«Атомные» роботы помогут в замыкании ядерного топливного цикла

Применение роботов в атомной отрасли имеет долгую историю — ​правда, в основном их используют для ликвидации аварий и при выводе из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов. Почему же роботизация в атомной сфере идет медленнее, чем в других отраслях промышленности? Какими качествами должны обладать «атомные» роботы? И какие функции они могут взять на себя в «Прорыве» — ​одном из передовых проектов «Росатома»? Отвечает руководитель отдела разработки технологий и материалов ядерного топливного цикла АО «Прорыв» Александр Жеребцов.

— По данным Международной федерации федерации робототехники (IFR), две трети мирового рынка робототехники в 2017 году занимали автомобилестроение и производство электроники — ​33 и 32 %. Атомная промышленность в том же исследовании скрыта в графе «Прочие» — ​15 %. Она входит в число наименее роботизированных наряду с судостроением, самолетостроением, добычей полезных ископаемых и сельским хозяйством. Но почему так?

— В первую очередь это связано с тем, что пока нет радиационно-стойких роботов, которые могли бы полностью заменить другие средства автоматизации и механизации. Электронные компоненты подвержены негативному воздействию ионизирующего излучения: это уже многократно подтверждалось, в том числе когда роботов использовали при ликвидации Чернобыльской и Фукусимской аварий.

Чтобы минимизировать влияние радиации на уязвимые компоненты оборудования, их обычно выносят за пределы радиационных полей. Например, в горячих камерах, где работают с ОЯТ, находятся механические части манипуляторов, а приводы вынесены в операторскую.

— Какие качества для «атомных» роботов самые важные?

— Во-первых, как я уже сказал, робот должен обладать радиационной стойкостью. Во-вторых, он должен быть устойчивым к агрессивным веществам, которые применяют при дезактивации поверхностей. В-третьих, он должен иметь большой гарантированный ресурс работы. Робот с низким ресурсом сам скоро превратится в радиоактивные отходы. И помимо затрат на приобретение этого робота нужно будет заложить затраты на его утилизацию.

— Насколько «атомные» роботы разнообразны по внешнему виду?

— Конструктивное исполнение роботов зависит от области применения. Мобильные версии чаще всего устанавливают на гусеничную платформу, стационарная устанавливается на неподвижной станине или поворотной платформе. Развиваются антропоморфные роботы — ​они могут проникнуть в труднодоступные места.

Есть интересная разновидность роботов — ​коботы, коллаборативные роботы. Это роботы, предназначенные для работы с человеком. Их оснащают датчиками, контролирующими положение находящегося рядом человека, чтобы кобот не причинил ему вреда.

Популярны, конечно, роботы-манипуляторы. Один из ведущих мировых производителей силовых и копирующих манипуляторов Hans Walischmiller (HWM) недавно расширил линейку, разработав робот-манипулятор A1000S: он отличается от предыдущей модели функцией обучения и повторения. Эта функция позволяет роботу запоминать траекторию движения рабочего органа — ​манипулятора — и место хранения сменного инструмента, то есть робот может выполнять повторяющиеся операции в полуавтоматическом режиме, тем самым упрощая работу оператора.

Но это видовое разнообразие со временем сократится, в каждой области применения будет гораздо меньше видов роботов.

— Как вы считаете, могут ли «атомные» роботы стать тиражируемым товаром? Или это уникальные устройства, которые всегда будут создаваться под определенные задачи, поштучно?

— Роботы хороши тем, что их можно перенастраивать: сегодня он выполняет операцию на одном технологическом участке, а завтра его можно перепрограммировать и поставить на другой участок. В этом их отличие от простых автоматов, когда конкретный механизм используется для конкретной операции. В отличие от механизированного аппарата, робот может выполнять и две операции в час, и 100.

Поэтому там, где это возможно, роботизация пойдет по пути универсализации. Во-первых, это снизит себестоимость единицы продукции за счет массового производства. Во-вторых, любые механизмы приходится ремонтировать. Значит, необходимо иметь запас запчастей на складе, чтобы один вышедший из строя механизм не останавливал все производство. И чем меньше будет разных типов роботов, тем меньше потребуется запчастей. Соответственно, уменьшится площадь склада. Универсализация также важна для единства программного обеспечения, без которого робот — ​всего лишь кусок железа.

— Насколько высока конкуренция на рынке робототехники для атомной индустрии в России? Каких ключевых игроков вы можете назвать?

— На российском рынке таких игроков немного. Например, мы работаем с компанией «Диаконт» и Центральным научно-исследовательским институтом робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК). Обе организации находятся в Санкт-Петербурге. Еще роботов производит НПО «Андроидная техника» — ​они сделали и знаменитого Федора, который летал на МКС. У этой организации, кстати, есть совместные разработки с «Росатомом». Из зарубежных игроков в России представлен международный концерн KUKA, его центр компетенций применения робототехники в атомной промышленности находится в Великобритании. Не так давно в московском представительстве этой компании проводили семинар, на котором демонстрировали возможности своих роботов. Еще есть роботы компании Brokk, их применяют при выводе из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов.

— Отстает ли Россия в этом направлении от зарубежных коллег или все находятся примерно на одной стадии развития?

— В части общепромышленных роботов мы отстаем, потому что долгое время не развивали это направление и стартовали сравнительно недавно. Что касается применения роботов в атомной энергетике, считаю, что дополнительным положительным эффектом реализации проекта «Прорыв» станет существенное продвижение в развитии роботизации ядерного топливного цикла.

— Как деятельность вашей команды связана с роботизацией?

— Мы с коллегами по проектному направлению «Прорыв» под научным руководством Евгения Адамова создаем не только опытно-демонстрационный энергокомплекс на площадке Сибирского химкомбината, но и промышленный энергокомплекс. Для этого комплекса мы разрабатываем роботизированные производства по изготовлению уран-плутониевого ядерного топлива и переработке ОЯТ.

Важный нюанс: мы не в готовые технологические линии внедряем роботов, а сразу, на этапе проектирования, создаем роботизированное производство топлива. В прошлом году выполнили концептуальную проработку такого производства. Итоги работы показали существенное сокращение производственных площадей и упрощение операций по передаче продукции между участками. В результате был достигнут серьезный экономический эффект. Одним из преимуществ применения роботов будет поддержание качества продукции на более стабильном уровне.

В этом году мы разрабатываем концепцию применения роботов в переработке ОЯТ. Тут мы также надеемся получить положительный экономический эффект. Но самое главное: применение роботов дополнительно защитит персонал от воздействия радиации на операциях, требующих участия человека, ​например при замене фильтров системы газоочистки. Думаю, что результаты 2020 года в этой области докажут правильность выбранного нами подхода.

— То есть нынешний статус разработок — ​это проработка концепции и проекта?

— Не совсем так. Предпроектные работы, конечно, являются интегрирующим звеном. Но параллельно идут экспериментальные работы, создание макетов оборудования, узлов роботов и разработка систем технического зрения, разработка программного обеспечения. Это комплексная работа проектировщиков, конструкторов и технологов: разработки одних учитываются в работе других, тем самым улучшая конечный результат.

— Давайте еще раз перечислим все функции, которые в проекте «Прорыв» могут взять на себя роботы.

— Роботы будут применяться в основном технологическом процессе, при проведении ремонтных работ, выполнении аналитических операций, таких как пробоотбор и пробоподготовка. Также они будут использоваться в работах по дезактивации и на операциях по обращению с радиоактивными отходами. Роботизация затронет все стадии замкнутого ядерного топливного цикла: от изготовления ядерного топлива до обращения с радиоактивными отходами.

— Как будут выглядеть ваши роботы?

