Сегодня понедельник 6 июля 2020 г. 10:37
сделать стартовой в избранное
О проекте
Контакты
Форум
Размещение рекламы
   
 
 
Логин Пароль  
 
 
запомнить на этом компьютере
регистрация  |  если забыли пароль
 
 
№148апрель 2020Промышленная площадка
Роботизация – драйвер современного сварочного производства
Есть такое понятие, как плотность роботизации в промышленности. Так, одно из самых насыщенных роботами производств было в Поднебесной: несколько лет назад на 10 000 рабочих там использовали 45 роботов. Китайское правительство задалось целью повысить этот показатель до 100, сейчас он достиг 97. В Южной Корее и Сингапуре — 700. Вся промышленность России — это всего 5 роботов на каждые 10 000 рабочих. Насколько гибкое отечественное производство?

Фото: www.robowizard.ru

Драйверы роботизации во всём мире — автопром и производство электроники, на них приходится более 50% основных продаж. Тем не менее, за последний год набирают обороты и другие отрасли: пищевая, металлургия и другие. Сегодня объём российского рынка промышленных роботов — около 3 млрд рублей.

Но это лишь треть объёма всех робототехнических решений, в целом он составляет не меньше 9 млрд рублей, и этот рынок растёт. Что в мире?

«Интересно, что китайцы не только устанавливают зарубежных роботов, но и наращивают компетенции по производству собственных: сейчас там активная государственная политика ведения роботов. В то же время зарубежные производители понимают, что это очень перспективный, удобный рынок, и основывают там свои производства. Одно из крупных событий последних лет — немецкую компанию KUKA купила китайская Midea, в том числе, чтобы продавать роботов на рынке Поднебесной.

Рынок Восточной Европы в целом развивается, утверждают эксперты. А вот отечественное производство за последние годы в результате торговых войн с США приостановилось, упали и продажи роботов. Например, за 2018 год в России установили не больше 1000 единиц, это пока рекорд. Дело в том, что сейчас в целом по стране уровень заработной платы ниже, чем в том же Китае. А лидер по производству роботов — Япония, около 50% всех машин, которые используют в мире — это японские производители, 10-12% приходится на Южную Корею, столько же на Германию. США в том же положении, что и мы: многих американских производителей уже давно купили те же японцы и китайцы», — приводит цифры исполнительный директор Национальной ассоциации участников рынка робототехники Алиса Конюховская.

Важная интеграция В каких процессах применяют роботов?

В основном в 2019 году это перемещение (6%), сварка (27-30%) и другие виды обработки. Чаще всего используют шарнирных роботов, обычные руки, в меньшей степени — портальных, линейных, цилиндрических и параллельных.

«В основном роботы у нас в России зарубежные, и только 4% — отечественные. Причём сейчас разные компании стараются производить этих роботов, но, тем не менее, пока это штучные вещи. Очень трудно конкурировать с компаниями, которые десятилетиями вкладываются в людей, в то, чтобы сделать интеграторов, обеспечить сервис, они могут экономить за счёт масштабов. Наши отечественные производители почему-то делают акцент на том, чтобы сделать дешевле, и не факт, что будет более надёжно. Однако важно понимать, что помимо производства роботов один из ключевых элементов роботизации — интеграция.

Если вы найдёте классного, качественного интегратора с хорошим подходом, будьте уверены, что роботы будут успешно внедрены.

И если мы не можем конкурировать в плане производства, то как раз в разработке и интеграции программного обеспечения, что не менее важно, мы уверенно можем составить конкуренцию и выходить на экспорт», — уверена г-жа Конюховская.

Так, японский производитель FANUC не занимается внедрением комплексных проектов под ключ: это делает отечественный интергратор «Вебер Комеханикс».

