referat (Безлюдное производство), страница 2

Предположим, в проектном отделе предприятия разрабатывается новый тип комплектующего изделия - скажем, металлическая крышка картера для коробки передач нового типа. После того как специалист подготовит соответствующий чертеж (но не на бумаге, а на экране дисплея ЭВМ - с использованием так называемой системы автоматизированного проектирования, или САПР), он нажимает ряд кнопок на клавишной панели ЭВМ. Таким путем на компьютеризованный металлообрабатывающий станок, расположенный в заводском цехе, передается программа, описывающая процесс изготовления новой крышки картера. Данная информация распространяется по сети связи, которая соединяет между собой все подразделения предприятия во многом аналогично тому, как телефонная сеть общего пользования связывает учреждения и индивидуальные жилища в городах.

В результате станок обрабатывает металлическую заготовку в соответствии с командами, заложенными в машинной программе. Сочетание средств компьютеризованной графики с КЧПУ-установками называется системой автоматизированного проектирования - автоматизации производственных процессов (САПР/САПП).

Нередко разнообразными операциями по перемещению материалов и комплектующих изделий занят целый ряд роботов и автоматических транспортных средств. В частности, комплекс, состоящий из таких устройств, может использоваться для снятия металлической детали (в рассматриваемом случае - крышки картера) со станка и отправки ее в сборочный цех, где роботы соединяют эту деталь с другими металлическими компонентами, например с корпусом коробки передач.

Финансовые подразделения и складской персонал поддерживают контакты с производством через другие вычислительные системы. Это позволяет администрации, планирующей объем выпуска продукции, постоянно быть в курсе всего, что происходит на каждом участке предприятия. Наконец, готовое изделие отправляют на автоматизированный склад. Там оно хранится в специальном контейнере до тех пор, пока на него не возникнет спрос. Тогда отдел сбыта затребует его со склада, откуда оно поступит на транспортер для отгрузки заказчику.

Компьютеризованное оборудование, которое позволяет автоматически изготавливать небольшие партии изделий, называют гибкими производственными системами (ГПС). В типичном случае подобная система состоит из трех частей: собственно обрабатывающего оборудования (это либо станки с КЧПУ, либо литейные или сборочные установки, непосредственно изготавливающие изделия), средств транспортировки (роботы или самодвижущиеся тележки) деталей и системы управления. Как правило, здесь задействован не один компьютер, а целый иерархический комплекс ЭВМ. К примеру, в памяти диспетчерского компьютера обычно хранится детальный план работы предприятия. Он содержит сведения о функциях, выполняемых разнообразными компьютеризованными станками, описание взаимосвязей между ними, а также данные о требуемом темпе выпуска продукции. Такой компьютер соединяется с другими вычислительными машинами, реализующими алгоритмы управления конкретными устройствами, скажем с роботами или станками с КЧПУ. В свою очередь эти ЭВМ "второго уровня" могут взаимодействовать с микропроцессорами, размещенными в самих станках или роботах. Подобная структура образует ряд четко выраженных трактов, по которым информация поступает на установки, непосредственно осуществляющие технологический процесс.

Гибкие производственные системы рассчитаны не только на автономное функционирование. Через другие информационные сети они могут взаимодействовать с подразделениями непроизводственного характера, например с плановыми или финансовыми отделами. Как правило, ГПС обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционным оборудованием, управляемым вручную. Для их обслуживания требуется меньше персонала, поскольку значительная часть работы возлагается на машины. Детали обрабатываются с большей точностью: после того как установится требуемый режим работы, ГПС должна функционировать без перебоев, так как все инструкции по выполнению производственных операций представлены в виде безошибочных (по крайней мере, теоретически) программ строго определенного содержания. Все это представляет разительный контраст с предприятиями, где большинство технологических операций осуществляется вручную. Люди могут прекрасно справляться со своим делом в течение 90% рабочего времени, однако в остальные 10% времени они могут почувствовать усталость или недомогание, что приведет к существенному ухудшению качества их работы, а следовательно, и выпускаемой продукции.

