Роботизация производства

Промышленные роботы в машиностроении. Роботизация производственных процессов

Опубликовано admin мая 7, 2013 в Роботетхника

Промышленный робот является одним из средств автоматизации производственных процессов. Такие качества ПР, как универсальность, гибкость и автономность систем управления, в сочетании с другими современными средствами автоматизации, основным и вспомогательным оборудованием, позволяют создавать высокоэффективное современное производство.

Состав роботизированных производств (РП) определяется следующими показателями: размерами и типом деталей, являющихся объектом обработки; темпом выпуска деталей, заданным годовой программой; составом технологического оборудования; организацией обслуживания оборудования; организацией обеспечения материалами и инструментами; организацией управления работой оборудования. Промышленные роботы в составе РП наряду с участием во вспомогательных операциях (типа загрузка — разгрузка технологического оборудования) выполняют и основные технологические операции.

По организационной структуре роботизированные производства подразделяются на роботизированные технологические комплексы (РТК); роботизированные технологические участки (РТУ); роботизированные технологические линии (РТЛ).

Роботизированная технологическая линия предназначается для выполнения нескольких операций в принятой технологической последовательности. Она состоит из роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования (например, станков), обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами.

На роботизированном технологическом участке (состав участка аналогичен составу линии) предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Первичной ячейкой организационной структуры роботизированного производства является роботизированный технологический комплекс (РТК).

Он включает в себя технологическое оборудование, промышленный робот, устройство управления и различные средства оснащения, обеспечивающие подачу заготовок, деталей и инструментов к месту обработки или сборки. Чтобы РТК работал в автоматическом режиме, без помощи человека, нужно автоматизировать все вспомогательные операции, например удаление стружки, контроль за точностью обработки, замену затупившихся или сломанных инструментов и др. Однако наличие таких элементов вместе еще не означает возникновения РТК, а не автоматизированного производства.

Рассмотрим ситуацию на примере обработки отверстия в детали. В соответствии с уровнем сложности применяемых средств возможные варианты поставленной задачи можно представить следующим образом:

  1. отверстие получается сверлением с помощью ручной дрели;
  2. отверстие получается сверлением с помощью дрели с электрическим приводом;
  3. сверление осуществляется на вертикально-сверлильном станке, управляемом человеком;
  4. деталь загружается на станок человеком, а операция сверления осуществляется автоматически в определенном месте детали и только на определенную глубину;
  5. загрузка детали осуществляется автоматическим устройством типа автооператора, затем производится сверление в заданном месте и на нужную глубину (характеристики могут быть изменены путем механической переналадки станка);
  6. деталь переносится на станок роботом; в зависимости от типа детали на станке осуществляется сверление отверстия необходимого диаметра, глубины и т. п.;
  7. робот загружает деталь и забирает ее со станка; тип и характеристики отверстия, обрабатываемого на станке, оснащенном устройством ЧПУ, могут изменяться в зависимости от характеристик производимых изделий; система управляется микроЭВМ;
  8. робот оснащен системой очувствления (зрением, тактильной чувствительностью) и сам ищет деталь в накопителе.

Первые пять вариантов хотя и включают возможность переналадки и автоматизации, но не обеспечивают гибкость (автоматическую смену заданий) и универсальность.

Шестой вариант представляет собой простейшую робототехническую систему, так как имеется возможность изменения запрограммированных движений манипулятора. Седьмой и восьмой варианты — более развитые робототехнические системы, в которых осуществляется быстрая переналадка всего РТК на новое задание и выпуск новой продукции.

Рассмотренный пример не охватывает целиком понятия РТК, в которых ПР может использоваться не только в качестве транспортного или загрузочно-разгрузочного средства, но и как основное технологическое оборудование. Структурная схема РТК, на которой показаны основные блоки комплекса в его наиболее развитом виде: включены датчики состояния среды, блок управления приводом и др. Примером РТК, построенного по такой схеме, может служить РТК сварки, типовой комплекс, в котором в качестве основного технологического оборудования использован промышленный робот. Возможность смены программ осуществляется устройством программного управления.

Почти на всяком промышленном предприятии есть разного рода «неудобные» рабочие места (большая физическая нагрузка, неудобная поза, работа с вредными и токсичными веществами, высокая температура, запыленность, шум и высокий темп работы), подлежащие роботизации даже при отсутствии экономической выгоды. Там, где задачи рабочих при выполнении производственного процесса неизменны, утомительны, надоедливы и не требуют размышлений, т. е. в основном выполняются примитивные производственные процессы, действия рабочих могут и должны быть заменены ПР.

