Роботизация сварки: возможные варианты автоматизации процесса
Задача повысить уровень роботизации предприятий стоит уже почти два года. Список поручений президента по автоматизации заводов и фабрик появился на сайте Кремля в 2023 году, и с тех пор началась «гонка вооружений». Практически каждый месяц в инфополе возникают сводки о внедрении нового роботизированного оборудования. И лидирующее место в модернизации заняла именно сварка.
Мы собрали несколько интересных кейсов роботизации сварочных процессов и попытаемся разобраться, успеют ли предприятия выполнить поручения президента и в ближайшие годы перейти на роботизированные технологии. А также вместе с экспертами обсудим самые удачные кейсы переоборудования.
К 2025 году сварка перестала быть узким горлышком для производства. Времена, когда брак одного-единственного технологического этапа мог поставить под угрозу продукцию всего предприятия, имидж и репутацию компании, начали уходить в прошлое. К примеру, выбор не того электрода или неправильного защитного газа при ручной сварке мог ослабить сварочный шов или испортить его внешний вид.
Визуально непривлекательное соединение нельзя ни спрятать, ни замаскировать, ни закрасить. Поэтому изделие не проходило на следующие этапы производства. И роботизация смогла, наконец, решить эту проблему.
Автоматизация сварки — главная технология сегодняшнего дня, говорят эксперты.
«Роботизация крайне востребована, потому что в процессе сварки нужно учитывать не только линейные перемещения горелки, но и угловые. Например, качество шва во многом зависит именно от угла наклона сварочной горелки относительно изделия. И бывает, что несколько градусов наклона влияют на формирование шва и качество полученного соединения. А шестиосевой робот позволяет как раз эти все тонкости учитывать.
Автомат несложно программировать: управлять процессом намного легче, чем осваивать сложную науку ручной сварки. Поэтому сварочные роботы востребованы практически на всех предприятиях, связанных с металлообработкой: крупных, средних и даже совсем небольших», — рассказал эксперт ООО «Технорэд» (TECHNORED) Михаил Микушин.
Автоматизация сварочных технологий уже давно обогнала модернизацию любых других в сфере металлообработки. Этот метод соединения металлических частей используют 90% производств из сфер строительства, автомобиле- и судостроения, станкостроения, аэрокосмической отрасли. Это обусловлено постоянным прогрессом в технологиях, появлением новых материалов и сварочных методов. Разработчики предлагают массу вариантов роботизации:
«Сегодня при автоматизации сварочных процессов используются как традиционные узкоспециализированные автоматические сварочные установки (сварочные вращатели, колонны, установки для сварки продольных швов и т. п.) так и сварочные роботы-манипуляторы.
Наиболее популярны сейчас последние благодаря тому, что они более универсальны, однако далеко не каждую задачу в автоматизации сварки можно решить с их помощью.
Каждый случай автоматизации сварки следует рассматривать как частный и доверять подбор сварочного оборудования и технологий сварки опытным интеграторам», — рассказал руководитель технического отдела SAMOS engineering Сергей Зверев.
«Автоматизация сварочных процессов может быть разделена на два основных типа. Первый — жёсткий вариант, иногда называемый стационарной или механизированной сваркой. Она включает в себя такие технологии, как сварочные тракторы, машины для шовной сварки, системы круговой сварки и сварочные позиционеры. Эти устройства не обладают гибкими возможностями программирования, которые характерны для роботов.
Второй — гибкий вариант, который, в свою очередь, делят на заранее разработанные роботизированные комплексы для лазерной сварки и индивидуально созданные автоматизированные ячейки. Первые обычно имеют высокую стоимость и способны сваривать различные детали. Индивидуальные модули разрабатываются под конкретные детали или их группы и могут включать дополнительные функции, а также обрабатывать более крупные изделия.
Есть и третья категория автоматизации — коллаборативные роботы, они могут включать сварочный стол или тележку для поддержки роботизированной руки, которая может управляться вручную для создания нужной траектории сварки», — перечислил руководитель ООО «Металворк» Борис Золотарёв.
Как это работает?
