Следующая революция в автопроме: роботы будут учиться у людей

Автомобильная промышленность использует роботов уже более полувека. Сварка, окраска и перемещение тяжёлых кузовных панелей автоматизированы настолько, что современный автозавод трудно представить без промышленных роботов. И всё же на финальной сборке по-прежнему работают тысячи людей.

Причина не в сентиментальности. Люди исключительно хорошо справляются с ролью универсальных манипуляторов. Они могут пальцами почувствовать, зафиксировался ли разъём, найти жгут проводов среди других компонентов, скорректировать движение, если деталь установлена с отклонением, и без перепрограммирования понять, что делать, когда на конвейер поступает автомобиль с другой комплектацией. Обычный промышленный робот, напротив, работает фантастически быстро и точно — при условии, что окружающая обстановка в точности соответствует заложенной инженером программе. Теперь автопроизводители хотят сократить этот разрыв.

400 000 роботов не означают потерю 400 000 рабочих мест

Toyota вывела этот вопрос на первый план, оценив, что для модернизации производственной сети самой компании, других компаний группы и крупных поставщиков может потребоваться около 400 000 роботов. По данным Reuters, с 2028 года Toyota может ежегодно тратить на автоматизацию около ¥1 трлн, или примерно €5,4 млрд по текущему курсу.

Четыреста тысяч — огромное число, но его нужно правильно понимать. Речь не идёт о 400 000 человекоподобных роботов или о плане заменить такое же количество работников. Эта цифра включает обычных промышленных роботов, новые решения для автоматизации и замену существующего оборудования. По оценке, около 150 000 роботов могут поступить на собственные заводы Toyota, а остальные предназначены для более широкой производственной сети. (reuters.com)

Но действительно важно то, какую работу будет выполнять следующее поколение роботов.

Прежняя автоматизация прежде всего охватывала задачи, в которых роботы превосходили людей по скорости, силе и повторяемости операций. Новая волна нацелена на работу, где люди до сих пор опережали роботов благодаря своей гибкости.

Автозавод — на удивление сложная среда для робота

Точечная сварка автомобильного кузова — почти идеальная задача для автоматизации. Робот всегда берёт один и тот же инструмент, перемещается к известной точке и выполняет точно заданную операцию. Один и тот же цикл повторяется тысячи раз. Финальная сборка — совершенно другой мир.

Там робот должен захватывать детали разной формы, обращаться с мягкими материалами, подключать разъёмы, устанавливать уплотнители, прокладывать провода и работать рядом с людьми. Задачу дополнительно усложняет то, что по одному конвейеру друг за другом могут двигаться автомобили с разными силовыми установками, оснащением и салонами. Человек решает многие подобные задачи почти подсознательно. Робота же необходимо научить распознавать объект, правильно его захватывать, прикладывать нужное усилие и реагировать на ситуацию, которую программист не предусмотрел во всех подробностях.

Поэтому для следующего прорыва недостаточно просто улучшить роботизированную кисть. Потребуются машинное зрение, датчики силы и тактильные сенсоры, искусственный интеллект и обучающие системы, способные преобразовать показанное человеком действие в движение робота.

Toyota хочет оцифровать руки мастера

Разработка Toyota под названием ELEY хорошо показывает направление развития отрасли. Embodied Learning robot for Enhanced Yield — «робот воплощённого обучения для повышения производительности» — представляет собой двухрукую машину массой около 50 кг, которая передвигается на колёсах и учится на движениях, показанных людьми.

Оператор демонстрирует роботу задачу с помощью специальных устройств управления. Система собирает данные во время демонстраций и использует их для обучения модели, которая позволяет роботу самостоятельно повторять задачу.

Toyota продемонстрировала работу системы на складывании футболок. Примерно после 1 500 тренировочных попыток и двух недель ELEY смог повторять задачу почти без ошибок. Само по себе складывание футболки не изменит производство автомобилей. Но это может сделать способ, которым робот учится.

В случае с традиционным промышленным роботом инженеры выстраивают вокруг конкретной операции весь автоматизированный процесс. Обучаемому роботу навык может показать человек, который уже умеет выполнять эту работу. Это меняет саму отправную точку автоматизации.

Самым ценным активом может стать опыт работников

Производственная философия Toyota десятилетиями опиралась на высококвалифицированных работников с большим опытом. В японской промышленности таких мастеров называют такуми. Проблема возникает, когда накопленные за десятилетия практические знания уходят вместе с работником, выходящим на пенсию.

Не всё можно изложить в рабочей инструкции. Опытный сборщик способен на ощупь определить, правильно ли деталь встала на место. По звуку он может понять, что что-то не так, или автоматически скорректировать движение, если компонент ведёт себя немного иначе, чем обычно.

Одна из главных перспектив обучаемых роботов — возможность преобразовать часть этих неявных знаний в данные.

Если один робот освоит конкретную операцию у лучшего работника Toyota, то следующего робота, в принципе, уже не придётся учить всему с нуля. Обученную модель можно совершенствовать и передавать другим, превращая мастерство одного человека в актив всей производственной сети.

Это гораздо более значительное изменение, чем простая установка ещё одного роботизированного манипулятора на сборочном конвейере.

Почему не всем роботам нужно быть человекоподобными?

