Роботизация загрузки станков: кобот или промышленный робот, условия и расчёт часов без оператора

Что даёт робот у станка

Пока оператор снимает деталь, ставит заготовку и закрывает дверь, шпиндель стоит. На коротких циклах в несколько минут доля таких пауз велика, а ночью и в обед станок не работает совсем. Робот делает ту же операцию в нужные моменты и без перерывов, и главное, что он даёт, это не скорость, а возможность оставить станок одного. Как кобот ведёт себя вообще и что с ним можно делать на небольшом производстве, описано в отдельной статье про коботов. Здесь речь о том, как подобрать робота к конкретному станку и что сосчитать.

Сначала измерьте простои. Если станок и без робота занят 90% времени, вы не освободите ничего, а если он ждёт оператора половину смены, есть что освобождать. Загрузку удобно снять датчиками, как в статье про мониторинг загрузки станков.

Кобот или промышленный робот

Выбирают по весу детали с захватом, вылету до станка и тому, кто находится рядом.

Цифры взяты из паспортных страниц производителей, ссылки в источниках. Повторяемость показывает, насколько точно рука возвращается в одну точку. Положение детали в патроне она не гарантирует, его определяют захват, ложемент и зажим станка.

IFR указывает, что коботы чаще всего не требуют дополнительных мер защиты и работают без ограждения, но не годятся там, где нужны большие нагрузки и высокие скорости. Отсюда следует правило: лёгкая деталь, ручная переналадка и соседний человек говорят в пользу кобота, а тяжёлая заготовка и короткий такт говорят в пользу промышленного робота за ограждением.

Пример выбора по нагрузке. Вал Ø50 мм длиной 120 мм из стали весит около 1,85 кг (посчитайте свой в калькуляторе веса металла). Если нужен двойной захват, чтобы за один заход снять готовую деталь и поставить заготовку, на фланце окажутся две детали и захват: примерно 3,7 + 2 = 5,7 кг. Для CRX-10iA запас составляет около 40%, а на вылете и при резких ускорениях он нужен: паспортные 10 кг рассчитаны на лёгкий режим. Две детали по 8 кг с таким же захватом дадут 18 кг, и это уже модель на 20–30 кг.

Что должно быть готово до покупки

Практика интеграции показывает, что останавливает ячейку не робот, а мелочи вокруг него. Условия ниже взяты из инженерной практики, а не из норм стандарта.

Если какого-то пункта нет, часть безлюдных часов вы потеряете. Станок без автоматической двери можно переоборудовать, но стоимость это увеличит, и учитывать её надо в смете заранее.

Токарный и фрезерный станок: чем отличается загрузка

Это инженерная практика, а не норматив. На токарном станке деталь ставят в патрон, и центрирует её сам патрон, поэтому захват должен брать заготовку за поверхность, которую на этом переходе не обрабатывают. Для коротких деталей из прутка часто дешевле и быстрее прутковый податчик, а робот выигрывает на штучных заготовках: поковках, отливках, отрезанных кусках, а также когда деталь надо перевернуть и поставить во вторую операцию.

На фрезерном станке заготовка сидит в тисках или приспособлении. Если тиски ручные, ячейка невозможна, нужны тиски с приводом и контролем зажима. Для нескольких деталей на один цикл ставят паллету или сменное приспособление, а станок получает заготовки пачкой. Для двух станков подряд, токарного и фрезерного, один робот способен переносить деталь между ними, но тогда к ячейке добавляется связь двух стоек и общий график остановов.

Часы без оператора и пример расчёта

Безлюдное время одной загрузки магазина считают так:

Допустим, обработка занимает 8 минут, робот меняет деталь за 42 секунды, в магазине 40 заготовок. Получается 40 × 8,7 = 348 минут, то есть 5,8 часа, и все эти цифры условные. Большой магазин не всегда лучше: упираются в стойкость инструмента, объём стружки и время, за которое оператор успеет проверить ночные детали утром.

Один производитель кобота рассказывает про своего клиента, у которого станки работают 22 часа в сутки, из них 6 часов без людей, а про другого, что робот добавляет больше 1200 часов производства на станок в год и окупается за 12–18 месяцев. Это заявления производителя, и ваши цифры будут другими, но порядок безлюдных часов в них похож на наш расчёт.

Экономика у безлюдных часов особая. Оператор в это время не работает, поэтому от цены станко-часа вычитают только электричество, инструмент и расходники. Допущения (ориентир): ячейка с захватом, оснасткой, интеграцией и защитой стоит 4 млн ₽, на обслуживание и износ оснастки уходит 200 тыс. ₽ в год, безлюдные смены идут 200 дней в год.

Во втором столбце часы в сутки умножены на 200 дней, в четвёртом из выручки вычтено обслуживание. Прибыль с часа зависит от того, по какой цене вы продаёте станко-час, а себестоимость самого часа посчитает калькулятор нормо-часа. Сравнение с работой у подрядчика даёт калькулятор окупаемости станка.

Главное условие расчёта: под безлюдные часы есть заказы. Если их нет, робот будет делать детали на склад, и срок окупаемости считать нечем. Поэтому порядок такой: сначала загрузка, потом робот.

Листовой лазер: разгрузка и сортировка

У листового лазера роботу достаётся другая часть работы. Лист стали 1500 × 3000 мм толщиной 3 мм весит около 106 кг, и кобот его не поднимет. Лист подают и убирают погрузчики и башни, а робот забирает готовые детали из раскроя и раскладывает их по ящикам. Для этого нужны захват (вакуумный или магнитный по материалу) и раскрой с учётом разгрузки: по практике цехов детали не должны проваливаться в решётку стола, а мелкие их обычно оставляют на перемычках.

Предположим, на листе 40 деталей, а робот берёт одну деталь за 12 секунд (ориентир, зависит от захвата и пути). Весь лист он сортирует за 8 минут, и это почти столько же, сколько у человека. Выигрыш не в скорости: оператор освобождается, а если лазер оснащён сменным столом и автоматической подачей листа, возможна безлюдная смена. Без сменного стола разгрузка стоит лазеру минут десять простоя на каждом листе, и робот не отменит этот простой, а только заменит человека. Что вырезать лазером в первую очередь и сколько зарабатывает участок, описано в статье о лазерной резке как услуге.

Безопасность

Международный стандарт ISO 10218 в редакции 2025 года включил в себя положения технической спецификации ISO/TS 15066 о совместной работе человека и робота и стал охватывать ручную загрузку и разгрузку, а также рабочие органы. В России действуют ГОСТ Р 60.1.2.1-2016 (роботы) и ГОСТ Р 60.1.2.2-2016 (робототехнические системы и их интеграция), оба с 1 января 2018 года. Первый из них идентичен ISO 10218-1 редакции 2011 года, поэтому с новой международной редакцией стоит сверяться. Для ячейки у станка оценка рисков охватывает сам станок, дверь, захват, заготовку с острыми кромками и стружку, а не только манипулятор.