«До 90% компонентов FANUC полностью разработаны и изготовлены на заводах в Японии. В месяц мы изготавливаем до 7 000 роботов. На собственном производстве задействовано не менее 2 000 единиц: роботы собирают роботов, системы ЧПУ, контроллеры. Объём установленных единиц — около 600 000 промышленных роботов по всему миру», — отмечает профессор, д.т.н., специалист «FANUC robotics» Россия Андрей Данилов.

Адаптировать сварку

По словам экспертов, в России преимущественно развиты дуговая сварка и смежные процессы: наплавка, напыление и плазменная резка. Контактная сварка актуальна в автопроме, а в промышленном бизнесе применяется крайне редко: в нашей стране таких проектов — единицы.

Роботы можно использовать не только для сварки, но и, например, для наплавки запорной арматуры, плазменной раскройки труб большого диаметра. Вручную это очень трудоёмко: разметка занимает много времени, получается неточная, с ошибками, а робот всё делает в автоматическом режиме. Как это происходит?

«Чтобы сделать сварку адаптивной, робот FANUC подстраивается под погрешности детали или под те проблемы, которые могут быть при сборке или установке. Это функции TAST, ABC, AFD. Для типа сварки там нужен контроль по напряжению дуги. TOUCH sensing, или поиск касанием — это функция для многопроходной сварки. Используя этот функционал, можно легко сваривать как тонкостенные, так и толстостенные соединения.

У наших российских партнёров есть опыт внедрения как простых систем, где роботы — единственный сварочный источник, так и восемнадцатиосных портальных комплексов. Например, на предприятии в Чебоксарах установлен многоосный комплекс для сварки алюминия со сложной кинематикой, со сложным движением, с традиционным датчиком лазерного поиска шва.

Ещё один пример — восемнадцатиосный комплекс, где одновременно работают два робота со сложными системами поиска шва: он сваривает многотонные изделия как изнутри, так и снаружи, например, кузов самосвала», — рассказывает Андрей Данилов.

На что стоит обратить внимание в процессе внедрения робототехнических комплексов? Генеральный директор ООО «Вектор групп» Дмитрий Ипанов считает, что успешное решение проекта зависит от того, насколько слаженно действовал заказчик с поставщиком на каждом из этапов.

«Я бы хотел обратить внимание на то, что самое важное — пройти все этапы планомерно, не приступать к реализации и техподдержке сразу после покупки робота, а начинать работать с поставщиком ещё на этапе разработки. Зачастую оснастка — это залог успеха. Если изделие не подготовлено к инвентаризации, если его невозможно собрать качественно, то вы и сварить его не сможете. Робот — не волшебник, он делает только то, что сможет сделать человек. Если изделие кривое-косое, то и после сварки роботом оно таким останется. Всегда нужно начинать с заготовительного производства, обращать на него внимание и стремиться постепенно вводить всё большую и большую автоматизацию, чтобы успешно реализовывать проект.


Компания THOMSON — ведущий производитель станков сварки трением, начала разработку в 1963 году. Сегодня она принадлежит KUKA. Это около 1200 установленных кастомных станков сварки трением по всему миру.


Основной выигрыш, который получает в этом случае клиент, — это стабильность технологии. Например, одному из наших клиентов, чтобы получить новый заказ, необходимо было модернизировать производство — таковы условия выхода на международный рынок.

Один из наших знаковых проектов — роботизация всего цеха сварки автобусного завода «Volgabus» во Владимировской области. Для этого единым пакетом закупили 35 роботов, которые устанавливали поэтапно.

Сегодня это наиболее роботизированный в мире завод с точки зрения сварочного производства автобусов: это и ключевые узлы, и основания, и подвески, и двигатели.

На 100% сварочный шов выполнен на роботе. Одна из задач, с которой к нам обратился заказчик — сделать безлюдный завод, и на начальном этапе мы проектировали оснастку совместно. В принципе, это реализуемо: цикл сварки достаточно большой, изделие варится от 10 до 40 минут, поэтому один-два человека имеют возможность обслуживать четыре ячейки сразу, просто перемещаясь между ними», — рассказывает Дмитрий Ипанов.