Автоматизация сварки, по словам экспертов, пришла почти на каждое предприятие, где есть хотя бы незначительная серийность производства и нужно стыковать неразъёмные соединения. На рынке автоматизированных сварочных систем наблюдается значительный рост. По данным статистики, в 2020 году объём рынка составил 570 роботизированных систем, к 2023 году он вырос
на 726 единиц, то есть на 27,4%. На примере нескольких компаний можно рассмотреть самые популярные варианты автоматизации.
К примеру, на калужском ООО «АЭСТЭ», которое занимается изготовлением пластиковых деталей для отечественных автомобилей, внедрили роботизированную лазерную сварку регулировки руля. В своих отчётах промышленники поделились, что технологии позволили достичь производительности 1500 изделий за 2,5 часа. В ручном режиме для изготовления той же продукции требовалось 8 часов. Кроме того, полностью закрытая роботизированная ячейка обеспечила безопасность сварочного процесса и позволила исключить травматизм.
А сотрудники АО «Стройтранснефтегаз» заявили, что первыми в мире выполнили неповоротное кольцевое соединение труб. Двусторонняя автоматическая сварка была применена на трубах диаметром 530 миллиметров с толщиной стенки 14 миллиметров и классом прочности К60. Технологическая подготовка к процессу заняла календарный год.
Так же широко востребованы сейчас коллаборативные промышленные роботы. Специалисты ООО «АтомИнтелМаш», к примеру, с их помощью сваривают малогабаритные металлические детали по заранее выстроенным в программе картам сварочных швов.
«Благодаря роботизированной сварке удалось поднять производительность, качество выполняемых работ, снизить трудозатратность и риск получения травм. Что уже в краткосрочной перспективе ощутимо положительно сказалось на производственных процессах предприятия по многим направлениям», — привёл данные коммерческий директор ООО «АтомИнтелМаш» Дмитрий Кайнов.
Cтоит ли гнаться за трендами или можно повременить?
Борис Золотарёв предлагает сравнивать ручную и автоматизированную сварку на примере производства трубопроводных систем, которые используются в нефтегазовой, химической и энергетической отраслях.
При ручной сварке трубопроводов специалист должен выполнять каждое соединение вручную. И этот процесс требует значительного времени. Кроме того, процесс может быть замедлен необходимостью проверки качества после каждой операции. Автоматизированные системы, к примеру, сварочные роботы или машины с ЧПУ, могут соединять трубопроводы с высокой скоростью и точностью.
«Роботизированные системы могут работать непрерывно, что значительно ускоряет процесс, особенно при больших объёмах работ. Кроме того, ручная и автоматизированная сварка будут влиять на качество шва. При ручной сварке оно зависит от навыков сварщика. Даже опытный специалист может допустить ошибки, что может привести к дефектам, таким как недостаточная прочность соединения или неправильная форма шва.
Автоматизированные системы обеспечивают более высокое качество шва благодаря точному контролю параметров сварки. Программируемые настройки позволяют добиться однородности шва и минимизировать количество дефектов, что особенно важно для трубопроводов, которые должны выдерживать высокие давления.
Что касается удобства работы для оператора, то при ручной сварке он должен быть физически активным и занимать неудобные позы, что может привести к усталости и травмам. Также требуется высокая квалификация для достижения качественных результатов. А при автоматизированной сварке оператор контролирует процесс и может заниматься настройкой оборудования, что снижает физическую нагрузку. Однако для работы с автоматизированными системами требуется знание программирования и технического обслуживания», — рассказал Борис Золотарёв.
Роботизация сварки помогает производителям бороться с браком готовой продукции и уделять больше внимания другим технологическим процессам.
«Разберём пример одного из предприятий, которое специализируется на производстве кронштейнов для подвеса элементов фасадов зданий. Раньше, когда сварку производили вручную, компания была ограничена количеством выпускаемой продукции и рисками, связанными с качеством. Участие в ряде тендеров было для предприятия недоступно из-за высокой себестоимости продукции.
Чтобы исправить ситуацию компания внедрила поэтапно 4 сварочных робота. Сейчас за счёт внедрения роботизированных комплексов, удалось снизить себестоимость и давать заказчику 100% гарантию качества на свою продукцию. Таким образом, для предприятия открылись новые рынки сбыта. То есть внедрение автоматизации привело не только к оптимизации процессов производства, но и к пересмотру назначения продукции и расширению рынков», — поделился опытом Михаил Микушин.
Автоматизация помогла предприятиям больше заработать, сократить простои, ускорить все процессы, сделать производство более безопасным для людей.
«Если сравнивать ручную и автоматическую сварку на примере стыка труб, монотонная и трудоёмкая работа сварщика поворотного стыка труб значительно упростилась. Теперь нет необходимости часами стоять в неудобной позе и дышать вредными аэрозолями и дымом, выделяемым при сварке. Оператору остается лишь собрать стык на прихватки, подвести вблизи него сварочную головку, запустить автоматический цикл и наблюдать за процессом сварки на экране», — пояснил Сергей Зверев.
За последние два года рынок автоматизированных решений для сварки в России и некоторых других странах, затронутых уходом западных компаний, претерпел серьёзные изменения, зачастую в положительную сторону. Российские компании стали активно развивать собственные технологии автоматизированной сварки, тем самым увеличивая производство и инвестиции в НИОКР.
«Безусловно требуется время. В 2021–2022 годах рынок сварочного оборудования в России вырос на 10–15% из-за увеличения спроса на отечественное оборудование. Начиная с 2022 года, уход западных компаний стимулировал развитие отечественных разработок в области роботизированной сварки, сварочных материалов и программного обеспечения. Доля импорта ощутимо сократилась за счёт роста отечественного производства и ограничений на поставки из заграницы», — рассказал Дмитрий Кайнов.
Насколько совместимы курс на импортозамещение и наполеоновские планы по автоматизации производства?
Планы по роботизации сварочных процессов ничто не сможет сорвать, — в этом тезисе сходятся все эксперты.
Да, действительно, уход западных компаний встряхнул рынок автоматизированных решений, и за последние два года там произошло множество изменений. События 2022 года привели к дефициту комплектующих и прекращению гарантийной поддержки существующего оборудования. В ответ на все эти вызовы российские предприятия начали активно развивать собственные решения и искать альтернативы среди поставщиков из Индии и Китая.
Сейчас процесс импортозамещения осложнён зависимостью от зарубежных компонентов микроэлектроники, что замедляет разработку полностью отечественных систем. Но, несмотря на сложности, российский рынок автоматизированных систем управления технологическими процессами демонстрирует рост.
Уход западных компаний стимулировал развитие российских автоматизированных решений для сварки, однако полное импортозамещение требует времени и значительных инвестиций в разработку и производство отечественных компонентов.
Однако не стоит думать, что однажды автоматизированное производство будет работать бесперебойно. Важно вместе с внедрением нового оборудования решить ещё и кадровый вопрос: установить с инженерами-робототехниками контакт и постоянно программировать, настраивать и обслуживать сложную технику.
Многие эксперты считают, что препятствием для роботизации может стать отсутствие рабочего пространства у некоторых предприятий, стоимость решений, сроки их внедрения, а также необходимость изменения технических процессов производства продукции. Поэтому, прежде чем задаться целью автоматизировать производство, нужно хорошо всё взвесить и, возможно, запустить более экономичное типовое решение, которое не потребует доработки и модернизации оборудования.
Сергей Зверев, руководитель технического отдела ООО «НПК «Специальная металлургия» (SAMOS engineering)
«Рынок автоматизированной сварки пошатнулся в связи с уходом западных компаний, однако быстро восстановился благодаря оперативно появившимся отечественным разработкам и поддержке азиатских компаний производителей сварочного производства».
Дмитрий Кайнов, коммерческий директор ООО «АтомИнтелМаш»
«Автоматизированная сварка выигрывает по скорости, качеству, безопасности и повторяемости, что делает её идеальной для массового производства и критически важных задач. Ручная сварка остаётся востребованной для мелкосерийных, нестандартных или уникальных задач, где важна гибкость и индивидуальный подход. Выбор метода зависит от конкретных условий производства, бюджета и требований к качеству».
