11 июля 2025 г.
Роботизация в разных отраслях происходит неоднородно. Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ анализирует главные области применения ключевых типов промышленных роботов.
Ежегодно в мире устанавливают более полумиллиона новых промышленных роботов. Порядка половины установок приходится на две лидирующие отрасли — автомобильную и электронную промышленность. Третье место разделяют металлургия и машиностроение. Однако спрос расширяется и за пределы наиболее роботизированных индустрий, особенно быстрыми темпами он растет в текстильной отрасли, деревообработке, а также в строительстве (с 2018 по 2023 гг. на 56%, 39% и 33% в год соответственно).
Динамика спроса на промышленных роботов также варьирует в зависимости от отраслевых потребностей. Разнообразие производственных задач определяет требования к конструкции механизмов промышленных роботов, от которых зависит их функциональность. В зависимости от кинематической схемы устройства выделяют следующие типы роботов: шарнирные, SCARA, линейные и дельта (рис. 1).
Наиболее универсальными и распространенными устройствами, которые покрывают преобладающую часть всех промышленных задач, являются шарнирные роботы с подвижными «суставами», разработанные для сложных пространственных операций (сварки, покраски и др.). Компактные SCARA-роботы обеспечивают необходимую точность при сборке электроники. Быстрые и аккуратные дельта-роботы используются для работы с хрупкими товарами, в том числе продуктами, а мощные линейные манипуляторы справляются с тяжелыми заготовками (рис. 2).
Шарнирные роботы: гибкость и маневренность
Исторически одной из первых областей, где начали широко применять промышленных роботов, была сварка металлических изделий. Вскоре автоматизация затронула и другие операции: резку, шлифовку, фрезерование, склеивание и под. Для выполнения этих задач наибольшее распространение получили шарнирные манипуляторы, конструкция которых обеспечивает высокую гибкость и маневренность.
Мировые продажи шарнирных манипуляторов стабильно увеличиваются (в среднем на 7% ежегодно с 2018 г.). Растущий спрос связан с существенной экономической выгодой от их внедрения в производство и быстрой окупаемостью. Например, в 2024 г. металлопромышленная компания Raymath (США) благодаря автоматизации сложных процессов сварки достигла роста производства на 200% и повысила эффективность обслуживания станков на 600%, а срок окупаемости роботов составил менее 12 месяцев.
Автомобильная промышленность лидирует по масштабам внедрения промышленных манипуляторов, активно роботизируя сварочные цеха и другие производства. В автомобилестроении более 88% мирового эксплуатационного парка роботов составляют шарнирные устройства (для сравнения: в машиностроении и металлургии их доля чуть меньше — 77%); в 2023 г. на предприятиях автопрома было установлено более 118 тыс. подобных устройств.
Отдельная категория шарнирных манипуляторов с повышенной грузоподъемностью — роботы-паллетайзеры, которые используют для погрузки, разгрузки, а их применение, например, для укладки автомобильных и других компонентов на поддоны позволяет заменить на линии нескольких человек, что значительно повышает эффективность производства.
SCARA-роботы: скорость и устойчивость
На предприятиях электронной промышленности важна быстрая и стабильная сборка небольших деталей в ограниченном пространстве, например при установке компонентов на плату (SMT-монтаж), их пайке, креплении и запрессовке. Для подобных задач, где ключевым фактором является не маневренность робота, а точность позиционирования и жесткость его конструкции, идеально подходят SCARA-роботы, обеспечивающие высокую скорость и повторяемость при выполнении точечных манипуляций в одной плоскости. Точность этих устройств достигает 1 мкм, а их конструкция позволяет минимизировать вибрации и отклонения.
Ключевым потребителем роботов данного типа является электронная промышленность, где 37% всех устройств имеют кинематику SCARA. Также эти роботы активно используются в бумажной промышленности для резки и обработки бумаги. После нескольких лет устойчивого роста, сопоставимого по темпам с динамикой установок шарнирных манипуляторов, в 2023 г. спрос на SCARA-устройства сократился до 17%, что отчасти обусловлено общим снижением числа установок роботов в электронной промышленности (-20% в 2023 г.).
Линейные роботы: с солидным весом
Для выполнения операций, требующих высокой грузоподъемности, например загрузки и выгрузки заготовок, смены инструмента, а также сервоуправления (точного позиционирования и контроля) на станках, используют линейных роботов.
Основное применение устройств этого типа сосредоточено в нишевых производствах. В частности, линейные роботы используются для изготовления резиновых и пластмассовых изделий (70% парка роботов в отрасли), преимущественно для перезагрузки литьевых прессов (один такой робот может извлекать из пресса детали свыше 150 кг). Благодаря способности обеспечивать высокоточную сборку они также востребованы в электронной промышленности (составляют 30% эксплуатационного парка).
Несмотря на преимущества линейных роботов, их доля на рынке в последние годы сокращается: в 2023 г. она опустилась до 10%, притом что еще до 2017 г. составляла более 20% от ежегодно устанавливаемых промышленных роботов. Основная причина — растущая востребованность шарнирных манипуляторов и других более универсальных и гибких решений.
Дельта-роботы: для деликатных задач
Для высокоскоростной упаковки и сортировки мелкой продукции используются дельта-роботы, конструкция которых напоминает паука. Подобные устройства являются самыми быстрыми среди всех типов роботов (у некоторых моделей скорость достигает 300 операций в минуту) и могут быть интегрированы в производственные линии с ограниченным рабочим пространством. Дельта-роботы могут оснащаться датчиками давления или силомоментными сенсорами, что позволяет им точно контролировать силу захвата при манипуляциях с хрупкими предметами. Благодаря системам машинного зрения и гибким захватным устройствам эти роботы способны работать даже с очень нежными товарами, такими как фрукты или пирожные. Кроме того, дельта-роботы обеспечивают бóльшую пищевую безопасность, минимизируя контакт человека с продуктами питания. Шведский производитель кондитерских изделий Delicato после внедрения дельта-роботов на одном из производств сократил затраты на персонал на 40%. Ключевой потребитель дельта-роботов — пищевая промышленность (обеспечивает 42% спроса на эти устройства).
Доля дельта-роботов на мировом рынке составляет менее 1%. Спрос остается ограниченным, в том числе ввиду возможной технологической несовместимости текущих производственных линий с требованиями автоматизации из-за устаревшей инфраструктуры. Многие выполняемые дельта-роботами задачи по упаковке и сортировке доступны и человеку, пусть и с меньшей скоростью и точностью. А длительный срок окупаемости (высокие капитальные затраты) таких решений делает автоматизацию дешевого ручного труда на производстве экономически невыгодной, особенно при малых объемах выпуска.
Коллаборативные решения
Наряду с традиционными требованиями к точности, скорости и маневренности роботов, на фоне изменений стандартов промышленной автоматизации, у производителей растет запрос на адаптивные коллаборативные решения (коботы), обеспечивающие безопасность взаимодействия робота с человеком.
Коботы могут иметь кинематику основных типов роботов (например, шарнирных — для задач сварки или SCARA — для сборки), которую они дополняют новыми возможностями — от адаптивного обучения в процессе производства в реальном времени до работы в ограниченном пространстве. Они особенно востребованы в производствах, сочетающих автоматизированные и ручные операции, а также при выполнении задач, где требуются гибкость и возможность оперативной перенастройки (кастомизация, мелкосерийное производство). Число ежегодно устанавливаемых в мире коботов растет значительными темпами (в среднем на 25% в год в
Резюме:
Ключевыми факторами расширения автоматизации производств выступают: разработка роботов различных типов, адаптированных под отраслевые задачи; рост точности и скорости операций; а также применение коллаборативных устройств. Динамика роботизации отраслей демонстрирует стремительное внедрение промышленных роботов как в традиционных сферах (автомобилестроение, электроника), так и в новых индустриях (текстиль, строительство, пищевая промышленность).
Источники: данные Международной федерации робототехники (IFR World Robotics Report 2024 — Industrial Robots), результаты проекта в соответствии с утвержденным перечнем тем работ научно-методического обеспечения, предусмотренных Государственным заданием Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» на 2025 год.
Источник: Анастасия Малашина и Софья Приворотская, ИСИЭЗ НИУ ВШЭ
