Роботизированные технологические комплексы (РТК) в гибкой автоматизации производства
Роботизированные технологические комплексы (РТК) в гибкой автоматизации
производства
Главная идея роботизированного
технологического комплекса заключается в том, что промышленный робот должен
использоваться в сочетании с определенным технологическим оборудованием, как,
например, пресс, металлорежущий станок, сварочная установка, установка для
нанесения покрытий и т.д., и предназначен для выполнения одной или нескольких
конкретных технологических операций.
Применение промышленных роботов
можно подразделить на выполнение роботами непосредственно основных
технологических операций, и выполнение вспомогательных операций по обслуживанию
основного технологического оборудования. К первым относится автоматическое
выполнение роботами процессов сварки, сборки, окраски, нанесения покрытий,
пайки, проведение контрольных операций, упаковки, транспортирования и
складирования. Ко второй категории относится автоматизация с помощью роботов
процессов механической обработки (обслуживания различных металлорежущих
станков, шлифовальных и протяжных станков), прессов холодной и горячей
штамповки, кузнечного и литейного оборудования, установок для термообработки, а
также загрузки-разгрузки полуавтоматов дуговой сварки и контактных сварочных
машин, при автоматизации операций сборки.
По ГОСТ 26228-85 "Системы
производственные гибкие. Термины и определения":
Роботизированный технологический
комплекс (РТК) - совокупность единицы технологического оборудования,
промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и
осуществляющая многократные циклы.
Примечания.
1. РТК, предназначенные для
работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность
встраиваться в систему.
2. В качестве технологического
оборудования может быть использован промышленный робот.
3. Средствами оснащения РТК
могут быть: устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов
производства и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК".
При этом подразумевается одна
единица технологического оборудования и один промышленный робот.
Если количество промышленных
роботов и единиц технологического оборудования больше, то тогда это будет
роботизированный технологический участок (РТУ) (ГОСТ 26228-85) - совокупность
роботизированных технологических комплексов, связанных между собой
транспортными средствами и системой управления, или несколько единиц
технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими
промышленными роботами, в которой предусмотрена возможность изменения
последовательности использования технологического оборудования.
Роботизированная технологическая
линия представляет собой совокупность РТК, связанных между собой транспортными
средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического
оборудования, обслуживаемых одним или несколькими ПР для выполнения операций в
принятой технологической последовательности.
Таким образом, в состав
роботизированного технологического комплекса входят:
1) технологическое оборудование;
2) промышленный робот;
3) вспомогательное, транспортное
оборудование.
Рассмотрим проблему гибкой
автоматизации производства с целью установить место, которое занимают в ней
роботизированные технологические комплексы.
ГПС (по ГОСТ 26228-85) представляет
собой совокупность в различных сочетаниях технологического оборудования с ЧПУ,
роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных
модулей (ГПМ), ПР и других механизмов, разрабатываемых и функционирующих в
автоматическом режиме в течении заданного интервала времени, обладающих свойством
автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной
номенклатуры в установленных пределах их характеристик. относительная
автономность производственных единиц - ГПМ, обеспечивается координацией как
единое целое многоуровневой системой управления, обеспечивающей изменение
программы функционирования подсистем ГПС и тем самым - быструю перенастройку
технологии изготовления при смене объектов производства.
По организационной структуре
различают следующие виды ГПС: гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), гибкие
автоматизированные цеха (ГАЦ), гибкие автоматизированные участки (ГАУ).
ГАЛ - ГПС, в которой
технологическое оборудование расположено в принятой последовательности
технологических операций.
ГАУ - ГПС, функционирующая по
технологическому маршруту, в котором предусмотрены возможность изменения
последовательности использования технологического оборудования.
Система обеспечения
функционирования ГПС (Рис.1) определяется как совокупность взаимосвязанных
автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий,
технологическую подготовку их производства, управление ГПС при помощи ЭВМ и
автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.
ГПС состоит из ряда основных
автоматизированных подсистем: технологической, транспортной, складирующей,
контроля и управления.
