Индустрия 4.0

Роботизированный комплекс по формуле «Цифровой сборки»

Роботизированные системы несовершенны, и они не всегда хорошо справляются с задачами и операциями, требующими высокой точности. Однако интеграция робототехнических и измерительных систем позволяет решить эту проблему. Применение координатно-измерительных машин совместно с промышленными роботами-манипуляторами способно создать высокоточный масштабируемый комплекс механической обработки. В новом интервью «Умнпро» Глеб Бузик, генеральный директор компании АО «Цифровая сборка» (резидент «Сколково», кластер «Промтех»), рассказал про универсальность разработанной его специалистами системы, точность современных роботов-манипуляторов и значение маркетингового продвижения.
26 июля 2021

– Расскажите о своей компании. Какие направления деятельности сейчас развиваете?

– Наша команда работает вместе уже более 5 лет. Изначально мы специализировались на высокоточных метрологических измерениях. Приезжали на предприятие с оборудованием и выполняли размерный контроль абсолютно любого объекта заказчика: от кораблей до космических аппаратов. После этого наши специалисты составляли отчет и представляли его клиенту. Постепенно на задачи такого уровня стали наслаиваться новые для нас технологии, в частности, к нашей команде присоединились классические разработчики ПО, которые писали программы и приложения – как десктопные, так и для встроенных систем.

В «Цифровой сборке» сформировались совершенно новые компетенции: мы автоматизировали процессы обработки измерительной информации, писали собственные модули к существующему специализированному метрологическому софту, смогли взять много новых проектов. Затем к нам присоединились специалисты по автоматизации и роботизации. Можно сказать, сложился своего рода «триптих» компетенций. Специалисты по автоматизации и роботизации занимались и такой классикой робототехники, как сварка, обслуживание станков и т.д. Когда они объединились с нами, метрологами и программистами, мы стали разрабатывать и интегрировать контрольно-измерительные роботизированные комплексы (промышленный робот выполняет контрольные операции вместо оператора). Раньше эти задачи выполнял специалист-метролог, теперь вместо него это делает роботизированная система. Такую систему возможно создать и внедрить далеко не под каждую задачу, но у нас есть несколько успешно реализованных проектов.

цифровая сборка

Робота-манипулятора вы себе прекрасно представляете, они распространены в промышленности повсеместно уже много десятков лет, этим никого не удивишь. Согласитесь, такие машины по своей природе и конструкции не очень точны. Если стандартному роботу отдать программную команду пройти путь рабочей точкой инструмента ровно 1000 мм, он ошибется, в среднем, на ± 1 мм или грубее. Обычно это закрывает путь к решению целого пласта задач, таких, как точная механическая обработка, точное сверление, резание и сборка. А вот интеграция робототехнических систем с измерительными позволила решить эту проблему.

Сейчас мы производим либо однократную кинематическую калибровку – выполняем цикл измерений и расчетов для уточнения параметров кинематической модели робота, после чего он уже способен в 2-3 раза точнее выполнять определенные операции, чем ранее; либо отслеживаем лазерным трекером (портативная КИМ производства швейцарской компании Leica Geosystems, входит в концерн Hexagon) положение инструмента робота в пространстве в высокочастотном замкнутом цикле с обратной связью (трекер находится в роботизированной ячейке на постоянной основе).

цифровая сборка

– А какой робот-манипулятор используется, с чем связан данный выбор? В каких случаях необходимо применять именно его, а не станки?

– Для решения задач точной механической обработки мы используем, по большей части, роботов KUKA Robotics. Причиной этому служит обширный опыт работы членов нашей команды именно с этим брендом и наличие у KUKA необходимого интерфейса реального времени. При этом у нас есть успешно реализованные проекты с роботами FANUC. Важно отметить, что развитие данной технологии мы начали и успешно продолжаем не в одиночку, а совместно с партнерами ООО «Дзержинскхиммаш» из Екатеринбурга. Они отвечают за конструкторское сопровождение, механический монтаж и выполняют функции ген. подрядчика.

Почему и в каких случаях стоит пользоваться нашим продуктом, а не станком? Разработанная нами технология роботизированной механической обработки очень хорошо масштабируется. Станки с большими габаритными зонами (от 2 метров и более) стоят десятки миллионов евро. Они требуют специальной инфраструктуры и подготовки фундамента, а также дороги в обслуживании.

В нашем случае роботизированная система масштабируется с низкими затратами, поскольку манипулятор можно поместить на линейную направляющую или портальную конструкцию, т.е. рабочая зона робота вместе с такими устройствами его перемещения может быть очень обширной. Например, в нашем проекте 2021 года габаритные зоны составляют 6×6×3 м. Очевидно, что станки с подобными параметрами существуют, но изготавливаются под конкретного заказчика и требуют огромных инвестиций с его стороны. Поэтому капитальные затраты не сопоставимы.

