Роботизация авиакосмической индустрии
Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ с помощью системы интеллектуального анализа больших данных iFORA и других методов выявил перспективные сферы применения промышленных роботов в авиакосмической отрасли.
Согласно данным Международной федерации робототехники (IFR), до 92% мирового парка промышленных роботов (около 3,2 млн) и порядка 87% их новых установок (более 375 тыс. в 2023 г.) сосредоточены на предприятиях автомобильной, электронной промышленности, металлообработки и машиностроения, а также производящих химическую и пищевую продукцию. Помимо этих пяти обрабатывающих индустрий, характеризующихся высокой долей массовой и крупносерийной продукции, применение робототехники (сервисной и промышленной) постепенно растет и в технологичных отраслях с продукцией высокого уровня сложности, небольших серий и значительной добавленной стоимостью.
Среди них — авиакосмическая промышленность. Ее пример интересен под углом того, как внедрение новых решений в области робототехники позволяет преодолевать ряд структурных долгосрочных проблем. В последние годы на предприятиях отрасли растет число невыполненных заказов на поставку авиационной техники. Это происходит в разных странах в силу ряда причин, прежде всего вследствие высокого спроса на новые гражданские самолеты и другую технику после ковидных ограничений 2020 г. Несмотря на увеличение числа поставок в 2020–2023 гг. (с 820 до 1,4 тыс.), производителям все еще не удается выполнить многие заказы. В 2024 г. покупатели получили 1,6 тыс. самолетов, что ниже доковидного уровня. Считается, что при сохранении текущих темпов поставок 2023 г., крупным авиастроителям, в первую очередь европейскому Airbus и американскому Boeing, потребуется около 13 лет, чтобы «закрыть» существующие заявки. Кроме того, в отрасли наблюдается старение рабочей силы и дефицит кадров. К примеру, в США возраст почти четверти работников превышает 55 лет, а по мере их выхода на пенсию будет расти трудновосполнимый дефицит кадров.
Ведущие игроки авиакосмической промышленности по всему миру начинают адаптировать роботов для своих производственных задач. По данным Европейского мониторинга передовых производственных технологий, за 15 лет (2009–2023 гг.) стартовало порядка 390 проектов в этой области (табл. 1). В основном их реализуют доминирующие по экспорту американские, канадские и европейские компании, на производствах которых заняты более 1,2 млн сотрудников. США с большим отрывом лидируют по количеству проектов с использованием робототехники для авиакосмических производств (149). Интерес к роботизации проявляют Китай и Индия (2-е и 4-е места по числу проектов соответственно), которые также являются крупными экспортерами и центрами авиастроения. Попытки внедрения робототехники предпринимают и другие страны, где сосредоточены авиакосмические предприятия, специализирующиеся на выпуске космической и авиационной техники (Израиль, Республика Корея, Турция и др.).
Большинство робототехнических комплексов востребованы на производственной площадке авиационных компаний (как и в других отраслях) прежде всего в погрузочно-разгрузочных работах, напылении (покраске), обработке материалов, сборке и сверлении1. Две последние операции из этого перечня имеют особое значение для авиакосмоса. В частности, при сборке многочисленных конструкций самолета (составляет от 45 до 60% от общего объема работ) может потребоваться от 1,5 до 3 млн отверстий, которые, как правило, просверливаются, и эту задачу в значительной мере могут выполнять роботы.
К настоящему времени удалось роботизировать некоторые операции по изготовлению деталей двигателей и их компонентов, компьютерных систем для самолетов и даже целые блоки производственных операций. С 2010-х гг. роботы используются для покраски и сборки, ускоряя создание авиалайнера: например, малярный робот наносит один слой всего за 24 минуты, тогда как работникам требуется четыре часа. Сверлильный робот, интегрированный в действующие линии предварительной сборки, покрывает до 90% потребностей по сверлению отверстий в фюзеляже самолета. Проводились также эксперименты по использованию антропоморфных роботов для сборки техники в сложных условиях, где обычный робот не может быть применен. Помимо производственных процессов, роботов используют и для обслуживания самолетов: Индия одной из первых стала применять роботов-тягачей для буксировки самолетов с пассажирами на борту от стоянки до взлетно-посадочной полосы и в обратную сторону.
