135802 (722643), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

раты труда на передачу информации (отчетов, распоряжений, планов и

т.д.) между подразделениями предприятия, сократить время их подготов-

ки, избежать многих ошибок, ввести в активный режим работы систему уп-

равления качеством на предприятии.

В настоящее время АСУП получают широкое распространение на предп-

риятиях одновременно с внедрением локальных сетей на базе персональных

компьютеров. Особенно широко этот подход к автоматизации используется

на предприятиях с большой номенклатурой выпускаемой продукции, большим

количеством связей с другими предприятиями.

1.10.6. Понятие гибких автоматизированных производств

(ГАП) и интегрированных производственных комплексов (ИПК)

Гибкие автоматизированные производства - это качественно более

совершенный этап в комплексной автоматизации производства. Это система

автоматизации, охватывающая все производство от проектирования изделий

и технологий до изготовления продукции и доставки ее потребителю. Эта

тенденция ведет к созданию высокоавтоматизированных цехов и заво-

дов-автоматов, где средства вычислительной техники применяются во всех

звеньях производства. Станкостроители начали выпускать промышленно се-

рийные гибкие автоматизированные производства (ГАП) на базе обрабаты-

вающих центров и гибкопереналаживаемых автоматических линий.

Автономное развитие АСУ (обработка информации), САПР, АСУТП, сис-

тем управления гибким автоматизированным производством (СУГАП), про-

мышленные роботы не дают желаемого эффекта в повышении производитель-

ности. Так, например, САПР, АСТПП, АСУП повышают производительность

труда примерно вдвое, СУГАП примерно впятеро, а интегрированный комп-

лекс - в десятки раз. Поэтому был взят курс на интеграцию, особенно в

области ГАП.

Основой завода с полностью автоматизированным производственным

циклом является интегрированный производственный комплекс (ИПК), вклю-

чающий системы автоматизации предпроектных научных исследований (АС-

НИ), проектирование конструкции изделий (САПРК) и технологических про-

цессов (САПРТП), проектирование технологической подготовки производс-

тва (АСТПП), гибкое автоматизированные производство (ГАП), систему ав-

томатизированного контроля (АСКИ). Назначением ИПК является проведение

всех работ цикла от исследования до производства на основе использова-

ния общей информационной базы и безбумажной технологии передачи инфор-

мации по составляющим этого цикла с помощью локальных вычислительных

сетей.

- 37 -

Особенно эффективно применение ИПК и ГАП в условиях единичного и

мелкосерийного производства в условиях частой сменяемости номенклатуры

продукции и сокращения времени ее выпуска. Комплексная автоматизация

производства на базе ИПК и ГАП позволяет:

- в 7-10 раз повысить производительность труда;

- сократить длительность производственного цикла;

- повысить технический уровень и качество выпускаемой продукции;

- снизить материало- и энергоемкость продукции;

- увеличить коэффициент сменности оборудования;

- высвободить значительную часть работающих на производстве;

- сократить производственные площади.

Кроме того, число различных классов технических систем удваивает-

ся в среднем каждые 10 лет, объем научно-технической информации, ис-

пользуемой в конструкторских разработках, удваивается каждые 8 лет,

время создания новых изделий уменьшается в два раза каждые 25 лет при

одновременном сокращении срока их морального старения. Это обуславли-

вает пропорциональный рост объемов проектирования (примерно в 10 раз

каждые 10 лет), а при сохранении ручной технологии конструирования не-

обходимо иметь такие же темпы роста числа специалистов. Однако, пос-

кольку на самом деле их число может возрастать в 3 раза каждые 10 лет,

кроме того, возрастает сложность проектируемых систем и количество ва-

риантов, которыми они могут быть реализованы, использование вычисли-

тельной техники при проектировании новых изделий является необходимым.

В соответствии с ГОСТ 26229 гибкая производственная система (ГПС)

(гибкое автоматизированное производство - ГАП) - совокупность в разных

сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комп-

лексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологи-

ческого оборудования и систем обеспечения их функционирования в авто-

матическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая

свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий про-

извольной номенклатуры в установленных пределах значений их характе-

ристик.

Связь элементов ИПК для различных уровней ГПС (ГАП) приведена в

таблице 2.

Периоды развития ГАП:

1 период - 60-70 годы - разработка и проверка базисных принципов

создания;

2 период - 80 годы - разработка и создание элементной техники и

технологии;

3 период - 90 годы - разработка и создание системы комплексов ГП.

Ниже приведена таблица 3 распределения времени загрузки оборудо-

вания в зависимости от типов производств.

Из приведенной диаграммы видно, что узким местом являются вспомо-

гательные операции (вспомогательное время) и время переналадок (неисп-

равности, особенно 2 и 3 смен).

