Организационно-технические особенности создания и эксплуатации робототехнических комплексов

Робототехнические комплексы (РТК) представляют собой воплощение новых типов систем машин, возможных при широком применении промышленных роботов (ПР), обеспечивающих комплексную автоматизацию транспортно-разгрузочных работ и технологических процессов в многономенклатурном производстве. В РТК роботы позволяют решать проблему комплексной автоматизации любого типа современного производства благодаря присущим им автоматичности, высокой надёжности, универсальности и способности быстрой переналадки для выполнения различных по характеру и назначению операций и процессов.

Промышленный робот – это механическая система, включающая манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы и средства передвижения. С помощью промышленных роботов можно объединять технологическое оборудование в отдельные робототехнические комплексы различного масштаба, не связанные жестко планировкой и числом комплектующих агрегатов.

Под роботизированным технологическим комплексом понимается совокупность основного технологического оборудования, роботов и средств оснащения.

Состав оборудования в РТК строго не регламентирован и определяется его функциональным назначением (обычно общее количество станков и роботов не превышает 5 единиц)

Принципиальными отличиями робототехники от традиционных средств автоматизации являются их широкая универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность) при переходе на выполнение принципиально новых операций.

Факторы, предопределяющие применение ПР и РТК, разнообразны и многочисленны. К наиболее типовым факторам могут быть отнесены:

· утомительные, вредные, физически тяжелые и опасные для жизни ручные операции, механизация и автоматизация которых традиционными методами невозможна;

· погрузочно-разгрузочные и другие вспомогательные ручные операции, выполнение которых ограничено быстродействием рук рабочего, быстрой его утомляемостью;

· высокий уровень стандартизации, взаимозаменяемости и конструктивной преемственности элементов (модулей), из которых при минимальном количестве оригинальных элементов разного назначения могут компоноваться экономически целесообразные ПР и РТК на участках и поточных линиях;

· переоснащение производства в целях его интенсификации, достигаемое прежде всего за счет широкого использования ПР в РТК;

· научно обоснованная классификация изготовляемых предприятием заготовок, деталей, узлов и изделий по конструктивно-технологическим признакам, являющаяся основой разработки типовых техпроцессов, которые могут обеспечить стабильность функционирования ПР и РТК при выполнении месячных и сменно-суточных заданий;

· необходимость повысить качество изготовляемых изделий, увеличить объем их выпуска, сократить затраты времени на единицу изделия за счет высоких технико-экономических показателей ПР и РТК;

· снижение уровня производственного травматизма и профессиональных заболеваний.

Приведенный перечень не охватывает всего разнообразия факторов, однако очевиден тот факт, что организация роботизированного производства является сложной комплексной задачей, включающей создание отдельных ПР, конструктивно-технологической систематизации роботизированных объектов и разработку процессов роботизированных комплексов.

Основными структурными единицами роботизированного производства являются ПР. Поэтому решаются вопросы прежде всего создания технически прогрессивных и экономически целесообразных ПР. Роботы первого поколения (автоматические манипуляторы) выполняют работу по заранее заданной жесткой программе; ПР второго поколения оснащены системами адаптивного управления, представляемыми различными сенсорными устройствами (техническое зрение, очувственные схваты и т.д.) и программами обработки сенсорной информации; ПР третьего поколения обладают искусственным интеллектом, позволяющим им выполнять самые сложные функции при замене в производстве человека.

Роботы и средства оснащения выбираются, во-первых, таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия функционирования основного оборудования с учетом его типа, количества и характера выполняемых технологических операций; во-вторых, чтобы достигнуть высокого качества работ, выполняемых собственно ПР в той или иной системе машин. Значительная часть ПР выполняет основные технологические операции дуговой и контактной сварки, сборки, окраски поверхности и т.д. (удельный вес технологических роботов составляет примерно 60%).

Исключительно важна роль ПР в автоматизации вспомогательных операций. В системах машин они выполняют транспортно-загрузочные и транспортно-промышленные работы.

Автоматизируя выполнение вспомогательных производственных функций, роботы объединяют оборудование в единые системы машин, обладающих гибкостью, универсальностью, достаточной надежностью в эксплуатации, быстрой переналаживаемостью. Это является основой принципиальной новизны процесса роботизации производства.

Классификация РТК по типу роботизированного подразделения основывается на количественной характеристике выполняемых комплексом технологических операций.

Простейшим типом РТК, который положен в основу более крупных комплексов, вплоть до целых предприятий, является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ), в которой выполняется небольшое число технологических операций, например роботизированная единица технологического оборудования с ЧПУ.

Более крупным роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он выполняет ряд технологических операций (включает несколько единиц РТЯ). Если операции осуществляются в едином технологическом процессе на последовательно расположенном оборудовании, то комплекс представляет собой роботизированную технологическую линию (РТЛ).

Структурно РТК может быть представлен в виде цеха, состоящего из нескольких РТУ, РТЛ, автоматизированных складов и связывающих их транспортных промышленных роботов (робоэлектрокаров). Высшей формой организации производства является создание комплексно роботизированного завода. В зависимости от вида роботизированного производственного процесса РТК могут быть предназначены для получения заготовок, обработки деталей, выполнения процессов сборки либо для реализации контрольно-сортировочных и транспортно-перегрузочных операций, в том числе для внутрицехового транспортирования и складских операций.

При проектировании РТК выделяют два этапа: на первом этапе рассматривают проблемы анализа производства, выбирают объекты роботизации, состав основного технологического оборудования, вид движения деталей, систему рационального автоматизированного управления технологическим процессом и функциональными задачами; на втором этапе осуществляют непосредственное проектирование РТК, формируют структуру, определяют количество и характеристики промышленных роботов и технологического оборудования, разрабатывают рациональные планировки оборудования РТК в производственном помещении, составляют и отлаживают алгоритмы и программные системы управления РТК, необходимые в период функционирования.

Компоновочные варианты РТК зависят от решаемых технологических задач, уровня автоматизации, числа и типажа промышленных роботов, их технических и функциональных возможностей. Как правило, компоновочные варианты РТК основываются на принципах индивидуального и группового обслуживания оборудования промышленными роботами.

Индивидуальным называется обслуживание, когда робот встраивается в технологическое оборудование; размещается рядом с оборудованием; несколько роботов обслуживают единицу оборудования.

Групповое обслуживание – когда робот обслуживает несколько единиц технологического оборудования, при этом возможны два варианта компоновки:

1) линейное расположение оборудования;

2) круговое расположение оборудования.

Выбор оптимальных параметров и рациональных конструкторских решений в период проектирования РТК производится с учетом ряда организационно-экономических факторов: производительности РТК, обеспечения надежности его работы, эффективности функционирования и др. Проектную потенциальную производительность РТЯ можно определить по формуле:

,

где – число деталей, обрабатываемых за цикл; – цикл работы РТЯ (); К_т.ис. – коэффициент технического использования РТЯ с учетом собственных простоев.

Известно, что, кроме собственных перерывов, технологическое оборудование может простаивать из-за организационно-технических перерывов, которые необходимо учитывать при определении фактической производительности РТЯ.

Фактическую производительность РТК можно рассчитать по формуле:

,

где – коэффициент суммарных внецикловых потерь рабочего времени (собственных и организационно-технических).

При решении организационно-экономических проблем использования РТК особенно важно обеспечить необходимый уровень надежности. Этот комплексный показатель промышленного робота рассчитывается по формуле:

,

где – время, затрачиваемое на техническое и организационное обслуживания РТК в плановый период (ч, смена); – наработка робота на отказ за плановый период; – среднее время восстановления работоспособности РТК.

Повышение надежности РТК позволяет снизить потери времени на планово-предупредительные ремонты и ликвидацию аварийных отказов, а также уменьшить затраты на ремонт всех видов и техническое обслуживание оборудования. Обеспечение ритмичности производственного процесса в условиях РТК и синхронизация операций являются одной из сложных организационных задач. Для РТК устанавливают величину усредненного такта или ритма () и за счет группировки и подбор операций обеспечивают равенство или кратность между продолжительностью операций и тактом. Такт определяется по формуле:

,

где – штучное время на i-й операции; – число роботизированных технологических ячеек.

За счет синхронизации простои основного оборудования РТК сводятся к минимуму, при этом повышаются его производительность и эффективность. Социально-экономическая эффективность определяется на основе суммы приведенных затрат по базовой технике и РТК с учетом социальных факторов.

Универсальность РТК характеризуется возможностью изготовления (обработки, сборки и т.д.) изделий, различных по назначению, но имеющих конструктивно-технологическое сходство, а также переходом от изготовления одного вида изделия (работы) к другому с небольшими затратами подготовительно-заключительного времени на партию.