Применение промышленных роботов

Все три  выделенных класса роботов не имеют  устройств, позволяющих воспринимать информацию о внешней среде, в  том числе об объектах манипулирования, и действуют по неизменяемой в  процессе работы (жесткой) программе. Поэтому при их применении внешняя среда должна быть организована настолько хорошо и "жестко", насколько это необходимо для правильной работы робота. Объекты манипулирования должны быть вовремя, с заданной ориентацией и достаточно точно поданы на загрузочную позицию, действия робота и обслуживаемого им оборудования жестко синхронизированы. [3]

 

3. Использование роботов в промышленности

Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную задачу, связанную с созданием нового современного оборудования, технологических процессов, систем организации производства при систематическом повышении прибыли, улучшении условий труда и сокращении потребности в рабочей силе. Уровень и способы автоматизации зависят от вида и серийности производства, оснащенности техническими средствами. Эффективность автоматизации определяется тем, насколько рационально организован производственный процесс в целом, комплексно ли и на всех ли звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (для ликвидации внеплановых простоев). Эффективность автоматизации благодаря применению промышленных роботов также может быть достигнута только при комплексном подходе к созданию и внедрению роботов, обрабатывающего оборудования, средств управления, вспомогательных механизмов и устройств и т. д. Проводить организационно-технологические мероприятия значительного объема ради единичного внедрения промышленного робота нерентабельно. Только расширенное применение промышленных роботов в составе сложных роботизированных технологических систем оправдано технически, экономически и социально. Промышленные роботы могут быть эффективно применены в условиях производства с различной серийностью для  автоматизации  вспомогательных и основных технологических операций. [2]

 

1. Промышленные роботы в массовом производстве

 

Массовое производство с постоянным объектом выпуска предполагает применение высокопроизводительного специального основного технологического оборудования, объединенного автоматическими транспортно-загрузочными механизмами периодического действия, что в комплексе представляет собой автоматические линии. При создании таких линий стремятся обеспечить минимальный цикл работы. Жесткие автоматические линии отличаются высокой производительностью и широко применяются в подшипниковой промышленности, автомобилестроении, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, производстве изделий бытовой техники и т. д. Так как эти линии нельзя использовать при смене объекта производства, то они должны окупаться за период эксплуатации. Главные требования, предъявляемые к основному и вспомогательному оборудованию, — высокая производительность, надежность при длительной эксплуатации и высокий уровень автоматизации выполняемых операций. Надежность и ресурс основного технологического оборудования, вспомогательных устройств и средств автоматизации ограничены сроком выпуска массовой продукции. Средства автоматизации не обязательно должны быть переналаживаемыми и функционально взаимозаменяемыми, что определяет сравнительную простоту их конструкций.

Однако  и в массовом производстве возрастающие темпы технического прогресса обусловливают сравнительно частое изменение конструкций и свойств выпускаемых изделий, что, в свою очередь, вызывает необходимость в переналадке или изменении структуры действующей автоматической линии, замене оборудования и средств автоматизации и т. д. Таким образом, срок эксплуатации жесткой автоматической линии, ориентированной на выпуск конкретной продукции, сокращается. Это вызывает необходимость широкого применения промышленных роботов в массовом производстве.

Применение  промышленных роботов различного функционального назначения позволяет быстро комплектовать комплексные автоматические линии, в состав которых входит разнородное технологическое оборудование, исключает необходимость создания в каждом конкретном случае специальных транспортных средств, позволяет быстро переналаживать автоматические линии, а также комплектовать и пускать их в эксплуатацию в более сжатые сроки. [2]

 

3.2 Промышленные роботы в крупносерийном производстве

 

Крупносерийное производство характеризуется ограниченным сроком морального старения выпускаемого изделия. Подготовка такого производства должна осуществляться, в короткие сроки, так как выпускаемая продукция изготовляется в течение ограниченного времени. Основные требования, предъявляемые к основному и вспомогательному   оборудованию — высокая производительность, надежность, переналаживаемость и возможность перекомпоновки сравнительно легкими способами. Снижение стоимости подготовки производства и себестоимости продукции прямо зависит от соблюдения этих условий.

