Годзилла собирает термоядерный паззл
ТЕХНОЛОГИИ / #3_2026
Текст: Андрей УВАРОВ / Фото: ИТЭР
На фото: Токамак ИТЭР
«Проект внутри проекта» — так назвали масштабную роботизацию монтажных операций при сооружении международного экспериментального реактора ИТЭР. Роботы и «подручные» инструменты необходимы для установки более 20 тыс. компонентов на внутреннюю стенку тороидальной камеры реактора.
По задумке инженеров ИТЭР, роботизированные системы будут вести не последовательную, а параллельную сборку компонентов стенки камеры. Сам токамак — это трехмерный паззл: 440 блоков модулей бланкета нужно установить вплотную друг к другу. «Специализированные робобригады и сборочные инструменты будут перемещаться от одной части вакуумной камеры к другой, устанавливая „слои“ компонентов. По мере продвижения одной бригады другая будет устанавливать следующий слой», — объясняет Рафаэль Эри, инженер по системам дистанционного обслуживания модулей бланкета реактора ИТЭР. По его словам, такая концепция «катящихся волн» значительно сокращает время установки и снижает производственные риски. Компоненты первой стенки (защитные блоки и временные элементы) нужно установить в строго определенные места с точностью меньше миллиметра. При этом внутренняя поверхность вакуумной камеры не идеальна, целевые позиции защитных блоков могут быть слегка смещены. Работая с объектом, робот должен учитывать это.
Годзилла и другие гиганты
Годзилла — самый мощный промышленный робот на рынке: его высота 4 метра, длина манипулятора до 5 метров. Сейчас робот установлен и тестируется на нижнем этаже здания подготовки к сборке токамака. Этот «монстр» способен поднимать и перемещать грузы весом до 2,3 тонны. Но этого недостаточно, ведь некоторые компоненты внутри корпуса токамака весят более 4 тонн и имеют площадь поверхности около 1 м². Поэтому назначение Годзиллы — стать интеграционной платформой для внедрения инструментов и технологий сборки-сварки внутри корпуса. А роботы, предназначенные для работы внутри реактора ИТЭР, будут примерно в три раза больше Годзиллы.
Например, сейчас испытывают прототип устройства смены инструмента на базе Годзиллы. Благодаря ему сборочные роботы смогут быстро и безопасно переключаться с одного инструмента на другой в соответствии с последовательностью работ: погрузка, затяжка болтов, сварка, контроль качества, резка и т. д. — всего больше 30 видов операций.
Официальное название Годзиллы — BAT (Blanket Assembly Transporter). Робота закупили через компанию-интегратор робототехники в Испании — стране, специализирующейся на создании роботизированных ячеек для автомобильной, авиационной и других отраслей. Когда робот прибыл из Японии, подрядчики были поражены его размерами и воскликнули: «Это же Годзилла!» Так появилось прозвище, которое «приросло» к ВАТ.
Начиная с марта 2026 года Годзилла тестирует разрабатываемые инструменты на макетах и интерфейсах, имитирующих условия внутри вакуумной камеры. Прошедшие валидацию технологии, разработанные как силами инженеров ИТЭР, так и партнерами проекта, будут интегрированы в монтажных роботов. Например, планируется дооснащение башенного крана компании CNIM для внутрикорпусной сборки и 36-тонного транспортера для сборки защитного покрытия. Последний находится на стадии детального проектирования, его изготавливает в Индии компания Larsen & Toubro Ltd. Согласно концепции «катящихся волн», два транспортера будут работать одновременно с башенным краном. Ручные операции выполнят операторы на специально разработанных мобильных подъемных платформах, оснащенных «рычагами с нулевой гравитацией».
Для отработки этой концепции в условиях, приближенных к полевым, на площадке проекта ИТЭР появятся две стальные конструкции в натуральную величину, имитирующие треть вакуумной камеры ИТЭР. На этих полномасштабных макетах будут испытывать готовых роботов и оттачивать технологии сборки-сварки. Первого робота установят внутри бывшего цеха криостата вместе с башенным краном; аналогичная установка, предназначенная для транспортера сборки бланкета и другого тяжелого оборудования, разместится в соседнем строящемся здании.
