|
|
ОглавлениеПрименение промышленных роботов. Предисловие Глава 1. Автоматизированные производственные системы и промышленные роботы Глава 2. Промышленные роботы в литейном производстве Глава 3. Промышленные роботы в автоматизации процессов нагрева и термообработки Глава 4. Автоматизация кузнечно-прессового оборудования Глава 5. Автоматизация сварки промышленными роботами Глава 6. Обслуживание металлорежущих станков Глава 7. Автоматизация сборочных операций Глава 8. Автоматизация нанесения защитных покрытий Глава 9.Роботизированный технический контроль Глава 10. Автоматизация транспортно-складских работ Глава 11. Гибкие производственные системы и заводы-автоматы Глава 12. Оценка экономической эффективности промышленных роботов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГЛАВА 1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ1.1. Промышленные роботыОсновные понятия приведены согласно рекомендациям [6, 18, 20, 45]. Робот (Р) — автоматическая машина, включающая перепрограммируемое устройство управления и другие технические средства, обеспечивающие выполнение тех или иных действий (в зависимости от назначения Р), свойственных человеку в процессе его трудовой деятельности. Наиболее совершенный Р представляет собой машину, способную самостоятельно и комплексно решать задачи самоуправления, адаптации с окружающей средой и выполнения трудовых действий. Общим признаком роботов является возможность быстрой переналадки для автоматического выполнения различных действий, предусмотренных программой. В общем виде Р представляют собой сложную автоматическую систему, предназначенную для автоматизации трудовой деятельности человека и состоящую из следующих основных компонентов: • двигательная система (ДС); • информационная (или сенсорная) система (ИС); • управляющая система (УС); • коммуникационная система (КС). Двигательная система (ДС) включает в себя исполнительные механизмы (манипуляторы, педипуляторы, колесные или гусеничные шасси и т.п.), рабочие органы (захватные устройства, инструменты и т.п.), двигатели (электрические, гидравлические и т.п.), механизмы передачи движения источники и преобразователи энергии. Информационная система (ИС) состоит из датчиков (сенсорных элементов) внутренней информации, конструктивно встроенных в ДС, и внешней информации, сигнализирующей о состоянии окружающей среды. Управляющая система (УС) включает в себя электронные преобразователи цифровой и аналоговой информации, микропроцессоры или компьютеры для обработки сенсорной информации от ИС и управления ДС вместе со встроенным программным обеспечением реального времени. Коммуникационная система (КС) состоит из каналов прямой и обратной связи внутри робота и внешнего интерфейса для связи робота с человеком и другими роботами или периферийным оборудованием (станки, измерительные машины и т.п.). Описанные разнородные системы конструктивно и функционально совмещены и являются обязательными компонентами каждого робота. Роботы подразделяются на следующие классы [38]: информационные и управляющие; мобильные (движущиеся); манипуляционные. Манипуляционные роботы относят к обширному классу машин, оснащаемых манипуляторами. Манипулятор (М) — устройство для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом. По методу управления все М можно разделить на биотехнические (с ручным управлением), автоматические и интерактивные (со смешанным управлением). Автоматические М, в свою очередь, подразделяются на автооператоры и промышленные роботы [18]. Автооператор (А) — автоматическая машина, состоящая из М (или совокупности М и устройства передвижения) и непрограммируемого устройства управления. Промышленный робот (ПР) — автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде М, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления, предназначенная для выполнения в производственном процессе двигательных (манипуляционных или мобильных) и управляющих функций (ГОСТ 25686—85). В технической литературе часто встречается и более короткое определение: ПР — перепрограммируемый автоматический М промышленного применения. Классификацию промышленных роботов см. в работах [18—20]. Таблица 1.1 Типовые компоновки промышленных роботов и технические данные, характерные для большинства моделей Примечания: 1. При многоруком исполнении указана суммарная грузоподъемность. 