Роботизация и робототехника: что это и как работает

Робототехника — это прикладная наука, которая изучает проектирование и создание роботов (термин «робот» введён в обиход в XX веке для обозначения автоматических механизмов).

Этот процесс сочетает программирование, мехатронику, электронику и машинное обучение. Комбинация искусственного интеллекта и современных технических разработок позволяет конструировать сложные роботизированные системы с камерами, датчиками и манипуляторами – сложные симбиотические сочетания «железа» и «софта».

Что такое роботизация

Роботизация – это часть автоматизации производственных процессов, в рамках которой вместо людей устанавливаются роботизированные системы. В производстве широко практикуется процесс внедрения робототехники, который делает задачи более эффективными. Вступая в производственный цикл, специальные машины выполняют рутинные операции.

Цель роботизации — сделать производство более эффективным: сократить издержки, повысить скорость и стабильность работы. При этом гибкие технологические линии легко перенастраиваются на выпуск новой продукции лишь программно, без больших капиталовложений.

Плюсы и минусы роботизации

  • Повышение производительности: роботизация резко увеличивает объем продукции при прочих равных условиях. Машины работают круглосуточно, без перерывов на отдых, что существенно ускоряет производство и снижает потери от простоев. Так, например, внедрение грузоподъемных роботов на сборочных линиях увеличило скорость производства автомобильной промышленности на 30%.

  • Стабильность и точность: автоматические системы обеспечивают единообразие качества. Роботы соблюдают максимальную точность и скорость операций, недоступные человеку. Даже при длительной работе уровень ошибок остается низким, а результаты – воспроизводимыми. Проблема точности особенно актуально для пайки микрокомпонентов или работы с мелкими деталями. Согласно данным, робот, собирающий микросхемы, увеличивает производительность компании на 20%, при этом снижая процент ошибок до 15 благодаря машинному зрению.

  • Улучшение безопасности труда: роботы берут на себя опасные, вредные или монотонные задачи. Это может быть работа с тяжелыми объектами, токсичными веществами, в экстремальных температурах или высотные работы. Например, из-за роботизации литейных цехов или сварочных участков производственный травматизм снижается на этих операциях на 70-90%.
Однако, внедрение роботов всегда сопряжено дополнительными издержками и рисками. Предприятия должны обучить персонал работе с новой техникой и обеспечить сервисное сопровождение. Кроме того, необходимо оценить экономическую эффективность проекта: окупаемость инвестиций может занять несколько лет при малых объемах производства.

К ключевым проблемам роботизации можно отнести:

  • Зависимость от ПО: внедрение роботов требует сложной компьютерной системы управления. Ошибки в программном обеспечении или сбои в электронике могут полностью остановить производственный процесс. В этом случае на помощь придут технические специалисты, которые устанавливали роботов на производстве. В их непосредственные задачи входит обслуживание роботизированных систем и их настройка при сбое.

  • Сложность переналадки: роботизированные линии чаще всего нацелены на определенный продукт. При смене ассортимента или технологии переналадка требует времени и средств. В новых условиях может потребоваться замена оборудования или перепрограммирование, однако современные роботы, особенно AMR — автономные мобильные роботы или коботы, часто требуют меньше переделок инфраструктуры, и их с легкостью можно перенастроить под новый продукт.

  • Высокая стоимость внедрения и установки: высокие цены на промышленных роботов, интеграции в линию и проектирование может создать финансовый барьер, особенно для средних и малых предприятий. Однако это не просто расходы, а инвестиции с четким сроком окупаемости. Фокус должен быть на долгосрочном ROI и снижении TCO. При грамотном внедрении и выборе задачи роботизация обычно окупается за 1-5 лет (чаще 1-3 года), поэтому разумное планирование, выбор правильной задачи для автоматизации и господдержка делают роботизацию стратегически важным вложением.

Сферы применения роботов

Роботизированные системы нашли применение в самых разных отраслях:

  • Медицина: в хирургии роботы помогают выполнять высокоточные операции с минимальными разрезами. Импланты и бионические протезы позволяют восстанавливать утраченные функции тела. Экзоскелеты помогают реабилитировать пациентов после сильных травм, а в диагностике роботы проводят анализы и доставляют лекарства. Например, специальные микро-роботы могут вводить средство в конкретную зону организма.

