Роботы «прорываются» в Северск: все о безлюдном производстве на атомном объекте поколения IV

На атомных энергокомплексах четвертого поколения роботов будет больше, чем людей. С прототипами робосварщиков, робосборщиков и роборемонтников мы познакомились в Университете «Сириус». Там 18–19 марта проходил семинар «Робототехника в проектном направлении «Прорыв». Достижения технологий для безлюдных производств продемонстрировали в полный рост.

Безопасно и выгодно

«Роботизация — ​одна из составляющих, без которых замыкание ядерного топливного цикла невозможно. На ряде операций присутствие человека просто исключено: слишком большие дозовые нагрузки», — ​сказал на семинаре первый заместитель гендиректора «Росатома» по развитию новых продуктов атомной энергетики Александр Локшин.

Кроме того, роботизация — ​ядро всех проектов технологического лидерства и одна из приоритетных задач для предприятий — ​участников нацпроекта «Новые атомные и энергетические технологии», напомнила Наталья Ильина, директор по управлению научно-техническими программами и проектами «Росатома». «При планировании мероприятий нацпроекта важно сразу закладывать возможности роботизации, учитывая и технологическую составляющую, и компетенции, которыми должны обладать специалисты», — ​подчеркнула она.

Роботизацией в «Прорыве» занялись в 2018 году. По словам главного технолога «Прорыва» Юрия Мочалова, расчеты показали, что внедрение робототехнических средств снижает стоимость продукции.

Первый атомный объект поколения IV строится в Северске. Опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК) состоит из реактора БРЕСТ-ОД‑300 и модулей фабрикации и переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Модуль фабрикации роботизирован частично. На перспективных топливных заводах машин будет больше: производство должно быть универсальным и компактным. Роботизация дает сокращение площади технологического ядра в 3,5–4 раза, уточнил Юрий Мочалов.

Модуль переработки топлива ОДЭКа будет уже безлюдным. «Мы проектировали его в привычной компоновке, но, когда оценили площадь с «Атомэнергопроектом», оказалось, что мы не поместились в пятно застройки, — ​пояснил Юрий Мочалов. — ​Тогда по инициативе научного руководителя «Прорыва» была принята концепция глобальной роботизации перерабатывающих производств для ОДЭКа и будущих промышленных комплексов».

Демонстрация превосходства

Семинар по робототехнике прошел на учебно-экспериментальной базе проектного направления «Прорыв», открывшейся в «Сириусе» два года назад. Здесь представлены в натуральную величину прототипы роботов, которые будут работать на энергокомплексах с быстрыми ­реакторами.

Научный руководитель проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов назвал функции учебно-экспериментальной базы в «Сириусе»: «Первая — ​демонстрационная. Мы можем показать лицам, принимающим решения, в том числе государственного уровня, чем занимаемся и какой у нас потенциал. Вторая — ​отладка и проверка надежности оборудования. На настоящем энергокомплексе будут ограниченные возможности что-то подремонтировать в процессе эксплуатации. Мы поставим роботов, и они должны будут работать без обслуживания человеком годами. Третья функция — ​подготовка персонала».

Технический тур проводил Юрий Мочалов. «Первая очередь нашей учебно-экспериментальной базы — ​топливное производство от таблетки до тепловыделяющей сборки, ТВС, — ​комментировал он по ходу. — ​В прошлом году появился участок техобслуживания, где мы демонстрируем, как роботы ремонтируют друг друга. Также представлены головные операции по переработке облученного топлива: лазерная разделка чехловой сборки и твэлов. В этом году откроем следующую очередь: роботы будут работать с контрольно-измерительными приборами, печным оборудованием, проводить сварку, менять вентили на трубопроводах».