Ещё один комплексный проект компании — атомная станция. Робота установили на колонне непосредственно над реактором, с неё он перемещается на бочку, которая представляет собой будущее хранилище для отработанных стержней ядерного реактора. Одна из основных задач в этом случае была радиационная безопасность, чтобы человек находился как можно дальше от опасной реакторной зоны. Для этого заказали специальные удлинённые кабели, с помощью которых оператор мог управлять роботом удалённо. Так называемую голову в этом проекте оснастили системами лазерного слежения и видеокамерами. Так оператор имел возможность автоматически, джойстиком корректировать движение робота, компенсируя неточности крупной заготовки.

Сварка трением при помощи гибких робототехнических систем

Роботы позволяют также сделать технологию более экологичной и рентабельной. Речь идёт о сварке трением с перемешиванием. Это твердотельный процесс, при котором зонд, инструмент, или пин погружают между двух соединяемых материалов, например, между двух пластин, и с одновременным вращением вдоль будущего сварного шва происходит перемешивание этих материалов.

«Технологически это выглядит таким образом: на первом этапе пин погружается непосредственно в свариваемые детали, а потом за счёт вращения происходит разогрев, металл становится пластичным. Затем происходит сам процесс сварки с перемешиванием, то есть пином два металла между собой смешиваются. За счёт прижимного усилия самого инструмента — пятки, образуется сварной шов. Ну и последний этап — извлечение инструмента. За счёт создания осевого усилия и одновременного перемещения вдоль будущего шва, собственно, и происходит процесс размешивания двух деталей между собой. В результате сварки трением с перемешиванием получается гомогенное соединение с однородным по своему составу материалом, то есть сварной шов по сути является продолжением соединяемых деталей — настолько хорошо перемешиваются материалы между собой.

Практически так же, как при дуговой сварке, нет такого вливания тепла, потому нет термической деформации, коробления и, за счёт того, что составы размешиваются между собой, появляется возможность сваривать материалы, которые традиционными видами сварки между собой сварить нельзя. Это основное технологическое преимущество технологии. На выходе получается деталь стабильно заданного качества.

К тому же, это более дешёвый вариант сварки, потому что нет присадочных материалов, мы не тратим на это деньги, экономим металл и колоссальное количество энергии. По оценкам наших коллег, экономия достигает до 75%», — описывает менеджер по развитию подразделения KUKA Russia Евгений Лобанов.

«Твёрдофазный процесс подразумевает, что температура внутри сварного соединения всегда ниже температуры плавления. Этот процесс саморегулируемый: если увеличить скорость вращения, увеличится и тепло. В то же время это приводит к снижению статического трения — таким образом невозможно перейти через зону температуры плавления, в твёрдой фазе это соединение всегда будет происходить.

Если мы говорим о линейных соединениях, получаемых при помощи такой технологии, скорость самого процесса сварки чрезвычайно высока, то есть можно иметь скорость 2-3 метра в минуту. Есть скорости гораздо больше. Ещё одно преимущество данного соединения — практически любую толщину можно сваривать в один проход.

Одна из разработок компании GRENZEBACH — инструмент со стационарными заплечиками, то есть фактически верхняя часть поверхности инструмента неподвижна, вращается только пин, находящийся внутри. Это обеспечивает возможность применения такой технологии на роботе: усилие, которое он создаёт на поверхности, становится значительно ниже, потому что вращается маленькая деталь, дальше роботу остаётся только двигать этот инструмент по поверхности. Это было в прошлом.

В 2019 году на Генеральной Ассамблее Международного Института Сварки производитель представил новую голову, в которой заплечики и пин вращаются в разные стороны. Это позволило ещё больше стабилизировать сам по себе робот и его движение, не только на поверхности, но и при засверливании, и при выходе», — комментирует заведующий лабораторией лёгких материалов и конструкций, директор центра Kawasaki-Политех, к.т.н. Олег Панченко.