2. Условные обозначения: тип привода: П — пневматический; Г — гидравлический; Э — электрический; система управления: Ц — цикловая; П — позиционная; К — контурная; ЭВМ — управление с использованием ЭВМ. Конструктивно-технологические группы промышленных роботов. По конструктивно-технологическим и компоновочным признакам механических систем большинство моделей ПР могут быть объединены в следующие группы (табл. 1.1): • группа I: с выдвижной рукой и консольным механизмом подъема, работающие в цилиндрической или прямоугольной системе координат основных движений; типовые представители модели Autohand (Япония); МП-4, «Универсал-5» (Россия); Pragma (Италия); • группа II: с выдвижной рукой, установленной на подъемной каретке, работающие в цилиндрической или прямоугольной системе координат; типовые представители модели Versatran (США, Япония), Rocks Mark-III и Matbac IRB-10 (Япония), М20П40.01 (Россия); • группа III: с качающейся выдвижной рукой (ПР может устанавливаться на консольном механизме подъема), работающие в полярной сферической системе координат основных движений; типовые представители модели Unimate (США, Япония), «Универсал-15» (Россия); • группа IV: с многозвенной рукой, работающие в ангулярной (цилиндрической или сферической) системе координат основных движений; типовые представители модели Coat-a-Matic и Asea IRb-6 (Швеция), Puma (Англия), ТУР-10, М20К83 (Россия), Skilam (Япония); • группа V: подвесные передвижные тельферного типа с одной (или более) рукой (выдвижной или многозвенной), установленной на каретке, перемещающейся по монорельсу; типовые представители модели М20Ц СМ40Ф2.80.01, М40П, УМ160Ф. 81.01 (Россия); • группа VI: подвесные передвижные мостового типа; типовые представители модели Sigma/MTG (Италия), HI-T-Hand Expert (Япония), «Адам-02» и УМ40Ф4.25.11 (Россия); • группа VII: колесные транспортные роботы (робокары); типовые представители модели типа Robotug (Норвегия), Comau (Италия), Conuoy (Япония). Технические данные моделей современных ПР, относящихся к семи перечисленным конструктивным группам, приведены в работах [18, 20, 44, 45]. 1.2. Сложные производственные системыСостав и структура сложной производственной системы определяются прежде всего содержанием производственного процесса, который в свою очередь формируется на основе следующих показателей: • конструктивно-технологических параметров детали или их номенклатуры — цель обработки; • заданной годовой программой выпуска деталей, определяющей темп выпуска изделий и уровень автоматизации операций; • составом технологического оборудования, обеспечивающего необходимый темп выпуска деталей; • технико-экономическими показателями принятого конструктивно-технологического и организационного решения производственной системы. На практике создаются различного рода сложные производственные системы, различающиеся назначением, структурными составляющими, степенью автоматизации основных и вспомогательных операций, характером управления, дифференцированные по уровню организации причинно-следственных зависимостей внутри подсистем и между ними. При этом наименее сложная структура и форма организации соответствует, например, простому территориальному объединению станков с ЧПУ. Эти показатели усложняются при организации автоматических линий и в наиболее развитом виде проявляются при создании гибких производственных систем (ГПС). Направленная в основном на повышение производительности труда и экономию рабочей силы, т.е. на увеличение объема выпускаемой продукции, приходящейся на одного работника, автоматизация должна быть экономически оправдана, и обеспечивать возможность наращивания и совершенствования всего комплекса в целом. Например, даже простое территориальное объединение нескольких станков с ЧПУ дает большие выгоды (в основном организационного порядка: общее инструментальное хозяйство, единые службы программирования, а также обслуживания станков и систем ЧПУ, упорядочение транспортных потоков и т.д.). Подобному участку, представляющему собой группу станков с ЧПУ с ручной загрузкой и транспортированием деталей, с ручной переналадкой, соответствует самый низкий уровень автоматизации (применительно к участкам из станков с ЧПУ). Дальнейшее совершенствование такого участка,— введение устройств автоматизации ручных операций,— сопряжено с известными трудностями организационного и технического характера. В большей мере это вызвано разнотипностью технических решений даже по однородному оборудованию, а также отсутствием единого подхода при создании ГПС, который бы допускал дальнейшее их развитие. Структура сложных производственных систем. Любая сложная производственная система представляет собой совокупность объектов, связанных причинно-следственной зависимостью таким образом, что их функции, производимые ими действия и выполняемые над ними операции должны приводить к предусмотренному результату — выпуску продукции определенного качества в надлежащем количестве и за установленное время. Оптимальная система достигает максимальной производительности при ограниченных затратах. Для массового производства оптимальным решением является автоматическая линия (АЛ). В условиях серийного многономенклатурного производства оптимальными могут быть только гибкие производственные системы (ГПС), обладающие свойством относительной адаптации, т.