  • Космос: роботы-исследователи изучают поверхность планет, собирают образцы грунта и проводят техобслуживание на орбите. Устройства не боятся космических условий: радиации, перепадов температур, и уже работают на МКС и автоматических станциях. Даже пилотируемые миссии оснащают робототехническими «руками» для помощи экипажу.

  • Робототехнические комплексы специального назначения: робототехника применяется в пожаротушении и спасательных операциях. Специальные датчики на роботах позволяют обнаруживать пожароопасные очаги, а роботизированные пожарные комплексы распыляют огнегасящие смеси. Некоторые из них могут выдерживать температуру до 800°C и выбрасывать до 6 000 литров воды в минуту. Военное и полицейское подразделения используют роботов-разведчиков и даже боевых дронов, чтобы обезопасить людей от непосредственной опасности.

  • Производство: основная область промышленной роботизации – машиностроение и металлургия. Манипуляторы-роботы занимаются сваркой, окраской, сборкой и другими операциями, незаменимыми на конвейерах. Рабочие процессы становятся непрерывными и высокоскоростными. Роботы также применяются в пищевой, фармацевтической и электронной промышленности, помогая выдерживать высокую производственную нагрузку. Кроме того, они используются в энергетической, нефтегазовой и химической промышленности, а также в судо и авиастроении.

  • Быт: в повседневной жизни также появились роботы-помощники: автономные пылесосы, газонокосилки и протезы. Например, домашние роботы-ассистенты могут напоминать о назначениях, управлять техникой и даже сопровождать детей. Они делают нашу жизнь легче, выполняя рутинные и монотонные задачи.

  • Развлечения: робототехника проникает и в досуг. Сегодня существуют роботизированные игрушки, танцующие и поющие роботы, а также неплохие собеседники. Появляются человекоподобные андроиды, способные говорить и выражать эмоции.

  • Сфера обслуживания: в магазинах, ресторанах и отелях работают сервисные роботы-консультанты. Они распознают лица и заказы клиентов, ориентируются по картам помещений и взаимодействуют с людьми. Роботизированные кассы и справочные системы облегчают работу персонала и повышают скорость обслуживания. Так, например, в некоторых заведениях общественного питания в городе Иннополис работают роботизированные коты-официанты, которые не только развозят заказы посетителям, но и улыбаются, когда их гладишь.

Виды и типы роботов

К самым распространенным видам промышленных роботов можно отнести:

Шестиосевые роботы‑манипуляторы — это роборуки с несколькими суставами, способные выполнять сложные движения и повороты по разным траекториям. Они используются для сварки, изготовления деталей и сборки электронных компонентов.

Дельта‑роботы имеют три рычага, совершающие движения в заданной рабочей зоне. Благодаря высокой скорости и точности они применяются в упаковке и сортировке.

Линейные роботы перемещаются по горизонтальным и вертикальным осям, выполняя транспортировку грузов, измерение параметров и автоматизацию линий производства.

Коллаборативные роботы (коботы) похожи на роборуки, но оснащены датчиками для безопасного взаимодействия с людьми. Это позволяет им работать рядом с людьми в труднодоступных или частично автоматизированных участках.
Что касается типов роботов, то их, как правило, выделяют 4:

1. По способу передвижения:
  • Декартовые — перемещаются по прямым координатным осям.
  • Цилиндрические — выполняют как линейные, так и вращательные движения.
  • SCARA — имеют два поворотных звена, перемещается только конечное звено; подходят для сборки.
  • Шарнирные — имеют до 10 подвижных осей, обладают высокой манёвренностью — например, робот-рука.

2. По позиционированию:
  • Специальные — заточены под конкретную задачу, например, точечную сварку.
  • Специализированные — выполняют операции одного типа, например, покраску.
  • Универсальные — подходят для различных задач, легко перепрограммируются.

3. По методу управления:
  • Программные — работают по фиксированной программе, выполняя рутинные задачи, например, перемещение или загрузка.
  • Адаптивные — используют датчики и машинное зрение, реагируют на изменения среды.
  • Интеллектуальные — обучаются, принимают автономные решения, интегрируются в ИИ-системы.

