пʼятниця, 11 грудня 2020 р.

РОБОТИЗАЦІЯ ТА ЗАВОДИ МАЙБУТНЬОГО

Дешевші, спроможніші та гнучкіші технології прискорюють ріст повністю автоматизованих виробничих потужностей.  Ключовою проблемою для компаній буде рішення про те, як найкраще використовувати свою потужність. 

 На одному заводі Fanuc в м. Ошино, Японія, промислові роботи виробляють промислові роботи, за якими працює персонал, що складається лише з чотирьох працівників за зміну.  На заводі Philips, що виробляє електричні бритви в Нідерландах, роботи перевищують кількість дев'яти працівників виробництва більш ніж на 14-Виробник камер Canon почав поступово припиняти людську працю на кількох своїх заводах. 
 Ця концепція виробництва "висвітлює" - де виробнича діяльність та матеріальні потоки обробляються повністю автоматично - стає все більш поширеним атрибутом сучасного виробництва.  Частково новою хвилею автоматизації керуватимуться ті самі речі, які спочатку привели робототехніку та автоматизацію на робоче місце: звільнити працівників від брудних, нудних або небезпечних робіт;  поліпшити якість шляхом усунення помилок та зменшення мінливості;  і скоротити виробничі витрати, замінивши все дорожчих людей на все дешевші машини.  Однак найсучасніші системи автоматизації мають додаткові можливості, однак дозволяють їх використовувати в середовищах, які до цього часу не були придатними для автоматизації, і дозволяють захоплювати абсолютно нові джерела виробництва цінності. 
 Падіння цін на роботів
Оскільки виробництво роботів зросло, витрати знизились.  За останні 30 років середня ціна роботів впала вдвічі в реальному вираженні, а то й далі відносно вартості робочої сили. Оскільки попит з країн, що розвиваються, спонукає виробництво роботів переходити до регіонів з нижчою вартістю, вони, ймовірно, все ще здешевшають.
 Доступний талант
 Люди, які володіють навичками, необхідними для проектування, встановлення, експлуатації та обслуговування робототехнічних систем, також стають все більш доступними.  Інженери-робототехніки колись були рідкісними та дорогими фахівцями.  Сьогодні ці предмети широко викладають у школах та коледжах по всьому світу, або на спеціальних курсах, або як частина загальної освіти з технологій виробництва чи інженерного проектування виробництва.  Наявність програмного забезпечення, такого як пакети моделювання та офлайн-системи програмування, які можуть перевіряти роботизовані програми, зменшила інженерний час та ризики.  Це також полегшило та здешевило завдання програмування роботів.
 Простота інтеграції
 Досягнення обчислювальної потужності, техніки розробки програмного забезпечення та мережевих технологій зробили збірку, встановлення та обслуговування роботів швидшими та дешевшими, ніж раніше.  Наприклад, хоча колись датчики та виконавчі механізми мали бути індивідуально підключені до контролерів роботів за допомогою спеціальної проводки через клемні стійки, роз'єми та розподільні коробки, тепер вони використовують технології plug-and-play, в яких компоненти можна підключати за допомогою більш простого мережевого підключення.  Компоненти автоматично ідентифікуються в системі управління, значно зменшуючи час налаштування.  Ці датчики та виконавчі механізми можуть також контролювати себе та повідомляти про свій стан системі управління, допомагаючи контролювати процеси та збирати дані для технічного обслуговування, а також для постійного вдосконалення та усунення несправностей.  Інші стандарти та мережеві технології роблять так само прямим зв’язування роботів із ширшими виробничими системами.
 Нові можливості
Роботи теж стають розумнішими.  Там, де ранні роботи сліпо йшли тим самим шляхом, а пізніші ітерації використовували лазери або системи зору для виявлення орієнтації деталей та матеріалів, останні покоління роботів можуть інтегрувати інформацію з декількох датчиків та адаптувати свої рухи в реальному часі.  Це дозволяє їм, наприклад, використовувати зворотний зв'язок із зусиллям, щоб імітувати майстерність майстра у застосуванні шліфувальних машин, зняття задирок або полірування.  Вони також можуть використовувати більш потужні комп’ютерні технології та аналіз стилів великих даних.  Наприклад, вони можуть використовувати спектральний аналіз для перевірки якості зварного шва під час його виготовлення, різко зменшуючи обсяг необхідної перевірки після виготовлення.