е. свойством приспосабливаться к изменениям внутри и вне системы, сохраняя при этом производительность, близкую к максимальной. Общие положения. По структуре каждую производственную систему можно представить как некоторую совокупность взаимосвязанных компонентов (подсистем) [18]. Подсистема обработки (формообразования, сборки) деталей включает серийное или специально разработанное основное технологическое оборудование с различной степенью механизации и автоматизации, целесообразность применения которого определяется требованиями конкретного технологического процесса, уровнем концентрации и совмещения операций и степенью автоматизации переходов обработки. В ГПС подсистему обработки формируют гибкие производственные модули (ГПМ) и роботизированные технологические комплексы (РТК). В ряде случаев (окрасочные, сборочные, сборочно-сварочные АЛ и ГПС и др.) подсистему обработки комплектуют роботами, выполняющими основные технологические операции. Подсистема потока (транспортирования) деталей осуществляет операции складирования, внутрицехового и межстаночного транспортирования заготовок, деталей и изделий, а также операции установки-снятия, переориентации и фиксации объектов производства при обслуживании основного технологического оборудования. В состав подсистемы транспортирования входят автоматизированные склады, роботы различных конструкций, выполняющие операции типа «взять — перенести — положить», конвейеры, тележки и другие средства автоматизации транспортно-складских операций. При выборе или разработке транспортных средств необходимо обращать особое внимание: • обеспечение сопряжения с общезаводскими и цеховыми средствами транспортирования заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей; • выбор типа и вместимости накопительных устройств, комплектующих станки — автоматы, а также РТК и ГПМ; • способы ориентации, комплектации и фиксации заготовок (деталей) на начальной (входной) позиции транспортных средств и входных/выходных позициях автоматизированных рабочих мест (в том числе РТК и ГПМ). Подсистема потока инструмента и приспособлений обеспечивает комплектацию, наладку, доставку и смену вспомогательной оснастки, приспособлений, формообразующего и измерительного инструмента в подсистемах обработки и контроля, а также захватных устройств и инструмента для ПР. При создании автоматизированных участков (автоматических линий) целесообразно устанавливать на всех РТК унифицированные устройства (магазины), допускающие автоматическую смену и закрепление инструментов, приспособлений и захватных устройств (для ПР). Подача инструмента, приспособлений и захватных устройств может осуществляться общей подсистемой потока деталей. При этом становится возможным комплектовать запускаемую партию заготовок набором приспособлений и инструментов, необходимых для их обработки. Установка инструментов в унифицированных по форме и размерам оправках (блоках) позволяет применять ПР, обслуживающие поток деталей, для выполнения операций смены инструмента на станках. Подсистема контроля качества продукции обеспечивает контроль производства в целях получения заданных качественных показателей. Подсистема управления и информации выполняет следующие функции: управления основным и вспомогательным оборудованием, транспортно-загрузочными устройствами и складом; контроля и диагностирования работы оборудования, фиксации отказов и простоев, накопления и распределения информации о местонахождении партий заготовок и деталей, а также о степени укомплектованности оснасткой, приспособлениями, формообразующим и мерительным инструментом, расчета последовательности обработки партий деталей на станках; учета изделий, заготовок, полуфабрикатов, материалов, комплектующих, а также оперативной оценки степени заполнения склада; выдачи информации диспетчеру и прочие функции, связанные с планированием, организацией производства и управлением другими подсистемами. Вспомогательная подсистема поддерживает работоспособность сложной производственной системы в целом. В ее функции входят обеспечение энергопотока, уборка отходов производства, материальное обеспечение и т.д. Перечисленные подсистемы взаимосвязаны, поэтому конкретное организационное и конструктивно-технологическое решение по одной из них обусловливает, как правило, определенные требования к остальным. Представленная выше структура является общей для любой сложной производственной системы, характеризующейся различной степенью автоматизации операций управления, обработки деталей и транспортирования. 