К перспективным сферам применения роботов относится инспекция конструкций, включая выявление дефектов и неразрушающий контроль качества компонентов авиационной техники. При проверке тысяч деталей, отверстий и других конструктивных элементов у человека может возникнуть сенсорная усталость. Производители роботов уже предлагают подобные решения для коммерческого использования.
Одним из направлений дальнейшей роботизации отрасли может стать растущий спрос в сегменте ракетостроения, особенно с развитием многоразовых ракет и коммерческих спутниковых группировок. Многие производители ракет используют роботов не только для традиционных задач (в частности, упомянутой сварки), но, к примеру, при изготовлении корпусов ракет внедряют крупногабаритные автоматические машины весом до 100 тонн для укладки волокон из углеродных композитов. В производстве спутников появляются опытные объекты для автономного создания солнечных панелей, изучаются возможности роботизированной сборки спутников. Однако, как и в авиакосмической отрасли в целом, речь идет об отдельных производственных задачах.
В последние годы авиакосмические корпорации развивают проекты промышленной автоматизации путем поглощения небольших разработчиков инновационных решений. Так, Airbus приобрел американскую компанию MTM Robotics для расширения возможностей сборки своих самолетов и инвестировал в сингапурскую Eureka Robotics, выпускающую контроллеры и 3D-камеры. Однако инвестиции игроков отрасли не всегда приводят к ожидаемым результатам. Ряд проектов был приостановлен по причине того, что существующие роботизированные системы не соответствуют требованиям отрасли (высокая точность, безопасность и др.). К примеру, в 2019 г. после нескольких лет испытаний в Boeing отказались от полной роботизации процесса изготовления основных секций фюзеляжа для линейки реактивных лайнеров в пользу подхода «человек плюс машина» (главная роль остается за человеком).
В целом текущий масштаб использования робототехники в авиакосмической промышленности невелик. По сравнению с другими отраслями массового выпуска здесь преобладают большие, сложные конструкции при меньших объемах производства, поэтому и возможностей для автоматизации труда меньше. Габариты, вес авиационных деталей и иные характеристики усложняют внедрение роботов, поскольку их необходимо устанавливать рядом с конструкциями самолета, а не наоборот (деталь к роботу), то есть роботы должны быть еще и мобильными; это, в свою очередь, подразумевает более высокие требования безопасности выполнения производственных операций и дополнительные инвестиции.
Внедрение роботов в авиакосмической промышленности активно поддерживается на уровне государства в США, Китае, Республике Корея, Великобритании, странах ЕС и др. Например, в США компании могут получить гранты на реализацию проектов промышленной автоматизации через структуры, финансируемые министерством обороны (DOD). Робототехника фигурирует в недавних стратегических документах. В частности, в Национальной программе исследований Италии на 2021–2027 гг. (PNR) авиакосмос упоминается в перечне отраслей с высокими требованиями точности и надежности и перспективой роботизации. В Китае автоматизированные технологии для инспекции авиационных двигателей указаны среди приоритетных проектов Ключевой специальной программы в сфере интеллектуальной робототехники. В России также реализуются проекты роботизации в авиакосмической индустрии: роботы использовались, например, для укладки композитного волокна при изготовлении крыльев самолета МС-21.
Резюме
Внедрение промышленных роботов открывает новые перспективы для авиакосмической промышленности, которая может стать потребителем наиболее передовых роботизированных систем с высоким уровнем автономии и исполнения (коллаборативных, способных взаимодействовать с человеком и между собой, с поддержкой решений на основе искусственного интеллекта и др.). Из-за специфики производства ручной труд сохранит свое ключевое значение для отрасли, при этом робототехнические системы позволят автоматизировать целый ряд рутинных операций (например, покраску), а также тяжелых и трудоемких (погрузочно-разгрузочные работы, сборку, сверление, инспекцию конструкций и др.). Дальнейшая интеграция роботов в производственные процессы потребует значительных инвестиций, испытаний и сертификации для соблюдения высоких требований безопасности и качества, принятых в авиакосмической индустрии.
Источники: данные системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель – ИСИЭЗ НИУ ВШЭ); результаты проекта в соответствии с утвержденным перечнем тем работ научно-методического обеспечения, предусмотренных Государственным заданием Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» на 2025 год.
Материал подготовили Николай Марчук и Юлия Туровец
Предыдущий выпуск серии «iFORA-экспресс»:
«Роботизация химической промышленности»
См. также: