В обиходном языке понятие «робот» трактуется чрезвычайно широко. Если не принимать во внимание научную фантастику (андроид, робокоп, терминатор и т.п.), то словом «робот» обозначают машины, частично или полностью заменяющие человека в различных областях его деятельности. «Роботы» отличаются друг от друга по областям применения (промышленные роботы, сервисные роботы, роботы для спецприменений, медицинские микророботы и т.д.), по расположению в пространстве (стационарные и мобильные роботы), по принципам управления (роботы с программным управлением, роботы с дистанционным управлением). Общим термином «робот» объединены разнотипные машины, часто не имеющие друг с другом ничего общего.

В настоящее время сложились следующие основные направления развития науки и техники, по формальному признаку – употреблению термина «робот» – ошибочно объединяемые в общую предметную область под названием «робототехника»:

• «робототехника для специальных (непроизводственных) применений» –
машины для выполнения работ в местах, в которых присутствие человека затруднено или исключено, прежде всего, мобильные роботы с дистанционным управлением – машины на базе автономных транспортных средств (например, самодвижущихся тележек на колесном и гусеничном ходу, подводных аппаратов), на которых установлен инструмент (часто в качестве инструмента выступает многозвенная рука с захватом), управляемые человеком-оператором из безопасного места по проводной или радиосвязи; мобильные роботы с дистанционным управлением используются, в частности, для обезвреживания опасных предметов (например, мин, неразорвавшихся снарядов), для выполнения работ в безвоздушном пространстве, под водой, для разбора завалов, для инспектирования трубопроводов и т.п.; к мобильным роботам с дистанционным управлением относятся также медицинские микророботы, часто выделяемые в отдельный класс из-за конструктивных особенностей (малых размеров);
• «промышленная робототехника» –
машины на основе многозвенных механизмов с программным управлением, используемые в промышленном производстве, среди которых можно выделить:
вспомогательные роботы – промышленные роботы, выступающие в качестве вспомогательного технологического оборудования (например, загрузочные роботы, обслуживающие металлорежущие станки, прессы или литейные машины);
• технологические роботы – промышленные роботы, выступающие в качестве основного технологического оборудования; технологические роботы применяются в производстве для точечной и контурной (шовной) сварки, лазерной, плазменной и гидроструйной резки, сборки, абразивной безразмерной обработки (полирования, зачистки заусенцев) и т.п.;

Промышленные роботы и роботы для специальных применений (мобильные и стационарные) представляют собой принципиально разные типы машин, существенно отличающиеся друг от друга и по области применения, и по конструкции, и по методам управления.

Промышленные роботы представляют собой машины с программным управлением, то есть способные без участия человека выполнять повторяющиеся операции, предварительно описываемые человеком-оператором на специальном алгоритмическом языке (языке программирования робота). Конструктивно промышленные роботы выполняются как машины на базе стационарной руки, как правило, с шестью степенями подвижности (шарнирами), по кинематическому строению подобной руке человека. Основное требование к конструкции промышленных роботов – надежность в условиях многолетней работы на повторяющихся операциях, а также – точность позиционирования, грузоподъемность, скорость программно заданных движений.

К сожалению, у большинства российских машиностроителей исторически сложилось неверное представление о промышленных роботах как исключительно о вспомогательных загрузочно-разгрузочных устройствах, обслуживающих станки и прессы, что совершенно не соответствует современному уровню развития промышленной робототехники и практике применения роботов в производстве. Это обусловлено тем, что в последнее десятилетие поступательного индустриального развития страны (в 80-е годы) вспомогательные роботы были наиболее распространены в СССР (а до середины 80-х годов – и в развитых странах).

Преимущественное развитие технологических роботов в мире пришлось на период регресса российской промышленности: область применения роботов в России вообще сузилась до нескольких предприятий, а остальные сохранили о роботах устаревшее представление.

