Давно ли началась массовая роботизация? Как это не странно, но минуло уже несколько десятков лет. Первый промышленный робот Unimate начал свою трудовую деятельность аж в 1961 году, перетаскивая раскалённые стальные заготовки автомобильных ручек.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №6(22). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

А на исходе XX века количество ежегодно выпускаемых промышленных роботов исчислялось уже десятками и десятками тысяч. Большинство из них поступало и поступает на автомобильные заводы, немного отстают электротехнические и машиностроительные производства. Такое положение дел создаёт впечатление абсолютной доминации механических автоматизированных машин над человеком.

Один из недавних примеров — завод Adidas Speedfactory в баварском Ансбахе. Мощность производства составляет более полумиллиона пар обуви в год, но этого рубежа ещё предстоит достигнуть. Степень роботизации завода высока, хотя и людям тоже есть чем заняться: 160 специалистов будут выполнять финишную обработку обуви. Подобная фабрика строится в США вблизи Атланты.

Впрочем, говорить о тотальной роботизации Adidas преждевременно — доля баварского производства составляет всего 1/300 от общего выпуска спортивной обуви. Главная цель проекта Speedfactory — вовсе не переход на современный технологический уровень, а сокращение производственного цикла. Прежде новые модели кроссовок преодолевали полуторагодовой путь от эскиза дизайнера до прилавка магазина. А теперь для этого нужно всего 3–4 месяца!

Другой пример: консорциум Airbus объявил о начале разработки роботов нового поколения, которые возьмут на себя тяжёлые и «грязные» операции уже на стадии сборки в труднодоступных для человека местах. Обратите внимание, речь идёт о самолётах, строительство которых требует высококвалифицированного ручного труда. Какой робот, например, сможет проложить 520 километров электропроводки в А380? Эта задача сильно отличается от пошива подошвы кроссовок!

Поэтому в громком и многочисленном хоре сторонников роботизации всё чаще слышатся голоса скептиков: не всё так радужно, современные роботы не отвечают набирающей обороты концепции кастомизации (от англ. to customize — настраивать, изменять что-то, делая более подходящим) производства. Попробуем разобраться, есть ли основания для таких сомнений. Узкоспециализированные роботы (а их подавляющее большинство) хороши тогда, когда требуется оперировать с десятками и сотнями тысяч одинаковых объектов. Платы памяти, бутылки с питьевой водой, конфеты и выпечка хлеба — всё это и многое другое сегодня делается роботами. Участие человека на таких производствах сводится к обслуживанию и ремонту.

Однако на наших глазах совершается переход к модели производства Industry 4.0 (Индустрия версии 4.0) — так назвали её специалисты аналитического агентства McKinsey Global. Это не означает изобретения каких-то ультрареволюционных механизмов, способных трансмутировать глину в золото или в разы поднять производительность труда. Технологический фундамент для такого перехода уже есть. Четвёртая версия — это комплекс новых или модернизированных идей по углублению автоматизации производства и управления на основе цифровых технологий. Чтобы зримо ощутить быстроту перемен, достаточно проследить за недолгой эволюцией 3D-принтеров: совсем недавно они казались только «игрушками» для гиков, а сегодня эти устройства прочно заняли места в цехах и лабораториях. В близкой перспективе они могут стать основой «умных заводов», которым не нужны огромные цеха площадью по несколько гектаров, набитые дорогим и громоздким оборудованием.

Если дать разгуляться воображению, то можно вообразить себе следующую картинку из будущего: представьте, что вам нужна новая машина. Тащиться в автосалон и выбирать одного из тысяч и тысяч близнецов, различающихся только окраской кузова? Нет, нет и ещё раз нет! Вы — оригинальная и неповторимая личность, и, конечно, нуждаетесь в чём-то оригинальном и неповторимом. На сайте мини-автозаводика выбираете шасси и силовую установку (к тому времени в ходу будут водородные двигатели, работающие на воде), в специальном приложении конструируете кузов, внутреннюю отделку, обвесы и прочие украшения (в разумных пределах, конечно), и, подтвердив свою платежеспособность, заказываете свою персональную машину.

Процесс сборки спортивного автомобиля Porsche Panamera (Лейпциг, Германия)

На заводике 3D-принтеры «печатают» детали кузова, а затем производится его сборка. Стоп-стоп-стоп! А кто, собственно, будет его собирать? И здесь мы подходим к необходимости коренным образом пересмотреть роль роботов. На современном автозаводе это делают автоматизированные конвейерные линии, которые сваривают отдельные детали в 5–6 тысячах точек в единый кузов, иногда элегантный, иногда уродливый, но всегда единообразный в рамках данной модели. Зрелище впечатляющее: бесконечная река автомобильных «скелетов», нескончаемые вспышки сварки, неутомимые роботы-манипуляторы. Производительность, надёжность, но абсолютная негибкость! Представьте, каких трудов и денег стоит переналадка всего этого великолепия на производство другой модели. В среднем каждый пятый работник завода занят обслуживанием роботов и станков и, как показывает практика, тратит на это половину своего рабочего времени. А другую, как пожарный или спасатель,— ждёт, когда что-то сломается или разладится! Это «ничегонеделание» квалифицированных специалистов увеличивает себестоимость продукции на 10–15%.

Каждый пятый работник завода занят обслуживанием станков

Для удовлетворения желаний платёжеспособного индивидуалиста нужно забыть о наследии Генри Форда (помните легендарные Ford-Т «любого цвета, при условии, что он чёрный»?). Бездушный конвейер заменяется мобильным стапелем, на котором собирается неповторимая (хотя бы внешне) машина. И концепция производства в определённом смысле обращается к средневековью, когда мастер, окружённый учениками и помощниками, создавал уникальные изделия: мечи, украшения, гвозди, гобелены, вазы и прочее-прочее-прочее.

Только вместо подмастерьев — не устрашающие стальные монстры ценой в годовой бюджет небольшого города, а компактные и сообразительные помощники, новое поколение роботов, концепция которых была разработана в 1994 году доктором Прасадом Акеллой (Prasad Akella), возглавлявшем тогда Центр робототехники фирмы General Motors (GM Robotics Center). В её основе первоначально лежало намерение создать «разумные» механизмы, способные работать непосредственно с людьми (Intelligent Assist Device) по типу фантастических тогда экзоскелетов, как будто сошедших со страниц комиксов про Железного человека.

А в чертежах концепция механических помощников-коботов («cooperative/collaborative robot» — cobot) была воплощена в 1996 профессорами Эдвардом Колгейтом (J. Edward Colgate) и Майклом Пешкиным (Michael Peshkin) из Лаборатории механических систем с искусственным интеллектом чикагского Northwestern University. Но они вполне резонно решили, что ограничиваться экзоскелетами неправильно, и существенно расширили спектр возможных приложений. В полученном в 1997 году патенте коботы описываются как «комплексы оборудования и методы прямого физического взаимодействия между человеком и манипулятором, находящимся под управлением компьютера». Время показало правильность такого подхода.

Экзоскелеты стали популярны благодаря кинематографу. Однако военные инженеры и частные компании работали над прототипом экзоскелета еще с 60-х годов XX века, но первый роботизированный костюм появился только в 2010 году.

Правда, в конце 90‑х, в угаре обвальной роботизации, казалось, что концепция механических помощников годна только для ограниченного круга бытовых задач. Появление Сегвея, одного из первых компьютеризованных механизмов, непосредственно реагирующих на изменение положения человека, казалось бы, подтверждало такой скептицизм. Да и те же экзоскелеты поначалу годились только для эффектных съёмок в «Чужих» и «Матрице». Помните эффектную драку лейтенанта Эллен Рипли с королевой Чужих? Главным оружием героини Сигурни Уивер стал прототип экзоскелета Hardiman, созданный фирмой General Electric ещё в начале 70‑х.

Первый роботизированный костюм, презентованный компанией Raytheon может поднять в несколько раз больше веса чем человек и управляется с помощью датчиков.

Понадобилось полтора десятилетия и 4‑я версия индустрии, прежде чем зерно, брошенное американскими инженерами, дало всходы. Коботы вдруг стали нужны всем, да так, что Международная организация по стандартизации в прошлом году выпустила в свет доку мент ISO/TS 15066:2016, стандартизирующий принципы функционирования коботов, их проектирование (включая программное обеспечение) и весьма жёсткие требования к безопасности. Так, предельное физическое воздействие кобота на человека ограничено 150 ньютонами, что сравнимо с дружеским похлопыванием по плечу. Это вам не тупой манипулятор типа «сила есть — ума не надо», оставляющий от нарушителя техники безопасности мокрое место!

Силу человека увеличивает робот, людям достаточно небольших усилий — всё остальное делает автоматическая система. Человек полностью контролирует ситуацию, возможно, даже не сознавая того, что ему помогает механизм».

Безопасность требует от кобота обилия сенсоров и датчиков, обеспечивающих непрерывный поток цифровых данных о собственном состоянии (на манер SMART-технологии у жёстких дисков), пространственном положении и, наконец, любых движениях подопечного гуманоида. Корректная и адекватная обработка этого водопада информации требует огромных вычислительных мощностей и весьма продвинутого программного обеспечения. Поэтому коботы недалёкого будущего, скорее всего, будут связаны через высокоскоростные коммуникации в исполнительный кластер, управляемый сверхмощным центральным компьютером.

KUKA Roboter (Германия) — крупнейший производитель промышленных роботов. Компания была основана в 1898 году, а первый промышленный робот, известный как FAMULUS был выпущен в 1973 году.

А пока это довольно медлительные автономные устройства, способные на выполнение простых операций типа «передвинь-подай». Так, один из ведущих производителей промышленных роботов японская компания FANUC в 2015 году выпустила CR-35iA (iA — intelligense Assistent), кобота-манипулятора весом в тонну и способного перемещать до 35 кг груза с точностью 0,08 мм в 2‑метровой рабочей зоне.

Надо сказать, что FANUC сильно отстал от конкурентов, начавших осваивать непаханое поле ещё 10 лет назад. Так, в 2008 году датская фирма Universal Robots (в 2015 году куплена американской Teradyne) выпустила на рынок первую модель настольного кобота-манипулятора UR5. Ненамного отстали немцы из KUKA с коботами серии LBR iiWA, разработанными в кооперации с Германским аэрокосмическим институтом, и американская Rethink Robotics, выпустившая забавного Baxter’а в 2012 году.

FANUC CORPORATION (Япония) — мировой производитель оборудования для промышленной автоматизации. Компания была основана 1959 году путем отделения от материнской компании Fujitsu.

Главное достоинство пионеров — низкая цена, сравнимая со стоимостью автомобиля среднего класса. Пусть коботы ещё немного «туповаты», но уже сегодня они доступны среднему и малому бизнесу. А это, согласитесь, широчайший рынок сбыта. По оптимистичным прогнозам, продажи коботов в денежном выражении с нынешних 100 миллионов долларов к 2020 году возрастут до 2,5–3,0 миллиардов, а их удельный вес в общем парке робохозяйства с 5% в 2015 году увеличится до 25%, став движущей силой индустрии версии 4.0.