«Базовый компонент компании KUKA — это непосредственно робот, как правило, применяют 500-килограммовый робот серии FONTEC. Специальный шпиндель для сварки с трением с перемешиванием, контроллеры-роботы. Контроллер, который управляет сварочным процессом, включает гидравлику, пневматику и пульты для программирования. Опционально под клиента может быть разработана и технология, и сам инструмент, и рабочий стол, и сварочная оснастка, и традиционные способы обезопасить человека от робота.

Преимущества сварки трением с перемешиванием на базе роботов: относительно низкие инвестиции, гибкая программируемая рабочая зона, робот шестиосевой. Зона досягаемости — около двух метров, в этом объёме можно обрабатывать любую геометрию, любую траекторию. За счёт применения напольных осей этот диапазон можно увеличить до 40 метров.

Шпиндель полностью интегрирован, роботы «видят» его как своё продолжение, свою седьмую ось. Всеми параметрами можно управлять в широком диапазоне и получать точные результаты», — рассказывает г-н Лобанов.

«Процесс достаточно быстрый: на текущий момент сама по себе сварка может длиться 0,6 секунды. Таким образом, с точки зрения скорости это абсолютно очевидный конкурент для контактной сварки, используемой в автомобилях. Тем более, что для сварки алюминия контактная сварка в классической форме осложнена необходимостью источника питания большой мощности для того, чтобы уничтожить оксидную плёнку на поверхности алюминия — это особенность технологии», — добавляет Олег Панченко.

Недостатки технологии

Основное ограничение такой сварки, по словам экспертов — отсутствие присадочного материала, поэтому нельзя выполнить угловые швы.

«У робота, как и в 3D-фрезеровании, есть существенные недостатки. В первую очередь, это не абсолютно жёсткая конструкция. Всегда есть станок с ЧПУ на какой-то серьёзной станине, отсюда ограничение
по точности, а значит, по толщине свариваемых материалов. Мы их оцениваем примерно до 8 миллиметров, если варить алюминий.

Для того, чтобы осуществлять необходимый прижим инструмента, работают большие серьёзные роботы, это и немалые усилия. Поэтому там, где надо сварить, например, тонкостенные сосуды, само давление прижима может промять деталь, это создаёт серьёзные ограничения. Кроме того, если в обычной дуговой сварке на определённых катетах какой-то зазор можно перекрыть просто подачей проволоки или током, самой дугой, то здесь позиционирование деталей должно быть абсолютно жёсткое, и никакой зазор недопустим. Поэтому требуется очень жёсткая оснастка и позиционирование самой детали в сварочной оснастке.

Сложнее становится и проектирование, и изготовление, поэтому она заметно дорожает.

В некоторых задачах немного ниже может быть и скорость самой сварки. И ещё один существенный недостаток: после извлечения пина из свариваемых деталей остаётся отверстие, которое требует доработки», — подчеркивает Евгений Лобанов.

Процесс, по словам Олега Панченко, весьма непростой, и проблемы, которые возникают в классической сварке в виде дефектов, в этом виде сварки тоже есть, но другие. Например, разработчики из Финляндии в университете Аалто умудрились за счёт них получать преимущество, таким образом они научились делать теплообменники. При помощи этого инструмента в толщине металла они делают оптические отверстия любой направленности, формы и со всевозможными округлениями, изгибами и искривлениями, таким образом увеличивая эффективность процесса. Кроме того, они даже научились внахлёст сваривать медь с алюминием и параллельно делать внутри каналы в этом соединении.

Область применения

Наиболее востребована технология в изготовлении всевозможных деталей для автомобилей, рычагов, подвесок. Сегодня тренд на «алюминизацию», более того, некоторые элементы новых Volkswagen уже делают из магния, переходят на более лёгкие материалы, чтобы снижать вес. Разнородные соединения — это подрамник компании Honda, изготовленный из стали и алюминия: классическими способами сделать это очень сложно. Раньше такие задачи решали при помощи сварки-пайки.

При производстве машин на электроприводе отсеки под аккумуляторные батареи выполняют из алюминия. Не менее 90% задач, которые решает KUKA Industries — это сварка для производителей как самих автомобилей, так и компонентов TR1.

«Основная область применения — железнодорожная промышленность. Потому что все высокоскоростные поезда изготавливают из листов алюминиевого сплава либо прессованных алюминиевых пластин, разных по структуре. Это объёмные конструкции в пространстве, километры швов, их экономически выгодно сваривать именно таким способом сварки. Самолёты изготавливают из относительно лёгких сплавов и материалов, так что в аэрокосмической индустрии сварка трением очень востребована: она позволяет достичь высокой надёжности и герметичности шва, — уверен Евгений Лобанов.

«Отдельное технологическое ответвление — так называемый Friction stir processing. Это использование процесса непосредственно перемешивания, чтобы обеспечить дополнительные свойства, например, измельчение и зерно. В авиации его использовал Илон Маск для своих ракет. При помощи данной технологии изготавливают достаточно толстые высокопрочные алюминиевые сплавы, содержащие скандий.

Попытки нашей страны заняться этим делом принадлежат РКК «Энергия», но на текущий момент они пока в состоянии разработки», — комментирует г-н Панченко.

В судостроении это линейная и сварка экструдированных панелей. Листовой материал для производства корпусов не всегда целесообразен, а как раз за счёт скорости можно достигать высокой экономической эффективности соединения таких материалов.

В общей промышленности сварка трением применяется в изготовлении всевозможных алюминиевых корпусов, радиаторов охлаждения, телефонов, планшетов. Притом не все алюминиевые сплавы можно сварить при помощи классических технологий типа дуговой или лазерной.

Что может помешать роботам?

Знатоки отрасли предупреждают: чтобы роботы были эффективными, необходимо обязательно соблюсти следующие условия: высокое качество заготовок и деталей, которые при сборке должны соответствовать изначально заявленным при программировании. Так что стоимость при программировании и калибровке под новое изделие весьма существенна.

Кроме того, существенным ограничением выступает и кадровый голод. Хорошие программисты нынче — редкое явление, это дорогие специалисты. Особенно остро этот вопрос стоит в регионах, потому что высококвалицированные кадры будут работать на аутсорсе на московские компании, либо просто уедут и будут работать на московских производствах.

«Ещё одна проблема — сложные инжиниринговые решения интеграции. Здесь, конечно, нужно отдать должное интеграторам, которые берутся за сложные проекты, их успешно реализуют, но, тем не менее, до сих пор встречаются на рынке случаи, когда приобретают робота, но по тем или иным причинам клиент не удовлетворён, и у заказчика это не работает. Поэтому все эти инновации экономически эффективны только для массового производства. Сегодня на российском рынке роботизация представлена в основном на «трудных» сериях, в машиностроении, а небольшие производства с мелкими сериями не могут себе позволить такое качество и отказаться от ручного труда.

Очень дорого нынче стоит онлайн-и оффлайн-программирование. Мы занимаемся разработкой программного обеспечения для роботизированных систем FANUC, Yaskawa, АВВ, KUKA. Мы прописали софт, который даёт возможность использовать роботизированные решения на мелкую серию. Операционная система Abagy — это облачное платформенное программное обеспечение, которое анализирует 3D-модель, которую вы загрузили: это сборочная единица и технологический проект, и на их основе автоматически генерирует программу для роботов. Интерфейс позволяет абсолютно полностью управлять параметрами сварки. Технолог может находиться в одном городе, в то время как производство для удешевления может быть расположено даже в другом государстве. Так можно прописать все технологические задачи, настроить режимы под каждый шов, который впоследствии формирует библиотеку, пользоваться которой можно в любой момент», — объясняет специалист ABAGY Robotic systems Анастасия Наджиева.