По функциональному назначению технологические роботы можно рассматривать как особую разновидность многоцелевых станков с ЧПУ. Некоторые технологические операции (например, безразмерная финишная обработка турбинных лопаток и других сложнопрофильных деталей) могут быть реализованы как с применением технологических роботов, так и с применением станков типа «обрабатывающий центр». В общем случае задачей и станка, и робота является реализация относительного движения инструмента и обрабатываемого объекта по заданному закону с заданной точностью. Закон относительного движения описывается в технологической программе. Однако можно отметить два классификационных признака, выделяющих технологические роботы в особую группу технологических машин:

• отношение рабочей зоны (области, в которой может перемещаться инструмент) к размерам машины –
рабочая зона станка обычно существенно меньше самого станка по размерам и заключена внутри него, а рабочая зона робота – больше робота и охватывает его, так что робот находится внутри своей рабочей зоны;
• метод программирования –
закон движения инструмента программируется в станках с ЧПУ в абсолютной системе координат, а в роботах узловые точки траектории программируются методом «обучения».

Многие современные технологии обработки изделий, такие как точечная контактная, шовная электродуговая, лазерная, светолучевая и светолазерная сварка, лазерная, микроплазменная и гидроструйная резка, сборка и безразмерная финишная абразивная обработка пространственно сложных изделий, требуют движения инструмента по траекториям сложной формы с высокой точностью и с заданной скоростью. Ранее эти операции выполнялись вручную, однако применяемый инструмент часто является слишком тяжелым для человека, который, кроме того, не может обеспечить требуемое качество движения инструмента по траектории, например, точность и постоянство скорости. Именно на этих операциях сегодня преимущественно применяются технологические роботы.

В современном производстве промышленные роботы значительно чаще применяются в качестве технологических, а не вспомогательных роботов. Под влиянием этой тенденции в последние 20 лет сложились традиционные типы и конструктивные исполнения промышленных роботов.

В связи с относительно небольшими объемами мирового рынка промышленных роботов (по сравнению с массовыми видами технологических машин, например, металлорежущими станками) и сложностью выхода на этот рынок, связанной с весьма высокой трудоемкостью и наукоемкостью разработки роботов и, особенно, их систем программного управления, в мире сложился довольно узкий круг специализированных фирм, обладающих ноу-хау, необходимым для производства промышленных роботов. Это, например, фирмы Fanuc, Yaskawa (Япония), АВВ (Швеция), KUKA Roboter, Reis (Германия), COMAU (Италия) и др. Все эти фирмы производят роботы собственной конструкции и имеют свое системное программно-математическое обеспечение для своих систем управления роботами.

Российские фирмы в этот «клуб избранных», к сожалению, не входят.

Состояние развития промышленной робототехники в России

В бывшем СССР и в России, несмотря на усилия большого количества организаций и предприятий, так и не было создано ни одного конкурентоспособного технологического робота. Единственной моделью отечественного промышленного робота, которую сегодня еще можно очень редко встретить на производстве (чаще – в образовательных учреждениях), является робот «РМ-01» с системой управления «Сфера-36» или «Сфера-56». «РМ-01», вообще говоря, не является полностью отечественной разработкой, поскольку его рука – это ставший классическим манипулятор PUMA-560, созданный в США еще в конце 70-х годов. В 80-е годы эти манипуляторы производились финской фирмой NOKIA и поставлялись в СССР по кооперации. К импортным манипуляторам PUMA-560 подсоединялась система управления «Сфера», созданная в минском НПО «Гранат», и получался робот «РМ-01». Возможности промышленного применения «РМ-01» из-за небольшого размера руки и малой грузоподъемности (всего 1 кг) ограничивались шовной электродуговой сваркой и легкими видами сборки и безразмерной обработки. Сегодня этот робот представляет только исторический интерес.

Автомобильная промышленность является примером, где роботизированные технологические линии сборки, сварки, окраски составляют основу производства. Любые развитые страны, выпускающие автомобили, имеют у себя фирмы, занимающиеся производством роботов, т.к. роботы в настоящее время являются ключевым универсальным элементом технологического оборудования при производстве автомобилей. Это позволяет ведущим странам-производителям автомобилей опережать конкурентов во внедрении новых технологий в автомобильное производство. Вопреки распространенному в России мнению, что любую технологию (в том числе, роботизированную) и любое оборудование можно сегодня свободно купить, на практике это не так, по двум причинам:

• во-первых, ведущие транснациональные концерны уделяют большое внимание развитию ключевых технологий, сохранению контроля за ними и недопущению их перетекания к конкурентам;
• во-вторых, несмотря на прекращение холодной войны в развитых странах существуют гласные и негласные ограничения на поставки в Россию уникальных передовых технологий, усиленные распространенным настороженно-пренебрежительным отношением зарубежных разработчиков и поставщиков к российским предприятиям.

Сегодня некоторые передовые производственные предприятия, руководители которых видели роботы на зарубежных выставках и на аналогичных зарубежных предприятиях, начинают задумываться о применении технологических роботов. Роботы еще слишком дороги для большинства российских предприятий, но эта проблема частично решается за счет приобретения за рубежом бывших в употреблении машин. Главными факторами, сдерживающими применение промышленных роботов в России, сегодня являются:

• отсутствие у российских предприятий не только собственного опыта применения роботов, но даже общего представления о технических и экономических основах роботизированных технологий;
• отсутствие у российских предприятий квалифицированных кадров, способных обеспечить эксплуатацию роботов;
• отсутствие в России специалистов (за исключением специалистов «АВТОВАЗа»), способных выполнить проектирование роботизированных ячеек и линий, внедрение роботов и технологическую подготовку роботизированного производства.

К сожалению, необходимость развития промышленной робототехники как средства обеспечения конкурентоспособности многих видов машиностроительного производства совершенно не осознается органами государственной власти, ответственными за промышленную политику. Слишком стойкими оказались устаревшие представления о робототехнике и роли промышленных роботов в современном производстве.

В автомобильном производстве имеется ряд ключевых технологий, обеспечивающих мировым лидерам автомобилестроения конкурентные преимущества. Вопреки распространенному в России мнению, что любую технологию и любое оборудование можно сегодня свободно купить, на практике это не так по двум причинам:

во-первых, ведущие транснациональные концерны уделяют большое внимание развитию ключевых технологий, сохранению контроля за ними и недопущению их перетекания к конкурентам;

во-вторых, несмотря на прекращение холодной войны в развитых странах существуют гласные и негласные ограничения на поставки в Россию уникальных передовых технологий, усиленные распространенным настороженно-пренебрежительным отношением зарубежных разработчиков и поставщиков к российским предприятиям.

К ключевым технологиям автомобилестроения относится целый ряд технологий, реализуемых с применением технологических роботов. К сожалению, в бывшем СССР и в России, несмотря на усилия большого количества организаций и предприятий, не было создано ни одного конкурентоспособного технологического робота. ОАО «АВТОВАЗ» предпринимал попытки создать собственные технологические роботы, но был вынужден остановиться на варианте лицензионного производства роботов: сначала по причине недостатка опыта и несовершенства доступной комплектации для роботов и их систем управления, позднее – из-за ограниченности ресурсов и недостаточного осознания необходимости ликвидации зависимости от зарубежного держателя ключевого ноу-хау. Затем в рамках государственной программы развития технологических роботов была создана гамма технологических роботов под названием ТУР. Но вопрос по ключевому элементу роботов – системе управления, до конца решен небыл.

Западные фирмы, производители роботов, имеет возможность за счет ценовой политики и прямых запретов в собственных интересах и в интересах своих более перспективных клиентов регулировать развитие роботизированных технологий, вплоть до выборочного блокирования освоения некоторых из них. Не секрет, что они тесно сотрудничают с рядом ведущих зарубежных автомобилестроительных концернов и связаны с ними многочисленными соглашениями по нераспространению ноу-хау.
Для создания альтернативы таким технологиям необходимо постоянно вести работы по созданию и развитию собственной системы управления для технологических роботов. Система управления является наиболее наукоемкой частью любой роботизированной технологической ячейки или линии. Без системы управления выпуск собственных технологических роботов и развитие собственных роботизированных технологий невозможны.

По моему глубокому убеждению, без наработки собственного ноу-хау в области ключевых технологий, в частности роботизированных, РФ всегда будет в роли догоняющего по отношению к зарубежным конкурентам.

Необходимое повышение качества продукции одновременно с уменьшением серийности и частым изменением выпускаемых моделей изделий невозможны без развития автоматизации технологических производственных процессов. В ряде ключевых технологий, например, в сварке, лазерной обработке, термической резке, окраске дальнейшее развитие возможно только с применением технологических роботов.

Автомобильная промышленность является примером, где роботизированные технологические линии сборки, сварки, окраски составляют основу производства. Однако автомобильная промышленность, производящая легковые автомобили, базируется, в основном, на применении точечной сварки, и именно этот процесс автоматизирован в наибольшей степени с использованием роботов. Роботы в автомобилестроении, в основном и применяются для контактной сварки. Но чтобы применять роботы в других важнейших технологиях, например:

− лазерная сварка и резка,
− контроль геометрии кузовов в составе автоматической линии,
− определение соответствия опытных образцов кузовов автомобилей математическим моделям путем измерения,
− сборочные операции (например, установка и снятие дверей, установка сидений и панелей приборов),
− нанесение клеев и герметиков и др.

необходимы большие расходы на дополнительные специальные программно-аппаратные средства, необходимые для реализации данных технологий. Например, технология измерения кузова с помощью робота обойдется дополнительно примерно в 350000 евро (в полном варианте 700000 Евро). При этом гарантия на оборудование и гарантия сервисного обслуживания в процессе эксплуатации носят фиктивный характер.

Как показал длительный опыт эксплуатации и применения промышленных роботов, внедрение передовых роботизированных технологий невозможно, прежде всего, без наличия ноу-хау на программное обеспечение самих роботов. Наиболее высокотехнологические задачи, возникающие при подготовке производства новых моделей автомобилей, не представляется возможным реализовать именно из-за отсутствия такого ноу-хау. Например, установка и снятие дверей не может осуществляться на базе стандартного робота.. Причина заключается в отсутствии доступа к опционам сенсорики и некоторым интерфейсам в системе управления роботами, которая не производится, а покупается в готовом виде, в качестве «черного ящика». Цены на необходимое специальное программно-математическое обеспечение системы управления, устанавливаемые фирмами, превосходят все разумные пределы. То же самое относится к установке, например, панелей приборов автомобиля. Фактически, возможности робота с покупным (закрытым) программным обеспечением сводятся к переносу клещей или оснастки от точки к точке или простой обход по контуру без коррекции к переменной геометрии детали. Это лишь около 5% возможностей современного технологического робота. Таким образом, резко снижается применение роботов новых жизненно важных роботизированных технологиях.

Любые развитые страны, выпускающие автомобили, имеют у себя фирмы, занимающиеся производством роботов, т.к. роботы в настоящее время являются ключевым универсальным элементом технологического оборудования при производстве автомобилей. Это фирмы Fanuc, Yaskawa (Япония), АВВ (Швеция), KUKA Roboter, Reis (Германия), COMAU (Италия) и др. Все эти фирмы имеют свое системное программное обеспечение для своих систем управления своими роботами. Это позволяет ведущим странам-производителям автомобилей опережать конкурентов во внедрении некоторых новых технологий в автомобильное производство, экономить деньги на их внедрении и получать дополнительные средства для инновационной политики. Ориентация на покупную систему управления с закрытым для производителя роботов программным обеспечением в свое время поставила фирму KUKA в чрезвычайно тяжелое положение, а фирму Manutec (известного в 80-е гг. немецкого производителя роботов) привела к банкротству. Обе эти фирмы были сориентированы на блоки RCM2, RCM3, а затем KRC32 (ASR) фирмы SIEMENS.

Комплекс технических средств, входящих в арсенал производителей роботов, сегодня включает в себя следующие компоненты, максимальная эффективность которых достигается только в совокупности:

− модельный ряд универсальных манипуляторов;
− система контурного управления;
− сенсорные системы для адаптации робота;
− навесное периферийное и технологическое оборудование (набор инструментов для робота);
− система калибровки манипулятора;
− системы технологической подготовки производства, проектирования приспособлений и автономного программирования робота.

Альтернативой технологической зависимости от зарубежного держателя ноу-хау является разработка сначала опытного, а затем серийного образцов отечественных универсальных технологических роботов, включая систему управления.

Техническая проработка вопроса внутри России показала возможность создания собственного робота.