Машинная работа

На учебно-экспериментальной базе ядерных материалов нет. ТВС для перспективных реакторов машины за стеклом шустро делают из имитаторов. Зрелище завораживает. Палету с прессованными таблетками настенный складской робот передвигает на контроль качества и весовой контроль. Комплексом контроля заправляет дельта-робот («дельта» значит, что у робота три степени свободы). Дальше — ​снаряжение твэлов: таблетки последовательно вводят в трубки. Шестиосный универсальный робот берет твэлы по одному и цепляет на установку автоматизированной навивки и приварки проволоки (она дистанционирует твэлы). За контроль геометрических параметров и качества поверхности отвечает блок из 20 сканеров. Следующий робот из годных твэлов формирует топливную сборку. У него в программе две технологии: чехловые ТВС и ТВС с дистанционирующими решетками. Первые планируют использовать в быстром натриевом БН‑1200М, вторые — ​в свинцовом БР‑1200.

Юрий Мочалов попросил нас оторваться от ТВС и обратить внимание на работу транспортной системы. Она состоит из универсальных платформ. На наших глазах платформа перевезла шестиосного робота в другое место, и тот продолжил собирать ТВС.

Участком техобслуживания дистанционно руководит специалист ключевого разработчика робототехнических комплексов для «Прорыва» — ​петербургской компании «Диаконт». По команде шестиосный робот берет шуруповерт и подтягивает крепежи у собрата. На участке лазерной разделки установлены два универсальных шестиосных робота-напарника. Тот, что с лазерной головкой, подъезжает к топливной сборке, установленной вертикально, и вырезает из пучка твэл. Второй робот подхватывает его и отправляет на автоматизированную лазерную разделку.

Безотказные сотрудники

«Робототехнические комплексы «Диаконта» обеспечивают высокую точность и надежность работы в радиационных полях. Они уникальны, и мне очень приятно видеть, что российская школа опередила в этом направлении весь мир», — ​подчеркнул Александр Локшин.

Евгений Адамов отметил беспрецедентный эксплуатационный ресурс компонентной базы, когда речь зашла об электромеханических приводах, которые позволяют роботам двигаться: «В мире пока никто не делает приводы той надежности, как «Диаконт», — ​20 млн срабатываний без отказов! Их покупают Китай, США, Япония. Как и промышленные телекамеры, по радиационной стойкости они лучшие в мире».

Научный руководитель «Прорыва» рассказал, что установленные в «Сириусе» машины разработаны и собраны на предприятии «Диаконта» в Санкт-Петербурге. «Когда оборудование выйдет в серию, нужны будут совсем другие мощности, — ​признал Евгений Адамов. — ​Производство можно организовать на Урале или в Сибири, и мы уже знаем, кого за это агитировать. Есть и атомные предприятия, они очень гибко перестраиваются под новые задачи».

Люди для безлюдных производств

Роботы — ​хорошо, но эксплуатировать и обслуживать их все равно будут люди, хоть и дистанционно. Директор Технической академии «Росатома» по новой атомной энергетике Полина Ковалева рассказала на семинаре о подготовке кадров для этого. С учетом задачи опережающего развития компетенций, которую поставил департамент научно-технических программ и проектов «Росатома», разработаны образовательные программы.

В «Сириусе» есть магистратура по матмоделированию и прикладной робототехнике, студенты занимаются на учебно-экспериментальной базе «Прорыва». Вообще, она доступна вузам разных регионов: Томскому политехническому университету, Северскому филиалу МИФИ, Московскому физико-техническому институту, Санкт-Петербургскому государственному университету и др. Это называется сетевой формой реализации обучения: организации-партнеры пользуются ресурсами друг друга.

Есть в университете четыре программы дополнительного профессионального образования. Готовят инженеров-механиков робототехнических комплексов, операторов, программистов, инженеров-электронщиков. Теорию изучают заочно, практику проходят на той же учебно-экспериментальной базе «Прорыва». Даже для школьников здесь есть образовательный сегмент. Талантливым детям, которые приезжают на курсы в «Сириус», показывают прототип безлюдного производства. В целом же с апреля 2024 года на базе «Прорыва» побывали более 2 тыс. человек — ​полсотни техтуров.