Наибольшее распространение получили ГАП в механообработке. Здесь

сформировались типичные структуры - модули, объединяемые в линии или

участки с помощью транспортно-складских систем. Состав модуля включа-

ет:

- обрабатывающий центр;

- накопитель палет или кассет и средства ЧПУ.

Сравнительные данные по использованию ГАП в различных технологи-

ях:

- металлообработка резанием - 50 %;

- металлообработка формовкой - 21 %;

- сварка - 12 %;

- сборка - 5 %;

- остальные технологии - 12 %.

- 38 -

Таблица 2

┌──────────────────┬─────────────────────────────────────────────────┐

│Элементы ИПК │Структурные уровни в соответствии с ГОСТ 26228-85│

│ ├─────────────┬───────────────┬───────────────────┤

│ │ГПМ (модуль) │ГАЛ (линия) │ ГАЦ (цех) │

│ │ │ГАУ (участок) │ │

├──────────────────┼─────────────┼───────────────┼───────────────────┤

│АСНИ │ │ │ Х │

│АСУП │ │ Х │ Х │

│САПР │ │ Х │ Х │

│АСТПП │ │ Х │ Х │

│АТСС (автоматизиро│ │ │ │

│ванная транспортно│ │ │ │

│складская система)│ Х │ Х │ Х │

│АСИО (инструмен- │ │ │ │

│тального обеспече-│ │ │ │

│ния) │ Х │ Х │ Х │

│СЦК │ Х │ Х │ Х │

│Вычислительная тех│ │ │ │

│ника │ Х │ Х │ Х │

│Роботы (ПР) │ Х │ Х │ Х │

│Станки с ЧПУ │ Х │ Х │ Х │

│Автоматические ро-│ │ │ │

│боты и линии │ Х │ Х │ Х │

│Средства автомати-│ │ │ │

│зации и приборы │ Х │ Х │ Х │

└──────────────────┴─────────────┴───────────────┴───────────────────┘

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

┌───────────────────────────────┐

│Общие направления автоматизации│

└───────┬────────────────┬──────┘

│ │

┌─────────────────────────┴────────┐ ┌─────┴─────────────────────────┐

│Автоматизация обработки информации│ │Автоматизация технологии произ-│

│ │ │водства │

└──┬────────┬──────────┬────────┬──┘ └─┬─────────────┬────────────┬──┘

│ │ │ │ │ │ │

┌──┴─┐ ┌─┴──┐ ┌──┴──┐ ┌─┴──┐ ┌─┴─┐ ┌──┴──┐ ┌┴─┐

│АСУП│ │САПР│ │АСТПП│ │АСНИ│ │ЧПУ│ │АСУТП│ │ПР│

└────┘ └────┘ └─────┘ └────┘ └───┘ └─────┘ └──┘

Рис. 3. Направления автоматизации производства

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

Таблица 3

┌──────────────────────────────────┬─────────────────────────────────┐

│тип производства /время загрузки │ Размеры партий Р │

│ /производства в %├───────────┬──────────┬──────────┤

│ / │мелко-сери-│средне-се-│массовое │

│ / │ное │рийное │ │

│ / │ Р <10 │10 <Р 1000│

├──────────────────────────────────┼───────────┼──────────┼──────────┤

│отпуска,праздники │ 34 │ 28 │ 27 │

│вспомогательное время, потери, не-│ │ │ │

│исправности 2 и 3 смен │ 60 │ 64 │ 51 │

│основное время работы оборудования│ 6 │ 8 │ 22 │

└──────────────────────────────────┴───────────┴──────────┴──────────┘

Сложнее всего происходит внедрение ГАП в сборочные производство,

это связано:

- со сложностью и разнообразием объектов сборки и необходимой для

- 39 -

этой сборки оснастки;

- коротким циклом операций сборки;

- нежесткостью или упругостью деталей;

- необходимостью в настройке, подгонке и учете малых допусков в

сочленении деталей.

В сборочных ГАП центральным компонентом являются роботы с разви-

той сенсорикой и высоким уровнем машинного интеллекта, что влияет на

увеличение уровня затрат при создании ГАП сборки. Поскольку роботы с

интеллектуальными средствами управления еще не получили широкого расп-

ространения, то приходится резко повышать затраты на периферийное обо-

рудование и оснастку, создавая условия для применения более простых

роботов. При этом стоимость оснастки и периферии составляет до 70 % от

общей стоимости сборочного модуля. Далее будут более подробно рассмот-

рены экономические и социальные аспекты использования роботов.

Однако, ГАП не является эффективным для любых типов производств.