Еще один довод в пользу внедрения ГПС состоит в том, что они менее габаритны, чем аналогичные комплексы оборудования, управляемого вручную. На обычном заводе большое число установок простаивает значительную часть рабочего времени. В отличие от этого компоненты ГПС функционируют практически непрерывно, т. е. ГПС состоит из меньшего количества единиц оборудования, чем традиционный станочный участок, выполняющий такое же производственное задание. Следовательно, для установки более современного оборудования предприятию, по всей вероятности, потребуется меньше площади, и, кроме того, ему удастся сэкономить на таких накладных расходах, как плата за отопление и освещение.

Рассмотрим конкретные задачи, которые роботы решают в настоящее время на промышленных предприятиях. Их можно разделить на три основных категории:

- манипуляции заготовками и изделиями

- обработка с помощью различных инструментов

- сборка.

Манипуляции изделиями и заготовками.

При разгрузочно-загрузочных и транспортных операциях робот заменяет пару человеческих рук. В его обязанности не входят особенно сложные процедуры. Он всего лишь многократно повторяет одну и туже операцию в соответствии с заложенной в нем (роботе) программой. Рассмотрим типичные применения таких роботов.

1) Загрузочно-разгрузочные работы.

Во многих отраслях машиностроительной промышленности используются установки для литья, резки и ковки. В большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в производственную установку, которая затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или в тех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, расчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесь оказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется.

Например, в литейном производстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленного алюминия, так и для извлечения из пресс-формы затвердевших отливок и охлаждения их. Такой подход обладает двумя преимуществами. Прежде всего, роботы гарантируют более строгое соблюдение требований технологического процесса: действуют в соответствии с заданной программой, они всегда вводят в установку точно дозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времени они извлекают из нее отформованные детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий.

Второе преимущество данного подхода заключается в том, что значительно облегчается работа оператора. Извлечение раскаленного куска металла из пресс-формы одна из мало привлекательных работ, и желательно, чтобы ее выполнял робот . Таким образом роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью компьютера.

2) Перенос изделий с одной производственной установки на другую.

Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочно-разгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий с одного производственного участка на другой. И при выполнение таких перемещений роботы играют немаловажную роль.

На заводе фирмы IBM в Пикипси (шт. Нью-Йорк), выпускающем компьютеры, роботы загружает магнитные диски в систему, где на них записывается необходимая информация. Программа, управляющая роботом, содержит инструкции относительно того, в какую из четырех установок для записи следует загружать тот или иной “пустой” диск. Кроме того, программа задает конкретный набор команд, который соответствующая установка должна занести на диск. Тот же робот осуществляет и два других этапа этого технологического процесса. Он извлекает диск из записывающей установки и помещает его в устройство, которое струей сжатого воздуха прижимает к поверхности диска самоклеющуюся метку. Затем робот вынимает диск с помощью захватного приспособления и упаковывает его конверт .

Подобный робот разработан и внедрен на английском автомобилестроительном заводе. Он передвигается на гусеницах между пятью производственными участками завода. Робот извлекает пластмассовую деталь автомобиля из установки для инжекторного прессования и последовательно переносит деталь на доводочные участки, где с нее снимаются облои и заусенцы. Далее робот помещает деталь на специализированный станок, который полирует ее. И наконец деталь перемещается с полировального станка на конвейер.

3) Упаковка.

Практически все бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать готовые изделия и помещать в какую-либо тару.

На заводах одной из кондитерских фирм Англии специализированные роботы занимаются укладкой конфет в коробки. Эти машины весьма сложны и совершенны. Во-первых они обращаются с продукцией очень аккуратно: сжав шоколадное изделие, они могут нарушить его форму или раздавить его. Во-вторых, робот соблюдает высокую точность при укладке конфет в коробки, помещая их в определенные ячейки коробки .

4) Погрузка тяжелых предметов на конвейер или палеты.

Помимо упаковки миниатюрных изделий, а также промышленных и бытовых товаров роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов. По существу они здесь заменяют подъемно-транспортные машины, управляемые оператором-человеком.

Обработка деталей и заготовок .