«Разработка надежных систем и процессов для подготовки к сборке внутри камеры — поистине колоссальная задача, — говорит Р. Эри. — И хотя до начала реальных операций еще годы, команды работают в условиях очень сжатых сроков. Когда все будет готово, симфония „катящихся волн“ будет исполняться 24/6 в течение двух лет».
Роботы будут также перемещать сборки дивертора снизу и устанавливать их в нижней части реактора. Это крупные и очень точные системы. Они разрабатываются Европейским национальным агентством ИТЭР (Fusion for Energy).
Годзилла — самый мощный промышленный робот на рынке: его высота 4 метра, длина манипулятора до 5 метров. Сейчас робот установлен и тестируется на нижнем этаже здания подготовки к сборке токамака. Этот «монстр» способен поднимать и перемещать грузы весом до 2,3 тонны. Но этого недостаточно, ведь некоторые компоненты внутри корпуса токамака весят более 4 тонн и имеют площадь поверхности около 1 м². Поэтому назначение Годзиллы — стать интеграционной платформой для внедрения инструментов и технологий сборки-сварки внутри корпуса. А роботы, предназначенные для работы внутри реактора ИТЭР, будут примерно в три раза больше Годзиллы.
Например, сейчас испытывают прототип устройства смены инструмента на базе Годзиллы. Благодаря ему сборочные роботы смогут быстро и безопасно переключаться с одного инструмента на другой в соответствии с последовательностью работ: погрузка, затяжка болтов, сварка, контроль качества, резка и т. д. — всего больше 30 видов операций.
Официальное название Годзиллы — BAT (Blanket Assembly Transporter). Робота закупили через компанию-интегратор робототехники в Испании — стране, специализирующейся на создании роботизированных ячеек для автомобильной, авиационной и других отраслей. Когда робот прибыл из Японии, подрядчики были поражены его размерами и воскликнули: «Это же Годзилла!» Так появилось прозвище, которое «приросло» к ВАТ.
Начиная с марта 2026 года Годзилла тестирует разрабатываемые инструменты на макетах и интерфейсах, имитирующих условия внутри вакуумной камеры. Прошедшие валидацию технологии, разработанные как силами инженеров ИТЭР, так и партнерами проекта, будут интегрированы в монтажных роботов. Например, планируется дооснащение башенного крана компании CNIM для внутрикорпусной сборки и 36-тонного транспортера для сборки защитного покрытия. Последний находится на стадии детального проектирования, его изготавливает в Индии компания Larsen & Toubro Ltd. Согласно концепции «катящихся волн», два транспортера будут работать одновременно с башенным краном. Ручные операции выполнят операторы на специально разработанных мобильных подъемных платформах, оснащенных «рычагами с нулевой гравитацией».
Для отработки этой концепции в условиях, приближенных к полевым, на площадке проекта ИТЭР появятся две стальные конструкции в натуральную величину, имитирующие треть вакуумной камеры ИТЭР. На этих полномасштабных макетах будут испытывать готовых роботов и оттачивать технологии сборки-сварки. Первого робота установят внутри бывшего цеха криостата вместе с башенным краном; аналогичная установка, предназначенная для транспортера сборки бланкета и другого тяжелого оборудования, разместится в соседнем строящемся здании.
«Разработка надежных систем и процессов для подготовки к сборке внутри камеры — поистине колоссальная задача, — говорит Р. Эри. — И хотя до начала реальных операций еще годы, команды работают в условиях очень сжатых сроков. Когда все будет готово, симфония „катящихся волн“ будет исполняться 24/6 в течение двух лет».
Роботы будут также перемещать сборки дивертора снизу и устанавливать их в нижней части реактора. Это крупные и очень точные системы. Они разрабатываются Европейским национальным агентством ИТЭР (Fusion for Energy).
Установка крупногабаритных сильфонных компенсаторов в ИТЭР
«Чувства» роботов
Промышленные роботы от ведущих производителей легко программируются и настраиваются, они оснащены сервоприводами и манипуляторами, но не обладают зрением и осязанием. Инженеры ИТЭР наделят их «органами чувств». Система технического зрения обеспечивает точное позиционирование любого инструмента в вакуумной камере по целевым точкам. Это достигается за счет видеоизображения, освещения и, главное, программного обеспечения для обработки изображений.
По словам Р. Эри, на объекте будут размещены координатные метки — маркеры. В тот момент, когда камера увидит один из них, робот получит сообщение: «То, на что ты смотришь, — твоя цель. Но ты выровнен не идеально. Переместись в таком-то направлении на столько-то миллиметров, градусов и т. д.». Робот скорректирует свое положение, достигая точного выравнивания относительно цели, и лишь после этого перейдет к установке компонента.
Осязание обеспечит датчик силы и крутящего момента. Он позволит роботу контролировать движения и как бы чувствовать давление и силу, прикладываемые к компоненту или элементу крепления. «Робот не сможет распознать природу поверхности, к которой прикасается. Но он сможет „испытать“ подобие тактильного ощущения, которое испытывает человек, касаясь объекта, и которого он не испытывает, когда его рука в воздухе», — объясняет Р. Эри.
По его словам, это одна из ключевых технологий, потому что благодаря ей робот «понимает», контактирует он с целью или нет. Робот должен скорректировать свою ориентацию в зависимости от ощущения касания.
«В ограниченном и плотно упакованном пространстве, где предстоит работать сборочным роботам, зрение и осязание будут иметь решающее значение для обеспечения точных и безопасных перемещений, которые не повредят вакуумную камеру и находящиеся поблизости компоненты», — заключает Р. Эри.
Полностью ли робот автоматический? И да, и нет. Его создание — последовательный процесс: сначала операторы отправляют робота в заданную точку в автоматическом режиме. Затем, пользуясь машинным зрением, он вычисляет, куда именно ему нужно переместиться. Он запрашивает разрешение у оператора; оператор проверяет обоснованность запроса. Если робот находится в ожидаемом диапазоне, оператор разрешает ему приступить к выполнению задачи. Далее запускается следующая автоматизированная последовательность, и снова появляется контрольная точка, в которой оператор решает, можно переходить к следующему шагу или нет. Если данные на экране выходят за ожидаемые пределы, значит, что-то пошло не так, и разрешение на следующий шаг не дается. В этом случае инженер анализирует ситуацию, вносит корректировки и лишь после этого продолжает процесс.
Экономический эффект от внедрения роботов в первую очередь выразится в экономии времени. Время — деньги, считает Р. Эри. «Чтобы установить множество массивных компонентов в вакуумную камеру, нужна целая команда: люди, обслуживающие робота, специалисты по компонентам, персонал, подготавливающий компоненты в сборочном зале, и так далее. Их труд необходимо оплачивать. Если автоматизировать процесс, сделать его более надежным и повторяемым, это ускорит работу и уменьшит количество сбоев. В результате команда справится быстрее, что сэкономит средства проекта. Однако самое важное — не снижение затрат, а создание технологической платформы», — заключает Р. Эри.
Промышленные роботы от ведущих производителей легко программируются и настраиваются, они оснащены сервоприводами и манипуляторами, но не обладают зрением и осязанием. Инженеры ИТЭР наделят их «органами чувств». Система технического зрения обеспечивает точное позиционирование любого инструмента в вакуумной камере по целевым точкам. Это достигается за счет видеоизображения, освещения и, главное, программного обеспечения для обработки изображений.
По словам Р. Эри, на объекте будут размещены координатные метки — маркеры. В тот момент, когда камера увидит один из них, робот получит сообщение: «То, на что ты смотришь, — твоя цель. Но ты выровнен не идеально. Переместись в таком-то направлении на столько-то миллиметров, градусов и т. д.». Робот скорректирует свое положение, достигая точного выравнивания относительно цели, и лишь после этого перейдет к установке компонента.
Осязание обеспечит датчик силы и крутящего момента. Он позволит роботу контролировать движения и как бы чувствовать давление и силу, прикладываемые к компоненту или элементу крепления. «Робот не сможет распознать природу поверхности, к которой прикасается. Но он сможет „испытать“ подобие тактильного ощущения, которое испытывает человек, касаясь объекта, и которого он не испытывает, когда его рука в воздухе», — объясняет Р. Эри.
По его словам, это одна из ключевых технологий, потому что благодаря ей робот «понимает», контактирует он с целью или нет. Робот должен скорректировать свою ориентацию в зависимости от ощущения касания.
