Робототехнических производственных комплексов

 

В современных условиях развития автоматизации произ­водства особое место принадлежит использованию промышлен­ных роботов.

Промышленный робот - это механическая система, вклю­чающая манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы и средства передвижения. С помо­щью промышленных роботов можно объединять технологи­ческое оборудование в отдельные робототехнические комплек­сы различного масштаба, не связанные жестко планировкой и числом комплектующих агрегатов. Принципиальными отличиями робототехники от традици­онных средств автоматизации являются ее широкая универ­сальность (многофункциональность) и гибкость (мобиль­ность) при переходе на выполнение принципиально новых операций.

Промышленные роботы находят применение во всех сфе­рах производственно-хозяйственной деятельности. Они ус­пешно заменяют тяжелый, утомительный и однообразный труд человека, особенно при работе в условиях вредной и опасной для здоровья производственной среды. Они способны воспро­изводить некоторые двигательные и умственные функции че­ловека при выполнении ими основных и вспомогательных про­изводственных операций без непосредственного участия ра­бочих. Для этого их наделяют своеобразными сенсорными способностями, а также способ­ностью к самоорганизации, самообучению и адаптации к внеш­ней среде.

Промышленный робот - это перепрограммируемая авто­матическая машина, применяемая в производственном про­цессе для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человека, при перемещении предметов труда или технологической оснастки.

В историческом развитии промышленных роботов выделяются три базовых ступени. Роботы первого поколения (автоматические манипулято­ры), как правило, работают по заранее заданной «жесткой» программе (например, в жесткой связи со станками, оснащен­ными ЧПУ). Роботы второго поколения оснащены системами адаптив­ного управления, представленными различными сенсорными устройствами (например, техническим зрением, очувствленными схватами и т.д.) и программами обработки сенсорной информации. Роботы третьего поколения наделены искусственным ин­теллектом, позволяющим выполнять самые сложные функции при замене в производстве человека.

Разнообразие производственных процессов и условий про­изводства предопределяют наличие различных типов роботи­зированных технологических комплексов (РТК) - ячеек, участ­ков, линий и т. д.

Классификация РТК по типу роботизированного подразде­ления основывается на количественной характеристике вы­полняемых комплексом технологических операций.

Простейшим типом РТК, который положен в основу более крупных комплексов, вплоть до целых роботизированных предприятий, является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ), в которой выполняется небольшое число технологических операций. Примером РТЯ может быть роботизированная единица технологического обору­дования с ЧПУ.

Более крупным роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он выпол­няет ряд технологических операций и включает несколько еди­ниц РТЯ. Если операции осуществляются в едином техноло­гическом процессе на последовательно расположенном обо­рудовании, то в таком случае комплекс представляет собой роботизирован­ную технологическую линию (РТЛ).

Структурно РТК может быть представлен в виде цеха, со­стоящего из нескольких РТУ, РТЛ, автоматизированных скла­дов и связывающих их транспортных промышленных роботов (робоэлектрокаров). Высшей формой организации производ­ства является создание комплексно роботизированного заво­да.

В зависимости от вида роботизированного производствен­ного процесса, РТК могут быть предназначены для получения заготовок, механической обработки деталей, выполнения процессов сборки, либо для реализации контрольно-сортировочных и транспортно-перегрузочных операций, в том числе - для внутрицехового транспортирования и складских операций.

Проектирование РТК осуществляется в два этапа. На первом осуществляется анализ производственных проблем, выбираются возможные объекты роботизации, состав основного технологи­ческого оборудования, вид движения деталей, система рацио­нального автоматизированного управления технологическим процессом и функциональными задачами. На втором этапе осу­ществляется непосредственное проектирование РТК, предполагающее:

a) форми­рование структуры, определение количества и характеристик промышленных роботов и технологического оборудования;

b) разработку рациональных планировок оборудования РТК в производственном помещении;

c) составление и отлаживание алгоритмов и программных систем управления РТК..

Компоновочные варианты РТК зависят от решаемых тех­нологических задач, уровня автоматизации, числа и типажа промышленных роботов, их технических и функциональных возможностей. Как правило, компоновочные варианты РТК ос­новываются на принципах индивидуального и группового об­служивания оборудования промышленными роботами.

Возможны три основных варианта индивидуального обслуживания:

a) робот встраивается в тех­нологическое оборудование;

b) робот размещается рядом с оборудо­ванием;

c) несколько роботов обслуживают единицу оборудова­ния.

При групповом обслуживании робот взаимодействует с несколькими единицами технологического оборудования, при этом возможны два варианта компоновки:

a) линейное расположение обору­дования вдоль робота;

b) круговое расположение оборудования вокруг робота.

Выбор оптимальных параметров и рациональных конструк­торских решений в период проектирования РТК производится с учетом ряда организационно-экономических факторов, таких, в частности, как про­изводительность РТК, ожидаемый уровень его надежности и эффективности функционирования и т.д.

К числу основных параметров РТК относятся:

1. проектная потенциальная производительность;

2. фактическая производительность;

3. уровень надежности;

4. такт РТК.

Потенциальная производительность РТЯ с учетом собственных простоев оборудования определяется по формуле:

 

;

(8.3.1)

 

где N_ц – число деталей, обрабатываемых РТЯ за один рабочий цикл, шт.;

Т_ц – продолжительность рабочего цикла РТЯ, мин.;

t_р – время работы оборудования РТЯ без перерывов в рамках одного цикла, мин.;

t_то – время простоев, связанных с регулировкой, сменой и подналадкой инструмента, с отказами устройств РТЯ и т.д.:

 

;

(8.3.2)

 

где t_об, t_пр, t_во – потери времени из-за простоев соответственно основного технологического оборудования, промышленных роботов и вспомогательного оборудования.

 

Соотношение (8.3.3) называется коэффициентом технического использования РТЯ. Соответственно, выражение (8.3.1) можно переписать в форме (8.3.4):

 

;

(8.3.3)

 

;

(8.3.4)

 

Необходимо учитывать, что помимо собственных перерывов, технологическое оборудование также может простаивать и из-за организационно-технических причин. Для учета общей величины простоев используется т.н. коэффициент суммарных внецикловых потерь рабочего времени, рассчитываемый по формуле:

 

;

(8.3.5)

 

где (t_тр + t_и + t_то) = t_об – время простоев основного оборудования в связи с текущим ремонтом (t_тр), сменой и наладкой инструментов (t_и), техническим и организационным обслуживанием (t_то), мин.

 

Учитывая этот коэффициент, можно рассчитать фактическую производительность РТК:

 

;

(8.3.6)

 

Одним из важных показателей, характеризующих эффективность функционирования РТК является уровень его надежности. Этот показатель рассчитывается по формуле:

 

;

(8.3.7)

 

где t_ом – время, затрачиваемое на техническое и организационное обслуживание РТК в анализируемом периоде;

t_отк – наработка РТК на отказ за период;

t_вос – среднее время восстановления работоспособности РТК в случае его отказа.

 

Повышение надежности РТК позволяет снизить потери вре­мени на планово-предупредительные ремонты и ликвидацию аварийных отказов, а также уменьшить затраты на ремонт всех видов и техническое обслуживание оборудования. Обеспече­ние ритмичности производственного процесса в условиях РТК и синхронизация операций являются одной из наиболее сложных орга­низационных задач. Для РТК принято устанавливать величину усредненного такта или ритма и за счет группировки и подбора операций обеспечивать равенство или кратность между про­должительностью операций и тактом. Усредненный такт определяется по формуле:

 

;

(8.3.8)

 

где t_шт.i – штучное время на i-й операции, мин.;

Ч_РТЯ – число РТЯ в составе РТК, ед.

 

За счет синхронизации такта и продолжительности операций, простои основного оборудования РТК сводятся к минимуму, при этом повышаются его производитель­ность и эффективность.