1.3. Автоматизированные производственные системыАвтоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную задачу, связанную с созданием нового современного оборудования, технологических процессов, систем организации производства при систематическом повышении прибыли, улучшении условий труда и сокращении потребности в рабочей силе. Эффективность автоматизации определяется тем, насколько рационально организован производственный процесс в целом, комплексно ли и на всех ли необходимых звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (для ликвидации внеплановых простоев). Эффективность автоматизации благодаря применению ПР также может быть достигнута только при комплексном подходе к созданию и внедрению роботов, к созданию и модернизации (для обеспечения стыковки с роботами) обрабатывающего оборудования, к выбору или разработке средств контроля, информации и управления, вспомогательных механизмов и устройств и т.д. Проводить организационно-технические мероприятия значительного объема ради единичного внедрения ПР нерентабельно. Только расширенное применение ПР в составе сложных роботизированных технологических систем оправдано технически, экономически и социально. Уровни и способы автоматизации зависят от серийности производства и оснащенности его техническими средствами [37]. Средства производства, выпускаемые машиностроением, имеют два вида: • универсальное оборудование с ручным управлением, обеспечивающее наибольшую гибкость производства (например, универсальные станки, которые могут быть быстро приспособлены к выпуску практически любой продукции, но обладают низкой производительностью и требуют постоянного присутствия станочника); • автоматические линии с жесткой программой работ, обеспечивающие наиболее высокую производительность труда, наименьшее привлечение рабочей силы и высокую стабильность качества, но практически не приспособленные к смене выпускаемой продукции и трудно перестраиваемые даже при сравнительно небольших изменениях в конструкции. Остальное оборудование занимает промежуточное положение. Развитие автоматизации оборудования позволяет поднять производительность труда, но, как правило, сопровождается снижением универсальности оборудования и сужением технологических областей его применения. Автоматизация имеет целью исключить последовательно различные функции, выполняемые рабочим-станочником. Первый уровень автоматизации — автоматизация цикла обработки. Она заключается в управлении последовательностью и характером движений рабочего инструмента в целях получения заданной формы, размеров и качества поверхности на обрабатываемой детали. Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня получила в станках с числовым программным управлением (ЧПУ). При этом обеспечивается возможность оптимально осуществлять функции управления практически для неограниченной номенклатуры деталей. Производительность труда возрастает в 2—4 раза по сравнению со станками, имеющими ручное управление. Качество продукции существенно повышается. Второй уровень автоматизации — автоматизация загрузки (установки и снятия деталей со станка). Это весьма эффективная область автоматизации, позволяющая рабочему обслуживать несколько технологических единиц оборудования, т.е. перейти к многостаночному обслуживанию. Наибольшей универсальностью и быстротой переналадки обладают ПР, используемые в качестве загрузочных устройств. По мере снижения требований к быстроте переналадки загрузочных устройств и увеличения размера партии обрабатываемых деталей упрощаются средства для загрузки деталей в рабочую зону. На многоцелевых станках такими средствами очень часто служат автооператоры. Эффективность второго уровня автоматизации все чаще обеспечивается созданием роботизированных технологических комплексов (РТК), в которых робот обслуживает одну единицу или группу оборудования. Третий уровень автоматизации — автоматизация контроля, ранее выполняемого станочником: • за состоянием инструмента и своевременной его заменой (контроль фактического ресурса каждого инструмента и размерный контроль положения режущих кромок); • качества обрабатываемых деталей (размеров, а в необходимых случаях и обрабатываемой поверхности); • за состоянием станка и удалением стружки, а также контроль и подналадка технологического процесса (адаптивное управление). Автоматизация перечисленных выше функций освобождает человека от постоянной связи с машиной и позволяет расширить сферу обслуживания оборудования одним человеком. Такая автоматизация обеспечивает длительную работу оборудования по обработке деталей одного наименования при минимальном участии или даже без участия человека в течение одной-двух смен. Широкое распространение такой автоматизации ограничено необходимостью иметь достаточный запас деталей одного наименования для работы оборудования в течение нескольких смен. Внимание! Авторские права на книгу "Применение промышленных роботов. Учебное пособие" (Козырев Ю.Г.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