Прежде чем создать роботизированное технологическое производство, изготавливаются различные технические узлы и устройства. Характеристики конкретного рабочего участка, как правило, требуют усовершенствования базового варианта ПР: изменения конструкции захвата (иногда разработки нескольких новых захватов), создания средств технической оснастки, повышения точности позиционирования и т. д. Например, жесткие требования предъявляются к технологическому процессу при автоматизации заготовительного производства с помощью ПР, так как ужесточаются допуски на форму и размеры заготовок, на качество и стойкость используемого инструмента и т. д. При автоматизации сборки возникает проблема по оснащению ПР средствами «очувствления», в том числе силомоментными системами, и технического зрения.

При использовании на конвейерных линиях ПР оснащаются специальными приспособлениями, датчиками и дополнительными управляющими устройствами, что значительно усложняет программирование работы ПР и их применение.

Во время испытаний РТК осуществляется проверка его функционирования, подключение, опробование систем энергоснабжения и защиты, производится регулировка инструмента и устанавливается режим работы. В ходе эксплуатации РТК следует вести тщательное наблюдение за работой ПР, учитывая все отступления и сбои его функционирования в сочлененном с ним оборудовании. При возникающих трудностях в роботизации производства необходимо наладить работу ПР, осуществить доводку системы, оптимизацию производственных циклов, организацию материально-технического обслуживания и программирования, а также разработать программу дальнейшего расширения и совершенствования роботизации производства.

При оценке эффективности роботизации следует учитывать многие факторы. Среди них затраты: 1) определяющие стоимость робототехнической системы, включая стоимость самого ПР и вспомогательного оборудования (конвейеров, бункеров, специального инструмента и т.п.), и составляющие одну треть общих затрат на внедрение РТК; 2) связанные с изменением планировки при установке ПР; 3) необходимые для обучения рабочих и обслуживающего персонала, что составляет 10… 15% общей стоимости системы; 4) требующиеся на обслуживание и ремонт (при двухсменной работе они могут достигать 10% в год от первоначальной стоимости); 5) связанные с эксплуатацией системы (эти затраты невелики); 6) необходимые для создания оптимальной программы работы робота; 7) направленные на компенсацию потерь стоимости РТК при его эксплуатации за срок службы; 8) требующиеся для компенсации той суммы, которую предприятие имело бы, если вместо покупки ПТК поместило бы деньги в банк и получило соответствующие проценты.

Перечисленные затраты компенсируются за счет роста производительности оборудования, продажи старого оборудования, уменьшения затрат на заработную плату, сокращения потребности в резервных запасах сырья, уменьшения брака, улучшения условий труда.

Следует отметить, что расходы на внедрение роботизированного технологического комплекса больше, чем при использовании обычного машиностроительного оборудования, что тормозит широкое применение РТК.

Обычно промышленные роботы устанавливаются для выполнения нескольких рабочих операций на одном участке. Сравнения показывают, что наибольших затрат требует внедрение в производство одного робота. С увеличением числа роботов на одном предприятии (в одном цехе) затраты в расчете на один робот уменьшаются. Роботизированные технологические производства обладают важным качеством: они позволяют увеличить использование рабочего времени оборудования до 98%. Это достигается за счет устранения обеденного перерыва и других потерь времени, связанных с участием рабочего в технологическом процессе. Кроме того, производство становится менее чувствительным к таким факторам, как невыход станочника на работу, опоздания, заболевания и т. д.

При создании РТК стоимость его не всегда является решающим аргументом (в отличие от других видов новой техники). Имеются производства, где внедрение РТК необходимо, потому что условия работы являются вредными для здоровья или опасными для жизни людей: это выполнение отдельных, особо сложных и точных производственных операций, работа при высоких температурах, при наличии в производственных помещениях атмосферы с токсичными химическими испарениями, при сварочных, литейных работах.

Мы привыкли считать, что человек – венец творения. Стоя на верхней ступени эволюции, он приспособился использовать природные ресурсы для своих целей, и вот пещерный охотник, который недавно ставил капкан для мамонта, уже исследует космос.

Но чем шире размах – тем больше требуется ресурсов. Со временем человечество стало поручать рутинную и тяжелую работу компьютерным алгоритмам. Сегодня применение роботов в современном мире уже никого не удивляет.

На плечи механических друзей ложится множество разнообразных задач. Медицина, банковское обслуживание, промышленность, даже развлечения – основные области применения роботов. Однако с каждым годом появляется все больше работы, которая по зубам искусственному интеллекту.

Медицина

Здравоохранение – одна из самых прогрессивных сфер, в которой применяется труд роботов. В настоящее время активно развивается роботизированная хирургия.

Так весной 2017 года в Московском клиническом научном центре была проведена успешная операция на желудке 77-летней пациентки под руководством доктора из Южной Кореи Янга Ву Кима. Уникальность события в том, что большую часть манипуляций в брюшной полости онкобольной произвел медицинский робот.

Благодаря кибернетическим технологиям человек может вернуть утраченную часть тела.

