Развитие робототехники и гибких производственных систем - Автоматизация процессов покраски

В ХХ веке возникла совершенно новая (по сравнению с механизацией и малой автоматизацией технологических процессов) проблема-автоматизация умственной деятельности человека. Это стало одним из основных элементов новой научно-технической политики, основанной на достижениях теории управления, кибернетики и на базе широкого применения электронной вычислительной и измерительной техники. Применение вычислительной техники сделало возможным выполнение таких работ и получение таких результатов, которые раньше были совершенно немыслимы. Конечно, и в этих условиях новые достижения физики и химии, как и раньше, продолжают играть важнейшую роль в совершенствовании технологических процессов и в ускорении научно-технического прогресса. Но мы хотим обратить сейчас главное внимание на роль теории управления и вычислительной техники именно в автоматизации умственного труда человека в процессах управления производством, в процессах проектирования, планирования, учета и контроля, в организации работ коллективов людей, проведении прикладного научного эксперимента и т. п. Очевидно, что проблема эта чрезвычайно многогранна. Робототехнике и гибким производственным системам сейчас принадлежит ведущая роль в интенсификации экономики, повышении эффективности производства наряду с использованием передовых технологических процессов и технологического оборудования. Вместе с тем развитие робототехники и гибких производственных систем имеет и первостепенное социальное значение: коренным образом меняется облик рабочего на производстве и характер труда всего заводского персонала.

Конечно, появление робототехники и гибких производственных систем не отменяет использование в отдельных случаях прежнего типа универсальных станков и приспособлении, применение малой механизации и автоматизации прежнего типа и т. д. Они могут еще по - своему совершенствоваться и применяться там, где это необходимо и целесообразно. Большое значение имеют также и новые роторно-конвейерные линии.

Что же касается робототехники и гибких производственных систем, то можно сказать, что основой их является комплекс достижений и механики, и управления, и вычислительной и информационной техники. В этом смысле здесь имеется тесное сочетание автоматизации и механизации производственных процессов с широкой автоматизацией умственного труда.

Посещение современного машиностроительного предприятия оставляет неизгладимое впечатление. Всего несколько лет назад такие предприятия представляли собой скопища металлорежущих или иных станков, управляемых вручную. Каждый станок обслуживал отдельный оператор, действовавший согласно разработанным инструкциям. Рабочие выполняли и такие важные операции, как перенос партий деталей различной стадии готовности с одного станка на другой.

В настоящее время картина меняется. Многие операции механической обработки осуществляются исключительно станками, которые управляются ЭВМ и значительную часть времени могут функционировать без вмешательства человека. Команды на станки поступают не от цехового персонала, а по сетям передачи данных-с компьютеров, находящихся на другом участке предприятия. А установки типа роботов играют значительную роль в выполнении таких важнейших производственных операций, как транспортировка деталей, сварка, окраска, и даже в, требующих исключительной точности, сборочных операциях, в частности, при монтаже миниатюрных электронных компонентов на печатных платах.

Внедрение промышленных роботов занимает немаловажное место в общем процессе компьютеризации производства, результаты которого все сильнее ощущаются на промышленных предприятиях многих стран. Такое эволюционное развитие оказывает особенно сильное влияние на те отрасли обрабатывающей промышленности, которые выпускают продукцию в виде штучных изделии независимо от того, из какого материала они выполнены - ткани, металла, пластмассы или древесины. Каждое изделие должно изготавливаться индивидуально путем обработки исходных материалов. Другой основной тип промышленности - так называемое непрерывное производство - имеет свои особенности: выпускаемая продукция, по крайней мере, на некоторых этапах технологического цикла, находиться либо в газообразном или жидком состоянии, либо в виде порошка.

При производстве штучных изделий важнейшие операций выполняются машинами, которые режут, долбят, нагревают, сверлят, куют, красят, вяжут, ткут или сваривают исходный материал. Сырьем здесь всегда служат твердые вещества. Многие годы предпринимаются усилия максимально автоматизировать такие процессы, чтобы снизить расходы на оплату производственного персонала, ускорить выпуск продукции и повысить ее качество. После того как специализированное автоматическое оборудование для выполнения конкретной технологической операций введено в эксплуатацию, оно способно многократно повторять эту операцию при минимальном вмешательстве человека. При таком типе механизации производства (называемом в инженерных кругах "жесткой" автоматизацией) автоматический станок может, например, раз за разом просверливать отверстие в указанной точке одинаковых металлических болванок, а скажем, система для окраски распылением, действующая на автомобильном заводе, будет наносить покрытие на идентичные детали по мере того, как они продвигаются по конвейеру.

Такой вид автоматизаций отличается одним существенным недостатком. Он применим только в тех случаях, когда изделия выпускаются очень большими партиями, а их номенклатура меняется крайне редко. На установку и ввод в эксплуатацию подобного оборудования тратиться так много времени и сил, что соответствующие расходы оправдываются только в том случае, когда оно рассчитано на непрерывный выпуск продукции в течение многих недель или месяцев. Если же предприятию необходимо постоянно менять ассортимент производимых изделий в соответствии с колебаниями спроса, то жесткая автоматизация оказывается нерентабельной. Тогда нередко приходиться отказываться от внедрения оборудования с наивысшей степенью автоматизаций и делать ставку на традиционные ручные методы выпуска продукции.

Многие производственные процессы связаны с различными манипуляциями технологическими объектами. Речь идет, например, об операциях снятия деталей со станков или конвейеров, об упаковке, сборке, фиксации заготовок в ходе обработки, а также о манипуляциях такими рабочими инструментами, как сверла и сварочные электроды. При жесткой автоматизаций производственного процесса выполнение подобных операций можно возложить на специализированные автоматы, каждый из которых выполняет одну конкретную операцию. Если же жесткая автоматизация неприменима, такие операции редко удается механизировать - их приходиться выполнять людям; вот почему в цехах традиционных производственных предприятий погрузочно-разгрузочными и другими вспомогательными операциями занимается так много рабочих.

Однако все сказанное относиться к предприятиям, работающим "по старинке". Внедрение роботов, олицетворяющих собой "гибкую" автоматизацию, позволит осуществлять целый ряд производственных процедур нового типа. Эти устройства можно запрограммировать на выполнение различных работ, поэтому они легко переключаются с одной задачи на другую при изменении номенклатуры выпускаемой продукции. Не оставляет, например, особого труда заложить в память робота программу, в соответствии с которой, он будет снимать с конвейера детали различных размеров и форм. Следовательно, роботы особенно выгодны для предприятий, изготавливающих продукцию мелкими партиями, причем тип изделия меняется от партии к партии. Предприятия такого рода распространены гораздо шире, чем те, которые в течении длительного времени непрерывно выпускают одно и тоже изделие.

Для предприятий средне - и мелко серийного производства роботы как образцы средств гибкой автоматизаций обладают несомненными достоинствами, которые можно разделить на три группы:

    1. роботы представляют собой готовые к применению средства автоматизации, поскольку компании - поставщики уже провели большие работы по производственной специализации такого оборудования. Применение роботов позволяет в значительно более сжатые сроки вводить в строй новые технологические линии, а это в свою очередь содействует скорейшему внедрению оригинальных разработок в серийное производство. 2. снижается объем требуемых наладочных операций. После того как принято решение установить на предприятии промышленные роботы, требуется обеспечить их сопряжение с другими технологическими установками. Все это оборудование необходимо отладить с целью устранения дефектов, скажем, в программных средствах, и для роботов значительную часть такой работы проводит фирма - поставщик. 3. роботы можно использовать и после того, как завершиться выполнение задачи, на которую они были первоначально рассчитаны. Не исключено, что линия по производству изделий, где на роботов возложены конкретные функций, будет действовать всего полгода или год. Затем номенклатура выпускаемых изделий меняется, и предприятию, возможно, придется "списывать" оборудование такой линий и перебросить на другую. Однако, поскольку робот в принципе программируется для решения различных задач, его можно снять с данной производственной линии и перебросить на другую. При использований средств жесткой автоматизаций подобная замена исключена, ибо они способны выполнять операций только одного типа. Когда подобное оборудование завершает работу в рамках технологического процесса, для которого оно предназначено, у него обычно остается лишь один путь - из заводского цеха в металлолом.

Не следует думать, что только роботы вписываются в современную концепцию гибкой автоматизаций, на промышленных предприятиях встречаются и другие виды оборудования, действующего в соответствий с этими принципами. К подобным техническим средствам можно отнести металлорежущие станки с компьютерным числовым программным управлением (КЧПУ) и самодвижущиеся тележки, называемые также автоматическими транспортными средствами, которые перевозят детели с одного участка на другой. Станки с КЧПУ оснащаются режущим инструментом и другими приспособлениями для обработки металлических деталей и управляются ЭВМ. Робот может составлять как бы единое целое со станками с КЧПУ, подавая на них детали для обработки.

На большинстве современных предприятий производственные участки, где выполняются различные фазы технологического процесса, соединены между собой сетью передачи данных. Таким образом, компьютеризованные установки во всех подразделениях подобного предприятия обмениваются информацией, т. е. выполняемые ими функций полностью взаимосвязаны.

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 компьютеризированный 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 соответствий с командами, заложенными в машинной программе. Сочетание средств компьютеризированной графики с КЧПУ - установками называется системой автоматизированного проектирования - автоматизаций 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 продукций, постоянно быть в курсе всего что происходит на каждом участке предприятия. Наконец готовое изделие отправляют на автоматизированный склад. Там оно храниться 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.

Компьютеризированное 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 храниться 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 плановым или финансовыми отделами. Как правило, ГПС обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционным оборудованием, управляемым в ручную. Для их обслуживания требуется меньше персонала, поскольку значительная часть работы возлагается на машины. Детали обрабатываются с большой точностью: после того как установиться требуемый режим работы, ГПС должна функционировать без перебоев, так как все инструкции по выполнению производственных операции представлены в виде безошибочных (по крайней мере, теоретически) программ строго определенного содержания. Все это представляет разительный контраст с предприятиями, где большинство технологических операции осуществляется вручную. Люди могут прекрасно справляться со своим делом в течении 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 продукций.

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 отличии 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.

Похожие статьи




Развитие робототехники и гибких производственных систем - Автоматизация процессов покраски

Предыдущая | Следующая