Иновативни решения за роботизация и автоматизация в автомобилната индустрия
Начало > Роботика > Статии > Специален брой: Иновации за автомобилната индустрия - оборудване и технологии > 16.07.2024
- От около 80-те години на XX в. насам роботиката и автоматизацията са “златен стандарт” в автомобилното производство
- Голяма част от иновациите, дефиниращи посоките на бъдещо развитие в сектора, се раждат именно в автомобилните цехове
- По данни на IFR над една трета от всички индустриални роботи в глобалното производство работят в автомобилостроенето
ПОДОБНИ СТАТИИ
Избор на машина за огъване на тръби
Пневматични хващачи за роботи в индустрията
Иновативни решения за автоматизация на леенето под налягане
Вначалото бе… Unimate. Първият индустриален робот, създаден от Джордж Девол и Джоузеф Енгелбергер, неслучайно започва работа именно в автомобилната промишленост през далечната 1961 г. Системата с тегло близо 2 тона е внедрена в линия за асемблиране на General Motors във фабриката на корпорацията в Ню Джърси, а задачата й е да захваща отливки от конвейер и да ги заварява върху купетата на автомобилите.
Машината на времето обаче може да ни върне още по-назад в споделената история на автоматизацията и автомобилостроенето – до 1913 г., когато Хенри Форд въвежда в експлоатация първата движеща се монтажна линия за масово производство на цели автомобили, която драстично съкращава разходите и необходимото време за асемблиране на готова кола – от 12 на 1 час. Така едва малко повече от десетилетие по-късно, през 1924 г., все по-бързата и високопроизводителна линия на Ford Motor Company сглобява 10-милионния си автомобил.
Освен общ корен в граматически смисъл, автоматизацията и автомобилостроенето споделят и органично свързано технологично развитие. От 80-те години на XX в. насам роботиката и автоматизацията са “златен стандарт” в автомобилното производство, а голяма част от иновациите, дефиниращи посоките на бъдещо развитие в сектора, се раждат именно в автомобилните цехове.
Днес, само век след пуска на първата автоматизирана производствена линия в тази индустрия, тя е на прага на петата промишлена революция, използвайки максималния потенциал на авангардни технологични пробиви, като изкуствения интелект, коботите и мобилните роботи, машинното зрение, интелигентните сензори и Internet of Things, периферните и облачните изчисления, големите обеми данни и т. н. Докъде ще се прострат границите на роботизацията и автоматизацията в автомобилния бранш през следващите години и кои са най-иновативните технологии и приложения в наши дни – ще разгледаме в настоящата статия.
Коеволюцията на автоматизацията и автомобилостроенето
Роботиката и автоматизацията са истински “gamechanger”-и – тенденции, които променят правилата на играта практически във всички отрасли на съвременната индустрия. Особено валидна е тази теза за автомобилната промишленост, където все повече технологични операции вече не се нуждаят от никаква човешка намеса.
Преди редица други сектори изобщо да започнат да обмислят автоматизацията като решение на различни производствени предизвикателства, автомобилостроителните предприятия вече трупат опит в използването на усъвършенствани роботи и автоматизирани системи за повишаване на ефективността и производителността, скоростта, безопасността и надеждността на технологичните си процеси.
По данни на Международната федерация по роботика (IFR) над една трета от всички вече повече от 4 милиона индустриални робота в глобалното производство работят в автомобилостроенето. То е водещ клиентски сектор във всички големи региони на глобалния пазар, включително ЕС и САЩ. Статистиките на IFR сочат още, че водещи по брой на новоинсталираните единици на годишна база са производителите на цели превозни средства и тези на компоненти за сектора с общ дял от близо една трета (33 на сто) от всички нови внедрявания.
Дигиталната трансформация безспорно се случва по-динамично именно в автомобилните заводи, складовете, логистичните, дистрибуционните и сервизните центрове в бранша в сравнение с всеки друг отрасъл на индустрията. А търсенето дирижира и предлагането – производителите на съвременни технологии за индустриална автоматизация разработват все по-обширни специализирани портфолиа от продукти и цялостни решения за сектора, включително интелигентни, гъвкави и свързани производствени системи, сензори, контролери и децентрализирани контролни платформи, задвижвания, умни роботи, коботи, автоматизирани линии, конвейери, роботизирани клетки, дигитални двойници, платформи с изкуствен интелект, облачно свързани IT/OT системи, ERP, MES, MOM и SCADA платформи и т. н. От Fortune Business Insights прогнозират, че от 9,92 млрд. щатски долара през настоящата година глобалният пазар на специализирани за автомобилостроенето роботизирани системи (“automotive robotics”) – най силно застъпеният сегмент от автоматизацията в бранша, ще нарасне повече от два пъти и половина – до 26,76 млрд. долара през 2032 г.
От по-високопроизводително към по-устойчиво производство
От IFR споделят убеждението, че автомобилната индустрия на практика е “изобретила” автоматизираното производство, а роботизацията в наши дни играе ключова роля в осъществяването на прехода между класическата, позната, удобна и масова, но вредна за планетата ни мобилност от миналото към устойчивата, електрифицирана, интелигентна, свързана и автономна мобилност на бъдещето. Инвестициите в автоматизация в наши дни – в прехода между четвъртата и петата индустриална революция, където на фокус ще бъдат устойчивостта и колаборацията между хората и машините в производството, вече не са насочени само към повишаване на ефективността, прецизността и проследимостта на технологичните операции. Днес в автомобилните заводи все по-масово се реализира концепцията за интелигентно производство, в което мощта на данните, сензорите, роботите и умните системи се впряга в прогнозна поддръжка, енергийна ефективност, оптимизиране на веригите на доставките и не на последно място – подобрена безопасност за работниците, с цел постигане на по-зелено, гъвкаво, сигурно и отговорно към човечеството и природата автомобилостроене.
Така неизчерпаемият арсенал на дигитализацията и автоматизираните машини и системи превръща шумните, прашни и опасни цехове в свързани и интелигентни екосистеми, в които хора, роботи и изкуствен интелект работят не само в синхрон и с обща цел, но и в абсолютна синергия помежду си, минимизирайки загубите и рисковете и извличайки максимална добавена производствена и бизнес стойност от материалите и ресурсите. Добре познатите на всички класически индустриални роботи и поточни линии, наследници на Unimate и движещата се монтажна линия на Хенри Форд, съвсем не са изчезнали от фабриките на големите автомобилни компании по света. С помощта на технологиите за цифрова автоматизация (например умни сензори за мониторинг и безопасност) те непрекъснато еволюират, елиминирайки необходимостта от физически предпазни средства и обемни защитни ограждения. Роботите манипулатори, отговорни за изпълнението на все по-голям дял от ежедневните задачи в автомобилната промишленост, включително заваряване, монтажни операции и боядисване, стават все по-интелигентни, колаборативни, леки, компактни и безопасни, което им позволява все по-често да работят в споделени работни зони, станции и клетки с хората.
В практиката се налагат и революционно нов тип системи – мобилните манипулатори или т. нар. моботи (от “мобилни коботи”), които функционално надграждат самонасочващите се превозни средства (AGV системите) и мобилните транспортни платформи. Оборудвани с усъвършенствани рамена и хващачи, сейфти сензори, камери и платформи за роботизирано зрение и интелигентна навигация, тези пъргави помощници на колела са също толкова прецизни, като “събратята” си, предназначени за стационарен монтаж, но са способни да вършат работата си в движение из динамични, неструктурирани и дори непознати среди. Ето защо те поемат все повече дейности в рамките на жизнения цикъл на автомобила – от производствения етап, през тестването и инспекцията, та чак до следпродажбената поддръжка в сервизните центрове на автомобилните концерни.
Шарнирните, декартови (или портални) роботи и SCARA системите продължават да са сред най-инсталираните и използвани типове и в съвременното автомобилостроене, но бъдещето принадлежи на колаборативните, самоходните и интелигентните системи, убедени са анализаторите – съвсем в духа на развитието на концепцията за мобилността. По данни на международната маркетингова онлайн платформа WorldMetrics, фокусирана върху тенденциите в индустрията, сектора на технологиите и изкуствения интелект, през настоящата година най-голям дял (47%) сред роботите в автомобилния сектор имат манипулаторите, използвани за обработка на материали и боравене с детайли – от фини електронни компоненти до тежки едрогабаритни заготовки. Маркетолозите изчисляват, че през 2020 г. над 71% от всички продажби на роботи в Северна Америка са били за сегмента на автомобилостроенето, а в глобален мащаб днес тази цифра достига 40 на сто. Водещо приложение (с 50-процентен дял) е точковото заваряване – напълно в тон с образа на заваръчния робот, превърнал се в символ на автоматизацията в автомобилния отрасъл.
До края на 2025 г. около 50% от всички задачи в тази индустрия ще се изпълняват от роботи. Поне до 2026 г. пък инсталациите на коботи се очаква да нарастват с по 43 на сто на годишна база. Близо една трета от всички новозаработили единици по света в края на настоящата година пък ще са за технологични бази на доставчици на компоненти. Според прогнозите на експертите производителите на оригинално оборудване (т. нар. ОЕМ компании) в рамките на следващите две години ще внедрят повече от 2,3 млн. нови индустриални робота в автомобилното производство – близо два пъти повече от общо функциониращите в сектора системи към днешна дата. Нещо повече – под влиянието на технологиите на Industry 4.0 и 5.0 до края на 2025 г. роботите за автомобилния сегмент ще станат и с до 30% по-ефективни.
Иновации и ключови приложения
На фона на тези впечатляващи статистики и прогнози е време да разгледаме в по-големи детайли и развитието на иновациите за автоматизация и роботизация в бранша. Решенията в тези два взаимосвързани сегмента намират приложение буквално във всички фази на производствения процес – от дизайна и прототипирането, през линиите за асемблиране, до качествения контрол. Усъвършенствани сензори, контролери, платформи за мониторинг и управление, автоматизирани машини, системи и роботи се използват в огромен кръг от задачи, включително производство и монтаж на компоненти, сглобяване, заваряване, полиране, боядисване, визуална инспекция и тестване, което значително повишава производителността и прецизността на операциите. Непрекъснато нарастващото търсене на средства за автоматизация и роботизация в сектора е в резултат на необходимостта от повишаване на скоростта и капацитета на линиите, свеждане до минимум на човешките грешки и постигането на оптимална разходна ефективност. Автоматизирането на различни повторяеми, уморителни или опасни за служителите задачи значително подобрява условията на труд, ергономията и безопасността на работното място, а на служителите в сектора отдавна не им се налага да рискуват здравето и живота си в среди на заваръчен дим, тежки машини и отровни изпарения от лакобояджийските системи.
Три са основните сфери на приложение на роботите и средствата за автоматизация в съвременната автомобилна индустрия – обработката на материали и детайли, линиите за асемблиране и качественият контрол. Предимства на дигитализираните и роботизирани операции са възможностите за отдалечен мониторинг, управление и проследяване на всеки компонент и всеки процес в реално време и в исторически план. Всички отделни единици в свързаната екосистема могат да комуникират и обменят информация помежду си, с централна контролна платформа и/или технически екип/оператор, както и да вземат самостоятелни решения на база непрекъснато разширяващата се и интелигентно анализирана база данни за производството.
Ключова е ролята на AI платформите в сектора, които намират широко приложение във все повече етапи на дизайна, производствения процес и прогнозната поддръжка. Актуален доклад на Deloitte прогнозира, че глобалният пазар на решения с изкуствен интелект за автомобилостроенето ще достигне 27 млрд. щатски долара до края на 2025 г., което би означавало експоненциален ръст или над двукратно увеличение спрямо стойностите от 2022 г. Сред най-динамично развиващите се приложения в сегмента са автономните превозни и транспортни средства, които постепенно завладяват складовете, логистичните и дистрибуционните центрове в автомобилния сектор.
И макар преди десетилетие да се смяташе, че следващият голям пробив в автомобилостроенето и в четвъртата индустриална революция изобщо ще са хиперавтоматизацията и т. нар. lights-out фабрики, които функционират изцяло автономно – без операторска намеса на място, днес тенденциите вече следват различна посока, в която човешкият фактор остава централен елемент в автоматизираната промишленост, като вече е ангажиран основно не с тежък ръчен труд, а с креативни задачи, творчески концепции и стратегически инициативи.
Вижте още от Роботика
Ключови думи: роботика, роботизация, автоматизация, автомобилна индустрия, автомобилостроене, индустриални роботи, изкуствен интелект, Industry 4.0, IoT
Редактор на статията:
Редактор
- Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";
- Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;
- Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.
Новият брой 9/2024