения. Таким образом, рынок гражданских БПЛА разделился на две части: коммерческие (профессиональные) дроны и бытовые (потребительские). Коммерческие дроны все больше применяются в полиции, кинематографе, сельском хозяйстве, картографии. С мультикоптерами китайских производителей успешно конкурируют дроны американской компании iRobotics и дроны французской компании Parrot, которая предлагает потребительские модели, например, складной квадрокоптер или гоночный Parrot Mambo FPV14.
Идей использования дронов для различных сервисов достаточно много, однако до промышленного производства пока далеко. Грузоподъемность дронов, дальность полета и надежность все еще оставляют желать лучшего. Примеры успешных решений: дроны-спасатели американской компании Zipline, которые доставляют кровь и медикаменты в Руанде, но больше 2 кг они не поднимают, попытка компании Amazon применить БПЛА для логистических целей.
Роботы и рынок труда
В крупнейших авиастроительных компаниях мира (Boeing, Airbus, Lockheed Martin, Dassault Aviation), имеющих военный и гражданский сегменты, рост производительности труда является результатом как роста продаж авиационной продукции, так и комплекса мероприятий по повышению эффективности производства, в том числе автоматизации и роботизации. Однако роботизация рождает опасения, в том числе в авиационной отрасли, что роботы оставят людей без работы. Насколько эти опасения оправданы? Растет ли безработица в странах – лидерах по внедрению промышленных роботов?
Для ответа на эти вопросы возьмем такой параметр, как плотность роботизации (количество роботов на 10 000 работников). Согласно статистическим данным IFR за 2018 год, мировыми лидерами роботизации являются Сингапур, Южная Корея, Германия и Япония. В этих странах плотность роботизации составляет более 327 роботов, развиты электронная промышленность, автомобилестроение и успешно развивается аэрокосмическая отрасль. Страны с развитой аэрокосмической отраслью входят в топ-20 по показателю «плотность роботизации». Это США, Канада, Италия, Франция, Китай (135–247) при средней величине по миру 99 роботов. Китай является абсолютным лидером по количеству закупаемых роботов и старается сохранить положение «мастерской мира». Исключение составляют Бразилия, Россия и Индия, где плотность роботизации пока низка (менее 10 роботов). Исследования показали, что безработица на данном этапе роботизации не увеличивается в странах с высоким уровнем роботизации, а заменяемые роботами рабочие места компенсируются появлением новых рабочих мест в растущей робототехнической отрасли.
Следующий положительный эффект от роботизации получил название «решоринг» – возврат выведенных ранее в развивающиеся страны производств назад в развитые страны с хорошим инвестиционным климатом. Решоринг начался в США, чему способствовали низкие затраты на энергоресурсы и экономическая эффективность от применения роботов. Основные причины решоринга – рост заработной платы в развивающихся странах и снижение цен на роботов. Среди других причин решоринга представители бизнеса отмечают низкое качество конечного продукта и кражу интеллектуальной собственности.
Преимущество решоринга состоит также в том, что возврат производства позволяет компаниям создать новые рабочие места на родине, упростить цепочки поставок, снизить логистические издержки. За счет этого производители могут сократить время выполнения заказа и быстро адаптировать продукцию для местных потребителей.
Удешевление производства в США и других развитых странах, благоприятный инвестиционный климат создали условия для офшоринга производств из развивающихся и даже развитых стран в США. Например, компания Adidas открыла автоматизированный завод в Атланте (США), где производит кроссовки. На производстве работает всего 160 чел., в то время как на производстве в Юго-Восточной Азии было занято более 1000 рабочих. Другой пример: в 2008 году Airbus разместил сборку A-320 в Китае (20 машин в год только для китайского рынка), однако сборка новой машины A-220 производится уже в США. В ЕС также ряд крупных производителей включились в решоринг. Известно много случаев размещения германских, британских, французских и итальянских производств в странах Восточной Европы, входящих в ЕС, а не в странах Юго-Восточной Азии.
Можно привести другие положительные эффекты от роботизации. Например, замена роботами человека на опасных для жизни и здоровья рабочих местах, таких как космическое пространство, покраска автомобилей и самолетов, подземные работы, обслуживание больных в условиях пандемии. Роботы уже успешно применяются в Японии для обслуживания пожилых людей в домах престарелых, решая общемировую проблему старения населения.
Так кто же проигрывает от роботизации? Проигрывают страны с низкой производительностью труда и неквалифицированные работники, которых легко заменить роботами с более высокой производительностью. Дешевая рабочая сила была преимуществом, в то время когда роботы стоили достаточно дорого и не могли конкурировать в цене с работниками в странах третьего мира. Но научно-технический прогресс изменил сложившееся положение вещей. Роботы подешевели, а рабочая сила, наоборот, подорожала. С учетом транспортных расходов на перевозку сырья и готовой продукции роботизированное производство в развитых странах становится конкурентоспособным по отношению к самому дешевому труду, не требующему знаний и профессиональных навыков.
Ближайшее будущее
В 2019 и 2020 годах произошли два события, оказавшие большое влияние на производство гражданских самолетов. Первое событие связано с двумя катастрофами новейшего узкофюзеляжного самолета B-737MAX, вызвавшими приостановку поставок этой популярной модели. Второе событие связано с пандемией COVID-19, вызвавшей кризис туристической отрасли, а следовательно, падение спроса на гражданские самолеты. Дальнейшее развитие отрасли в ближайшей перспективе, в том числе в отношении разработки новых промышленных роботов, будет зависеть от быстроты решения названных проблем.
Разработку и производство сервисных роботов – как профессиональных, так и бытовых – COVID-19 может даже ускорить. Ощущается потребность в медицинских роботах различного типа, роботах наблюдения и контроля, роботах аэродромного обслуживания. Несомненно, продолжится развитие рынка БПЛА. Роботизация уже сейчас оказывает влияние на рынок труда, и это влияние будет только возрастать. Роботы дешевеют, и их применение становится экономически более выгодным, чем найм неквалифицированных работников. От роботизации выигрывают пока развитые страны и Китай, имеющие высокую плотность роботизации, что позволяет им снижать издержки и удерживать производство в границах своих стран.
Различаем автоматизацию и роботизацию
Робот, согласно IFR, должен быть способен выполнять три рода операций: чувствовать (Sense), думать (Think) и действовать (Act), то есть иметь чувствительный элемент (или несколько чувствительных элементов), встроенный компьютер с программным обеспечением и исполнительный механизм в виде технического или интеллектуального устройства. Автоматизация отвечает только одному или двум из перечисленных требований.
Виды роботов по версии IFR:
Сервисные – профессиональные (в том числе военные) и бытовые.
Промышленные
Сервисные роботы в аэропортах (ближайшее будущее)
Роботизированные стойки регистрации пассажиров и выдачи посадочных талонов
Роботы-полицейские, снабженные телекамерами, сканирующими лица людей в аэропорту для обнаружения разыскиваемых преступников
Роботизированные логистические системы для приема и транспортировки багажа
Роботы-информаторы
Роботы для уборки помещений аэропорта
Источник: vpk.name