Хотя роботы, выполняющие обработку изделий с помощью различных инструментов, и нашли пока менее широкое применение, чем аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они продемонстрировали свою эффективность при решении многих задач.

1) Сварка.

Эта операция чаще всего выполняется с помощью роботов, предназначенных для манипулирования инструментом. Роботы могут осуществлять два вида сварки: точечную контактную и дуговую. В обоих случаях робот удерживает сварочный пистолет, который пропускает ток через две соединяемые металлические детали.

В соответствии с управляющей программой, сварочный пистолет может перемещаться практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.

Большинство роботов для точечной сварки применяется в автомобильной промышленности. При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное количество операций точечной сварки, чтобы надлежащим образом соединить между собой различные детали кузова, например боковины, крышу и капот. На современных конвейерах эти детали вначале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями. Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку в строго определенных местах. Поскольку все кузова, монтируемые на одной производственной линии, для получения высококачественных соединений просто требуется, чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений.

При очевидных преимуществах такого использования роботов существует ряд и серьезных технических проблем. Запрограммировать робот весьма непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора, но и подготовить инструкции, в соответствии с которыми регулируется напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры могут меняться, например, в зависимости от толщины свариваемого материала или от того, какую форму имеет прокладываемый шов - прямую или криволинейную.

Также необходимо сконструировать фиксаторы, удерживающие детали в процессе сварки таким образом, чтобы сварка осуществлялась при высокой точности позиционирования. Когда сварочный пистолет держит человек, он способен учитывать незначительные смещения заготовки. Сварщик-человек лишь слегка сместит инструмент, с тем, чтобы выполнить шов в заданном месте. Робот же не способен принимать подобные решения, если фиксаторы допускают перекос или смещение, то существует вероятность того, что сварные швы будут расположены с отклонением. Кроме того, фиксатор должен быть таким, чтобы манипулятор имел доступ к детали с разных сторон.

Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали. Сварщик-человек принимает во внимание неизбежные отклонения в размерах, но роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом, когда сварка осуществляется с помощью автоматики, допуски на детали, изготавливаемые на других участках предприятия, должны быть минимальными.

Характер воздействия, которое роботы оказывают на другие этапы производственного процесса (весьма вероятно, что оно приведет к тесной привязке всех технологических операций), называется “принципом домино” в робототехнике.

2) Обработка резаньем.

2.1) Сверление.

Как правило, операцию сверления осуществляют на станке. При использовании робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий инструмент, который перемещается над поверхностью обрабатываемой детали, высверливая отверстия в нужных местах. Преимущество подобной процедуры проявляется в тех случаях, когда приходится работать с крупногабаритными и массивными деталями или проделывать большое число отверстий.

Операции сверления играют значительную роль в производстве самолетов: они предшествуют клепке, при которой в отверстия вставляются миниатюрные зажимные детали, скрепляющие между собой два листа металла. В деталях самолетов необходимо проделывать сотни, а то и тысячи отверстий под заклепки, и вполне естественно, что такую операцию поручили роботу.

Английская компания изготавливает детали механизма бомбосбрасывания, предназначенного для истребителя “Торнадо”. Механизм представляет собой цилиндрическую конструкцию длиной примерно 6м, к которой требуется приклепать кожух из восьми металлических панелей. В кожухе необходимо просверлить около 3000 отверстий под заклепки. Проблема заключалась в том, как добиться, чтобы робот, оснащенный высокоскоростной сверлильной головкой, проделывал отверстия точно в заданных местах.

Инженеры пришли к выводу, что данную проблему можно решить следующим образом : рабочий просверливает ряд эталонных отверстий (примерно через метр друг от друга) вдоль панелей, которые размещаются надлежащим образом поверх цилиндрической конструкции. Манипулятор с закрепленным в его зажиме сенсорным зондом (а не сверлом) перемещается над поверхностью заготовки, посылая в память робота данные о местонахождении эталонных отверстий. Затем робот рассчитывает точные координаты остальных отверстий, исходя из этих базовых точек. Затем робот, завершив операцию сверления, удаляет оставшиеся в отверстиях крошечные частицы металла специальным инструментом.