Роботи беруть на себе нові ролі
Сьогодні ці фактори допомагають активізувати прийняття роботів у тих додатках, які вони вже сьогодні перевершують: багаторазові виробничі заходи, що повторюються.  Оскільки вартість і складність автоматизації завдань з роботами знижується, цілком ймовірно, що ті компанії, які вже використовують роботи, використовуватимуть їх ще більше.  Однак протягом наступних п’яти-десяти років ми очікуємо більш фундаментальної зміни у видах завдань, для яких роботи стають як технічно, так і економічно життєздатними.  
Виробництво невеликого обсягу
 Властива гнучкість пристрою, який можна запрограмувати швидко і легко, значно зменшить кількість випадків, коли роботові потрібно повторити задане завдання, щоб виправдати витрати на його придбання та введення в експлуатацію.  Це знизить поріг обсягу та зробить роботів економічним вибором для нішевих завдань, де річні обсяги вимірюються десятками чи сотнями, а не тисячами чи сотнями тисяч.  Це також зробить їх життєздатними для компаній, що працюють з невеликими розмірами партій та значним асортиментом продукції.  Наприклад, гнучкі гусеничні вироби, які зараз використовуються в аерокосмічній галузі, можуть “повзати” по фюзеляжу, використовуючи зір для керування своєю роботою.  Заощадження коштів, запропоновані таким типом автоматизованої системи низького обсягу, принесуть користь багатьом різним типам організацій: малі компанії вперше зможуть отримати доступ до технологій роботів, а більші можуть збільшити різноманітність своїх товарних пропозицій.
Нові технології, ймовірно, ще більше спростять програмування роботів.  Незважаючи на те, що вже прийнято вчити роботів, проводячи їх через ряд рухів, наприклад, швидке вдосконалення технології розпізнавання голосу означає, що незабаром також можливо буде дати їм усні вказівки.
Дуже мінливі завдання
Досягнення в галузі штучного інтелекту та сенсорних технологій дозволять роботам справлятися з набагато більшим ступенем мінливості завдань до завдань.  Здатність адаптувати свої дії у відповідь на зміни в навколишньому середовищі створить можливості для автоматизації в таких сферах, як переробка сільськогосподарської продукції, де існує значна часткова мінливість.  В Японії випробування вже продемонстрували, що роботи можуть скоротити час, необхідний для збору полуниці, до 40 відсотків, використовуючи стереоскопічну систему візуалізації для виявлення місця розташування плодів та оцінки його стиглості.
Ці ж можливості також сприятимуть покращенню якості у всіх секторах.  Роботи. будуть компенсувати потенційні проблеми якості під час виробництва.  Приклади тут включають зміну сили, яка використовується для складання двох деталей на основі різниці розмірів між ними, або вибір та поєднання компонентів різного розміру для досягнення правильних кінцевих розмірів.
Дані, створені роботами, та вдосконалені методи аналізу, щоб їх краще використовувати, також будуть корисні для розуміння основних факторів якості.  Якщо, наприклад, вимоги до крутящого моменту, що перевищують норму, під час складання виявляються пов'язаними з передчасними поломками продукту в полі, наприклад, виробничі процеси можуть бути адаптовані для виявлення та усунення таких проблем під час виробництва.
Складні завдання
Хоча сучасні роботи загального призначення можуть контролювати своє переміщення з точністю до 0,10 міліметрів, деякі поточні конфігурації роботів мають повторювану точність 0,02 міліметра.  Майбутні покоління, ймовірно, запропонують ще вищий рівень точності.  Такі можливості дозволять їм брати участь у делікатніших завданнях, таких як нарізування ниток голок або складання дуже складних електронних пристроїв.  Роботи також стають краще координованими, завдяки наявності контролерів, які можуть одночасно керувати десятками осей, що дозволяє кільком роботам працювати разом над одним завданням.
