Особенности роботизированного производства

Современное производство характеризуется широким применением автоматизированных устройств, которые далеко не всегда удается связать в единую автоматическую линию. Поэтому доля ручного труда, особенно на вспомогательных операциях различного рода, до сих пор остается недопустимо высокой. И если непрерывные виды производства (например, химическое или металлургия) характеризуются высокой степенью автоматизации, то для дискретных видов, составляющих подавляющее большинство в машиностроении и приборостроении, она гораздо ниже.

Прогресс в машиностроении до недавнего времени определялся двумя факторами: производительностью и точностью, что диктовало переход от универсального к узкоспециализированному автоматическому оборудованию. Этот процесс активно происходил в 50-60-е годы. Однако узкоспециализированное оборудование (жесткая автоматизация) не позволяет быстро и без больших затрат перестраивать производство на выпуск других, более совершенных машин, что серьезно тормозит увеличение объема производства и рост производительности труда. В связи с этим возникает необходимость в машинах и станках, сочетающих высокую производительность и точность автоматов с гибкостью и универсальностью ручного оборудования и промышленных роботов.

В ближайшие годы производительность механообрабатывающего оборудования должна увеличиться в два раза. Значит ли это, что если в цех поставить такое совершенное оборудование, то он будет выпускать в два раза больше продукции? Оказывается, нет. Исследования, проведенные американскими учеными в области совершенствования металлорежущих станков, показывают, что в мелкосерийном обрабатывающем производстве полезно затрачиваемое время, т. е. время, затрачиваемое собственно на процесс резания, составляет всего 6%, в серийном производстве - 8% и в массовом производстве - 27%. В то же время потери из-за отпусков, выходных, праздников в мелкосерийном производстве составляют 34% всего ресурса времени, потери из-за неполного использования второй и третьей смен в мелкосерийном производстве - 44%, а в среднесерийном - 40%. Сопоставив эти цифры, можно убедиться, что одно лишь совершенствование станков не даст достаточного эффекта. Гораздо больший эффект может быть получен, если устранить потери, которые вызваны участием человека в производственном процессе. Робот вполне может заменить его на очень многих операциях.

Однако производственные системы, в которых используются единичные роботы как средства локальной автоматизации, для выполнения отдельных технологических операций, как правило, неэффективны. Необходимы такие производственные системы, в которых автоматизирован весь комплекс как основных, так и вспомогательных технологических операций, в том числе и по обработке информации. Именно так работают автоматические линии в массовом и крупносерийном производстве. Но в серийном и мелкосерийном производстве, а оно в механической обработке, например, составляет примерно 80% всего объема производства (и этот объем постоянно возрастает), автоматические линии непригодны, так как рассчитаны на изготовление только определенного изделия.

Целью создания гибких автоматизированных производств (ГАП) как одного из типов роботизированных производств является автоматизация процессов обработки более широкой номенклатуры изделий и достижение эффективности, присущей крупносерийному и массовому производствам при обработке мелких и средних партий изделий. При этом автоматизируются не только технологические процессы обработки. В основу ГАП положена идея "сквозной" автоматизации процессов проектирования изделий, планирования технологической подготовки производства, технологии изготовления изделий. ГАП представляет структурную производственную единицу (модуль, участок, цех, завод), создаваемую на базе программируемого технологического, складского, транспортного оборудования и единой многоуровневой системы управления, предназначенную для автоматизированной обработки материальных и информационных потоков.

Гибкое автоматизированное производство, как и любое другое, - это в первую очередь производство. Чем же оно отличается от других видов производства?

Автоматизированные производства существовали и до появления ЭВМ, роботов, станков с ЧПУ. В зависимости от степени оснащенности производства традиционными средствами автоматизации определялся уровень его автоматизации, который до недавнего времени зависел главным образом от серийности производства. Существует определенная зависимость между программой выпуска продукции и уровнем автоматизации, обеспечивающим ее экономическую эффективность: чем больше серийность, тем более эффективна автоматизация.

Почему это так? При небольшой программе и большой номенклатуре возникает необходимость в частой перестройке производственных процессов, к которой традиционные средства автоматизации не приспособлены, так как не обладают гибкостью, т. е. способностью настраиваться на выпуск другой продукции. Таким образом, получается, что чем выше уровень автоматизации, тем меньше гибкость производства, и наоборот, чем менее автоматизировано производство, тем более универсальным, гибким оно является.

Конечно, универсальнее всего в производстве "человек с напильником". Традиционные средства автоматизации - полуавтоматы, автоматы, автоматические линии - создают противоречие между уровнем автоматизации и гибкостью производства. Разрешить это противоречие можно только с помощью программируемого технологического оборудования. Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе роботов, станков с ЧПУ и средств управляющей и вычислительной техники, позволяют сочетать освобождение человека от физического и, что принципиально важно, от тяжелого, монотонного, рутинного умственного труда с универсальностью производства.