4. По назначению:
  • Технологические — выполняют основные операции: сварка, покраска, сборка, резка, штамповка, литьё.
  • Вспомогательные — занимаются транспортировкой, паллетированием, загрузкой деталей.
  • Универсальные — совмещают основные и вспомогательные функции, легко перенастраиваются.

Из чего состоят роботы

Современный робот состоит из трёх основных компонентов: механической конструкции, электронной системы управления и источника питания.

Механическая часть включает саму конструкцию и приводы — обычно это электродвигатели и редукторы, которые передают движение.

Электронная система управления – это «мозг» робота: микропроцессорная плата с программным обеспечением, связанная с датчиками — оптическими, температурными, тактильными и приводящими модулями. Система управления обрабатывает информацию от датчиков и выдаёт команды на двигатели.

Источник энергии в виде аккумулятора обеспечивает работу всех узлов. Некоторые из них могут функционировать за счет питания от сети.

Роботизация бизнес-процессов

Помимо производственных линий, развивается и программная роботизация (RPA – Robotic Process Automation).

Сегодня автоматические «боты» на основе ПО выполняют офисные рутинные задачи: ввод данных, обработку документов и сверку информации. Такие машины работают без устали 24/7, точно следуют алгоритму и позволяют сотрудникам сосредоточиться на творческих аспектах процесса. Так роботы-аппараты могут самостоятельно обрабатывать заказы, сверять отчеты по финансам и автоматически подписывать контракты. Эта технология широко используется в банках, страховании, логистике и других отраслях.

Например, компания “Билайн” внедрила в свои процессы робота RobBee для автоматической проверки кассовых операций в более чем 3 000 офисах. Результат — отказ от ручной проверки 90 % документов, снижение трудозатрат на 4 %, ускорение операций на 30 % и экономия около 36 млн ₽ в год.

Лидер в банковской сфере — компания “АльфаБанк” — также автоматизировал более 40 своих процессов, что привело к экономии до 85 млн ₽ в год благодаря повышению производительности и снижению ошибок.
Получите исследование «5 трендов промышленной робототехники»
за подписку на канал Центра развития промышленной робототехники

Перспективы развития технологий

Робототехника продолжает стремительно развиваться. Ключевыми направлениями на данный момент являются совершенствование алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения, массовое распространение бытовых и сервисных роботов, а также активное внедрение передовых технологий в медицину.

Роботы всё чаще и качественнее анализируют большие объемы данных, что расширяет их возможности.

В ближайшем будущем ожидается распространение роботизированных курьеров, а также интеграция ИИ, компьютерного зрения и 5G для создания самоуправляемых систем.

Отрасль стремится к увеличению автономности роботов: от складов с беспилотным транспортом до полноценных умных городов, где роботы будут решать задачи обслуживания и безопасности.

Этапы промышленной роботизации

Внедрение роботов на предприятии проходит несколько ключевых этапов. Весь процесс роботизации условно можно разделить на 6 основных шагов:

1 шаг: Сформируйте команду по роботизации
На этом этапе необходимо создать специализированный отдел, подчинённый директории, который займётся:
‑ анализом текущих процессов,
‑ разработкой стратегии,
‑ выбором подрядчиков,
‑ обучением персонала.

Команда должна включать руководителя, инженеров‑автоматизаторов (PLC/SCADA), робототехников, аналитиков данных и ИТ‑специалистов.

2 шаг: Определите SMART‑цели на ближайшие 3–5 лет
Установите конкретные, измеримые цели: например, рост производительности на 40 % за три года.

Цели могут включать:
‑ снижение затрат,
‑ повышение качества,
‑ улучшение безопасности труда,
‑ гибкость производства.

Для каждой цели назначьте KPI и контрольные промежуточные точки.

3 шаг: Проведите технико‑технологический аудит
Оцените текущее состояние производства:
  1. Картирование бизнес‑процессов (process mapping);
  2. Сбор данных о времени операций, ресурсах, дефектах и загрузке оборудования;
  3. Анализ узких мест и повторяющихся задач;
  4. Оценка технической инфраструктуры и кадрового потенциала;
  5. Расчёт экономической целесообразности (затраты, окупаемость).

