Роботизированные технологические комплексы (РТК) в гибкой автоматизации производства
Назначение и классификация РТК. Место 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.
ГАЦ — ГПС, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных и роботизированных технологических линий и участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.
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);
автоматизированной системы управления (АСУ) ИПС.
/>
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.
Основные схемы взаимодействия промышленных роботов с основным и вспомогательным оборудованием
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 />б/>в
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.
/>а/>б
/>в/>г
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.
С помощью ПР должна решаться и задача независимой доставки деталей к станкам и их межстаночного транспортирования.
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.
/>а/>б
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
Роботизированные технологические комплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А. Фадеев — Учеб. Пособие. — Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. — 214с.
Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкие производственные системы. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 309с.
Гибкие производственные комплексы / под. ред. П.Н. Белянина. — М.: Машиностроение, 1984. — 384с.
Гибкое автоматическое производство/под. ред. С.А. Майорова. — М.: Машиностроение, 1985. — 456с.
Иванов А.А. ГПС в приборостроении. — М.: Машиностроение, 1988. — 282с.
Управление робототехническими системами и гибкими автоматизированными производствами / под. ред. Н.М. Макарова, — М.: Радио и связь, 1981, ч.3 — 156с.
Широков А.Г. Склады в ГПС. — М.: Машиностроение, 1988. — 216с.