Ниже приведены зоны наиболее эффективного применения разных видов ав-

томатизации производства и зависимость себестоимости единицы продукции

от объемов выпуска для ручного и автоматизированного труда.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

размеры партий 1-жесткие линии

10000 ┌─────┐ 2-гибкие модули

│ │ 1 ┌┼─────┐ 3-ГАП

│ └────┼┘ │ 4-ЧПУ

│ │ 2 ├─────┐ 5-универсальные станки

2000│ └──────┤ │

│ │ 3 ├────────┐

50 │ └─────┤ │

│ │ 4 ├──────────┐

25 │ └────────┘ 5 │ номенклатура

└─────┴───────┴─────────┴──────────┴──────────────

2 5 100 500

Рис. 4. Области эффективного применения разных видов автоматиза-

ции производства

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

│ │ │

│ │ \ │

│ │ \ 2 │ 1-гибкая автоматизация

│ │ \ │ 2-жесткая автоматизация

│ \ │ \ │

1,0├─────────┼─────────┼──────ручной труд

│ │\ \ │

│ │ \ \ │

│ │1 \ \ │

│ │ \ \│

0,1└─────────┴─────────┴──────── выпуск млн.шт./год

1,0 10

Рис. 5. Зависимость относительной себестоимости единицы продукции

от объемов выпуска для ручного и автоматизированного тру-

да

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

Перспективы развития ГАП связаны со все более масштабной интегра-

цией в составе одной системы различных производственных функций и пол-

ной передачей этих функций под контролируемое управление от ЭВМ на ба-

зе новейших СВТ (ЭВМ 5-го поколения, базирующихся на принципах

искусственного интеллекта), развитых средствах обработки графической и

речевой информации, лазерной и другой технике измерения, волоконнооп-

тических линиях связи и распределенно-сетевых методах обработки инфор-

мации.

- 40 -

1.10.7. Иерархическая структура автоматизированной

системы управления предприятием

Как уже отмечалось, АСУП включает в себя ряд автоматизированных

систем, которые объединены в единую систему с помощью информационных

связей. Схематически эта структура представлена на рис. 6.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

┌────┐

│АСУП│

└──┬─┘

│

┌─────────┬───────┬────────┬────┴─┬───────┬──────┬───────┬────────┐

│ │ │ │ │ │ │ │ │

┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌──┴─┐ ┌──┴─┐ ┌──┴─┐ ┌──┴─┐ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌─┴─┐

│АСУТП│...│АСУТП│ │АТСС│...│АТСС│ │АСИО│ │САПР│ │АСТПП│ │ АРМ │...│АРМ│

└──┬──┘ └──┬──┘ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘ └──┬──┘ │кадры│ │бух│

│ │ │ │ │ │ │ └──┬──┘ │гал│

┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌───┴─┐ ┌──┴──┐ ┌──┴─┐ ┌──┴──┐ │ │тер│

│ ИИС │ │ ИИС │ │склад│ │склад│ │склад│ │ ОГК│ │ ОГТ │ ┌──┴──┐ └─┬─┘

└──┬──┘ └──┬──┘ └─────┘ └─────┘ │инст-│ └────┘ └─────┘ │ ОК │ │

│ │ │румен│ └─────┘ ┌───┴──┐

┌──┴──┐ ┌──┴──┐ │та и │ │бухгал│

│тех. │ │тех. │ │обору│ │терия │

│проц.│ │проц.│ │дова-│ └──────┘

└─────┘ └─────┘ │ния │

└─────┘

Рис. 6. Иерархическая структура АСУП.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

1.11. Перспективы применения средств вычислительной

техники в технологии производства РЭА.

Ниже приведены применяемые средства и способы гибкой автоматиза-

ции производства и основные достигаемые результаты их применения.

1. Многоцелевое технологическое оборудование с микропроцессорным

управлением. Повышается концентрация операций, увеличивается время

непрерывной работы, повышается производительность работ, качество и

идентичность изделий, сокращается потребность в рабочей силе, произ-

водственных площадях и оборудовании, сокращается продолжительность

производственного цикла изготовления РЭА, увеличиваются системная гиб-

кость, надежность и живучесть ГПС.

2. Микропроцессорные локальные системы управления (ЛСУ) техноло-

гическим и другими видами оборудования. Обеспечивается многофункцио-

нальный характер управляемых от ЛСУ станков, увеличивается производи-

тельность оборудования, повышается качество выпускаемых изделий, сни-

жается объем аппаратурной части, благодаря чему повышается надежность

системы и оборудования, возрастает уровень унификации (как конструк-

тивной, так и функциональной); снижается стоимость ЛСУ и оборудования,

упрощается сопряжение с ЭВМ группового управления.

3. Промышленные роботы (ПР). Автоматизация операций загрузки-выг-

рузки оборудования, инвариантность к этим операциям, автоматизация не-

которых транспортных операций, при этом исключается ручной труд, сок-

ращается длительность операций загрузки-выгрузки, транспортирования,

повышается автономность работы оборудования и системная живучесть;

увеличивается коэффициент загрузки оборудования, снижается потребность

в рабочей силе.

4. Комплексы оборудования ГПК, ГПС (с управлением от ЭВМ), РТК,

- 41 -

АТСС, СЦК. Автоматизация не только основных, но и вспомогательных опе-

раций (транспортные, складские, контрольно-измерительные работы); иск-

лючается (сокращается) потребность в рабочей силе: сокращается весь

производственный цикл выпуска изделий; СЦК повышает достоверность

контроля и способствует этим повышению качества изделий, диагностика

оборудования позволяет повысить надежность оборудования и комплексов.

5. ЭВМ для управления комплексом. Оперативное управление группой

оборудования с одновременным повышением коэффициента его загрузки;

обеспечивается учет и оптимизация распределения ресурсов, повышается

производительность, сокращается объем страховых заделов и объемов не-

завершенного производства; исключаются многие дополнительные операции,

которые вводились из-за учета длительного хранения полуфабрикатов на

складе (например, дополнительное лужение выводов); повышается надеж-

ность, гибкость, упрощается согласование с ЭВМ цехового уровня.

6. Высокий уровень унификации, стандартизации всех средств авто-

матизации производства (включая ТП, оборудование, ПР, оснастку, инс-

трумент, программное обеспечение). Сокращаются сроки и трудоемкость

проектирования, изготовления и отладки указанных средств, снижается

себестоимость, повышается надежность.

7. Системы автоматизированного проектирования (САПР) и системы

научных исследований (АСНИ) на базе больших ЭВМ. Автоматизация процес-

са проектирования изделий РЭА с проведением предварительных исследова-

ний способствует повышению качества РЭА, сокращает трудоемкость и сро-

ки проектирования.

8. Автоматизированная система технологической подготовки произ-

водства (АСТПП) на базе больших ЭВМ. Автоматизация разработки ТП, уп-

равляющих программ на все виды оборудования и все изделия планируемого

периода и хранение их в памяти ЭВМ, автоматизация проектирования тех-

нологического оснащения, сокращается трудоемкость и сроки технологи-

ческой подготовки производства.

9. Автоматизированные системы управления производством на базе

больших ЭВМ. Автоматизация процессов планирования, материального обес-

печения производства, оперативного управления процессом изготовления

изделий РЭА.

10. Комплексные интегрированные системы единой цепи проектирова-

ние-изготовление (ИПК). Объединение всех процессов, связанных с проек-

тированием, подготовкой производства и изготовления изделий в единую

непрерывную цепь; успешная адаптация конструкции изделия к условиям

производства, повышается эффективность выпуска изделий, значительно

сокращается объем преобразований информации об изделии, выполняемом

при раздельном использовании САПР, АСТПП, АСУП, АСУГПС, что дает воз-

можность осуществить принцип "один раз ввести и многократно использо-

вать информацию", т.е. исключить устройства ввода, преобразования

АСУТПП, АСП, АСУГПС и оставить их только, например, в САПР; значитель-

но сокращается цикл проектирование-изготовление; повышается качество

изделий; снижается себестоимость; экономятся материальные ресурсы.

1.12. Применение роботов на вспомогательных и транспортных

производственных операциях. Конструктивные элементы и

характеристики роботов-манипуляторов.

В настоящее время роботы в основном применяются при операциях

транспортирования, сборки, обслуживания обрабатывающего оборудования,

сварки и контроля. С точки зрения вычислительной нагрузки на управляю-

щую ЭВМ производственные операции можно подразделить на два вида:

- информационно простые операции, к ним относятся операции пере-

носа большого числа предметов или тяжелых предметов;

- информационно сложные операции (сборки и контроля).

- 42 -

Основным направлением совершенствования роботов является развитие

применения микро-ЭВМ с 8, 16 и 32-разрядными микропроцессорами, разви-

тыми операционными системами и задачеориентированными языками програм-

мирования высокого уровня. Перспективным направлением является исполь-

зование аналоговых микропроцессоров, т.е. больших интегральных схем,

где в одном кристалле реализованы как цифровые элементы - микропроцес-

сор, так и цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, схемы

управления периферийными устройствами.

Для реализации высоконадежных систем управления роботами все

больше находят применение адаптивные микропроцессоры с БИС, т.к. в

этих устройствах имеются резервные узлы, средства диагностики отказов

и самовосстановления, реализующие адаптивные внутренние связи,

способствующие увеличению надежности роботоориентированных вычисли-

тельных устройств до показателей, отвечающих производственным требова-

ниям.