Сейчас в робототехнике популярны гуманоиды. Аргумент в их пользу убедителен: заводы, инструменты и логистические системы создавались с учётом человеческого тела. Если у робота две руки, две ноги и сопоставимая с человеческой досягаемость, завод не обязательно перестраивать под него.

Однако человеческая форма не всегда является лучшим инженерным решением.

Ходьба на двух ногах требует энергии, сложного управления и постоянного поддержания равновесия. На ровном заводском полу колёсный робот может оказаться проще, дешевле, устойчивее и энергоэффективнее.

Toyota ELEY передвигается на колёсах.

Hyundai Motor Group идёт другим путём. Принадлежащая группе Boston Dynamics разрабатывает электрического человекоподобного робота Atlas, а Hyundai планирует начать использовать гуманоидов на своих производствах в 2028 году.

Базовая компоновка Atlas напоминает человеческую, однако Boston Dynamics не пытается в точности воспроизвести анатомию человека. Электрические сочленения позволяют роботу совершать движения, которые для человека были бы невозможны или как минимум крайне неудобны.

Так в автомобильной промышленности формируется интересный эксперимент. Toyota, помимо прочего, исследует колёсные обучаемые манипуляторы, а Hyundai делает ставку на полноразмерного гуманоида. Обе компании пытаются решить одну и ту же проблему: как заставить универсального робота работать в среде, которую люди создали для людей.

Главным конкурентом роботов остаётся традиционная автоматизация

На фоне ажиотажа вокруг гуманоидов часто забывают один важный вопрос: зачем использовать универсального робота стоимостью €100 000, если более простая специализированная машина способна выполнять ту же операцию 20 лет подряд?

Автопроизводителям приходится отвечать на этот вопрос в каждом проекте автоматизации. Если робот миллион раз выполняет один и тот же сварной шов, ему не нужны искусственный интеллект, ноги или похожие на человеческие руки. Специализированный промышленный робот, вероятно, справится быстрее, дешевле и надёжнее. Экономическое преимущество универсального робота проявляется тогда, когда задачи меняются.

Если одна и та же машина может утром сортировать детали, днём устанавливать компоненты, а в следующем модельном году освоить совершенно новую задачу, её более высокая закупочная цена начинает выглядеть оправданной.

Поэтому для следующего поколения роботов важнейшим показателем станут не грузоподъёмность или скорость ходьбы. Гораздо важнее время, необходимое для обучения новой задаче.

Китай заставляет ускоряться

У роботизации есть и вполне конкретное конкурентное обоснование. Автомобильной промышленности приходится одновременно развивать электромобили, аккумуляторные технологии, программное обеспечение и новые производственные процессы. Китайские производители всё сильнее сокращают циклы разработки моделей, а ценовая конкуренция повышает значимость стоимости каждого часа производства.

Обычный автозавод требует колоссальных капитальных вложений. Если ради новой модели приходится перестраивать значительную часть производственной линии, это отнимает время и деньги. Теоретически гибкая роботизация позволит снизить зависимость завода от конкретной модели.

Робот, которого можно обучить новой операции с помощью программного обеспечения и демонстраций, позволил бы производителю менять модельный ряд без перепроектирования всей цепочки автоматизации.

Это может оказаться гораздо важнее прямого сокращения расходов на рабочую силу.

Люди не исчезнут с заводов, но их работа изменится

Наиболее несправедливо было бы описывать роботизацию формулой «один робот равен одному потерянному рабочему месту». Экономика автозавода устроена сложнее. Робот действительно может взять на себя работу, которую прежде выполнял человек. В первую очередь это касается повторяющихся, физически тяжёлых и неудобных с точки зрения эргономики операций.

В то же время всё более сложному автоматизированному заводу нужны люди, которые будут обучать, контролировать, обслуживать и ремонтировать роботов. Растёт спрос на навыки в сфере автоматизации, программного обеспечения, данных и технического обслуживания. Наибольшее давление, вероятно, придётся на простые повторяющиеся операции. Чем более стандартизирована и предсказуема работа человека, тем легче экономически обосновать её автоматизацию.

Вице-президент Toyota Хироки Накадзима описал цель компании как мир, в котором люди и роботы работают вместе, а не ситуацию, где роботы просто заменяют людей. Это заявленная цель компании, но не гарантия того, что в будущем автоматизация не сократит потребность в некоторых видах труда.

В конечном счёте 400 000 роботов — менее значимая история, чем один обучаемый робот

Оценка Toyota в 400 000 роботов позволяет создать громкий заголовок, однако для автомобильной промышленности в следующем десятилетии гораздо важнее может оказаться вопрос, способен ли один робот перенять у человека новый навык и передать его другому роботу.

Если ответ останется отрицательным, автоматизация продолжит развиваться по знакомому пути. Роботы станут быстрее и точнее, но каждая новая операция по-прежнему будет требовать дорогостоящей инженерной работы.

Если ответ станет положительным, изменится сама природа автозавода.

Производственная линия больше не будет состоять только из машин, запрограммированных на выполнение фиксированных задач. Рядом с ними появится класс машин, задачи которых можно менять программно и которым можно прививать новые навыки на примере человека. Тогда робот перестанет быть лишь средством автоматизации. Он станет цифровым квалифицированным работником.