Робототехнических производственных комплексов
В современных условиях развития автоматизации производства особое место принадлежит использованию промышленных роботов. 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. Принципиальными отличиями робототехники от традиционных средств автоматизации являются ее широкая универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность) при переходе на выполнение принципиально новых операций. Промышленные роботы находят применение во всех сферах производственно-хозяйственной деятельности. Они успешно заменяют тяжелый, утомительный и однообразный труд человека, особенно при работе в условиях вредной и опасной для здоровья производственной среды. Они способны воспроизводить некоторые двигательные и умственные функции человека при выполнении ими основных и вспомогательных производственных операций без непосредственного участия рабочих. Для этого их наделяют своеобразными сенсорными способностями, а также способностью к самоорганизации, самообучению и адаптации к внешней среде. Промышленный робот - это перепрограммируемая автоматическая машина, применяемая в производственном процессе для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человека, при перемещении предметов труда или технологической оснастки. В историческом развитии промышленных роботов выделяются три базовых ступени. Роботы первого поколения (автоматические манипуляторы), как правило, работают по заранее заданной «жесткой» программе (например, в жесткой связи со станками, оснащенными ЧПУ). Роботы второго поколения оснащены системами адаптивного управления, представленными различными сенсорными устройствами (например, техническим зрением, очувствленными схватами и т.д.) и программами обработки сенсорной информации. Роботы третьего поколения наделены искусственным интеллектом, позволяющим выполнять самые сложные функции при замене в производстве человека. Разнообразие производственных процессов и условий производства предопределяют наличие различных типов роботизированных технологических комплексов (РТК) - ячеек, участков, линий и т. д. 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 роботизированных предприятий, является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ), в которой выполняется небольшое число технологических операций. Примером РТЯ может быть роботизированная единица технологического оборудования с ЧПУ. Более крупным роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он выполняет ряд технологических операций и включает несколько единиц РТЯ. Если операции осуществляются в едином технологическом процессе на последовательно расположенном оборудовании, то в таком случае 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, механической обработки деталей, выполнения процессов сборки, либо для реализации контрольно-сортировочных и транспортно-перегрузочных операций, в том числе - для внутрицехового транспортирования и складских операций. Проектирование РТК осуществляется в два этапа. На первом осуществляется анализ производственных проблем, выбираются возможные объекты роботизации, состав основного технологического оборудования, вид движения деталей, система рационального автоматизированного управления технологическим процессом и функциональными задачами. На втором этапе осуществляется непосредственное проектирование РТК, предполагающее: a) формирование структуры, определение количества и характеристик промышленных роботов и технологического оборудования; b) разработку рациональных планировок оборудования РТК в производственном помещении; c) составление и отлаживание алгоритмов и программных систем управления РТК.. 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. Возможны три основных варианта индивидуального обслуживания: a) робот встраивается в технологическое оборудование; b) робот размещается рядом с оборудованием; c) несколько роботов обслуживают единицу оборудования. При групповом обслуживании робот взаимодействует с несколькими единицами технологического оборудования, при этом возможны два варианта компоновки: a) линейное расположение оборудования вдоль робота; b) круговое расположение оборудования вокруг робота. Выбор оптимальных параметров и рациональных конструкторских решений в период проектирования РТК производится с учетом ряда организационно-экономических факторов, таких, в частности, как производительность РТК, ожидаемый уровень его надежности и эффективности функционирования и т.д. К числу основных параметров РТК относятся: 1. проектная потенциальная производительность; 2. фактическая производительность; 3. уровень надежности; 4. такт РТК. Потенциальная производительность РТЯ с учетом собственных простоев оборудования определяется по формуле:
где Nц – число деталей, обрабатываемых РТЯ за один рабочий цикл, шт.; Тц – продолжительность рабочего цикла РТЯ, мин.; tр – время работы оборудования РТЯ без перерывов в рамках одного цикла, мин.; tто – время простоев, связанных с регулировкой, сменой и подналадкой инструмента, с отказами устройств РТЯ и т.д.:
где tоб, tпр, tво – потери времени из-за простоев соответственно основного технологического оборудования, промышленных роботов и вспомогательного оборудования.
Соотношение (8.3.3) называется коэффициентом технического использования РТЯ. Соответственно, выражение (8.3.1) можно переписать в форме (8.3.4):
Необходимо учитывать, что помимо собственных перерывов, технологическое оборудование также может простаивать и из-за организационно-технических причин. Для учета общей величины простоев используется т.н. коэффициент суммарных внецикловых потерь рабочего времени, рассчитываемый по формуле:
где (tтр + tи + tто) = tоб – время простоев основного оборудования в связи с текущим ремонтом (tтр), сменой и наладкой инструментов (tи), техническим и организационным обслуживанием (tто), мин.
Учитывая этот коэффициент, можно рассчитать фактическую производительность РТК:
Одним из важных показателей, характеризующих эффективность функционирования РТК является уровень его надежности. Этот показатель рассчитывается по формуле:
где tом – время, затрачиваемое на техническое и организационное обслуживание РТК в анализируемом периоде; tотк – наработка РТК на отказ за период; tвос – среднее время восстановления работоспособности РТК в случае его отказа.
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 наиболее сложных организационных задач. Для РТК принято устанавливать величину усредненного такта или ритма и за счет группировки и подбора операций обеспечивать равенство или кратность между продолжительностью операций и тактом. Усредненный такт определяется по формуле:
где tшт.i – штучное время на i-й операции, мин.; ЧРТЯ – число РТЯ в составе РТК, ед.
За счет синхронизации такта и продолжительности операций, простои основного оборудования РТК сводятся к минимуму, при этом повышаются его производительность и эффективность.
|