— Будут похожи на механическую руку с заменяемым захватом. Эта рука будет запрограммирована на выполнение стандартных действий. Технологические участки будут оснащены системой видеонаблюдения. За правильностью выполнения действий будет следить оператор, который, если нужно, сможет отклониться от намеченного технологического процесса и переключить робота на выполнение других действий. Сам оператор удален от производственных участков, может даже находиться в другом здании. Роботы-руки будут размещаться либо стационарно на производственном участке, либо на подвижной платформе, тогда они смогут перемещаться с одного участка на другой.

— Можно ли уже примерно посчитать, сколько таких роботов понадобится на «Прорыве»?

— Это покажет проектная проработка. Как раз поэтому мы работаем по всем направлениям параллельно, а не по классической постадийной схеме: разработка технологического процесса — ​проработка конструкции — ​испытания. Опыт показал, что разрабатывать отдельно оборудование, потом отдельно роботов и совмещать все это в производстве — ​неэффективно. Мы ожидаем синергетического эффекта от того, что одновременно закладываем требования со стороны оборудования к роботам и со стороны роботов — ​к оборудованию, чтобы они могли его отремонтировать: при разработке оборудования учитывается, что оно будет обслуживаться роботом. А работа проектировщиков показывает, где наиболее эффективно применение роботов с позиции производства в целом. Такое движение по всем направлениям сразу помогает выработать ясное видение конечного результата и увидеть все возможные проблемы.

— Как вы считаете, ваш опыт можно будет тиражировать на другие дивизионы «Росатома»?

— Да, после выполнения необходимого объема НИОКР. Более того, мы отправили предложения разработчикам единой стратегии по цифровизации «Росатома», в которых рассказали, какие наши разработки могут пригодиться в других направлениях деятельности госкорпорации.

— Можно ли говорить о том, что роботизация — ​это долгосрочная тенденция?

— Безусловно. Роботизация минимизирует многие риски, в том числе связанные с остановкой производства. Например, в условиях пандемии коронавируса применение роботов позволило бы продолжать выпуск продукции без риска заражения людей. Конечно, появятся и новые серьезные вызовы — ​например связанные с ИТ.

— Как только человечество изобрело роботов, тут же появился и страх, что они захватят рабочие места и людям негде будет работать. Как думаете, насколько обоснованы такие опасения?

— Думаю, этого не произойдет, но рабочие места видоизменятся. По данным аналитического отчета Лаборатории робототехники Сбербанка за 2019 год, только четверть рабочих мест может быть автоматизирована более чем на 70 %. Скорее речь идет о дополнительном барьере надежности и безопасности при выполнении операций, особенно в атомной отрасли. Роботы смогут разгрузить людей: человек вместо выполнения технологических операций будет контролировать работу робота. Кроме того, появится новая сфера бизнеса: будут развиваться сервисные службы по ремонту и перенастройке роботов.

ПЛОТНОСТЬ РОБОТИЗАЦИИ В МИРЕ

В мире робототехники уже более 10 лет используется такой индикатор роста рынка, как плотность роботизации. Он измеряется как число роботов на 10 тыс. работников, занятых в промышленности. Так, по данным IFR, в 2017 году на 10 тыс. занятых в промышленности по всему миру приходилось в среднем 85 роботов (в 2016-м — ​74 робота, в 2015-м — ​66).

Европа имеет наиболее высокую плотность роботизации — ​106 роботов на 10 тыс. занятых в промышленности. В США — ​91 робот, в Азии — ​75 роботов. Во многом показатели европейского региона ухудшают отстающие в роботизации страны, такие как Россия с ее четырьмя роботами на 10 тыс. занятых в промышленности.

Мировым лидером по плотности роботизации остается Южная Корея, которая за год увеличила плотность роботизации с 631 до 710 роботов. За ней следует Сингапур с 658 роботами, Германия с 322 роботами и Япония с 308 роботами.

По материалам обзора мирового рынка робототехники за 2019 год, подготовленного Лабораторией