Приведем основные термины и определения, данные в ГОСТ 25686 и

26228 " Манипуляторы, автооператоры и промышленные роботы. Системы

производственные гибкие. Термины и определения."

Манипулятор - управляемые устройство или машина для выполнения

двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемеще-

нии объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.

Манипулятор с ручным управлением - манипулятор, управление кото-

рым осуществляет оператор.

Сбалансированный манипулятор - манипулятор с ручным управлением,

содержащий систему уравновешивания устройства рабочего органа.

Автооператор - автоматическая машина, состоящая из исполнительно-

го устройства в виде манипулятора или совокупности манипулятора и уст-

ройства передвижения и неперепрограммируемого устройства управления.

Промышленный робот - автоматическая машина, стационарная или пе-

редвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулято-

ра, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого

устройства программного управления для выполнения в производственном

процессе двигательных и управляющих функций.

Промышленные роботы бывают с цикловым программным управлением и

числовым программным управлением (робот, управляемый устройством ЧПУ с

позиционным и (или) контурным программным управлением).

Адаптивно-промышленный робот - промышленный робот, управляемый

устройством адаптивного управления.

Агрегатный промышленный робот - промышленный робот, в котором по

крайней мере исполнительное устройство изготовлено путем агрегирования

из деталей, узлов и агрегатов, входящих в унифицированный набор для

построения определенных модификаций промышленных роботов.

Агрегатно-модульный промышленный робот - робот, в котором исполь-

зуют исполнительные модули.

Составные части промышленных роботов, автооператоров:

Исполнительное устройство - устройство, выполняющее все его дви-

гательные функции.

Исполнительный модуль промышленного робота - агрегат, входящий в

унифицированный набор, или образуемый из деталей и узлов этого набора,

способный самостоятельно выполнять функцию реализации движений по од-

ной или нескольким степеням подвижности промышленного робота.

Рабочий орган - составная часть исполнительного устройства про-

мышленного робота для непосредственного выполнения технологических

операций и (или) вспомогательных переходов.

Устройство управления - устройство для формирования и выдачи уп-

равляющих воздействий исполнительному устройству в соответствии с уп-

равляющей программой.

Основными характеристиками манипуляторов и промышленных роботов

- 43 -

являются:

- номинальная грузоподъемность - наибольшее значение массы пред-

метов производства и (или) технологической оснастки, включая массу

захватного устройства, при которой гарантируется их удержание и обес-

печение установленных значений эксплуатационных характеристик;

- рабочее пространство - пространство, в котором может находиться

исполнительное устройство при функционировании манипулятора или про-

мышленного робота;

- рабочая зона - пространство, в котором может находиться рабочий

орган при функционировании;

- зона обслуживания - пространство, в котором рабочий орган вы-

полняет свои функции в соответствии с назначением;

- число степеней подвижности - количество возможных направлений

перемещения или поворотов рабочего органа робота;

- скорость перемещения по степени подвижности - максимальная ли-

нейная или угловая скорость движения рабочего органа робота в заданном

направлении;

- погрешность позиционирования рабочего органа - максимальное

отклонение положения рабочего органа от заданного управляющей програм-

мой;

- погрешность отработки траектории рабочего органа - максимальное

отклонение траектории рабочего органа от заданной управляющей програм-

мой.

1.13. Алгоритмы управления роботами

Алгоритмы и методы обучения роботов подразделяются на:

- прямое обучение;

- роботоориентированное программирование;

- метод задачно-ориентированного программирования.

При прямом обучении предполагается ручное перемещение робота во

все требуемые положения и запись соответствующих им обобщенных коорди-

нат сочленений. Выполнение программы заключается в перемещении сочле-

нения робота в соответствии с заданной последовательностью положений и

не требует универсальной вычислительной машины. Ограничением является

то, что невозможно использовать датчики. Этот метод программирования

эффективен для точечной сварки, окраски и простых погрузочно-разгру-

зочных работ с фиксированными положениями рабочего органа и обрабаты-

ваемой детали в защищенной от попадания посторонних предметов и людей

зоне.

При роботоориентированном программировании используются датчики и

суть программирования заключается в том, что происходит опрос датчиков

и определяется движение робота в зависимости от обработки сенсорной

информации. Преимуществом этого метода является то, что при использо-

вании сенсорной информации робот может функционировать в условиях не-

которой неопределенности. Этот метод используется для сборки или конт-

роля качества сборки. Упростить процедуру программирования можно путем

использования в роботоориентированных языках метода машинной графики,

который связан с заменой метода прямого обучения моделированием рабо-

чего пространства роботов. Этот метод в значительной степени воспроиз-

водит процесс прямого обучения роботов с такими его достоинствами, как

возможности свободной смены точки зрения, визуального контроля взаим-

ного положения всех элементов рабочего пространства, интерактивной от-

ладкой. Подключение САПР к процессу программирования роботов позволяет

резко повысить степень интеграции робота с производственной системой,

т.е. одна и та же БД может быть использована для всей производственной

системы.