Нарешті, передові сенсорні технології та потужність комп’ютера, необхідна для аналізу даних цих датчиків, дозволять роботам виконувати такі завдання, як різання дорогоцінних каменів, для чого раніше потрібні були висококваліфіковані майстри.  Ті самі технології можуть навіть дозволити такі дії, які сьогодні взагалі неможливо виконати: наприклад, регулювання товщини або складу покриттів у режимі реального часу, оскільки вони застосовуються для компенсації відхилень основного матеріалу, або "фарбування" електронних схем на поверхні  конструкцій.
Працюючи поруч з людьми
Компанії також матимуть набагато більше свободи вирішувати, які завдання автоматизувати за допомогою роботів, а які виконувати вручну.  Розширені системи безпеки означають, що роботи можуть зайняти нові позиції поруч зі своїми колегами-людьми.  Якщо датчики вказують на ризик зіткнення з оператором, робот автоматично уповільнить або змінить свій шлях, щоб уникнути цього.  Ця технологія дозволяє використовувати роботів для індивідуальних завдань на лініях збірки, що здійснюються вручну.  А зняття захисних огорож і блокувань означає менші витрати - благо для менших компаній.  Можливість розміщувати роботів і людей поруч і перерозподіляти завдання між ними також сприяє підвищенню продуктивності, оскільки це дозволяє компаніям збалансувати виробничі лінії в міру коливання попиту.
Роботи, які можуть безпечно працювати в безпосередній близькості від людей, також відкриють шлях для додатків подалі від жорстко контрольованого середовища заводської підлоги.  Інтернет-магазини та логістичні компанії вже застосовують форми роботизованої автоматизації на своїх складах.  Уявіть собі переваги продуктивності, доступні кур'єрському посилкові, однак, якщо бортовий робот може попередньо розподілити пакунки в транспортному засобі між краплями.
Спритні виробничі системи
Системи автоматизації стають дедалі гнучкішими та інтелектуальнішими, автоматично адаптуючи свою поведінку, щоб максимізувати випуск або мінімізувати витрати на одиницю.  Експертні системи, що використовуються в лініях для розливу та пакування напоїв, можуть автоматично регулювати швидкість роботи всієї виробничої лінії відповідно до того, яка діяльність є критичним обмеженням для даної партії.  У автомобільному виробництві експертні системи можуть автоматично вносити крихітні регулювання швидкості лінії, щоб поліпшити загальний баланс окремих ліній та максимізувати ефективність усієї виробничої системи.
Незважаючи на те, що переважна більшість роботів, що використовуються сьогодні, все ще працюють у високошвидкісних, широкомасштабних виробничих додатках, найдосконаліші системи можуть здійснювати коригування на льоту, безперешкодно перемикаючись між типами продуктів, не потребуючи зупинки лінії для зміни програм або перенастроювання  оснащення.  Багато сучасних та нових технологій виробництва, від різання з використанням комп’ютеризованого цифрового управління (ЧПУ) до тривимірного друку, дозволяють регулювати геометрію деталей без будь-яких змін інструменту, що дає змогу виготовляти партії розмірами по одній.  Наприклад, один виробник промислових компонентів використовує зв'язок у реальному часі за допомогою міток радіочастотної ідентифікації (RFID) для регулювання форми компонентів відповідно до вимог різних моделей.
Заміна стаціонарних конвеєрних систем на автоматизовані керовані транспортні засоби (AGV) навіть дозволяє заводам переконфігурувати потік продуктів та компонентів між різними робочими станціями, дозволяючи повністю автоматизовано виконувати послідовності виробництва з абсолютно різними етапами процесу.  Така гнучкість забезпечує безліч переваг: полегшення коротших термінів виконання та більш щільний зв’язок між попитом та пропозицією, пришвидшення впровадження нових продуктів та спрощення виробництва продукції, що виготовляється за замовленням.