Перечисленным требованиям вполне удовлетворяет  автоматическое и полуавтоматическое обрабатывающее оборудование, которое с помощью промышленных роботов можно объединить в автоматические линии с гибкой связью. Объединение промышленных роботов с высокоавтоматизированным оборудованием в предметные робототехнические комплексы позволит решить задачу создания комплексно-автоматизированных участков и линий с гибкой связью, обеспечить их переналадку, а при необходимости — изменение структуры и переукомплектование. [2]

 

3.3 Промышленные роботы в среднесерийном многономенклатурном производстве

 

Среднесерийное многономенклатурное производство характеризуется частой сменой и повторяемостью партий выпускаемых изделий, а также небольшой длительностью выпуска деталей одного типа (от двух-трех смен до нескольких недель).

Проблема комплексной автоматизации среднесерийного многономенклатурного производства наиболее эффективно может быть решена на основе создания типовых роботизированных комплексов различного технологического назначения, в которых промышленный робот осуществляет единичное или групповое обслуживание оборудования (роботизированных позиции). Такие роботизированные комплексы должны обеспечивать выполнение наиболее распространенных в машиностроении операций, включая заготовительные и сборочные. Конструктивно-технологические параметры роботизированных комплексов должны быть таковы, чтобы можно было объединять их в гибкие производственные системы, построенные на основе методов групповой технологии. Разработка типовых роботизированных комплексов для обработки наиболее распространенных деталей машиностроения и выполнения широкой номенклатуры операций позволяет комплектовать автоматизированные участки производства и автоматические линии различных типов, создавая сложные производственные системы, дифференцированные по назначению, составу выполняемых операций и уровню автоматизации процессов обработки и управления. [2]

 

 

3.4 Промышленные роботы в мелкосерийном производстве

Мелкосерийное производство требующее переналадки за время смены, высоких производительности труда и степени автоматизации производственных процессов, находится в настоящее время на наиболее низком уровне. Повышение технико-экономических показателей этого производства предполагается путем широкого применения оборудования с числовым программным управлением, которое должно быть объединено в участки либо по функциональному признаку (однородные станки), либо по технологическому принципу (обеспечение последовательного технологического маршрута обработки). Перспективно применение роботизированных комплексов на основе многооперационных станков с числовым программным управлением с высоким уровнем концентрации и совмещения операций. Методы групповой технологии позволяют и в мелкосерийном производстве в ряде случаев организовать обработку укрупненных партий однотипных деталей. Основной структурной единицей автоматизированных гибких производственных систем и при мелкосерийном производстве должны стать роботизированные комплексы оборудования — роботы, программируемые по первой детали методом обучения; такое решение обеспечит рентабельность обработки деталей с партией запуска 5—10 шт. [2]

 

4. Примеры операций, выполняемых при помощи промышленных роботов

 

В настоящее  время промышленные роботы используются во многих видах производства. Но на разных производствах промышленные роботы выполняют схожие операции. Рассмотрим некоторые из них.

 

 

 

4.1 Применение промышленных роботов при загрузочно-разгрузочных работах

Во многих отраслях машиностроительной промышленности используются установки  для литья, резки и ковки. В  большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают  в производственную установку, которая  затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие  или в тех случаях, когда применимы  средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесь  оказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется.

Например, в литейном производстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленного алюминия,  так и для извлечения из пресс-формы  затвердевших отливок и охлаждениях. Такой подход обладает двумя преимуществами. Прежде всего, роботы гарантируют более  строгое соблюдение требований технологического процесса: действуют в соответствии с заданной программой - они всегда вводят в установку точно дозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времени они  извлекают из нее отформованные  детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий.

Второе преимущество данного  подхода заключается в том, что  значительно облегчается работа оператора. Таким образом, роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью компьютера. [1]

 

 

 

4.2 Применение промышленных роботов при обработке деталей и заготовок

 

Хотя роботы, выполняющие обработку изделий с помощью различных инструментов нашли пока менее широкое применение, чем аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они продемонстрировали свою эффективность при решении многих задач.[4]

 

4.3 Применение промышленных роботов при операции сварки

 

Эта операция чаще всего  выполняется с помощью роботов, предназначенных для манипулирования  инструментом. Роботы могут осуществлять два вида сварки: точечную контактную и дуговую. В обоих случаях  робот удерживает сварочный пистолет, который пропускает ток через  две соединяемые металлические детали.

В соответствии с управляющей  программой сварочный пистолет может  перемещаться практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.

Большинство роботов для  точечной сварки применяется в автомобильной промышленности. При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное количество операций точечной сварки, чтобы надлежащим образом соединить между собой различные детали кузова, например боковины, крышу и капот. На современных конвейерах эти детали вначале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями. Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку в строго определенных местах. Поскольку все кузова, монтируются на одной производственной линии, для получения высококачественных соединений требуется, чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений .

При очевидных преимуществах  такого использования роботов существует ряд и серьезных технических  проблем. Запрограммировать робот  весьма непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора, но и подготовить инструкции, в  соответствии с которыми регулируется напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры  могут меняться, например, в зависимости  от толщины свариваемого материала  или от того  какую форму имеет  прокладываемый шов - прямую или криволинейную.

Также необходимо сконструировать  фиксаторы, удерживающие детали в процессе сварки таким образом, чтобы сварка осуществлялась при высокой точности позиционирования. Когда сварочный  пистолет держит человек, он способен учитывать незначительные смещения заготовки. Сварщик лишь слегка сместит  инструмент, с тем, чтобы выполнить  шов в заданном месте. Робот же не способен самостоятельно принимать  подобные решения, если фиксаторы допускают  перекос или смещение, то существует вероятность того, что сварные  швы будут расположены с отклонением. Кроме того, фиксатор должен быть таким, чтобы манипулятор имел доступ к  детали с разных сторон.

Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали. Сварщик принимает во внимание неизбежные отклонения в размерах, но роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом, когда сварка осуществляется с помощью  автоматики, допуски на детали, изготавливаемые  на других участках предприятия, должны быть минимальными. [1]

 

4.4  Применение промышленных роботов при операции сверления

 

Как правило, операцию сверления  осуществляют на станке. При использовании  робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий инструмент, который  перемещается над поверхностью обрабатываемой детали, высверливая отверстия в  нужных местах. Преимущество подобной процедуры проявляется в тех случаях, когда приходится работать с крупногабаритными и массивными деталями или проделывать большое число отверстий.

Операции сверления играют значительную роль в самолетостроении: они предшествуют клепке, при которой  в отверстия вставляются миниатюрные  зажимные детали, скрепляющие между  собой два листа металла. В  деталях самолетов необходимо проделывать  сотни, а то и тысячи отверстий  под заклепки, и вполне естественно, что такую операцию поручили роботу. [1]

 

4.5 Применение промышленных роботов при бесконтактной обработке заготовок

 

Из-за малой жесткости  и недостаточной твердости, роботы не могут проводить обработку  твердых материалов резаньем. Поэтому  инженеры изучают бесконтактные  методы обработки материалов, подобных металлу или пластику. Для этой цели, в частности, используется лазер. В рабочем органе робота закреплен  прибор, который направляет высокоэнергетическое когерентное излучение лазера на обрабатываемую заготовку. Лазер может  с высокой точностью резать пластины из металла, в частности стали. Робот  перемещает рабочий орган над  обрабатываемым листовым материалом по траектории, определяемой программой. Программой же регулируется интенсивность  светового луча в соответствии с толщиной нарезаемого материала.[4]

 

4.6 Применение промышленных роботов при нанесении различных составов на поверхность

 

На большинстве предприятий  после таких операций, как резанье, производится обработка поверхности  только что изготовленных деталей  (чаще всего окраска). Это еще один тип производственных операций, которые способен выполнять робот, если его оснастить пульверизатором. В память робота закладывается программа, обеспечивающая выполнение определенной, многократно повторяемой последовательности перемещений. Одновременно программа регулирует скорость разбрызгивания краски. В результате на поверхности окрашиваемой детали образуется равномерное покрытие, причем нередко робот обеспечивает более высокое качество окраски, чем человек, которому свойственна неточность движений. Среди других процедур обработки поверхности можно отметить напыление антикоррозийных жидкостей на листы металла для защиты их от химического или физического воздействия окружающей среды, а также нанесение клеевых составов на поверхность деталей подлежащих соединению. Автомобилестроительные компании исследовали возможность применения последней операции на этапе окончательной “подгонки” готовых узлов, в частности при монтаже таких элементов, как хромовые вкладыши на кузове автомобиля. При выполнении подобных операций робот помещают в оболочку, которая защищает его от попадания клея и других связующих веществ Его также можно “обучить” тому, чтобы он время от времени самостоятельно очищался, погружая захватное приспособление в очищающую жидкость.[4]