Робототехника как экосистема и рынок

Экосистема компаний, участвующих в создании роботов

Роботы являются высокотехнологичными изделиями, их разработкой, производством, продажей, внедрением и использованием занимаются тысячи компаний, которые вступают в различные бизнес-отношения, создавая сложную экосистему.

Когда речь идет о развитии робототехнической отрасли в стране, необходимо учитывать не только производителей роботов и компании, выпускающие их на рынок, но также поставщиков новых технологий (научные организации, стартапы), а также систему подготовки кадров, государственные и общественные организации, поддерживающие развитие отрасли.

Представить все эти элементы в рамках одной схемы невозможно, поэтому рассмотрим отдельные составляющие данной сложной структуры.

Экосистема создания промышленных роботов

Для представления экосистемы создателей промышленных роботов в первую очередь рассмотрим цепочку, формирующую стоимость решения см. рис. 8.1.

Рис. 8.1. Цепочка формирования стоимости робототехнического решения. Источник: авторы

Здесь демонстрируются основные стадии жизненного цикла робота, включающие его создание, продажу, использование в качестве компонента окончательного решения, эксплуатацию и, в конечном итоге, утилизацию.

Каждая из этих стадий предполагает привлечение множества компаний. На этапе создания робота основную роль играет компания-производитель, которая имеет широкую сеть поставщиков компонентов. Этот этап можно подразделить на две фазы - разработку типового решения и непосредственное производство робота. Разработка включает сложные и ресурсоемкие процессы инжиниринга, тестирования и итеративных доработок. Она является необходимым этапом для достижения оптимальных параметров робота. После успешной разработки типового решения следует фаза производства, которая осуществляется после наладки производственного цикла.

После выпуска продукта следуют этапы продажи и создания интегрированного решения. Можно сказать, что на схеме рис. 8.1 присутствуют два интеграционных этапа. Сначала компания-производитель роботов разрабатывает и выпускает стандартный продукт, который состоит из комплектующих, поставляемых различными поставщиками. Затем, на этапе создания решения, интегратор, используя стандартных роботов, дополнительные комплектующие и другие элементы промышленной автоматизации, создает уникальное решение для каждого конечного заказчика, интегрируя при этом компоненты от различных поставщиков.

В контексте промышленных роботов основное решение обычно базируется на тиражируемом продукте, в проектирование и оптимизацию которого были вложены значительные средства. Концентрируя свои основные ресурсы на разработке и производстве типового решения, компания-производитель стремится минимизировать издержки при выводе продукта на рынок. Однако, на стадии создания индивидуального решения на основе типового промышленного робота обычно требуется значительная дополнительная работа, включающая интеграцию компонентов и кастомизацию под конкретного заказчика. Именно эту работу берут на себя партнеры - реселлеры, дистрибьюторы и интеграторы, чтобы обеспечить наиболее эффективное решение для каждого заказчика.

В некоторых случаях требуется разработка нестандартного решения, специально адаптированного под уникальную задачу, когда не существует тиражируемого решения, которое могло бы послужить основой для проекта. Это особенно актуально в экстремальной робототехнике^{1Экстремальная робототехника занимается роботами, предназначенными для работы в экстремальных условиях, например, при высоких температурах, или в большом температурном диапазоне, в агрессивных химических средах, при большом давлении или в условиях ионизирующих излучений, высоких напряженностей магнитных полей и так далее.} , когда стандартные роботы не могут быть использованы^{2Не только в экстремальной робототехнике, это вообще довольно часто происходит особенно в последние годы с ростом сервисного рынка. Прим. редактора.} из-за недостаточной защищенности от радиации или в силу других уникальных условий миссии. В таких случаях отсутствует разделение на производителя и интегратора - все этапы выполняются одним разработчиком, а решение реализуется в единственном экземпляре или в крайне ограниченном количестве для конкретного заказчика. Это наблюдается, например, при создании специализированных роботов для ликвидации аварий на атомных электростанциях. В таких случаях требуется разработка уникального решения, которое может полностью соответствовать особым требованиям и условиям работы в конкретной ситуации.