4 шаг: Сформируйте бюджет и определите источники финансирования
Основываясь на аудите, рассчитайте:
‑ инвестиции в оборудование и ПО,
‑ ожидаемую экономию и сроки окупаемости.

Выберите источники финансирования: собственные средства, скидки и льготные кредиты, гранты государства и инвесторов.

5 шаг: Выберите технологии, оборудование и поставщиков
Оцените подходящие типы автоматизированных систем: роботы‑манипуляторы, коботы, линейные или дельта‑роботы;

При выборе ориентируйтесь на технические характеристики, гибкость и совместимость с существующими системами и надёжность.

Выберите поставщиков, сравнив предложения, поддержку и гарантийные условия.

6 шаг: Разработайте и реализуйте проект внедрения
Сформируйте проект, учитывая следующие этапы подготовки:
  1. составление технической документации;
  2. подготовка площадки и инфраструктуры;
  3. установка, программирование и тестирование системы;
  4. обучение сотрудников и запуск системы;
  5. мониторинг работы, управление рисками и корректировка процессов по результатам. 

После разработки проекта роботизации производство готово к внедрению железных помощников.

Программы государственной поддержки

В России действует ряд мер господдержки роботизации производства. В рамках национального проекта «Средства производства и автоматизация» к 2030 году ставится цель войти в топ‑25 стран мира по плотности промышленных роботов.

Правительство предоставляет субсидии на НИОКР, льготные кредиты и налоговые стимулы для компаний, стремящихся роботизировать процесс своего производства.

Например, сегодня предприятия России могут получить субсидию до 2 млрд рублей на покрытие затрат, связанных с внедрением роботов в процесс производства.

Также в стране активно создаются центры компетенций и технические площадки. Так в 2024 году открылся головной Центр развития промышленной робототехники на базе Университета Иннополис, а к 2026 году планируется создание подобных ЦРР в других регионах.

Центры развития промышленной робототехники проводят технологические аудиты, организуют научно-образовательные программы и помогают бизнесу протестировать новые решения.

Где приобрести

Промышленные роботы и манипуляторы продаются через официальных дистрибьюторов и интеграторов.

По данным 2025 года, в России действуют около 73 компаний, вовлечённых в робототехнический рынок — из них 19 занимаются промышленной робототехникой, включая производство решений и интеграцию систем, семь специализируются на манипуляторах и коботах.

В 2021 году число производителей промышленных роботов оценивалось всего в 10–12 компаний. В 2024 произошел существенный рывок — в стране было выпущено около 600 промышленных роботов — в 2,5 раза больше, чем в предыдущем году.

Центр развития промышленной робототехники

Центры развития промышленной робототехники (ЦРР) – это инфраструктурные площадки, объединяющие вузы, компании и стартапы в области робототехники. На базе таких центров проводят технологические аудиты предприятий, разрабатывают прототипы и испытывают новые решения совместно с промышленными предприятиями.
Однако несмотря на стремительное создание и развитие роботизированных центров, актуальным остается вопрос обучения существующих кадров промышленных предприятий.

Решить эту проблему возможно лишь комплексным подходом, при котором предприятие делает равнозначный акцент как на роботизации производства, так и на переквалифицировании сотрудников.

Центр развития промышленной робототехники Университета Иннополис — одна из ведущих обучающих организаций в области промышленной автоматизации, не просто внедряет решения, но и обучает сотрудников предприятий управлению роботами, готовит инженерные кадры и создает специализированные курсы.

Центр предлагает различные программы подготовки и повышения квалификации, направленные на формирование ключевых компетенций в области цифрового проектирования, роботизации и программирования.

Таким образом, ЦРР Университета Иннополис не только способствует внедрению новейших решений в промышленность, но и формирует кадровый фундамент, обеспечивая развитие робототехники России на долгосрочную перспективу.

Читать другие статьи:

Контакты
420500, г. Иннополис, ул. Университетская, д. 1
Центр развития промышленной робототехники, 2024
Контакты тех поддержки
8 800 550 31 71
lms.support@innopolis.ru