ЭКСПЕРТ

Олег Панченко,
заведующий лабораторией лёгких материалов и конструкций, директор центра Kawasaki-Политех, к.т.н.

О стандартах
«Компания СЕСПЕЛЬ занимается сваркой трением и производит сосуды, в остальном это небольшие структуры вроде нашей лаборатории, которые что-то умеют, но в целом говорить о повсеместном внедрении данной технологии нельзя. СЕСПЕЛЬ профинансировала перевод международных стандартов весов на русский язык, потому как на текущий момент отечественных стандартов по сварке ни на соединения, ни на что бы то ни было, фактически нет. Применение данного способа сварки, можно сказать, не совсем законно: нет внутренних требований и соответствующих аттестационных процедур. Тот же НАКС проводил несколько исследовательских аттестаций, на этом так называемое непубличное обсуждение этих стандартов закончилось. Откровенно скажу, я перечитал все эти стандарты, переведены они были отвратительно. Сейчас стадия публичного обсуждения и, надеюсь, в скором времени представители сварочного сообщества смогут использовать эти стандарты».


К СЛОВУ

Сварка трением с перемешиванием изобретена и запатентована в 1991 году в Институте сварки в Великобритании.


ЭКСПЕРТ

Михаил Гук,
директор по продажам автоматизации SCHUNK Россия

«На российском рынке робототехники сегодня лидируют две компании: KUKA и FANUC. Можно сказать, два этих сильных мировых производителя практически поделили рынок. Связано это, безусловно, с их активностью на нашем рынке. Немаловажным фактором является исторический аспект: роботы KUKA одни из первых, начиная c 1980-х годов, трудятся на площадке такого гиганта отечественного автомобилестроения, как «АвтоВАЗ».

Несмотря на это, другие производители роботов также представлены на рынке: ABB (Швеция), Yaskawa (Япония), Kawasaki (Япония). Также набирают популярность коллаборативные роботы (коботы) Universal Robots (Дания), Omron (Япония).

Многое оборудование, поставляемое на отечественные производства, приходит из-за границы с уже установленными роботами в составе готовых линий. Этим обусловлено наличие на предприятиях тех или иных брендов промышленных роботов. Если оборудование пришло из Европы, велика вероятность, что там установлены японские машины. Если говорить о европейском оборудовании, то несложно провести аналогию. Подобным образом ситуация выглядит в течение последних пяти лет».



«Промышленные страницы Сибири» №4-5 (148-149) апрель-май 2020 г.

скачать pdf


«Промышленные страницы Сибири» №4-5 (148-149) апрель-май 2020 г.


Текст: Надежда Гесс.

Новости
 
На энергетику упал спрос
Фото: wikimedia.orgВ апреле 2020 года в Единой......
 
 
«РОСНАНО» держит нос по ветру
Фото: rusnano.comФонд развития ветроэнергетики (СП «РОСНАНО» и......
 
 
«Угличкабель» нарастил объёмы производства новых типов продукции
Кабельный завод ООО «Угличкабель» увеличил выпуск кабелей......
 
 
В России могут появиться 25 заводов по выработке энергии из отходов
По крайней мере, такое намерение выразили корпорации......
 
 
У застройщиков выкупят 3 млн м2 жилья
Фото: дом.рфГосударственная компания «Дом.рф» выкупит у застройщиков......
 
 
Инвестиции упали, но эскроу-счета растут
Фото: Poranimm Athithawatthee from PexelsНесмотря на обещанную......
 
 
Системообразующих строителей оказалось мало
Фото: pxhere.comВ правительстве России утвердили список системообразующих......
 
АРХИВ НОВОСТЕЙ
   
   
© 2006-2017. Все права защищены. «Единый промышленный портал Сибири»
Цитирование приветствуется при условии указания ссылки на источник - www.epps.ru
© Создание сайта - студия GolDesign.Ru