Производители промышленных роботов их структура производственный цикл и поставщики

Для того чтобы более подробно рассмотреть структуру и функции компании, производящей промышленных роботов, обратимся к схеме рис. 8.2, где представлены ключевые подразделения занятые производственным процессом. При этом подразделения, связанные с управлением компанией и маркетингом исключены из рассмотрения.

Рис. 8.2. Ключевые подразделения компании, специализирующейся на производстве роботов.

Источник: [127 ]

Кратко опишем представленные на схеме подразделения и отделы.

Подразделение "Задачи, системы, испытания^{3В англоязычной литературе используется аббревиатура MST (Mission, Systems, Test)}" отвечает за разработку сценариев автоматизации производственных (и иных) задач, интеграцию и испытания робототехнических систем для конкретных приложений. Под задачей подразумевается определение технических целей и требований проекта, включая предполагаемое использование, функциональность и критерии производительности. Тестирование, предполагает анализ производительности системы, позволяет убедиться, что эта система отвечает всем требованиям миссии и функционирует согласно заданию.

Подразделение "Электроника и управление" отвечает за разработку электронных компонентов и систем, необходимых для работы и управления роботами, включая датчики, исполнительные механизмы, микроконтроллеры, источники питания и коммуникационные интерфейсы.

Подразделение "Проектирование и производство" включает отделы, отвечающие за создание моделей САПР, необходимых для производства соответствующих изделий, разработку и производство компонентов робота, их сборку, а также за обеспечение вспомогательного оборудования (BTE/GSE^{4BTE Built-To-Engineering - специально спроектированные инструменты, изготовленные на основе инженерных требований и отвечающие специфическим потребностям конкретной области применения. GSE - Ground Support Equipment - оборудование и инструменты, используемые для технической поддержки производства} ).

Создание роботов проходит ряд этапов жизненного цикла, начиная от проектирования и заканчивая утилизацией, основные этапы этого процесса и их совмещение во времени представлено на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Основные этапы жизненного цикла робота

Источник: Cost analysis of robot families [128 ]

Примеры производителей роботов и поставщиков компонентов

Для того чтобы составить представление о категориях участников экосистемы промышленных роботов и наиболее известных игроков в каждой категории полезно обратиться к данным табл. 8.1.

Системные интеграторы

Робототехнические решения, как правило, включают широкий набор компонентов, (роботы, сенсоры, механизмы управления, программное обеспечение). Системные интеграторы покупают роботов и другие средства автоматизации для создания комплексных решений, объединяя эти компоненты в единую систему. Сотрудничая со специалистами заказчика, производителями роботов, сенсоров и других компонентов, системные интеграторы работают над созданием оптимального решения для конкретной задачи и призваны обеспечить ее надежное функционирование.

Системные интеграторы выполняют для заказчика широкий спектр задач, начиная от анализа потребности клиента до создания комплексного решения, собирая вместе необходимые компоненты рис. 8.4, с учетом уникальных потребностей.

Роль системных интеграторов в создании комплексного решения

В перечень услуг системного интегратора как правило входит разработка концептуального проектирования, технико-экономическое обоснование требуемого решения, консалтинг по вопросам экономии затрат и помощь в анализе окупаемости инвестиций (ROI ^{5ROI ("Return On Investment", возврат инвестиций) - коэффициент рентабельности инвестиций, который помогает рассчитать окупаемость вложений в проект.}).

Системный интегратор должен осуществить проектирование механических, пневматических, гидравлических и электрических систем, реализовать разработку программ для роботов и контроллеров. Провести интеграцию периферийных устройств и другой вспомогательной инфраструктуры. Обеспечить установку и монтаж на месте, осуществить программирование роботов под конкретные задачи, обучить сотрудников, осуществить поддержку внедренного решения, и его долгосрочную поддержку.

Системный интегратор отвечает за общую работоспособность и оптимальную производительность созданного конечного решения.

При обсуждении вариантов интеграции в зависимости от типа запроса полезно обратиться к рис. 8.5. На этом рисунке выделены два типа интеграции. Первый тип - стандартная интеграция, основанная на функциональности, адаптированной под определенный вид процесса автоматизации, такой как сварка или сборка. Второй тип - интеграция под конкретного клиента, представляющая собой кастомизацию решения под его требования. Она может охватывать выбор конкретного типа промышленного робота, учет его грузоподъемности и радиуса действия, а также дополнительного оборудования автоматизации, датчиков и концевых эффекторов, точно соответствующих потребностям клиента. Оба типа интеграции - стандартная и кастомизация - имеют свое значение в создании оптимального интегрированного решения для клиента, учитывая его уникальные требования и стандарты процесса автоматизации.

Рис. 8.5. Вариант интеграции в зависимости от типа клиента и его задач.

Источник: Markets and markets [130 ]

Экосистема создателей сервисных роботов

Как мы отмечали ранее сервисные роботы - это более широкое понятие в сравнении с промышленными роботами. И в создании сервисных роботов, участвует еще большее количество участников.

В случае сервисных роботов стадия кастомизации может быть разной. Это может быть "решение из коробки" - например, робот пылесос - случай, когда интеграция не требуется. А может быть необходима стадия кастомизации, например, при комплектации мобильной платформы навесным специализированным оборудованием и интеграции мобильного робота в промышленный или логистический процесс.

Достаточно проблематично говорить об экосистеме компаний создающих сервисных роботов вообще, однако можно найти попытки представления экосистемы производителей более узкого класса роботов - например, умных мобильных роботов (рис. 8.6). Заметим, что последняя категория занимает существенную часть семейства сервисных роботов.

Рис. 8.6. Экосистема создателей умных мобильных роботов. Источник: GeckoSystems Intl.

Создание упомянутого типа машин требует широчайшей цепочки производителей. Это поставщики комплектующих (например, моторы, сенсоры, контроллеры, гидравлика, аккумуляторы, подшипники и т.д.); разработчики программного обеспечения (операционные системы, программы управления, моделирование и т.д); поставщики решений под определенные вертикальные рынки (решения для медицины, для транспорта, для ритейла и т.п); системные интеграторы (консультации для максимизации эффективности и надежности системы, интеграция, техническая поддержка обучение).

На рисунке намеренно изображены области пересечения провайдеров разных типов, которые показывают, что отдельные классы поставщиков могут совмещать несколько ролей. Компании могут быть производителями программного обеспечения и одновременно интеграторами, разработчиками электронных компонентов и софта разного вида.

Говоря о компаниях участвующих в создании робота, в табл. 8.1 мы упомянули лишь несколько категорий ПО для создания роботов. Следует отметить, что существуют сотни поставщиков ПО для создания роботов, тысячи приложений, а также средств их разработки.

Среди них есть инструменты для создания систем искусственного интеллекта, систем коммуникации, управления и анализа данных, а также ПО для моделирования и др.

При этом существует программное обеспечение, предназначенное для разных категорий пользователей: для разработчиков, для системных интеграторов, и для конечных пользователей.

Продажа программного обеспечения для роботов может осуществляться как в комплекте с роботами, так и отдельно.

Имеется широкий круг компаний, специализирующихся исключительно на разработке и продаже программного обеспечения для роботов, и не занимающихся производством самих роботов. Существуют разные бизнес схемы продвижения подобного ПО, включая продажу по подписке.

На рис. 8.1 мы показали иерархию поставщиков от провайдеров комплектующих до компаний интеграторов и компаний, выводящих решения на отдельные вертикальные рынки.

Несколько другой взгляд на экосистему производителей робототехнических систем представлен на рис. 8.7. Это взгляд на компании по их участию на разных этапах жизненного цикла продукта от "предпроизводства" до "повторного использования".