При методе задачно-ориентированного программирования определяется

- 44 -

не движение роботов, а желаемое расположение объектов. Исходной инфор-

мацией для этого метода программирования является геометрическая мо-

дель рабочего пространства и робота. Такие системы называются система-

ми моделирования рабочей обстановки. Характерной особенностью таких

систем является отказ от детального программирования конкретных дейс-

твий робота и программирование задачи в терминах взаимного положения

объектов в рабочем пространстве и его изменений. Фактически действия

робота строятся с помощью методов искусственного интеллекта на основе

модели робота и окружающих его объектов. Здесь также большое значение

имеет геометрическая модель.

Программирование роботов с использованием модельных представлений

включает 3 основных этапа:

1. формирование необходимых информационных моделей;

2. построение программных перемещений деталей с контролем взаим-

ного положения, выполнения технологических операций, в т.ч. смены зах-

ватного устройства и инструмента, проверок условий и организации логи-

ческих переходов, синхронизации с другими устройствами;

3. получение исполнительной программы управления роботом на языке

низкого уровня.

Построение геометрической модели рабочего пространства может быть

осуществлено одним из трех способов:

1. с помощью манипулятора;

2. средствами машинной графики;

3. с помощью системы технического зрения.

Первые два были рассмотрены выше (прямое обучение и роботоориен-

тированное и задачно-ориентированное программирование), а третий спо-

соб - это по-существу модификация первого - интерактивное зрение, в

котором оператор, пользуясь лазером как указкой, указывает световым

пятном характерные точки объектов рабочего пространства, а координаты

измеряются системой технического зрения.

- 45 -

2. ТЕХНОЛОГИЯ РЭА КАК СЛОЖНАЯ СИСТЕМА.

2.1. Общие принципы управления сложными системами.

При определении некоторого объекта как системы предполагается на-

личие следующих признаков:

1. объекта (системы), состоящего из множества элементов и их

свойств, которые могут рассматриваться как единое целое благодаря свя-

зям между ними и их свойствами;

2. исследователя, выполняющего любую целенаправленную деятель-

ность (исследовательскую, проектную, организационную и др.);

3. задачи, с точки зрения решения которой исследователь определя-

ет некоторый объект как систему;

4. языка, на котором исследователь может описать объект, свойства

его элементов и связи.

Любой целенаправленный процесс, происходящий в любой сложной сис-

теме, представляет собой организованную совокупность операций, которые

условно можно разбить на две группы: рабочие операции и операции уп-

равления.

Рабочие операции - это действия, необходимые непосредственно для

выполнения процесса в соответствии с природой и законами, определяющи-

ми ход процесса. Например, процесс обработки детали на токарном станке

состоит из таких рабочих операций, как закрепление детали, подача рез-

ца, снятие стружки и др.

Для достижения цели процесса рабочие операции должны направляться

и организовываться операциями управления. Совокупность операций управ-

ления образует процесс управления.

Система, в которой осуществляется процесс управления, называется

системой управления. В структурном аспекте любую систему управления

можно представить взаимосвязанной совокупностью объекта управления

(управляемой подсистемы) и управляющего органа (управляющей подсисте-

мы). Обобщенная структура системы управления приведена на рисунке 7.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

цель управления

┌──────────────

│

┌─────────────┼───────────────────┐

│ \│/ │

│ ┌───┴─────────┐ │

│ X(t) │ управляющий │<────────┼──────┐

│ ┌─────>│ орган ├────────┐│ │

│ │ └─────────────┘ ││ │

│ │ U(t) ││ │

│ │ ┌─────────────┐ ││ │

│ │ │объект управ-│<───────┘│ └─────

│ └──────┤ления │<────────┼─────────────

│ └─────────────┘ │возмущающие

└─────────────────────────────────┘воздействия

Рис. 7. Обобщенная структура системы управления, где: X(t) - ин-

формация о состоянии системы; U(t) - управляющее воздействие.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

Т.к. любой процесс управления является целенаправленным процессом,

должна быть известна цель управления. Это значит, что управляющему ор-

гану должна быть известна цель управления, т.е. информация, используя

которую можно определить желаемое состояние объекта управления. Управ-

ляющий орган воздействует на объект управления так, чтобы его состоя-

ние соответствовало желаемому.

Объект управления представляет собой открытую систему, т.е. нахо-

- 46 -

дится в динамическом взаимодействии с окружающей средой. Влияние внеш-

ней среды носит неконтролируемый характер и выражается в случайном из-

менении его состояния. Воздействие окружающей среды на объект управле-

ния называется возмущающим воздействием.

Для формального описания задачи управления введем некоторые опре-

деления. Предположим, что доступная информация об объекте управления

содержится в n функциях от времени X 4i 0(t), i=1,2...n. Будем рассматри-

вать переменные X 4i 0 как компоненты многомерной векторной функции X(t),

называемой вектором состояния объекта управления. В системе управления

эти переменные являются контролируемыми выходными переменными объекта

управления и одновременно входными переменными управляющего органа

(см. рис. 7).

Состояние объекта управления изменяется под воздействием возмуща-

ющих факторов F(t)={f 41 0(t),f 42 0(t),....,f 4k 0(t)}, называемых вектором воз-

мущения, и целенаправленного влияния управляющего органа, называемого

вектором управления U(t)={u 41 0(t),u 42 0(t),...,u 4m 0(t)}. В системе управления

переменные u 4j 0(t) являются входными переменными объекта управления и

одновременно выходными управляющего органа.

В любой момент времени t состояние объекта управления X(t) явля-

ется функцией векторов U(t), F(t), а также начального состояния X 4o 0(t),

т.е. X(t)=X{U(t),F(t),X 4o 0(t)} (7).

Уравнение (7) есть математическая модель объекта управления, опи-

сывающая закон его функционирования, в котором единственным изменяемым

целенаправленно фактором является вектор управления U(t). Задача уп-

равления формулируется следующим образом: найти такие вектор управле-

ния и вектор состояния, которые обеспечивают достижение цели управле-

ния. Цель управления может иметь различную формулировку, однако в

большинстве случаев ее можно формально определить значением J 5* 0 некото-

рого функционала J, который называют критерием управления или целевой

функцией: J= J{ X(t),F(t),U(t)} (8).

В реальных объектах управления вектор состояния и вектор управле-

ния могут находиться в определенной конечной области значений:

U(t)сA(t), X(t)сB(t) (9). Здесь А и В - замкнутые области соответс-

твенно векторного пространства управлений и состояний.

Решение задачи заключается в том, чтобы найти такие значения век-

торов состояния X 5* 0(t) и управления U 5* 0(t), при которых выполняется ус-

ловие J{X 5* 0(t),F(t),U 5* 0(t),X 4o 0(t)}=J 5* 0 (10) и одновременно удовлетворяются

ограничения (9).

Если задачу управления поставить несколько по-другому, тогда она

примет следующий вид: найти и реализовать функциональную зависимость

U 5* 0(t)=U{X(t),F(t)} (11), обеспечивающую наилучшее приближение к задан-

ному значению критерия управления. Выражение (11) называется алгорит-

мом управления. Определение программы управления заключается в выра-

ботке траектории движения системы X 5* 0(t) в пространстве параметров ее

состояния.

Контроль состоит в измерении значений компонентов вектора состоя-

ния X(t) по вектору наблюдения Z(t) и определении вектора ошибки e(t)

при наличии возмущающих воздействий F(t).

Формирование управляющего воздействии (принятие решений) заключа-

ется в определении значений управляемых переменных, приводящих объект

управления в желаемое состояние.

Функциональная схема системы управления приведена на рис. 8.

Функциональная схема системы регулирования отличается от приведенной

выше тем, что отсутствует программатор. Желаемое состояние объекта за-

дается извне и то, чем оно задается, называется обычно задающим воз-

действием.

2.2. Классификация систем управления.

- 47 -

Рассмотрим классификацию систем управления по следующим призна-

кам:

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

┌───────────────┐ ┌────────┐X 5* 0(t) ┌───────────┐ ┌────────────┐

│цель управления├─>│програм-│ │устройство │e(t) │устройство │

└───────────────┘ │ матор ├─────>│ сравнения ├────>│определения-│

└────────┘ └─────┬─────┘ │управл.воз- │

Z(t) /│\ │действия │

┌────┴────┐ └────┬───────┘

│ датчик │ U (t) │

└──┬──────┘ │

X^(t) │ \│/

┌────────┴────┐ ┌────┴───────┐

F(t) ───────>│ объект │<───────┤исполнитель-│

│управления │ U^(t) │ ный орган │

└─────────────┘ └────────────┘

Рис. 8. Функциональная схема системы управления

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

- степень автоматизации функций управления;

- степень сложности;

- степень определенности.

В зависимости от степени автоматизации функций управления разли-

чают ручное, автоматизированное и автоматическое управление. При руч-

ном управлении все функции управления выполняются человеком-операто-

ром. Автоматизированным называют процесс управления, в котором часть

функций выполняется человеком, а другая часть - автоматическими уст-

ройствами. При автоматическом управлении все функции выполняются авто-

матическими устройствами. Соответственно системы управления называются

автоматизированными или автоматическими.

