Автоматизация процессов получения заготовок, изготовления деталей и сборки изделия

Роботы с изменяемой последовательностью перемещений могут выполнять различные задачи или последовательности операций по новой программе. Однако в настоящее время созданы устройства типа «взять-положить», которые включают различные жесткие упоры по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА» установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться по своей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Кроме того, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботам любые манипуляционные устройства типа «взять-положить».

 

Роботы со следящей системой и без нее. Роботы с изменяемой последовательностью перемещений должны обладать способностью останавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют два подхода к решению этой задачи. При простейшем техническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как только получен сигнал, что руке требуется занять нужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов (шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление с открытым контуром без обратной связи относительно информации о действительном положении того или иного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсем перестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другое решение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма, эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, которое контроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор, пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящей системой или просто сервороботами.

 

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки к точке и по сплошной траектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленных роботах, обладают следующей особенностью. У многих роботов первых поколений компьютерной памяти хватало для запоминания лишь дискретных точек в пространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки между этими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботы с позиционным управлением еще широко распространены и вполне пригодны для таких работ, например, как точечная сварка. С уменьшением стоимости запоминающих устройств появилась возможность увеличить число запоминаемых точек. Многие изготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютерной памяти можно хранить очень большое число дискретных точек.

Для некоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобы рука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы с контурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию на большое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положения точек записывают во время программирования или вычисляют при фактическом движении путем интерполяции, например между двумя точками для образования прямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем с позиционным управлением. Фактически существует «серая зона», в которой системы многоточечного управления могут аппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота не останавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

 

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие, немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях. Роботы второго поколения сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи на роботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию об окружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнении производственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классу в упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включают устройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущение касания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало бы отнести к роботам третьего поколения. Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравым смыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию так называемых интеллектных роботов, которые будут наделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким образом, в перспективе станут в какой-то степени обладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационных признаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делает устройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительно влиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, даже принятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят к первому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочие типы робототехнических устройств оказываются передвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящими роботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

 

Что могут делать современные роботы

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинство деталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100 штук, а в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 % всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50 штук.

Роботы еще не обладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкой координации системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяются для выполнения манипуляционных операций, например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке, точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке, размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут оснащаться различными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением, нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, а также при очищении с помощью водяных струй. Следует отметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот, способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки, теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих «стальными воротничками» следует помнить, что робот может заменить только того, кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогут заменить людей не только на утомительной, повторяющейся или тяжелой работе, но и на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой с опытом. Поэтому вполне понятно, что у многих распространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростом безработицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комплексная автоматизация производства

 

При обеспечении технологичности конструкции изделия на этапах его разработки и освоения необходимо принимать во внимание намечаемые мероприятия по повышению уровня автоматизации производства. Эти мероприятия способствуют в значительной мере снижению ресурсоемкое изделия в процессах изготовления и требуют от разработчика умения принимать такие решения по обеспечению технологической рациональности и преемственности конструкции, которые, в свою очередь, создают предпосылки для дальнейшего повышения уровня автоматизации производства.

Автоматизацию рассматривают с позиций системных отношений и структурных связей, существующих между первичными компонентами технологии, а именно между человеком, орудиями труда и продуктом труда (изделием, заготовкой).

Значение и удельный вес этих связей среди других структурных связей в технологических процессах учитывают с помощью показателей состояния автоматизации.

Оценку состояния автоматизации производственных процессов проводят с единых методологических позиций - сопоставлением либо времени действия (хронометрические показатели), либо объемов полезных работ, выполненных человеком и машинами (арготические показатели).

Качественные характеристики состояния автоматизации включают:

♦  виды автоматизации, характеризуемые ее исполнением;

♦  ступени автоматизации, определяемые ее применением на различных структурных уровнях технологии;

♦  категории автоматизации, оценивающие полноту автоматизации любых видов и ступеней.

По видам автоматизацию технологических процессов разделяют на единичную и комплексную.

Единичной автоматизации подлежит только один первичный структурный компонент из числа всех компонентов системы (например, автоматизирована одна из десяти операций технологического процесса).

При комплексном виде автоматизация может быть:

♦  неполнокомплексной, когда автоматизации подлежат несколько первичных структурных компонентов системы (например, автоматизированы технологические процессы на трех из пяти участков цеха);

♦ полнокомплексной, когда автоматизации подлежат все без исключения первичные структурные компоненты системы (например, все технологические операции какого-либо процесса).

По применяемости автоматизация технологических процессов (от единичных операций до организации технологии на уровне всей промышленности) подразделяется на десять ступеней:

1  - единичная технологическая  операция;

2 - законченный технологический  процесс (система операций);

3 - система технологических процессов, выполняемых на производственном участке (отделении);

4 - система технологических процессов, выполняемых в пределах цеха (в  системе участков);

5 - система технологических процессов, выполняемых в пределах группы  технологически однородных цехов;

6 - система технологических процессов, выполняемых в пределах предприятий (в системе групп цехов);

7 - система технологических процессов, выполняемых в пределах производственных  фирм или научно-производственных  объединений (в системе отдельных  предприятий);

8 - система технологических процессов, выполняемых в пределах территориально-экономического региона (в системе отдельных фирм или объединений);

9 - система технологических процессов, выполняемых в пределах отрасли  промышленности (в системе регионов);

10 - система технологических процессов, выполняемых на уровне промышленности всей страны (в системе отраслей).

Основной тенденцией развития комплексной автоматизации производства является создание сквозной системы автоматизации, включающей этапы автоматизации конструкторских разработок и проектирования (САПР), автоматизации технологической подготовки производства (АСТПП) и автоматизации производственных процессов в механообрабатывающих и сборочных цехах. Эту задачу удается решить на базе широкого использования в машиностроительном производстве САD/САМ систем, станков с ЧПУ, промышленных роботов, а также специализированных систем САПР. На сегодня большое распространение получили такие программы, как АutoCad, Solid Works, АrhiCAD, «Компас». Системы САПР могут напрямую посылать чертежи с рабочего места инженера на станок с ЧПУ, однако следует учитывать, что с ростом сложности процесса ошибки тоже растут в геометрической прогрессии, поэтому необходимо очень внимательно относиться к разработке процесса с применением ЭВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Программы семейства AutoCAD для машиностроения:

 

Наименование	Функция программы
Mold Creator	Система автоматической компановки пресс-форм, позволяет полностью автоматизировать процесс конструирования
SPI Sheetmetal	Серия программных продуктов для проектирования, технологического расчета и выполнения разверток деталей, получаемых методом листовой штамповки и гибки, за счет использования ASIC-ядра твердотельного проектирования AutoCAD и Mechanical Desktop
Dynamic Designer Motion	Семейство программных продуктов для расчета кинематики и динамики, анализа трехмерных механизмов и стержневых конструкций в среде AutoCAD или Autodesk Mechanical Desktop для Windows.
Design Space	Программа проведения прочностного, температурного, частотного и усталостного анализа методом конечных элементов изделий, позволяет быстро определить прочностные характеристики проектируемого изделия и корректировать геометрию модели для получения равнопрочной конструкции, имеет ассоциативную связь со всеми ведущими CAD программными пакетами мира и читает геометрию всех распространных форматов
HyperMill	Пакет программ, полностью интегрированных в среду Mechanical Desktop и эффективно решающих задачи подготовки управляющих программ двух-, трех- и четырех- координатных станков с ЧПУ
MechaniCS	Система оформления чертежей, позволяющая быстро разрабатывать чертежи, полностью соответствующие ЕСКД, включая простановку размеров с допусками и дополнительным текстом, нанесение изображений видов, разрезов, сечений, обозначений сварки и шероховатости поверхностей
ElectriCS	Проектирование электрических схем на базе релейно-контактной аппаратуры для станкостроения, транспортного машиностроения, связи, машин различного назначения, автоматическое формирования буквенно-цифровых обозначений аппаратов, автоматическая нумерация линий связи и простановка зон чертежа
HydrauliCS	Проектирование принципитальных гидравлических и пневматических схем, перечней оборудования в машиностроении и станкостроении