«В ограниченном и плотно упакованном пространстве, где предстоит работать сборочным роботам, зрение и осязание будут иметь решающее значение для обеспечения точных и безопасных перемещений, которые не повредят вакуумную камеру и находящиеся поблизости компоненты», — заключает Р. Эри.
Полностью ли робот автоматический? И да, и нет. Его создание — последовательный процесс: сначала операторы отправляют робота в заданную точку в автоматическом режиме. Затем, пользуясь машинным зрением, он вычисляет, куда именно ему нужно переместиться. Он запрашивает разрешение у оператора; оператор проверяет обоснованность запроса. Если робот находится в ожидаемом диапазоне, оператор разрешает ему приступить к выполнению задачи. Далее запускается следующая автоматизированная последовательность, и снова появляется контрольная точка, в которой оператор решает, можно переходить к следующему шагу или нет. Если данные на экране выходят за ожидаемые пределы, значит, что-то пошло не так, и разрешение на следующий шаг не дается. В этом случае инженер анализирует ситуацию, вносит корректировки и лишь после этого продолжает процесс.
Экономический эффект от внедрения роботов в первую очередь выразится в экономии времени. Время — деньги, считает Р. Эри. «Чтобы установить множество массивных компонентов в вакуумную камеру, нужна целая команда: люди, обслуживающие робота, специалисты по компонентам, персонал, подготавливающий компоненты в сборочном зале, и так далее. Их труд необходимо оплачивать. Если автоматизировать процесс, сделать его более надежным и повторяемым, это ускорит работу и уменьшит количество сбоев. В результате команда справится быстрее, что сэкономит средства проекта. Однако самое важное — не снижение затрат, а создание технологической платформы», — заключает Р. Эри.
Промышленный робот Годзилла на площадке ИТЭР
Максимальная автоматизация
Инженеры ИТЭР планируют применять для крепления в камере защитных модулей, первой стенки к блокам и фиксации сборок дивертора высокоточные автоматические инструменты для затяжки болтов с высоким крутящим моментом.
Важная часть сборки реактора — сварка труб, поскольку компоненты первой стенки, защитных блоков и сборок дивертора активно охлаждаются водой. Сварка сложна и не может выполняться вручную из-за ограниченного доступа: трубы расположены глубоко внутри компонентов, и доступ к ним ограничен. Поэтому нужны инструменты, способные пройти через узкие отверстия, достичь зоны сварки и выполнить ее автоматически. Этот процесс можно сравнить с лапароскопией, когда хирург работает внутри тела пациента, наблюдая за операцией с помощью камеры и выполняя ее специальными инструментами.
После сварки необходимо проверить герметичность соединений, исключить утечки и дефекты. Эти процессы также автоматизируются совместно с японским национальным Агентством ИТЭР, работающим в этой области уже около 15 лет.
Подобные инструменты широко используются в промышленности по всему миру, это не ноухау ИТЭР. Уникальны конкретные решения, разработанные в соответствии со специфическими требованиями проекта: узкие отверстия, особые материалы, низкий уровень доступности, вес компонентов и ограниченность пространства для маневров.
Инженеры ИТЭР планируют применять для крепления в камере защитных модулей, первой стенки к блокам и фиксации сборок дивертора высокоточные автоматические инструменты для затяжки болтов с высоким крутящим моментом.
Важная часть сборки реактора — сварка труб, поскольку компоненты первой стенки, защитных блоков и сборок дивертора активно охлаждаются водой. Сварка сложна и не может выполняться вручную из-за ограниченного доступа: трубы расположены глубоко внутри компонентов, и доступ к ним ограничен. Поэтому нужны инструменты, способные пройти через узкие отверстия, достичь зоны сварки и выполнить ее автоматически. Этот процесс можно сравнить с лапароскопией, когда хирург работает внутри тела пациента, наблюдая за операцией с помощью камеры и выполняя ее специальными инструментами.
После сварки необходимо проверить герметичность соединений, исключить утечки и дефекты. Эти процессы также автоматизируются совместно с японским национальным Агентством ИТЭР, работающим в этой области уже около 15 лет.
Подобные инструменты широко используются в промышленности по всему миру, это не ноухау ИТЭР. Уникальны конкретные решения, разработанные в соответствии со специфическими требованиями проекта: узкие отверстия, особые материалы, низкий уровень доступности, вес компонентов и ограниченность пространства для маневров.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