Рис. 8.7. Цепочка создания стоимости в робототехнике. Источник: IFR

Данная иллюстрация дает ключ к пониманию того, как в разных странах на определенных этапах развития цифровых технологий формируются различные экосистемы игроков, участвующих в процессе создания робототехнических решений.

Страны с развитыми робототехническими школами, на базе которых формируется достаточное число специалистов IT высокого уровня, стартапов и НИОКР, обеспечивают появление крупных компаний, обеспечивающих выпуск роботов, компонентов и ПО как массового тиражного продукта. Это позволяет компаниям реализовывать потенциал быстрее конкурентов и выходить на свободные рынки в качестве монополиста, поставляя массовый продукт за рубеж в страны с меньшим научным потенциалом. При этом страны первого типа экспортируют не только свои продукты, но и "подсаживают" потребителей на свои технологические стандарты. Страны второго типа в большей степени концентрируются на стадии "пост-продакшн". То есть эти страны в большей мере вынуждены закупать тиражные продукты и фокусироваться на процессах интеграции и кастомизации, а также на создании мелкосерийных и индивидуальных решений.

Последний вид деятельности приводит к получению решений с большей капиталоемкостью^{6Капиталоемкость - это отношение капитальных вложений к затратам труда в производственном процессе или объем капиталовложений, необходимый для производства продукции определенного уровня в расчете на одного работника}. Отмеченная на рис 8.7 тенденция наиболее характерна для промышленной робототехники, требующей высоких инвестиций на ранней стадии развития продукта, сопряженная с большими рисками.

Вывод роботов на рынок, расширенная экосистема развития робототехники

В предыдущей схеме мы упомянули компании, участвующие в выведении промышленных роботов на рынок. Посмотрим на эту часть экосистемы более пристально (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Каналы дистрибуции промышленных роботов.

Источник: IFR [131 ]

Производители тиражируемых продуктов (роботов) поставляют свою продукцию на рынок при помощи дистрибьюторов, реселлеров и системных интеграторов.

Дистрибьюторы и реселлеры - это компании, которые покупают роботов у производителей с целью их продажи без изменений или с незначительными изменениями (например, с дополнительными компонентами). Это могут быть мелкие реселлеры, которые работают с конечными заказчиками (розница) и крупные дистрибьюторы, имеющие свой склад и работающие с реселлерами и крупными системными интеграторами (оптовые поставки).

Существует бесконечное множество вариантов использования роботов для различных задач (комплексных конечных решений). Производители роботов не могут настроить свою продукцию для всех вариантов применения, которые требуются клиентам. Для решения этой задачи они полагаются частично на дистрибьютеров, которые могут дополнять стандартного робота комплектующими, и на интеграторов, которые применяют свой опыт, чтобы помочь конечному пользователю собрать комплексное решение. Системные интеграторы покупают роботов и другое оборудование для создания комплексных решений автоматизации. И наконец, последняя категория, показанная на рис. 8.8- это конечные пользователи, владельцы точки установки робота, которые могут иметь своих внутренних специалистов, занятых в настройке и программировании роботов совместно с интегратором, а в некоторых случаях собственными силами.

Следует отметить, что внедрение облачных технологий предлагает все больше решений, которые сокращают число посредников между разработчиком-производителем и клиентом потребителем. Одной из таких технологий является технология RaaS - Robot as a Service (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Принцип работы схемы "Робот как сервис" RaaS (Robot as a Service)

Источник: [132 ]

На рис. 8.7 - 8.8 мы показали экосистему компаний непосредственно участвующих в создании робототехники, однако очевидно, что для того, чтобы в стране развивалась отрасль робототехники необходимы компании, которые создают бизнес среду и дополнительную инфраструктуру, поддерживающую вышеназванные компании. С учетом сказанного экосистема может быть расширена до уровня рис. 8.10.

Рис. 8.10. Экосистема компаний, поддерживающих развитие робототехники