По степени сложности системы управления делят на простые и слож-

ные. Строгого определения, позволяющего различить эти понятия, не су-

ществует. Интуитивно представление о сложной системе можно получить,

рассмотрев свойства систем, состоящих из большого числа элементов.

Сложной системе соответствует сложный орган управления. Тогда совокуп-

ность сложного управляющего органа и сложного объекта управления назо-

вем сложной системой управления. Сложные системы управления имеют сле-

дующие особенности:

1. Число параметров, которыми описывается сложная система, весьма

велико. Многие из этих параметров не поддаются количественному описа-

нию и измерению.

2. Цели управления не поддаются формальному описанию без сущест-

венных упрощений. Цели управления являются функциями времени. Система

может состоять из подсистем, каждая из которых имеет собственную цель

управления. В процессе управления надо согласовывать цели подсистем с

общей целью системы, что, как правило, является сложной задачей.

3. Трудно или даже невозможно дать строгое формальное описание

сложной системы управления. Как правило, при моделировании таких сис-

тем основной задачей является поиск разумного упрощения.

По степени определенности системы управления обычно разбивают на

детерминированные и вероятностные (стохастические). Детерминированной

системой называют систему, в которой по ее предыдущему состоянию и не-

которой дополнительной информации можно безошибочно предсказать ее

последующее состояние. В вероятностной системе на основе предыдущего

состояния и дополнительной информации можно предсказать и определить

вероятность каждого из последующих.

Разбиение систем на простые и сложные, детерминированные и веро-

ятностные весьма условно. К числу простых детерминированных систем

- 48 -

можно отнести автопилот. Примером сложной детерминированной системы

является ЭВМ. Простой вероятностной системой можно назвать систему

статистического контроля качества продукции предприятия по одному или

нескольким параметрам, которая предусматривает выборочную проверку за-

данных параметров с определенной периодичностью. Сложной вероятностной

системой является производственное предприятие, крупная строительная

организация и т.д.

2.3. Характеристика систем управления технологическими

процессами.

Взаимосвязанную совокупность оборудования, на котором выполняется

технологический процесс, назовем технологической системой. Представим

технологическую систему в виде многомерного объекта, описываемого тре-

мя группами переменных. Первую группу переменных обозначим вектором

W(t), составляющие которого W 41 0(t),W 42 0(t),...,W 4m 0(t) представляют собой

параметры, характеризующие свойства и количество входных продуктов.

Вторая группа переменных V(t)={V 41 0(t),V 42 0(t),...,V 4n 0(t)} представляет со-

бой параметры, характеризующие свойства и количество выходного продук-

та. Третья группа составлена из параметров, характеризующих условия

протекания технологического процесса Z(t)={Z 41 0(t),Z 42 0(t),...,Z 4l 0(t)}. В

общем случае состояние технологической системы характеризуется всеми

вышеприведенными переменными.

Однако, размерность векторов в реальных условиях весьма велика и

превышает возможности управляющего органа. Кроме того, на практике

часть переменных либо не требуется измерять, т.е. они не существенны с

точки зрения цели управления, либо измерять невозможно из-за техничес-

ких сложностей.

Поэтому только часть составляющих векторов используют для форми-

рования вектора состояния X(t). Переменные вектора состояния условно

разобьем на две группы. В первую группу включим те переменные, которые

можно целенаправленно изменять в процессе управления. Назовем их уп-

равляемыми переменными. В качестве управляемых переменных выбирают те

составляющие, целенаправленное изменение которых технически возможно и

существенно влияет на показатель цели управления. Вторую группу соста-

вим из переменных, которые измеряются и используются при формировании

управляющего воздействия, но не могут целенаправленно изменяться при

управлении данным технологическим процессом. Переменные, которые не

вошли в первые две группы, будем рассматривать как неконтролируемые

возмущающие воздействия. Поэтому технологическую систему можно предс-

тавить схемой, приведенной на рис. 9.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

┌──────────────┐

U(t)──────>│ Ф(.) ├────────>X(t)

F(t)──────>└──────────────┘

Рис. 9. Схема технологической системы.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

Здесь U(t) - вектор управления, F(t) - вектор возмущения, X(t) -

вектор состояния, т.е. технологическую систему можно рассматривать как

преобразователь входных функций. Поэтому X(t)=Ф(U(t),F(t)) (12), где Ф

- оператор преобразования. Это выражение является формальным описанием

технологической системы, т.е. ее моделью.

Определим технологический процесс как целенаправленную смену сос-

тояний X(t)={X 41 0(t),X 42 0(t),...,X 4k 0(t)}, которые назовем параметрами тех-

Характеристики

Список файлов реферата