Прийняття правильних рішень щодо автоматизації
Маючи настільки великий технологічний потенціал під рукою, як компанії вибирають найкращу стратегію автоматизації?  Це може бути надто легко захопитись автоматизацією заради себе, але результатом такого підходу є майже завжди проекти, які коштують занадто дорого, реалізуються занадто довго і не відповідають своїм бізнес-цілям.
Успішна стратегія автоматизації вимагає правильних рішень на кількох рівнях.  Компанії повинні вибрати, яку діяльність автоматизувати, який рівень автоматизації використовувати (від простих програмованих логічних контролерів до дуже складних роботів, керованих датчиками та розумними адаптивними алгоритмами), і які технології застосовувати.  На кожному з цих рівнів компанії повинні забезпечити, щоб їх плани відповідали наступним критеріям.
Велика реконструкція: виробництво для сучасності
Стратегія автоматизації повинна відповідати стратегії бізнесу та операцій.  Автоматизація може досягти чотирьох ключових цілей: підвищення безпеки працівників, зменшення витрат, поліпшення якості та підвищення гнучкості.  Автоматизація може забезпечити вдосконалення у всіх цих сферах, але баланс вигод може відрізнятися залежно від різних технологій та підходів.  Правильний баланс для будь-якої організації буде залежати від її загальної стратегії діяльності та бізнес-цілей.
Програми автоматизації повинні починатися з чіткого формулювання проблеми.  Важливо також, що сюди входять причини автоматизації - це правильне рішення.  Кожен проект повинен мати можливість визначити, де і як автоматизація може запропонувати вдосконалення, і показати, як ці вдосконалення пов’язані із загальною стратегією компанії.
Автоматизація повинна демонструвати чітку рентабельність інвестицій.  
 Платформа та інтеграція
Компанії стикаються зі зростаючим тиском, щоб максимізувати рентабельність своїх капітальних вкладень і скоротити час, необхідний для переходу на нові продукти від дизайну до повномасштабного виробництва.  Системи автоматизації будівель, придатні лише для однієї лінійки продуктів, суперечать обом цілям, вимагаючи багаторазових, тривалих і дорогих циклів проектування обладнання, закупівлі та введення в експлуатацію.  Кращим підходом є використання виробничих систем, осередків, ліній та заводів, які можна легко модифікувати та адаптувати.
Подібно до того, як стратегії платформування та модуляризації спростили та зменшили витрати на управління складними товарними портфелями, так і платформовий підхід стане все більш важливим для виробників, які прагнуть максимізувати гнучкість та економію від масштабу в своїх стратегіях автоматизації.
Процесові платформи, такі як робот-рука, оснащений зварювальним пістолетом, джерелом живлення та керуючою електронікою, можуть бути стандартизовані, застосовані та повторно використані в багатьох додатках, спрощуючи програмування, технічне обслуговування та підтримку виробу.
Системи автоматизації також повинні бути високо інтегровані в інші системи організації.  Ця інтеграція починається із спілкування між машинами на заводському поверсі, що стає більш простим завдяки сучасним технологіям промислових мереж.  Але це також повинно поширюватися на більш широку організацію.  Пряма інтеграція з автоматизованим проектуванням, комп’ютерно-інтегрованою інженерією та системами планування ресурсів підприємства пришвидшить проектування та впровадження нових виробничих конфігурацій та дозволить гнучким системам реагувати майже в реальному часі на зміни у попиті чи наявності матеріалів.  Дані про технологічні змінні та виробничі показники, що протікають в інший спосіб, будуть записані для забезпечення якості та використані для інформування про вдосконалення конструкції та майбутніх поколінь продукції.
Інтеграція також вийде за межі стін заводу.  Компанії вимагатимуть не лише тісної співпраці та безперебійного обміну інформацією із замовниками та постачальниками;  їм також потрібно буде побудувати такі відносини з виробниками обробного обладнання, які все частіше зберігатимуть значну частину ноу-хау та інтелектуальної власності, необхідні для оптимізації роботи систем автоматизації.  Технологія, необхідна для дозволу цієї інтеграції, стає дедалі доступнішою завдяки наявності відкритих архітектур та мережевих протоколів, але для збалансування витрат, вигод та ризиків будуть потрібні зміни в культурі, процесах управління та мислення.