Автоматизированная
технологическая подсистема ГПС. В состав технологической подсистемы ГПС входит
множества ГПМ совместно с необходимыми средствами технологического оснащения,
предназначенных для выполнения основных технологических операций производства
ЭА.
Автоматизированная
транспортно-складская система (АТСС) - подсистема взаимосвязанных
автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения,
временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, технологической
оснастки.
Автоматизированная подсистема
управления ТП (АСУ ТП) состоит из средств вычислительной техники - управляющих
ЗВМ, связанных в единый комплекс с помощью интерфейсных устройств и линий
передачи данных, и программного обеспечения. Предназначена для управления
отдельными единицами автоматизированного оборудования всех подсистем и системы
в целом; базируется на использовании оборудования с ЧПУ, ГПМ. Программное
управление ГПМ основывается на применении программы, определяющей порядок
действий с целью получения требуемого результата.
Система управления охватывает
все уровни иерархии ГПС; нижний уровень управления - ГПМ и обслуживающие их
АСС, АТС и САК; средний уровень управления - ГАЛ и ГАУ и обслуживающие их АСС,
АТС и САК; высший уровень управления - ГАЦ, т.е. управление производственными
единицами (линиями и участками) в соответствии с заданным планом производства
изделий.
Подсистема контроля ГПС решает
задачи:
получения и передачи информации
о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении
контролируемых объектов, а также о состоянии технологической среды;
сравнения фактических параметров
с заданными;
передачи информации о
рассогласованиях для принятия на различных уровнях ГПС;
получения и представления
информации об исполнении функций;
автоматической перестройки
средств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов;
полноты и достоверности контроля.
Автоматизированная система
инструментального обеспечения (АСИО) - система взаимосвязанных элементов,
включающая участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления,
устройства смен и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку,
хранение, автоматическую установку и замену инструмента.
Состав и структура ГПС зависит
от специализации, технологических задач, типов изделий, типа производства,
частоты смены продукции. Рис 1.
Для обеспечения функционирования
ГПС необходимо:
скомплектовать, подготовить и
загрузить в АТСС заготовки, комплектующие, полуфабрикаты, материалы и другие
ингредиенты производства;
подготовить, настроить и ввести
в АТСС и ГПМ приспособления и инструменты; подготовить и ввести в библиотеку
программ АСУТП, АСТПП и АСУП необходимые программы управления гибкой
производственной системы (ГПС);
автоматизированной системы
испытаний (АСИ);
системы материально-технического
обеспечения (СМТО);
Рисунок 1 - Организационные
уровни сложности ГПС
При этом подсистемы АСУ, АСНИ,
САПР и АСТПП, являясь внешними по отношению к ГПС, реализуют информационное
обеспечение на входе ГПС с использованием соответствующих баз данных (БД). Так
АСУ обеспечивает планирование загрузки ГПС по номенклатуре и качеству изделий,
предназначенных к выпуску в определенные периоды времени, и планирование
подготовки производства для ГПС; АСНИ и САПР - автоматизированное
проектирование ЭА с выпуском технической и программной (ПД) документации; АСТПП
- автоматизированные разработки технологической документации, проектирование
средств технологического оснащения и выпуск конструкторской документации на
оснастку, разработку управляющих перфолент для ГПМ, ГПС; АСИ - автоматизированное
испытание изделий.
ИПС позволяют обеспечить
полностью автоматизированный процесс проектирования и производства изделий ЭА и
возложить на человека функции контроля.
Единичное обслуживание
оборудования обеспечивается автономным или встроенным в оборудование ПР. Минимальные
задачи, решаемые таким РТК, состоят в автоматизации операций обработки детали,
ее установки-снятия, базировании и фиксации в рабочей зоне, а также в
обеспечении связи с транспортными и информационными потоками основного
производства. Разновидностью этой схемы является обслуживание несколькими
роботами группы машин, число которых меньше числа ПР, имеющее место в РТК с
машинами литья под давлением, при обслуживании листоштамповочных прессов и
оборудования других типов (например, в станочных центрах, где один ПР
осуществляет установку - снятие детали, а другой - смену инструмента и
снаряжение инструментального магазина станка). При этом в состав РТК помимо ПР
могут входить автооператоры различного назначения (например, в РТК с машинами
литья под давлением).