Посмотрим теперь, чем отличается гибкое автоматизированное производство.

Как известно, основное содержание производства составляет процесс труда, который в свою очередь определяют три фактора: предмет труда (объект производства), средства труда (основное и вспомогательное технологическое оборудование, приспособления, инструмент) и собственно труд (производственный процесс, т. е. процесс воздействия средств труда на предметы труда). Все эти перечисленные три составляющие в роботизированном производстве отличаются от подобных как в ручном производстве, так и в автоматизированном на основе традиционных средств.

Меньше всего эти изменения сказываются на предметах труда. Если на заводе необходимо изготовить конкретную продукцию, например станки определенной конструкции с заданными техническими характеристиками, то именно их и будет производить предприятие. Тем не менее характер производства оказывает большое влияние и на сами предметы труда. В процессе технической подготовки производства, например при проектировании технологии обработки деталей, сборки и т. п., могут вноситься изменения в конструкцию деталей и их характеристики, а также меняться материалы, из которых детали изготовляются. Эти изменения позволяют приспособиться к условиям конкретного производства. Например, если сборка узла осуществляется роботами, могут понадобиться изменения в конструкции деталей, скажем, увеличение фасок, которое позволит упростить соединение деталей.

Вообще говоря, такого рода "подгонка" изготовляемой продукции к возможностям конкретного производства необходима уже на стадии проектирования изделий, однако это не всегда удается сделать, так как часто в то время, когда изделие проектируется, еще не известно, на каком предприятии его будут изготовлять.

Гораздо сильнее специфика роботизированного производства проявляется в средствах труда, в используемом технологическом оборудовании. В первую очередь имеются в виду сами роботы, которые отличаются от традиционных средств механизации и автоматизации, далее - применение оборудования с числовым программным управлением и, наконец, широкое внедрение в производство средств вычислительной техники, без которых гибкое автоматизированное производство не может существовать.

Наибольшие же изменения при роботизированном производстве претерпевают сами процессы труда. И это понятно: меняется характер труда. Одно дело - обрабатывать деталь напильником, совсем другое - на токарном станке. То же самое происходит при переходе к роботизированному производству - возникает принципиально новая технология. Что же в ней нового?

Процесс производства можно рассматривать как совокупность трех одновременно протекающих и тесно взаимосвязанных процессов: переработки материальных потоков, переработки энергии и переработки информации. Соответственно существуют и технологии переработки материальных, энергетических и информационных потоков.

Технология переработки энергии в производственных процессах претерпела глубочайшие изменения при переходе от ручного производства, где источником и потребителем энергии был человек, к механизированному и автоматизированному. При дальнейшем переходе к роботизированному производству эта технология, очевидно, существенно не меняется.

Наиболее значительное отличие технологии обработки материальных потоков в роботизированном производстве состоит в том, что используется принципиально новое технологическое оборудование, обладающее в отличие от традиционных средств автоматизации функциональной избыточностью, в перспективе сравнимой с той, которой обладает человек. Принципы технологии обработки материалов при этом меняются незначительно, так как сущность самих процессов остается прежней.

Совершенно иначе обстоит дело с технологией переработки информации. Роботизированное производство должно решить задачу освобождения человека не только от физического, но и от тяжелого, монотонного умственного труда. Гибкое автоматизированное производство часто называют "безлюдным". И в самом деле, существуют участки, цехи и даже заводы, которые способны работать без непосредственного участия человека. На них в первую смену проводятся необходимые наладочные, контрольные и профилактические работы, а во второй и третьей сменах выключается свет (так как он ненужен) и производство становится действительно безлюдным. Именно то, что уже не человек, а техника решает все задачи переработки информации, кардинальным образом меняет технологию ее переработки.

Здесь изменяется все. Не только инструмент, с помощью которого информация перерабатывается (вместо человека это делается средствами управляющей и вычислительной техники), но и сам объект переработки, т. е. информация, как по существу, по содержанию, так и по форме. Например, при сварке взаимное расположение электрода и шва человек оценивает с помощью зрения, а робот - с помощью специального щупа. Отсутствие человека приводит к тому, что технология роботизированного производства становится не только "безлюдной", но и "безбумажной". Для роботов, технологического оборудования с ЧПУ, средств вычислительной техники, составляющих тот комплекс технических средств, с помощью которого реализуется гибкое автоматизированное производство, нужны совершенно иные носители информации, чем бумажные, с которыми в традиционном производстве работает человек. Закономерно меняются и сами задачи и методы переработки информации. Именно поэтому технология переработки информации - это то, что в наибольшей степени отличает роботизированное производство.