Дешевші, розумніші та адаптованіші системи автоматизації вже трансформують виробництво різними способами.  Хоча технологія стане більш простою для впровадження, ділові рішення - не.  Щоб охопити повну вартість можливостей, які представляють ці нові системи, компаніям потрібно буде застосовувати цілісний та систематичний підхід, узгоджуючи свою стратегію автоматизації з поточними та майбутніми потребами бізнесу.

РОБОТОТЕХНІКА В БУДІВНИЦТВІ
Донедавна будівництво було однією з найменш оцифрованих та автоматизованих галузей у світі.  Багато проектів можна було б виконати ефективніше за допомогою правильної будівельної робототехніки, головним чином тому, що відповідні завдання неймовірно повторюються.
Хоча ручна праця, швидше за все, завжди буде величезною складовою сучасного будівництва, технологія постійно вдосконалюється з перших шківів та електроінструментів.  Роботи, безпілотники, автономні транспортні засоби, 3D-друк та екзоскелети починають допомагати виконувати роботу.  В умовах дефіциту кваліфікованої робочої сили автоматизація є ключовим фактором для задоволення попиту та подальшого економічного зростання.
Будівельні роботи можуть брати участь у певних завданнях, таких як кладка цегли, фарбування, завантаження та бульдозер.  Роботи допомагають захистити робітників від шкідливого робочого середовища, зменшити травматизм на робочому місці та подолати дефіцит робочої сили. 
Багато потенційних рішень спираються на штучний інтелект та машинне навчання, щоб забезпечити безпрецедентний рівень підтримки на основі даних.  Наприклад, безводійний кран міг транспортувати матеріали навколо робочого місця, або повітряний безпілотник міг збирати інформацію на робочому майданчику для порівняння з планом.
Ось лише кілька прикладів того, як робототехніка перетворює будівництво.
Будівельна робототехніка може будувати стіни
Приклад того, як будівельна робототехніка революціонізує галузь, можна побачити в машині для цегляної кладки HadrianX австралійської компанії FBR Ltd. (також відомої як Fastbrick Robotics).  У ньому використовується інтелектуальна система управління - за допомогою САПР - для розрахунку необхідних матеріалів та рухів для цегляної кладки.
Адріан також вимірює зміни навколишнього середовища, такі як рух, спричинений вітром або вібраціями, в режимі реального часу.  Потім ці дані використовуються для підвищення точності під час будівельного процесу.
Хоча Адріан вимагає використання фірмових блоків та клею, FBR зазначив, що відповідні матеріали "в 12 разів більші за звичайну цеглу будинку" і легші, міцніші та екологічно більш стійкі.
Такі роботи, як Адріан та SAM100 від компанії Victor Robotics, обіцяють зменшити експлуатаційні витрати та витрати відходів, а також забезпечити більш безпечне робоче середовище та підвищити продуктивність праці.  Адріан може побудувати стіни будинку за один день, що набагато швидше, ніж звичайні методи.
Автономне обладнання не потребує оператора
Поки основні автовиробники та технологічні компанії працюють над самокерованими автомобілями, автономні транспортні засоби вже є частиною будівельної робототехніки.
Таке обладнання може транспортувати витратні матеріали та матеріали.  Наприклад, Volvo працює над своїм HX2, автономним та електричним носієм вантажу, який може переміщати важкі вантажі без додаткового введення.  Він не має кабіни водія і замість цього використовує цифрову технологію управління, керовану логістикою, підкріплену тим, що Volvo називає «системою зору» для виявлення людей та перешкод під час руху.
Інша компанія Built Robotics, яка минулого місяця зібрала 33 мільйони доларів, пропонує автономні бульдозери та екскаватори.  Системи наведення ШІ направляють обладнання за призначенням і гарантують, що необхідні роботи виконуються безпечно і точно.
 Автономні транспортні засоби та будівельна робототехніка не мають на меті повністю замінити ручну працю, а збільшити та підвищити ефективність.  Також значно покращується безпека, оскільки ми усуваємо можливість людських помилок.