а бв
а - Встраивание робота в
оборудование;
б - Расположение робота у
основного технологического оборудования;
в - Обслуживание несколькими
роботами группы машин, число которых меньше числа ПР.
Групповое обслуживание
оборудования при его линейном, линейно-параллельном или круговом расположении
может осуществляться одним ПР, обеспечивающим помимо операций, названных ваше,
еще и межстаночное транспортирование деталей.
При этом с помощью ПР решаются
также задачи диспетчирования работы оборудования, входящего в состав РТК,
элементов транспортных систем и дополнительных механизмов. Разновидностью
указанной схемы является обслуживание несколькими ПР группы станков, число
которых превышает число роботов.
При этом можно не только
обеспечить обработку деталей с различной последовательностью операций, но и
сократить простои основного технологического оборудования, связанные с
многостаночным обслуживанием, выполняемым ПР.
аб
вг
а - Обслуживание несколькими
роботами группы машин, число которых превышает число ПР. Обработка деталей с
постоянной последовательностью операций
б - Возможность изменения
последовательности обработки и пропуска операций
в - Обслуживание одним ПР группы
машин. Круговое расположение оборудования (до пяти единиц, не более)
г - Линейное расположение
оборудования (количество регламентируется коэффициентом использования
оборудования в робота)
В зависимости от серийности
производства, в котором используется РТК с групповым обслуживанием
оборудования, для такого комплекса могут быть применены различные
организационные формы загрузки основного технологического оборудования от
независимой работы каждого станка, до превращения РТК в поточную линию.
Однако для обеспечения
необходимой гибкости производства в РТК с групповым обслуживанием ПР необходимо
предусматривать создание межоперационных заделов, обеспечение возможности
пропуска отдельных операций на некоторых типах деталей, изменения порядка
обработки и т.п.
Индивидуальное выполнение
основных технологических операций, таких как сварка, окраска, сборка и т.п.,
осуществляется технологическим или универсальным ПР, на базе которого
организуется РТК, включающий различного рода вспомогательные, транспортные,
ориентирующие устройства и механизмы, работа которых контролируется системой
программного управления робота.
а б
Выполнение одним роботом
законченной технологической операции (перехода). а - Перенос и обработку
деталей осуществляет робот за счет смены захватов и инструмента на позиции 6; б
- Транспортирование детали осуществляется конвейером, управляемым СПУ робота
Групповое использование ПР для
выполнения основных технологических операций подразумевает применение роботов
разных типов (вспомогательных, технологических и универсальных), связанных в
единый комплекс, обеспечивающий законченный технологический процесс.
аб
Выполнение группой роботов
заключительной технологической операции (перехода)
а - Группа роботов различного
технологического назначения выполняет операцию на одной позиции 6;
б - Группа роботов одного
технологического назначения выполняет законченную операцию.
Примечание. На схемах обозначено:
1 - ПР; 2 - конвейер; 3 - основное технологическое оборудование; 4 - магазин с
заготовками, деталями или инструментом; 5 - вспомогательные устройства,
расширяющие функции робота (устройства контроля, измерения и т.п.); 6 -
вспомогательные устройства ориентации или фиксации деталей.
Список литературы
1.
Роботизированные технологические комплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов,
И.Г. Левченко, В.А. Фадеев - Учеб. Пособие. - Харьков. Нац. аэрокосмический
университет "ХАИ", 2003. - 214с.
2.
Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкие
производственные системы. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 309с.
3.
Гибкие производственные комплексы / под. ред. П.Н. Белянина. - М.: Машиностроение,
1984. - 384с.
4.
Гибкое автоматическое производство/под. ред. С.А. Майорова. - М.: Машиностроение,
1985. - 456с.
5.
Иванов А.А. ГПС в приборостроении. - М.: Машиностроение, 1988. - 282с.
6.
Управление робототехническими системами и гибкими автоматизированными
производствами / под. ред. Н.М. Макарова, - М.: Радио и связь, 1981, ч.3 - 156с.
7.
Широков А.Г. Склады в ГПС. - М.: Машиностроение, 1988. - 216с.