Глава 3. Основные проблемы внедрения роботов

3.1. Системотехника при внедрении роботов

При автоматизации производства на основе применения промышленных роботов следует стремиться как можно более полно использовать их возможности. Подробнее этот вопрос рассматривается в гл. 4, здесь же отметим лишь следующее. Современные промышленные роботы - это автоматические манипулирующие устройства сравнительно простой конструкции, и при недостаточно продуманной подготовке производства внедрение роботов не даст никакого эффекта. Роботы - это один из элементов системы автоматизации, и необходимо строго продумать их место с точки зрения всего процесса производства в целом. Иначе говоря, при внедрении роботов наиболее эффективным оказывается такой путь, когда вся последовательность производственных операций рассматривается как единая система и задачи автоматизации производства решаются по принципам системотехники. Разработку такой системы обычно ведут специалисты в области системотехники, имеющие опыт применения крупных ЭВМ. Однако при тщательном анализе особенностей технологического процесса, применяемого на конкретном предприятии, можно повысить его эффективность уже на основе весьма простых расчетов. Иными словами, рассматривая технологический процесс в комплексе и определяя места и функции роботов в этом процессе, следует хорошо сбалансировать всю систему.

Конечно, наиболее эффективным является метод комплексной разработки системы. Предположим, что автоматизация какого-либо процесса сложна и при этом возникает необходимость в большом количестве рабочих мест. Одним из путей решения вопроса является такое усовершенствование процесса производства, при котором данный технологический процесс вовсе упраздняется. Если же это невозможно, то на предприятиях стремятся к такому изменению технологического процесса, при котором легко осуществима автоматизация с помощью имеющихся средств. Способ решения этой проблемы на основе применения роботов приобретает особо важное значение.

Рассмотрим процесс разработки плана автоматизации уже действующей производственной линии на основе применения определенного количества роботов. Представим себе, что процесс разработки разбит на несколько этапов, как показано на фиг. 3.1.

1. Изучение системы: формулируются цели автоматизации и в соответствии с ними определяются места использования роботов.
2. Разработка системы: рассматривается несколько вариантов использования роботов в заданных местах и составляется конкретный проект наиболее рационального варианта.
3. Создание автоматической линии: устанавливаются роботы, изготавливается дополнительная оснастка, проводится обучение персонала.
4. Опытная эксплуатация: осваивается автоматическая система, осуществляется ее отладка и доводка, вносятся частичные усовершенствования.

Рассмотрим теперь несколько подробнее стадию, предшествующую разработке проекта.

1) Изучение системы. Системотехника - это системное рассмотрение способов достижения какой-либо цели. Нечего и говорить, что это предполагает совершенно четкое определение самой цели. Для осуществления роботизации производства у разработчиков должны быть четкие представления об основах роботостроения - примерно в объеме первой части этой книги.

а) Формулирование задачи автоматизации. При проведении автоматизации прежде всего определяют объекты автоматизации и их количественные характеристики. А именно, уточняют содержание, скорость, частоту изменения тех операций, которые выбраны в качестве объектов автоматизации. При анализе операций, выполнявшихся до сих пор вручную, особое внимание следует уделить вспомогательным операциям.

При разработке системы автоматизации должны быть определены следующие данные: количество рабочих, высвобождающихся в результате автоматизации, число рабочих, требующихся для обслуживания новой системы, затраты на автоматизацию, затраты на эксплуатацию новой системы, сроки завершения работ, производительность, степень загрузки оборудования. Соображения по поводу затрат на автоматизацию см. в п. 3.3.

б) Условия эксплуатации системы с роботами. Как же говорилось, роботы являются одним из элементов производственной линии. Серьезной проблемой становится их совместимость с уже существующим оборудованием и персоналом. Изменение линии с целью установки роботов до некоторой степени неизбежно. Особенно важны такие вопросы, как источники электропитания и питания гидравлической и пневматической систем, система сигналов для синхронизации действия роботов и обслуживаемого ими оборудования, а также обеспечение удобства и безопасности для операторов, управляющих роботами, и для обслуживающего персонала. Истинные достоинства роботов особенно выявляются на участках тяжелыми для человека условиями труда, например при высоких температурах, в загрязненной среде и т. д. для того чтобы уменьшить вероятность отказов роботов, желательно предусмотреть предохраняющие приспособлений в) План внедрения роботов. После изучения перечисленных выше условий выявляются операции, на которых планируют внедрить роботы. Выпускаемые промышленностью роботы сами по себе не всегда обладают техническими характеристиками, требуемыми для данных операций. Во многих случаях считается необходимой разработка для данных операций специальных захватных устройств, управляющих устройств с использованием оптических датчиков, датчиков давления, температуры и т. д. и других устройств. Решение относительно роботизации данного процесса принимается после того, так будут взвешены возможности реализации всей системы, сроки ее осуществления, требуемые затраты и т. д.

2) Разработка системы. Совместными усилиями изготовителя и потребителя роботов для условий, определенных на предыдущей стадии изучения системы, составляется несколько вариантов систем с последующей их оценкой, о чем подробнее говорится в следующих разделах.

Исследуются как технические возможности, так и экономичность вариантов. При этом необходимо:

а) стремиться к сокращению затрат путем отыскания оптимальных вариантов самого процесса и условий эксплуатации робота, а также выбора модели робота с минимальным числом степеней свободы и наиболее простой системой управления;

б) стараться внедрить наиболее совершенные роботы, используя один робот на нескольких операциях.

При выборе модели роботов необходимо, помимо уже упомянутых непосредственных расходов, принимать в расчет и следующие моменты: уменьшение расходов на обслуживание за счет использования одинаковых моделей; повышение качества продукции; уменьшение времени на изменение содержания операций; использование универсальности роботов при будущих изменениях производственной линии и т. д. Как на особое достоинство метода проектирования на основе системотехники следует указать на принцип обратной связи. Как показано на фиг. 3.1, это способ решения с повторным составлением проекта, при котором, исходя из заданий, последовательно корректируют отклонения от поставленных целей. Случается, что в ходе этих работ пересматривают и отдельные задания вследствие необходимости более широкой автоматизации производства и решения технических и экономических проблем.

Фиг. 3.1. Схема процесса внедрения роботов,