В случае обработки крупногабаритных изделий из алюминия или композитов капитальные затраты на ввод в эксплуатацию нашего роботизированного комплекса будут меньше, чем станков по следующим пунктам: • транспортировка до места установки (не требуется спецтранспорт); • подготовка фундамента (масса комплекса не превышает 10-15 т, нагрузка на фундамент равномерно распределена); • стоимость и металлоемкость оборудования (отсутствует тяжелая станина, стол для обработки); • установка/юстировка обрабатывающего стола (стол не требуется); • проектирование и изготовление оснастки.

Говоря о режимах, подчеркну – робот не может сравниться со станком по своей жесткости и производительности, но наш продукт вплотную подходит к данным параметрам на таких материалах, как алюминий, композит и пластик.

Помимо всего прочего, абсолютная точность роботизированной системы высока за счет того, что портативная КИМ задействует лазерный трекер постоянно и в замкнутом цикле с обратной связью отслеживает положение визирной цели, закрепленной на шпинделе, который перемещается роботом. Данная визирная цель называется Leica T-Mac. Мы всегда знаем ее положение в пространстве (трекер за 1 измерение фиксирует координаты (X, Y, Z) и 3 угла поворота в пространстве относительно собственной системы координат). 

 цифровая сборка

Поскольку T-Mac установлен на шпиндель, то, зная его фактическое местонахождение, мы знаем и фактическое местонахождение рабочей точки фрезы. Далее вычисляется невязка (величина отклонения координат рабочей точки фрезы от номинальных, заданных в программе) и рассчитывается коррекция. Коррекция, в свою очередь, передается роботу через интерфейс реального времени. Измерение и расчет коррекции происходят 1000 раз в секунду. 

– Приходится измерять износ инструмента. Он как-то учитывается? 

– Постоянный износ режущих поверхностей инструмента не определяется в режиме онлайн. При корректировке мы опираемся на измеренные заранее параметры рабочего инструмента. Износ, конечно же, необходимо контролировать регулярно внешней системой и обновлять данные в системе управления. Инструмент должен быть исправен и не изношен, потому что трекер следит не за самой фрезой, а за визирной целью на шпинделе – нам просто известна трансформация от визирной цели к рабочей точке фрезы.

В целом мы сравнимы по точности, а иногда даже превосходим станки с большой габаритной зоной. По производительности и режимам резки наша разработка, скажем, на одну ступень ниже. Но по масштабируемости всегда будем выше, чем станки. По этим трем параметрам мы прекрасно сознаем место своего продукта в этом станочном мире.

Расскажу, каких именно показателей по точности нам удалось достичь. На нержавеющей стали, обработав плоскость габаритами 1250×250 мм, мы получили неплоскостность в 0,1 мм. Это довольно серьезный результат для нержавеющей стали. Для сравнения приведу параметры, которых мы смогли добиться при фрезеровании тонкостенного алюминия. Среднеквадратическая ошибка формы поверхности на металле с корректировкой получилась 0,07 мм, а без корректировки – целых 1,5 мм. Эти 1,5 мм на металле и есть та самая честная погрешность роботизированной операции «из коробки», с учетом влияния на робота разных динамических факторов: его собственной кинематической модели, весовых деформаций конструкции, температурных деформаций конструкции, его собственной нежесткости и, конечно же, сопротивления материала.

цифровая сборка

В случае с РТК особые требования к точности исполнения установочной оснастки не предъявляются. Главное – обеспечить стабильное жесткое крепление детали и достаточную высоту для обработки на оптимальном положении робота. Данный факт положительно сказывается на стоимости изготовления оснастки, а также на ее габаритах, что в итоге ведет к экономии мест хранения оснастки.

Важно отметить, что наша система управления и корректировки работает не просто с координатами и углами поворота инструмента, а рассчитывает матрицу параметров коррекции, которые включают в себя ускорение, в т.ч. необходимое для погашения дробления, локально возникшей вибрации и т.д. Все для того, чтобы производственный процесс происходил плавно, выдерживая режим, без ситуаций, когда система пытается выполнить корректировку и входит в автоколебания.

– Космическая отрасль характеризуется высокой секретностью новых разработок. Готовит ли какую-нибудь новинку ваша компания сейчас и могли бы рассказать об этом?

– Основной проект этого года сейчас находится в активной фазе реализации. Заказчик – одно из ведущих предприятий космической отрасли, разработчик и производитель ряда космических аппаратов, в том числе применяемых и иностранными космическими агентствами. Изготовление таких аппаратов предполагает огромный объем механической обработки: сейчас они выполняют ее на карусельно-расточном станке, универсальном станке, а также присутствует множество ручных слесарных работ. Большинство операций мы объединяем в рамках нашего комплекса. Сотрудничество с предприятием до подписания договора мы стараемся держать в секрете. Но я абсолютно уверен в том, что наша совместная деятельность будет продуктивной. 

– Сколько операторов возможно уволить с установкой вашего комплекса на промышленном предприятии?

– Надеюсь, что нисколько, потому что у промышленных предприятий есть огромное количество других космических аппаратов, которые делаются в единственном экземпляре. Полагаю, что они будут рады освободить своих специалистов от части рутинной нагрузки. Значительная часть станочного ресурса также будет высвобождена.

цифровая сборка

– Это же позволяет сэкономить деньги? И на сколько дешевле становится процесс?

– Экономия – безусловна. У заказчика, рассматривающего вариант приобретения нашего продукта, обычно стоит дилемма: либо приобретать новый карусельно-расточный станок или новый универсальный станок, либо обзавестись роботизированным комплексом.

Если говорить именно о ценах и ценовых порогах на наш комплекс, они начинаются от 2 млн. евро. В сравнении со станком с большой габаритной зоной это весьма экономично. Цена может быть немного ниже или выше – в зависимости от того, какую систему масштабирования мы будем применять. Портальная система, конечно, стоит дороже, чем робот на линейной направляющей или стационарно закрепленный робот. Но ядро системы и основная стоимость комплекса заключена не в роботе, а в системе измерений – лазерном трекере, системе управления и онлайн-корректировке.

– Звучит довольно очевидно: вы совместили 2 технологии, и на стыке этих материй произошел новый продукт? И он теперь обладает третьей, гибридной?

– Совершенно верно

– Кто-нибудь до вас реализовывал нечто подобное?

– На самом деле, в мире сейчас реализовано 2 похожих проекта, но это нельзя назвать промышленной реализацией. Есть испанский полунаучный, полумаркетинговый проект «Megarob», который реализовали несколько научных институтов. Комплекс выполнял фрезерование длинного компонента из композита – получился композитный мост через небольшую реку или канал. Дальнейшего развития система у испанцев не получила, хотя это был относительно успешный кейс.

И еще среди тех, кто занимался похожими разработками также с композитами, – немецкий институт Fraunhofer. Наша компания «Цифровая сборка» общается с институтом; они в курсе наших успехов, мы, соответственно, знаем об их результатах. Пока наши разработки более прогрессивны, т.к. мы делаем первый именно промышленный кейс по внедрению вышеописанной технологии. Между собой мы называем её «7DoF», что значит Seven Degrees of Freedom. 6 DoF – это координаты X, Y, Z и три угла, а седьмая степень свободы – это время. 

Мы в режиме реального времени корректируем все, что нам необходимо по всем 6 степеням свободы.

– Каковы дальнейшие планы у вашей компании? Где это все будет применяться? Я так понимаю, теперь у вас есть реализованный кейс одновременно в энергетической и космической отраслях промышленности?

– В первую очередь, наши потенциальные заказчики сосредоточены на аэрокосмических предприятиях, у которых есть алюминиевые и композитные изделия больших габаритов. Я достаточно хорошо понимаю их запросы / проблематику, поэтому нам очень важно хорошо упаковать для них наш продукт. В новом проекте мы выходим уже на совершенно другое бизнес-поле.

Конечно, мы собираемся также расширять базу материалов, с которыми работаем. Дальнейший план касается силового роботизированного фрезерования такого материала, как особо прочная сталь, поскольку есть ряд подобных запросов. Это кардинально отличается от фрезерования алюминия. Робот должен быть еще более жестким и грузоподъемным (сейчас мы, в основном, применяем машины с грузоподъемностью до 300 кг).

Вообще наш роботизированный комплекс, как система, обладает колоссальными возможностями по расширению функциональности. Наряду с точной механообработкой, по желанию заказчика, могут быть реализованы следующие функции:

  • нанесение аддитивных покрытий (наплавка, напыление);
  • зачистка поверхности, шлифовка, финишная механообработка в размер; 
  • слесарные операции;
  • автоматизированные контрольные и измерительные операции.

Комплекс может быть спроектирован практически для любой конфигурации обрабатываемого изделия – локальная ячейка, консольное исполнение, портальная компоновка, в т.ч. с изменением высоты портала. Это касается и манипуляций с самой деталью, возможностью применения различных вращателей, кантователей и иных устройств изменения ее положения. Правильно сформулированная задача позволит спроектировать целое мелкосерийное производство в рамках одной роботизированной ячейки, сэкономить на необходимых производственных площадях, оборудовании, персонале и всех прочих статьях расходов.

– Это каждый раз одна линейка или это все время плюс-минус один и тот же манипулятор?

– Манипулятор подбирается по трем параметрам: грузоподъемность, жесткость и досягаемость. Конечно, использовать максимально короткого робота идеально, поскольку он будет обладать большей жесткостью на максимальном вылете. Но иногда требуется робот с большей досягаемостью для обработки труднодоступных зон изделия. Отмечу, что модель робота всегда подбирается из достаточно небольшой выборки. Отталкиваясь от потребностей заказчика, возможно выбрать подходящее именно для него решение, при этом жесткой унифицированной линейки нет. 

– Расскажите про команду своих специалистов. Насколько она у вас большая? Сколько человек представлено в вашем штате?

– Всего у нас работает 14 человек, но я не могу сказать, что это много. В инженерный состав входит 11 специалистов, а административного персонала, как вы можете заметить, минимальное количество. Конкретно наша команда инженеров состоит из 2 метрологов, 5 программистов, 3 робототехников и 1 конструктора – такой «сплав» компетенций позволяет нам решать серьезные задачи, но, повторюсь, что над проектами мы работаем совместно с партнером ООО «Дзержинскхиммаш». В нашем партнерстве есть огромная ценность для всех его участников, возникшая благодаря разделению компетенций. Партнеры выполняют функции генеральных подрядчиков, специализируются на проектировании металлоконструкций, комплексном конструкторском сопровождении, механическом и электромеханическом монтаже. Мы, в свою очередь, занимаемся вопросами, связанными с промышленными роботами, измерительными системами, системой управления, разработкой программного обеспечения. 

цифровая сборка

– Давайте поговорим про Сколково. Расскажите, как получилось, что вы туда попали? Помогло это вам в развитии или нет?

– Однозначно, наше присутствие в Сколково помогло развитию нашей компании. Попали мы в Сколково достаточно просто. «Цифровая сборка» изначально открывалась под задачу производства конкретного продукта – цифрового сборочного стапеля для сварных трубопроводов. Эта объективно инновационная разработка легко прошла все барьеры и фильтры и получила одобрение от Фонда на получение статуса резидента. И только после того, как этот продукт уже просуществовал какое-то время, мы решили объединить все свои проекты и компетенции внутри структуры Сколково, в т.ч. «7DoF». Мы внимательно изучили пул собственных наработок, и у нас не было ни единого проекта, где мы производили бы чистую продажу и внедрение – везде была огромная часть добавочной стоимости в виде именно наших ноу-хау. Некоторые виды ПО мы запатентовали, многие технологии остались в виде корпоративных разработок и авторских технологий. 

По большей части, специалисты «Цифровой сборки» замкнуты и ориентированы на свои проекты и на своих клиентов, но при этом мы не отстаем от темпа, не отклоняемся от корпоративных ценностей, которые культивирует внутри себя инновационный центр Сколково. В нашу стратегию не входит активная работа с грантами, т.к. «Цифровая сборка» развивает собственный продукт на самостоятельно заработанную прибыль от реализации других проектов. Но, что объективно, в развитии нам серьезно помогают сколковские льготы. Осмелюсь назвать себя нетипичным стартапером в понимании этого инновационного центра. 

цифровая сборка

Сегодня наша стратегия достаточно понятна и проста. Мы встали на путь трансформации от «Solutions – oriented» компании, которая предоставляет разным заказчикам решение любой задачи – если дословно, «придите к нам с любым ТЗ и получите в ответ решение». В перспективе будем заниматься исключительно разработкой, продажей и интеграцией собственных продуктов. Все они лежат в сфере сборки, точных задач робототехники и контроля. Наверное, это наша самая основная стратегическая парадигма, инициатива – стать именно продуктовой компанией.

– В последнее время в нашем журнале особенно актуализировалась тема маркетинга, продвижения в промышленных компаниях. Каково ваше мнение об этом?

 – Не могу сказать, что я образец в части работы с широкими каналами продвижения. У нас есть несколько промо-роликов на YouTube и пакет презентационных материалов. Самое важное в нашей сфере для развития деловых отношений – это, безусловно, личные встречи с заказчиками и презентации. Заказчик должен понимать, насколько глубоко мы погружены и вовлечены в его задачи. Каждый раз мы индивидуально подтверждаем собственную экспертизу для конкретного клиента. Не просто заходим к нему с красивым пакетом маркетинговых материалов, а предлагаем сразу провести тесты на базе нашей лаборатории и выполнить небольшую НИР. Чаще всего мы делаем это за свой счет: выполняем небольшой пилотный проект для подтверждения применимости концепции к решению конкретной задачи, и, конечно, заказчик это должен увидеть.

Второй важный аспект – участие в промышленных выставках. Длительное время мы стабильно принимаем участие на 3-х мероприятиях – «Металлообработка», «Control Days» (ранее «Экспо Контроль») и «МАКС» (Международный авиационно-космический салон). Могу сказать, что это достаточно крутой опыт, помогающий развиваться производителям с еще большей силой и желанием.