Розумні роботи використовують технологію візуалізації
Будівельна робототехніка та безпілотники, що використовують такі датчики, як lidar, із технологіями Global Positioning System можуть надати життєво важливу інформацію про робоче місце.  Разом із ШІ він може допомогти передбачити, які завдання потрібні.
Doxel Inc. робить невеликого робота на базі протектора, який робить саме це.  Він сканує та оцінює хід будівельного проекту шляхом обходу місця.  Інформація, яку вона збирає, використовується для раннього виявлення потенційних помилок та проблем.
Дані Doxel зберігаються в хмарі, де фільтруються через алгоритм глибокого навчання, щоб розпізнати та оцінити більш дрібні деталі.  Наприклад, система може вказати на те, що вентиляційний канал встановлений неправильно, і раннє виявлення може дозволити правильну корекцію задовго до того, як потрібні дорогі ревізії.
Управляти будівельною робототехнікою віддалено
Люди все ще в курсі більшої частини будівельної робототехніки, поєднуючи сильні сторони людського нагляду з багатьма технологіями.  Інтернет речей, аддитивне виробництво та оцифровка сприяють зростанню галузі. 
Прекрасним прикладом є фарбування безпілотниками. оскільки ними можна керувати за допомогою планшета або смартфона за допомогою програми, а також вони можуть звітувати про зібрані дані, які аналізуються у хмарі.
Технологія дистанційного керування також може застосовуватися до напівавтономних автомобілів.  Керівники проектів можуть використовувати його для миттєвої доставки інструкцій та замовлень своїм працівникам.
Scaled Robotics, що базується в Барселоні, пропонує будівельну робототехніку, якою можна дистанційно керувати за допомогою мобільних пристроїв.  Безпілотний наземний транспортний засіб компанії Husky може бродити по будівельному майданчику та отримувати важливу інформацію за допомогою декількох датчиків.  Дані передаються в хмару, де вони використовуються для побудови інформаційного моделювання (BIM) проекту.
Проводити спостереження, зйомку та інспекцію
До, під час та після будівельного проекту багато оцінок вимагають перевірки робочого місця та прилеглої території.  Обмежений нагляд також необхідний для нагляду за працівниками та охорони ділянки.  Крім того, керівники проектів та керівники повинні пройти ділянку для проведення заключних перевірок.  Будівельна робототехніка та безпілотники можуть допомогти усім цим процесам.
Бездротові дрони та наземні роботи можуть обстежувати робоче місце та збирати різні типи даних, залежно від використовуваних датчиків.  Розширена реальність і віртуальна реальність можуть дозволити операторам отримати реалістичне відчуття в реальному часі від того, що бачать дрони.
Наприклад, надягаючи гарнітуру VR, глядачі можуть бачити прямий ефір захопленого відео з дрону.  Важливіше те, що цей захоплюючий досвід надається віддалено, тому керівникам проектів навіть не потрібно бути на робочому місці, щоб отримати точну оцінку.  Відеопотік також записується для відтворення пізніше, надаючи ще один ресурс.
Компанії вже використовують для цього безпілотну технологію.  У 2018 році китайський виробник безпілотників DJI оголосив про глобальне партнерство з Skycatch для флоту з 1000 високоточних спеціальних безпілотників для створення 3D-карт і моделей проектних сайтів.
Автоматизація - це майбутнє будівництва
Світовий ринок будівельної робототехніки також представляє величезні можливості для розробників та постачальників.  
За даними Міжнародної федерації робототехніки та Асоціації робототехнічних виробництв, ринок будівельної робототехніки матиме річний темп зростання (CAGR) 8,7% у період з 2018 по 2022 рік. 
Автоматизація та оцифровка зумовлюють революцію у будівельній галузі, яка історично повільно впроваджувала нові технології.  Від проектування до остаточного огляду та технічного обслуговування, всі переваги будівельної робототехніки ще не реалізовані.

Підготував М. Владиславов
 

Немає коментарів:

Опублікувати коментар

Коментарі