18 Ноября 2019

Зачем «Норникель» инвестирует в экзоскелеты?

Гигант металлургии в партнерстве с Юго-Западным госуниверситетом разрабатывает такие устройства для облегчения труда своих рабочих. Эффектами от внедрения станет снижение производственного травматизма и профпатологий.

Поделиться в социальных сетях

В середине октября в Курске «Норникель» впервые провел презентацию экзоскелетного комплекса, разработанного R&D-подразделением компании «Цифровая лаборатория» в партнерстве с Юго-Западным государственным университетом (ЮЗГУ). «Приехали представители 12 компаний, порядка 60 человек, что свидетельствует о ярком интересе к нашей теме, к нашим разработкам, о накопленном спросе отрасли на данную технологию», - рассказал журналистам глава «Цифровой лаборатории» Алексей Манихин

В пресс-релизе «Норникеля» отмечалось, что среди участников встречи были не только специалисты из других металлургических компаний («Северстали», ММК, «Евраза», ОМК, НЛМК и «Металлоинвеста»), но также представители «Роснефти», «Газпром нефти», «Росэнергоатома», ТВЭЛ, АЛРОСА и т.д. Демонстрация экзоскелетов проходила на тестовом полигоне ЮЗГУ. Опытом применения этих устройств в условиях реального производства с собравшимися поделились специалисты «Норильскникельремонта» (подразделение Заполярного филиала «Норникеля») и «Воркутауголь» (на этом предприятии «Северстали» экзоскелет тестировали в сентябре). Всем зрителям дали возможность почувствовать себя киборгами – отбоя от желающих не было. 

Конструкция из легких и износостойких материалов, созданная «Норникелем» в партнерстве с ЮЗГУ (в данный момент в разработке находится 10 прототипов), надевается поверх спецодежды и крепится на теле человека специальными ремнями. Текущая версия аппарата рассчитана на операторов ростом от 160 до 195 см – фактически, для всех. При помощи пневмоцилиндров экзоскелет переносит физическую нагрузку со спины человека на собственный металлический каркас, снимая нагрузку с поясничного отдела позвоночника при подъеме и переносе грузов массой до 60 кг. А также разгружает руки пользователя при работе с рабочими инструментами массой до 15 кг. 

Экзоскелет имеет модульную конструкцию. Базовая полнофункциональная версия содержит экзоскелет нижних конечностей̆, оснащенный̆ приводами бедренных шарниров, модуль «защита плеч» (позволяет удерживать и переносить грузы, располагая их на металлическом плечевом каркасе), а также модуль «упоры для сидения» (система механических ограничителей – упоров, позволяющих снять нагрузку с мышечного аппарата человека в крайнем нижнем положении экзоскелета – положении сидя). Для защиты плеч также можно установить дополнительное навесное оборудование: модуль подъема груза, усиленное освещение. В ближайших модификациях будут добавлены датчик освещенности (для автоматического включения дополнительного источника освещения), датчик измерения массы груза (для предупреждения перегрузок), датчик горючих газов для оценки их концентрации, GPS/ГЛОНАСС-модуль для определения местоположения и другие интересные «фишки». 

Сам «Норникель» планирует снабдить экзоскелетами работников, задействованных как в горной добыче, так и в металлургическом производстве. Кроме того, компания однозначно нацелена коммерциализировать решения своего R&D-подразделения. И это не фантастическая перспектива. По данным американской исследовательской компании Grand View Research, рынок только экзоскелетов к 2025 году достигнет 3,3 млрд долларов, а сегмент таких устройств для промышленности будет расти в ближайшие семь лет в среднем на 60% в год. Но это – в мире. В России же продаж экзоскелетов, как и рынков множества других индустриальных инноваций, пока не ведется. Сказывается и консерватизм промышленников, и общая ситуация с внедрением передовых разработок в реальный сектор экономики.

«За такими технологиями будущее. И они будут развиваться в двух направлениях. Первое – повышение эффективности работы человека, которое будет складываться из какой-то совокупности экономических эффектов. Второе направление – это, конечно, сохранение здоровья операционного персонала: снижение физической нагрузки непосредственно на человека, снижение профессиональных заболеваний. Как такового сформированного рынка экзоскелетов в России пока еще нет, многим еще приходится объяснять, что это такое, для чего нужно и как это использовать. Но то, что такие технологии будут востребованы в ближайшем будущем, показывают все маркетинговые исследования», - говорит Анатолий Маевский, заместитель коммерческого директора компании Exorise (компания является партнером ММК в разработке и реализации пассивных промышленных экзоскелетов, работы ведутся с 2017 года).

«Еще в начале 2000-х годов никто не верил, что телефоны будут с сенсорными экранами, а теперь ни одного кнопочного телефона нет. Проект «Норникеля» с экзоскелетами – прорывной. Думаю, лет через пять, с учетом движения в этом направлении, будет определенный прорыв и это пойдет в массы», - уверен и представитель Распадской угольной компании (предприятие Evraz Group) Михаил Воронин.

На презентацию экзоскелета, разработанного R&D-подразделением «Норникеля» «Цифровая лаборатория» в партнерстве с ЮЗГУ, в Курск приехали представители 12 компаний.

Догнать и перегнать Запад

Поклонники саги о «Чужих» помнят, как во второй части тетралогии отважная лейтенант Рипли билась с Королевой на борту космического корабля, мастерски используя мощный экзоскелет погрузчика. Подобные технологии, в отличие от костюма Железного человека, давно не являются фантастикой – но, конечно, только за границей. Есть даже международный стандарт ISO 13482:2014, который относит экзоскелеты к категории роботов-помощников, закрепляемых на теле человека на время использования. В более широкой трактовке такие штуковины еще называют «одеваемыми роботами». Это отличает экзоскелеты от обычных роботов – например, тех бедняг от Boston Dynamics, над которыми часто иронизируют в роликах на Youtube. 

По характеру силового воздействия экзоскелеты делят на пассивные (не оснащенные приводами; они работают за счет различных демпферов, пружин, противовесов и т.д.) и активные (электромеханические, гидравлические, пневматические, комбинированные и др.). В зависимости от систем энергопитания последние подразделяют на автономные и неавтономные. А по конструкции – на экзоскелеты верхней либо нижней частей тела, а также полноразмерные экзоскелеты. 

Основные сферы применения экзоскелетов можно сгруппировать следующим образом: армия (для солдат), ЧС (пожарники, спасатели, скорая помощь), медицина (для улучшения жизни инвалидов), спорт, космос, строительство и промышленность. Первые три сферы, как и космос, понятно дело, сильно «завязаны» на бюджетное финансирование. И только промышленный сегмент способен развиваться за счет разнообразного спроса со стороны коммерческого сектора. К тому же, по сравнению с требованиями к армейским или медицинским экзоскелетам, для промышленных менее важны такие параметры, как автономность, взрыво- и пулезащищенность, пожаростойкость. Зато принципиальны вес, грузоподъемность, потребляемая мощность и эргономика. Интересно, что к работе над экзоскелетом «Норникеля» уже сейчас привлечена, наряду с ЮЗГУ, и дизайн-студия «Смирнов Дизайн», в задачи которой входит как раз-таки проработка эргономичесих качеств комплекса и повышение его привлекательности для потенциальных покупателей.

Разработками экзоскелетных комплексов сегодня занимаются десятки научных организаций и промышленных предприятий в США, Японии, Израиле, Германии, Китае, Южной Корее и т.д. Неплохая подборка мировых достижений собрана в этой статье. Но в России интерес к этим технологиям пока единичен. Кроме «Норникеля», этим занимается, например, ММК, собственную потребность в экзоскелетах на котором ранее оценивали в 2 тыс. штук пассивных конструкций, начиная от самых простых поясничных для поднятия тяжестей и заканчивая специальными скелетами для монтажа и демонтажа с использованием тяжелого пневмоинструмента.

«Внедрение экзоскелетов в производственный процесс, безусловно, не является задачей критической важности для предприятий и компаний, ведущих свою деятельность в отраслях машиностроения, горно-перерабатывающей, металлургической, строительной и близких. Однако даже ограниченное применение промышленных экзоскелетов способно обеспечить существенные преимущества, среди которых можно особо выделить радикальное улучшение условий труда, повышение безопасности производства, увеличение интегральной функции работоспособности рабочих, снаряженных экзоскелетами, а также существенные репутационные преимущества. Все это, в конечном счете, неизбежно выльется в существенный экономический эффект, который обещает быть прямо пропорциональным широте внедрения экзоскелетов в производственный процесс», - отмечает отмечает в своей статье аспирант кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика МГТУ им. Баумана Александр Верейкин.

Экзоскелеты погрузчиков, в отличие от костюма Железного человека, давно не являются фантастикой – но, конечно, только за границей.
DSC_0947.jpg

Здоровье важнее всего

Являясь одним из крупнейших работодателей̆ в России (почти 76 тыс. работников), «Норникель» считает охрану труда и промышленную безопасность одним из своих стратегических приоритетов. Как сказано в КСО-отчете «Норникеля» за 2018 год, «политика в области охраны труда и промышленной̆ безопасности провозглашает принцип приоритетности жизни и здоровья работников по отношению к результатам производственной̆ деятельности и декларирует заинтересованность компании в создании здоровых и безопасных условий». 

Кроме стремления к нулевому смертельному травматизму на производстве и постоянному снижению общего уровня травматизма, в работе с персоналом «Норникель» реализует и мероприятия по профилактике профессиональных заболеваний. Только на медосмотры своих работников компания в 2018 году потратила 437,1 млн рублей, и это без учета 221,5 млн рублей затрат на содержание медпунктов на предприятиях. А на санаторно-курортное обслуживание персонала ежегодно уходит порядка 2 млрд рублей – существенная часть бюджета компании на социальные программы. 

Понятно, что в эту стратегию прекрасно вписывается все, что может помочь усилить безопасность производства и максимально сохранить здоровье работников. К тому же, по данным ФНПР, в структуре профессиональных патологий в России на первом месте стоят «патологии от чрезмерного воздействия на организм работников физических факторов производственных процессов». Их уровень в 2018 году вырос до 49,85% (в 2017 году было 47,82%). На втором месте профпатологии от воздействия физических перегрузок и перенапряжения отдельных органов и систем – 24,73%. Третье и четвертое места соответственно – за профзаболеваниями от вдыхания промышленных аэрозолей (15,89%) и химических веществам (6,03%). Цифры год к году немного меняются, но общая картина стабильна. 

Исходя из этих данных, можно сделать вывод: основная функциональная задача производственников – упростить своим рабочим процессы подъема тяжестей и переноса грузов. Тем более что средний возраст рабочей силы в России с каждым годом становится выше (40,5 лет по данным Росстата за 2017 год, в 2006-м было 39,4 года); более 73% работников сегодня – мужчины и женщины в возрасте от 30 до 59 лет. «Предельные физические нагрузки, выпадающие на долю рабочих-сборщиков, монтажников, строителей, приводят к большому количеству производственных травм, в том числе хронических, таких как различные формы грыж, болезни суставов, позвоночника. Широкое применение экзоскелетов в промышленном производстве, строительстве может коренным образом переломить сложившуюся ситуацию», - отмечает в уже упомянутой выше статье Александр Верейкин

«Я начинал работу в «Норникеле» еще подростком, поэтому могу оценить все преимущества внедрения технологии. За 118 часов испытаний экзоскелет ни разу нас не подвел, продемонстрировал отличную устойчивость при работе на любых поверхностях, но главное – он действительно выполняет свою главную задачу – делает физическую работу проще, быстрее и безопаснее. У меня травма колена, из-за которой мне иногда тяжело ходить, не говоря уже о том, чтобы переносить тяжести. Но в экзоскелете я забываю о ней и могу работать так, словно мне вновь 20 лет», - рассказал на презентации в Курске заместитель главного инженера — главный технолог ПО «Норильскремонт» Виктор Диконенко. После нескольких месяцев работы в экзоскелете на погрузке-разгрузке, монтаже металлоконструкций и выполнении операций с тяжелым ручным инструментом он не сомневается: за этой технологией – будущее. 

В сентябре устройство протестировали в АО «Воркутауголь», угледобывающем предприятии ПАО «Северсталь». «Разработчики попросили нашей помощи в тестировании устройства, чтобы понять его возможности. Перед испытаниями в первую очередь мы подумали о проходчиках в шахте, которые вручную переносят тяжести: элементы арочной крепи, деревянные брусья», – рассказал менеджер Центра развития «Бизнес-системы «Северстали» Виктор Юрасов. По его словам, сотрудники «Воркутауголь» проверили эргономичность устройства: они поднимались и спускались по лестнице, переступали препятствия и вставали на ноги из положения лежа. Все эти действия испытателям удалось выполнить успешно. Затем тесты прошли на складе материалов и в механическом цехе шахты «Воркутинская», на участке флотации ЦОФ «Печорская» и в цехах мехзавода.

«По итогу испытаний удалось установить, что экзоскелет справляется с подъемом, удержанием и переносом тяжестей. Однако это касается только грузов небольших габаритов, которые можно нести перед собой. Для выполнения других технологических операций потребуется вносить изменения в конструкцию устройства», - отметили в пресс-службе «Северстали». 

В «Норникеле» только рады замечаниям и предложениям. Дело в том, что в подобных проектах крайне важна обратная связь от потенциальных потребителей – универсальные решения, который бы подошли абсолютно всем, практически невыполнимы. Чтобы экзоскелет от стадии красивой инновационной игрушки дошел до стадии конечного и востребованного продукта, такое устройство нужно постоянно тестировать в условиях конкретного производства – с его индивидуальными особенностями и требованиями к функционалу. Благодаря этому разработчикам удается вносить быстрые и точечные изменения в конструкцию, максимально ориентируя ее под нужды заказчика.

Основная функциональная задача производственников – с помощью экзоскелетов упростить своим рабочим процессы подъема тяжестей и переноса грузов.

Стоит отметить, что инвестиции «Норникеля» в технологические инновации – не просто дань моде или имиджу современной промышленности. «Цифровая лаборатория» создана в конце 2017 года для внедрения технологий «Индустрии 4.0» в текущие производственные процессы. Среди разработок — искусственный интеллект (нейронные сети), промышленный «Интернет вещей», VR, беспилотные летательные аппараты (БПЛА, или дроны), роботы-маркшейдеры и много чего еще. В том числе – и экзоскелеты.

Все это может показаться какой-то блажью и даже неуместными плясками в сумраке огромных цехов, в которых движутся ковши с расплавленным металлом, стоит ужасный грохот и стойкий запах вредных выбросов – так в сознании обывателей выглядит большая металлургия. В реальности дедовскими способами на крупных предприятиях никто не работает: передовые технологии внедряются постоянно, уровень автоматизации растет, а объемы тяжелого труда – сокращаются. Но тотальная роботизация всей индустрии, если она в принципе осуществима в реальности – дело будущего (далекого или близкого – вопрос дискуссий). Без участия человека многие технологические процессы пока что или вообще невозможны, или не эффективны.

У нашего тела – 244 степени подвижности. Полностью повторить биомеханику при сложившемся уровне развития технологий не получится, любые приводы сегодня отстают по своим удельным характеристикам от мышц человека (в заданных габаритах экзоскелетов), причем не только в части создаваемых усилий, но и в части потребной мощности. Но есть и более существенные моменты. «Роботы дороже и призваны полностью заменить людей, а экзоскелеты – умножить физические возможности человека, который, в отличие от роботов, обладает еще такими важными качествами, как интуиция, внимание, память, способность обучаться», - перечислял немаловажные детали в комментарии для журнала «Эксперт» Павел Борисенко, старший мастер участка окраски и упаковки завода «Трубодеталь» (входит в ОМК).

Без участия человека многие технологические процессы пока что или вообще невозможны, или не эффективны.
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект