Роботы сегодня и завтра

Специалист, работающий за конструкторским столом, оснащенным ЭВМ, кроме считавшихся ранее обычными видов чертежного оборудования сегодня располагает:

черно-белым дисплеем с буквенно-цифровым изображением и экраном высокого разрешения для изображения деталей чертежей, графиков и т. п.;

световым карандашом, при помощи которого можно «чертить» непосредственно по экрану;

приспособлениями для фиксирования позиций на экране;

устройствами для ввода текста, чертежей или схем;

устройством печати и автоматического вычерчивания, так называемым графопостроителем, для вывода информации и чертежей на бумагу.

Основной рабочий орган на этом рабочем месте — блок ЭВМ, состоящий из микроэлектронных элементов. База данных в ЭВМ содержит частные модели широко применяемых фасонных элементов для изготавливаемых деталей. Поэтому большая часть чертежа может быть по желанию конструктора составлена электронно-вычислительной машиной за несколько минут и — если в этом есть необходимость — выдана в готовом виде. Затем с помощью элементарных операций (например, проведение линий с использованием светового карандаша) конструктор добавляет те специфические особенности, которых нет в памяти ЭВМ. После ввода технических данных для процесса изготовления (сведения о выбранном материале и т. п.) ЭВМ автоматически вычисляет необходимые величины, например массу, объем и момент инерции. Точно так же ЭВМ вычисляет необходимые данные для изготовления детали на станке ЧПУ. Комплексные проблемы организации труда, возникающие в гибкой производственной системе, в значительной степени могут быть решены при помощи подобных автоматизированных рабочих мест технологов. Найденные при помощи ЭВМ решения помогают эффективному взаимодействию всех элементов гибкой производственной системы — станков, промышленных роботов, магазинов, транспортирующих систем и т. п., — которые в свою очередь частично управляются собственными ЭВМ. Таким образом в рамках гибкой производственной системы возникает иерархическая система обработки информации, в которой ЭВМ принимают решения о том, где, когда и что должно производиться.

Разнообразные промышленные роботы, рабочие места для конструкторов, оснащенные ЭВМ и дисплеями, проектирование, технология и процесс производства, автоматизированные блоки производственного и монтажного процессов гибкого применения, системы по резервированию места для проезда и автоматы для продажи билетов на транспорте, современное оборудование для сберегательных касс и банков — все эти устройства и системы немыслимы без микроэлектроники, без информационной техники и переработки информации. Во всех сферах общественной жизни, не только в промышленности объем применения микроэлектроники постоянно растет. По оценкам экспертов, к 2000 г. он увеличится по меньшей мере в 3 раза по сравнению с современным уровнем. И если раньше промышленный уровень страны определялся количеством стали на душу населения, то теперь он зависит и от количества применяемой микроэлектроники.

На пути к созданию автоматизированных предприятий

Промышленные роботы — это функциональные элементы производства, которые конструируются и создаются человеком на основе все более глубокого понимания законов природы. Их применение идет по трем основным направлениям — загрузочные роботы для манипулирования с обрабатываемыми деталями, укладка в штабеля и размещения в магазинах, а также для транспортирования и упаковки; роботы для манипулирования с инструментом (сварки, шихтования, пескоструйной очистки, удаления жировых загрязнений, монтажных работ, процесса литья и прочих подобных технологических процессов); монтажные роботы на сенсорах для сортировки изделий и деталей и для их точной компоновки.

Промышленная робототехника помогает дальнейшему развитию механизации и автоматизации производственных процессов на все более высоком уровне. Чем лучше средства автоматизации и чем их больше, тем выше качество продукции. Но прежде чем включать промышленную робототехнику в уже имеющиеся машинные системы, следует подумать, будет ли такое интегрирование эффективным. Зачастую выясняется, что необходимы новые решения, новые разработки для производственных участков или отдельных производственных линий предприятий.

Перед стартом

Правильность использования промышленной робототехники в значительной степени зависит от качества подготовительных операций. Любой процесс, в котором технологические устройства загружаются человеком или человек обслуживает механический инструмент с энергоприводом, необходимо серьезно проанализировать, чтобы определить, можно ли поручить выполнение данных задач промышленному роботу.

Основная область применения роботов, например, в металлообрабатывающей промышленности — технологические узлы и производственные системы. На схеме показано применение промышленного робота в рамках технологического узла. Здесь речь идет о принципиальном решении с использованием круговых структур и двух горизонтальных фрезеровочных центров, обслуживаемых роботом. Наружная заслонка каждого станка автоматически открывается и закрывается синхронно с движениями робота. Наружные и внутренние защитные приспособления следят за тем, чтобы посторонние лица не попадали в зону действия автоматического комплекса, чтобы не происходило выключение и чтобы при переоснастке одной машины не работала другая. Каждая машина имеет два магазина для деталей, обслуживаемые роботом, что позволяет проводить фрезерование деталей с различным временем обработки, а следовательно, приводит к увеличению возможностей машины и одновременно улучшает использование данного производственного участка.

^{Технологическое звено, состоящее из промышленного робота (1), двух фрезеровочных центров (2) и магазина штабелирования на поддонах (3), управления роботом (4).}

При подготовке подобного процесса опираются на следующие технологические принципы:

оптимизация технологического процесса обработки (например, последовательность отдельных операций, технические данные инструмента, режущего инструмента и процесса резания, комплексная обработка, зажим нескольких деталей, применение групповой технологии);

применение промышленных роботов на имеющихся автоматических и полуавтоматических машинах;

загрузка нескольких машин одновременно и коллективная работа на нескольких рабочих местах;

взаимное приспособление рабочих мест промышленного робота и условий транспортировки, перевалки и складирования;

нахождение решений, позволяющих сокращать число рабочих мест.

Достижению наиболее целенаправленного и экономичного использования промышленной робототехники предшествует большая теоретическая подготовка. На промышленных предприятиях после скрупулезного анализа различных процессов, состояния и условий рабочих мест вырабатываются долгосрочные концепции относительно возможных областей применения промышленной робототехники, исходящие из оптимального соотношения между расходами и ожидаемым эффектом, проводится исследование и планирование производственного процесса и связанного с ним потока информации, разумеется, с учетом периферийных устройств и вспомогательных процессов.

В результате такого анализа получают, как правило, основополагающую концепцию технологии в основных и малых (предшествующих и последующих) процессах, которая позволяет перейти к соответствующей постановке задач по всеобъемлющей рационализации.

Увеличение эффективности

Для оказания научно-технической поддержки предприятиям, применяющим промышленную робототехнику, в ГДР были созданы руководящие и координационные центры, которые в значительной степени способствовали разработке основных типов роботов (загрузочные роботы, роботы специализированных процессов для электротехники и электроники, технологические сочлененные роботы, роботы для поковочных и литейных процессов, а также роботы для сварки) и созданию необходимого научного задела, в частности, путем компоновки типовых решений для применения гибкой автоматизации. Кроме того, они служат для координации сотрудничества внутри страны, а также с СССР и другими странами СЭВ по разработке, изготовлению и применению основных типов роботов, влияют на конструирование соответствующих рабочих узлов и их поставки, а также на конструирование новых машин и установок с учетом применения робототехники; способствуют созданию собственных моделей и представляют техническую и технологическую документацию на уже разработанные и созданные. Эти центры занимаются обобщением и распространением лучших достижений, прежде всего полученных на этой основе данных для Центрального банка информации для промышленной робототехники, который был создан при Научно-исследовательском центре станкостроения в г. Карл-Маркс-Штадте в целях обеспечения наиболее эффективного внедрения новых разработок и практических технологий. В нем накоплена национальная и международная информация относительно разработки, производства и применения промышленных роботов, которая в случае необходимости может быть быстро предоставлена заказчику.

^{Загрузка литейной машины: решение сложной проблемы по загрузке, состоящей из 18 рабочих операций, необходимых при отливке под давлением. Литьевая машина открывается (1), рука робота вытягивается (2) и перемещается влево (3) для захвата отливки (4). Затем рука перемещается вправо (5), отводится назад (6) для последующего перемещения влево (7), после чего начинает работать контрольный датчик, а машина запирается. Отливка транспортируется на станцию закаливания (8), рука робота вытягивается (9) и опускается вниз (10) для укладки отливки (11). После того как робот отведет руку назад (12), начинается процесс удаления грата. Затем робот опять протягивает свою руку вперед (13), захватывает готовую отливку (14) и поднимает руку вверх (15), затем он оттягивает ее назад (16) и укладывает отливку на транспортер (17). Если датчик просигналил «брак», то до этого момента происходит сбрасывание отливки на отводной желоб брака. Затем робот поворачивает руку вправо (18), и описанный выше процесс начинается снова (по Брейннеру). I — датчик перегрузки, II — станция закаливания, III — пресс для снятия грата, IV — отводной желоб.}

Банк информации располагает новейшими данными относительно состояния промышленной робототехники в СССР и промышленно развитых капиталистических странах, сведениями о разработке, производстве и применении робототехники в ГДР.

Наличие подобного банка информации дает значительные преимущества — централизованное обобщение большого количества технико-экономических сведений, многогранное, целенаправленное и рациональное многократное использование технических, технологических и прочих решений, а также результатов исследовательской работы, — позволяющие избегать повторных или неэффективных разработок в области конструирования и технологического проектирования.