Всем известный голливудский киборг Робокоп еще в XX веке казался невероятным футуристическим изобретением. Однако будущее уже наступило. Благодаря кибернетическим технологиям человек может вернуть утраченную часть тела.

В медицине достигнут большой прорыв с тех пор, как стали использоваться бионические протезы, которыми человек может управлять при помощи собственной нервной системы.

После ампутации конечности в организме остаются двигательные нервы, и хирург прикрепляет их остатки к небольшому участку крупной мышцы. Например, если была утрачена рука, нервы перемещают в область грудной мыщцы.

Далее происходит самое интересное: человек хочет вытянуть руку, мозг направляет сигнал мышце с присоединенным нервом. Электроды фиксируют сигнал и отправляют импульс по проводам в процессор внутри протеза руки.

Более того, при помощи протеза человек может чувствовать прикосновение, тепло и давление.

Сегодня кибернетические технологии помогают обрести зрение!

В июне 2017 года слепоглухому 59-летнему россиянину успешно имплантировали кибернетическую сетчатку. Устройство показывает картинку из пикселей, и пациент видит окружающие предметы в виде черно-белых очертаний, а специальные упражнения позволяют мозгу распознавать их.

Развлечения

Применение роботов в различных сферах деятельности привело к тому, что многие дети и взрослые сегодня не прочь завести себе механического друга. На прилавках магазинов немало разнообразных детских игрушек (в том числе радиоуправляемых), которые умеют петь, танцевать, рассказывать сказки и даже летать. «Взрослые» игрушки, как правило, сложнее и дороже, зато вызывают восхищение тем, как далеко зашел прогресс.

Один из популярных роботов – англичанин Теспиан – гуманоид, созданный для общения.Кроме того, что Теспиан отличный собеседник, он еще декламирует стихи и умеет разыгрывать театральные постановки, уверенно при этом жестикулируя и отображая смену эмоций на лице.

Порой ученым удается создать настолько неотличимого от человека робота, что возникает эффект «зловещей долины».

Вершина современных разработок – роботы гуманоидного типа. В Китае создали реалистичных андроидов, которые умеют поддерживать беседу и даже шутить. Порой ученым удается изобрести настолько неотличимое от человека создание, что возникает эффект «зловещей долины».

Этот психологический феномен заключается в том, что люди испытывают неконтролируемый страх при виде неживого объекта, который выглядит человекоподобным (в роли объекта может выступать гиперреалистичная скульптура или персонаж в видеоигре).

Точного объяснения причины возникновения этого эффекта до сих пор нет, однако психологи пришли к выводу, что на глубоко подсознательном уровне человек анализирует малейшие отклонения от «нормальности», и симметричное лицо робота-андроида (в отличие от ассиметричных лиц людей) вкупе с «механическими» движениями и рваной безэмоциональной речью может вызвать необъяснимый ужас.

Проведение презентаций

Промороботы используются для обслуживания клиентов. Так 31 августа 2017 года в Сбербанке открылся т. н. «офис будущего», где желающие могли ознакомиться с обновленным сервисом.

Гостей зеленого банка на входе приветствовал проморобот, который отвечал на вопросы, пел и танцевал. Благодаря системе распознавания лиц он также запоминал собеседников, делал фото и даже демонстрировал эмоции на дисплее.

Мы перечислили лишь немногие сферы применения роботов в современном мире, при этом с каждым годом роботизация приобретает все больший масштаб.

Применение роботов в различных областях влечет плюсы и минусы.

Преимущества роботизации:

• wow-эффект – новые технологии встречают с восторгом, роботы вызывают интерес и симпатию (особенно на публичных мероприятиях);

• экономия – использование роботов позволяет оптимизировать работу человеческих ресурсов и сэкономить (при длительном использовании стоимость механизма окупается);

• оптимизация – роботы могут выполнять рутинную и тяжелую работу, в то время как ценные кадры возьмут на себя более сложные аналитические задачи;

• качество – действия роботов исключает негативные последствия человеческого фактора, результат работы механизма будет более точным;

• скорость – темп работы гораздо выше, не требуется время на перерывы и обед.

Недостатки роботизации:

• хрупкость – как и любые другие механизмы, роботы нуждаются в техническом обслуживании и ремонте;

• энергопотребление – работоспособность механизмов полностью зависит от источников питания, и объемы потребления энергии довольно велики;

• безработица – замена кадров роботами может привести к сокращению как синих, так и белых воротничков: в Сбербанке, например, планируют заменить 4,5 тыс. сотрудников искусственным интеллектом (впрочем, старший вице-президент банка обещает, что работники будут переобучены и смогут работать над другими проектами);

• деградация – существует мнение, согласно которому современные роботы и их применение может негативно сказаться на человеке в будущем. Если всю тяжелую (а в дальнейшем – и мыслительную) работу будет выполнять искусственный интеллект, человек может перестать развиваться.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *