Роботизация производства

Уже в ближайшее время ожидается интенсификация внедрения робототехники в промышленное производство, причем в качестве наиболее многообещающей области приложения очувствленных роботов новых поколений рассматриваются сборочные технологии, а критическое осмысление опыта временных неудач и разочарований поможет не повторить ошибок прошлого, выработать более взвешенные и эффективные подходы и научно-технические направления роботизации. Так, профессором Л.И. Волчкевичем рекомендованы общие принципы технической политики при роботизации производства.

Первый принцип - принцип достижения конечных результатов - гласит, что средства роботизации должны не просто имитировать или замещать человека, а выполнять производственные функции быстрее, надежнее и лучше человека, лишь тогда они по-настоящему будут эффективными.

Второй принцип - принцип комплексности подхода - диктует необходимость рассмотрения и увязки в едином комплексе всех важнейших компонентов производственного процесса: объектов производства (изделий), технологии, основного и вспомогательного оборудования, системы управления и обслуживания, кадрового обеспечения, взаимодействия с внешними структурами и др.
Третий принцип - принцип необходимости - определяет применение средств роботизации, пусть самых современных и перспективных, не там, где их можно приспособить, а лишь там, где без них нельзя обойтись.
Четвертый принцип - принцип своевременности, - не допускающий внедрения и тиражирования недостаточно созревших и отработанных технических решений и конструкций. Внедрение дорогостоящих, малонадежных и непроизводительных роботов и других средств автоматизации может привести лишь к их дискредитации.Под технологической подготовкой производства в общем случае понимается комплекс работ по обеспечению технологичности конструкции изделия, проектированию технологических процессов и средств технологического оснащения, расчету технически обоснованных материальных и трудовых нормативов, необходимого количества технологического оборудования и производственных площадей, внедрению технологических процессов и управлению ими в производстве, обеспечивающих возможность производства нового изделия в заданных объемах.

 

Техническая подготовка и оптимизация производства

Технологическая подготовка роботизированного производства имеет свои специфические особенности, обусловленные использованием принципиально новых методологических основ, широким применением новейших типов высокопроизводительного оборудования, работающего по переналаживаемым гибким программам, роботов и робототехнических комплексов, использованием на ряде этапов технологической подготовки производства экономико-математических методов проектирования, всесторонней автоматизацией инженерного труда, применением ЭВМ для инженерных расчетов и управления роботами и робототехническими системами.

На оптимизацию технологического процесса и его структуры оказывает существенное влияние большое число исходных данных и факторов, затрудняющих в большинстве случаев  анализ технологических процессов с позиций сравнения конкурирующих вариантов. В основном технолог осуществляет выбор окончательного варианта технологии на основании опыта. Анализ комплекса технологических мероприятий, связанных с подготовкой производства, производится традиционными методами, в большинстве случаев вручную. В связи с этим системный подход к проектированию технологических процессов затруднителен, а в условиях много вариантности практически не может быть одновременно обеспечена оптимизация процесса, требуемый уровень качества выпускаемой по нему продукции и высокие показатели экономичности проектных работ. В определенной степени преодолеть эти трудности удается в условиях роботизации производства, когда для технологической подготовки производства (расчета программ, траекторий перемещения схвата манипулятора и составления технологических карт) и непосредственного управления роботами, группой роботов или робототехнического комплекса широко используются ЭВМ совместно со средствами автоматизации инженерно-технических работ.

 

Системы управления

Информационно-управляющая система, структурно состоит из системы управления (СУ), информационно-измерительной системы (ИИС) и системы связи (СС). Функциональные возможности робота - его универсальность и гибкость, быстрота перепрограммирования (обучаемость), число позиций, обслуживаемых рабочим органом, точность позиционирования, быстродействие и ряд других качеств в значительной мере определяются его информационно-управляющей системой.

Основой управляющего устройства робота является система управления, обеспечивающая выработку закона управления исполнительными устройствами робота и формирование управляющих сигналов. Поскольку система управления является главной составной частью информационно-управляющей системы робота, в первую очередь, определяющей его возможности, понятия "система управления" и "устройство управления" в литературе зачастую не разделяются, а употребляются как синонимы.

При выборе типа системы управления важное значение имеют следующие критерии: универсальность ПР, суммарная продолжительность технологического цикла, количество точек обслуживания и точность . позиционирования,    себестоимость,    наличие    помех. Стоимость устройства управления составляет значительную часть стоимости самого промышленного робота (до 60 %), что определяет важность правильного выбора типа системы управления, обеспечивающего при минимальной сложности и стоимости полную реализацию, промышленным роботом требований конкретного технологического процесса.

На стоимость системы управления существенное влияние оказывают ее универсальность, количество обслуживаемых точек, точность их позиционирования, продолжительность цикла. Наиболее дешевыми являются цикловые и аналоговые системы управления с небольшим количеством (до 50) точек позиционирования. Следующую ступень занимают позиционные и числовые системы управления. Наиболее дорогими являются контурные и адаптивные системы управления.

Практика эксплуатации ПР свидетельствует, что при массовом и крупносерийном производствах, когда число перепрограммирований невелико, промышленные роботы следует оснащать цикловыми или аналоговыми системами программного управления с незначительной универсальностью. При мелкосерийном или индивидуальных производствах ПР должны комплектоваться позиционными и числовыми системы управления с максимальной универсальностью и переналаживаемостью. Контурные и адаптивные системы управления следует применять лишь для наиболее сложных технологических процессов: контурной сварки, окраски, сборки, разборки и т.п. и при необходимости высокой универсальности промышленных робота.

В нашей стране серийно выпускаются системы программного управления различных типов и разных функциональных возможностей.


Построение сиситем управления. Программирование роботов.

Управление промышленными роботами включает в себя следующие этапы: программирование цикла работы, запоминание управляющей программы, воспроизведение управляющей программы и ее отработка.

 

Программирование представляет собой совокупность действий, необходимых для занесения в память СУ управляющей программы. В системах управления промышленных роботов используются два метода программирования - аналитический и обучения.

При аналитическом методе управляющая программа предварительно рассчитывается, отлаживается и заносится в память СУ. Достоинством метода является сокращение простоя робота, связанного с его программированием, а недостатком - необходимость корректировки управляющей программы при уточнении параметров робота или технологического   процесса,   требующей   значительного   времени.

 

Широко применяется программирование промышленных роботов методом обучения, когда управляющая программа оперативно подготавливается непосредственно на рабочем месте, для чего используют так называемый пульт обучения, входящий в состав пульта управления. При этом соответствующие исполнительные звенья ПР вручную или с пульта управления перемещаются в заданные точки рабочего пространства, а в память СУ заносится информация о текущем положении отдельных осей координат исполнительных звеньев и необходимая технологическая информация. Такое программирование является более простым, чем аналитическое, не требующим специальной подготовки оператора. Однако оно достаточно трудоемко.

 

Наиболее перспективной и экономичной является комбинация двух рассмотренных методов, когда методом обучения программируются положения звеньев механизмов робота только в определенных точках его рабочего пространства, а все другие параметры заранее рассчитываются и вводятся непосредственно в память СУ.

 

Запуск роботизированного производства 

Запуск роботизированного производства является заключительной стадией подготовки производства, предшествующей переходу предприятия на выпуск новой продукции (или старой продукции на новом техническом уровне производства).


Всю совокупность работ по внедрению ПР можно условно разбить на три части: предпроектные работы; подготовительные работы; собственно внедрение.
Предпроектные работы в свою очередь состоят из двух стадий— предварительной и исследовательской.

На предварительной стадии разрабатывается план организационно-технических мероприятий предприятия, в который в качестве основных технологических позиций включаются работы по внедрению промышленных роботов и робототехнических систем. Планом мероприятий устанавливаются источники финансирования работ и круг ответственных исполнителей. Распоряжением по предприятию назначается руководитель работ, а при больших объемах внедрения в составе технологической службы создаются группа, бюро и отдел.
На предварительной стадии производится обследование объектов роботизации и предварительный выбор моделей роботов и других технических средств. Последнее обстоятельство имеет чрезвычайно важное значение, так как в случае неудачного выбора моделей роботов можно обречь идею роботизации на провал и потребуются долгие годы, чтобы на данном предприятии созрел необходимый психологический климат для новых практических действий по роботизации.

На предварительной стадии выполняются также предварительные технико-экономические обоснования намечаемых вариантов внедрения и разрабатываются план графики создания и внедрения промышленных роботов и робототехнических систем.