Потенциал применения робототехники в химической промышленности. Аналитика НИУ ВШЭ

При производстве более 95% всех промышленных товаров реализуются те или иные химические процессы. Во многих странах отрасль занимает ведущие позиции в структуре промышленности, особенно в регионах с богатой нефтегазовой и иной сырьевой базой. К примеру, в странах Персидского залива на химическую индустрию приходится до 39% валового выпуска обрабатывающих производств. Главным производителем химической продукции сегодня является Китай, занимающий 40% мирового объема продаж (табл. 1). Страна лидирует по всем ключевым показателям развития отрасли, уступая лишь по объемам экспорта США и странам ЕС в силу значительного внутреннего потребления.

Российская химическая отрасль считается одной из самых динамичных в мире: среднегодовые темпы прироста ее производства (+4,8% в 2013–2023 гг.) уступали только китайским (+6,7%) и опережали соответствующий показатель Индии (+1,7%); тогда как в остальных ведущих странах отрасль в этот период стагнировала. Восходящая динамика обусловлена целым комплексом факторов, среди которых определяющее значение играет растущий спрос на химическую продукцию на внутреннем рынке (вследствие замещения иностранных сырья и материалов), а также запуск новых производств, в том числе при поддержке государства. По данным Минпромторга России, инвестиции в отрасль составили около 1.6 трлн руб. в 2024 г. Пока вклад нашей страны в общемировые продажи относительно невелик (чуть более 1%) и сопоставим с другими странами БРИКС (Бразилия и Саудовская Аравия). Дальнейшее развитие направлено на создание собственных производственных цепочек и расширение доли продукции высоких переделов, что невозможно реализовать без полноценной технологической модернизации.

Для оптимизации расходов сырья и энергии мировые игроки прибегают к цифровым продуктам и решениям промышленной автоматизации, включая системы на основе искусственного интеллекта и робототехнику. Около половины опрошенных химических компаний из различных стран считают внедрение роботов и систем автоматизации одной из ключевых задач развития бизнеса. Сегодня химическая промышленность относится к крупным рынкам сбыта промышленной робототехники. Согласно данным Международной федерации робототехники (IFR), отрасль находится на четвертом месте по установкам и парку имеющихся роботов — 22,4 и 230 тыс. соответственно (после автомобилестроения, производства электроники, металлообработки и машиностроения). Такая же позиция достигнута и по выручке от реализации промышленной робототехники для химических производств (более 700 млн долл. в 2023 г., или около 7% общемирового объема выручки промроботов).

Основной спрос на робототехнику формируют лидеры химической промышленности — Китай, США, страны Европы, Япония, Республика Корея, а также Турция. В совокупности они аккумулируют около 80% выручки рынка и парка промышленных роботов для отрасли (табл. 2). Такое распределение объясняется не только масштабами производства и потребления химической продукции, но и наличием собственной индустрии робототехники, поддерживаемой государством, проектами интеграции роботов в производственные процессы предприятий.

Лидирующие позиции Китая во многом объясняются огромным вниманием к отрасли со стороны государства: в частности, химические предприятия отмечены среди ключевых направлений использования в плане по развитию робототехники. Интеграцией роботов на предприятиях химпрома занимаются крупные игроки (немецкая KUKA, приобретенная в 2016 г. китайской Medea Group) и ряд специализированных компаний (например, KrausMaffei, изначально тоже имевшая европейскую прописку).

США владеют вторым в мире парком робототехнических комплексов для химических производств (около 30 тыс.). Однако можно констатировать его насыщение в силу относительно слабых темпов прироста новых установок (+1% в 2018–2023 гг.). С учетом структуры парка роботов и роста капитальных затрат (с 28 млрд долл. в 2021 г. до 34 млрд долл. в 2024 г.), речь идет в основном о дорогостоящих установках по выпуску материалов для высокотехнологичной промышленности, в том числе полупроводников и компьютерного оборудования.

Высокие темпы прироста установок роботов в химической отрасли сохраняет Республика Корея (более 21% в 2018–2023 гг.), где роботизация капиталоемких промышленных предприятий стимулируется государством. Так, при финансовой поддержке правительства разработанa модель робота для транспортировки тяжелых грузов (бочки, рулоны пленки и др.) на химических производствах.

Примечательно, что из топ-15 стран-лидеров по внедрению промышленных роботов в химической индустрии десять — члены ЕС и Великобритания. Однако темпы установок новых роботов в крупных европейских экономиках (Франции, Германии), а также Австрии и Испании снижаются на фоне слабого внутреннего спроса на химическую продукцию, сокращения объемов выпуска, высоких цен на электроэнергию (например, в четыре-пять раз выше, чем в США), закрытия ряда предприятий. В Германии 40% промышленных компаний планируют инвестировать за пределами страны в ближайшие годы.

Напротив, высокая динамика установок роботов отмечается в Италии (+17% в 2018–2023 гг.). Ее химпром характеризует более высокая доля выпуска специальных и потребительских химикатов (60% в структуре общей стоимости, ЕС в целом — только порядка 40%). В стране развиваются наукоемкие химические производства (за 2011–2021 гг. штат сотрудников для проведения исследований и разработок увеличился на 73%). Важную роль в развитии отрасли играют меры государственной поддержки, включая налоговые льготы.

Самые высокие темпы роста установок роботов — в Дании (+29% в 2018–2023 гг.), ее химическая отрасль считается одной из наиболее высокопроизводительных: на фармацевтическую индустрию приходится 90 и 50% роста реального ВВП страны в 2022 и 2023 гг. соответственно. Эта динамика достигнута, в том числе, за счет роста спроса на популярные в последние годы препараты для похудения Ozempic и Wegovy. Устойчивость химической отрасли Швеции (+18%) опирается на надежное электроснабжение и доступность сырья. Достаточно высоки темпы роботизации отрасли в Турции (+8%), входящей в топ-10 стран в мире по выпуску пластиков и объемам потребления удобрений.

В целом промышленная робототехника для химии представляет сравнительно узкую нишу — не более 5% общемирового парка роботов. Во многом это обусловлено спецификой отрасли, в которой изначально многие процессы производства химических веществ проходят автоматическую обработку в крупных промышленных установках с минимальным участием человека. Чаще всего на химических предприятиях роботы выполняют различные стандартные задачи, включая литье пластмасс под давлением, сборку и упаковку, смешивание и обработку химических веществ, погрузочно-разгрузочные работы и др. Химические производства представляют собой крупные объекты, на которых располагаются сложное крупногабаритное промышленное оборудование, системы трубопроводов, печей и др. Одна из основных задач, стоящих перед компаниями отрасли — обеспечить безопасность действующей инфраструктуры и оборудования, а также продлить срок их активной эксплуатации.

По мере усложнения производственных процессов отрасль формирует спрос не только на промышленных, но и сервисных роботов. Главным образом это связано со снижением угроз со стороны опасных для человека и окружающей среды химических процессов. К примеру, для мониторинга состояния производственных объектов используются мобильные роботы, включая воздушные и наземные аппараты (гусеничные, шагающие). Роботы могут выполнять комплексную инспекцию: проводить оцифровку объектов, диагностику и сканирование труб, оборудования (насосов, компрессоров), резервуаров, выявлять утечки газов и др. Мобильные наземные системы с высокой грузоподъемностью необходимы для транспортировки грузов по территории предприятия.

Крайне востребованное направление — робототехника для ликвидации внештатных ситуаций, в том числе при высоком уровне химических загрязнений. В силу широкого арсенала потенциальных применений разработка таких роботов активно поддерживается государством. Особенно востребованы роботы для длительной работы в токсичных условиях с целью очистки химических объектов, включая недоступные для человека помещения. Компании из разных стран, в том числе России, поставляют на рынок системы автономной очистки резервуаров для хранения нефти и других веществ.

С появлением новых экологических требований к организации сложных производств и их эффективности все более востребованной становится специализированная инфраструктура, обеспечивающая автоматизацию отраслевых лабораторий. По некоторым оценкам, внедрение робототехники на разных этапах лабораторных исследований позволит повысить эффективность от двух до десяти раз в сравнении с ручными методами. В ряде стран (Китай, Великобритания и др.) активно разрабатываются мобильные роботы, оснащенные ИИ-системами, в том числе коллаборативные, способные к взаимодействию с людьми и между собой, помогающие проводить эксперименты и выполнять сопутствующие задачи (заливку жидкостей, измельчение твердых частиц, проверку гипотез и др.).

Роботизация химической отрасли давно перестала быть просто модным трендом, но превратилась в один из ключевых факторов сохранения эффективности бизнеса в нестабильных условиях. В мире химическая отрасль представляет относительно узкий, но перспективный рынок сбыта промышленной и сервисной робототехники. Значительная доля основных производственных процессов изначально автоматизированы с помощью архитектуры сложного оборудования и происходят с минимальным участием человека. Робототехнические комплексы чаще всего помогают решать сопутствующие производственные задачи (транспортировка, мониторинг и др.). Наиболее значимое направление — роботы для выполнения задач в недоступных или вредных для человека средах, обеспечивающие безопасность и контроль производственных процессов, а также реагирование на внештатные ситуации.

В России потенциал роботизации химической отрасли, необходимый для достижения амбициозных планов развития промышленности, только предстоит реализовать. В свете стартовавших национальных проектов технологического лидерства «Новые материалы и химия» и «Средства производства и автоматизации» химическая отрасль может стать одним из долгосрочных заказчиков роботизированных систем, содействуя тем самым развитию внутреннего рынка робототехники, причем как промышленной, так и сервисной.

Источники: данные системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель – ИСИЭЗ НИУ ВШЭ); результаты проекта в соответствии с утвержденным перечнем тем работ научно-методического обеспечения, предусмотренных Государственным заданием Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» на 2025 год.