Роботизированные технологические комплексы (РТК) в гибкой автоматизациипроизводстваНазначение и классификация РТК. Место РТК в гибкойавтоматизации производства
Главная идея роботизированноготехнологического комплекса заключается в том, что промышленный робот должениспользоваться в сочетании с определенным технологическим оборудованием, как,например, пресс, металлорежущий станок, сварочная установка, установка длянанесения покрытий и т.д., и предназначен для выполнения одной или несколькихконкретных технологических операций.
Применение промышленных роботовможно подразделить на выполнение роботами непосредственно основныхтехнологических операций, и выполнение вспомогательных операций по обслуживаниюосновного технологического оборудования. К первым относится автоматическоевыполнение роботами процессов сварки, сборки, окраски, нанесения покрытий,пайки, проведение контрольных операций, упаковки, транспортирования искладирования. Ко второй категории относится автоматизация с помощью роботовпроцессов механической обработки (обслуживания различных металлорежущихстанков, шлифовальных и протяжных станков), прессов холодной и горячейштамповки, кузнечного и литейного оборудования, установок для термообработки, атакже загрузки-разгрузки полуавтоматов дуговой сварки и контактных сварочных машин,при автоматизации операций сборки.
По ГОСТ 26228-85 «Системыпроизводственные гибкие. Термины и определения»:
Роботизированный технологическийкомплекс (РТК) — совокупность единицы технологического оборудования,промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая иосуществляющая многократные циклы.
Примечания.
1. РТК, предназначенные дляработы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможностьвстраиваться в систему.
2. В качестве технологическогооборудования может быть использован промышленный робот.
3. Средствами оснащения РТКмогут быть: устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектовпроизводства и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК".
При этом подразумевается однаединица технологического оборудования и один промышленный робот.
Если количество промышленныхроботов и единиц технологического оборудования больше, то тогда это будетроботизированный технологический участок (РТУ) (ГОСТ 26228-85) — совокупностьроботизированных технологических комплексов, связанных между собойтранспортными средствами и системой управления, или несколько едиництехнологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькимипромышленными роботами, в которой предусмотрена возможность измененияпоследовательности использования технологического оборудования.
Роботизированная технологическаялиния представляет собой совокупность РТК, связанных между собой транспортнымисредствами и системой управления, или нескольких единиц технологическогооборудования, обслуживаемых одним или несколькими ПР для выполнения операций впринятой технологической последовательности.
Таким образом, в составроботизированного технологического комплекса входят:
1) технологическое оборудование;
2) промышленный робот;
3) вспомогательное, транспортноеоборудование.
Рассмотрим проблему гибкойавтоматизации производства с целью установить место, которое занимают в нейроботизированные технологические комплексы.
ГПС (по ГОСТ 26228-85) представляетсобой совокупность в различных сочетаниях технологического оборудования с ЧПУ,роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственныхмодулей (ГПМ), ПР и других механизмов, разрабатываемых и функционирующих вавтоматическом режиме в течении заданного интервала времени, обладающихсвойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольнойноменклатуры в установленных пределах их характеристик. относительнаяавтономность производственных единиц — ГПМ, обеспечивается координацией какединое целое многоуровневой системой управления, обеспечивающей изменениепрограммы функционирования подсистем ГПС и тем самым — быструю перенастройкутехнологии изготовления при смене объектов производства.
По организационной структуреразличают следующие виды ГПС: гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), гибкиеавтоматизированные цеха (ГАЦ), гибкие автоматизированные участки (ГАУ).
ГАЛ — ГПС, в которойтехнологическое оборудование расположено в принятой последовательноститехнологических операций.
ГАУ — ГПС, функционирующая потехнологическому маршруту, в котором предусмотрены возможность измененияпоследовательности использования технологического оборудования.
ГАЦ — ГПС, представляющая собойв различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных ироботизированных технологических линий и участков для изготовления изделийзаданной номенклатуры.
Система обеспеченияфункционирования ГПС (Рис.1) определяется как совокупность взаимосвязанныхавтоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий,технологическую подготовку их производства, управление ГПС при помощи ЭВМ иавтоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.
ГПС состоит из ряда основныхавтоматизированных подсистем: технологической, транспортной, складирующей,контроля и управления.
Автоматизированнаятехнологическая подсистема ГПС. В состав технологической подсистемы ГПС входитмножества ГПМ совместно с необходимыми средствами технологического оснащения,предназначенных для выполнения основных технологических операций производстваЭА.
Автоматизированнаятранспортно-складская система (АТСС) — подсистема взаимосвязанныхавтоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения,временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, технологическойоснастки.
Автоматизированная подсистемауправления ТП (АСУ ТП) состоит из средств вычислительной техники — управляющихЗВМ, связанных в единый комплекс с помощью интерфейсных устройств и линийпередачи данных, и программного обеспечения. Предназначена для управленияотдельными единицами автоматизированного оборудования всех подсистем и системыв целом; базируется на использовании оборудования с ЧПУ, ГПМ. Программноеуправление ГПМ основывается на применении программы, определяющей порядокдействий с целью получения требуемого результата.
Система управления охватываетвсе уровни иерархии ГПС; нижний уровень управления — ГПМ и обслуживающие ихАСС, АТС и САК; средний уровень управления — ГАЛ и ГАУ и обслуживающие их АСС,АТС и САК; высший уровень управления — ГАЦ, т.е. управление производственнымиединицами (линиями и участками) в соответствии с заданным планом производстваизделий.
Подсистема контроля ГПС решаетзадачи:
получения и передачи информациио свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролируемыхобъектов, а также о состоянии технологической среды;
сравнения фактических параметровс заданными;
передачи информации орассогласованиях для принятия на различных уровнях ГПС;
получения и представленияинформации об исполнении функций;
автоматической перестройкисредств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов;
полноты и достоверности контроля.
Автоматизированная системаинструментального 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 зависитот специализации, технологических задач, типов изделий, типа производства,частоты смены продукции. Рис 1.
Для обеспечения функционированияГПС необходимо:
скомплектовать, подготовить изагрузить в АТСС заготовки, комплектующие, полуфабрикаты, материалы и другиеингредиенты производства;
подготовить, настроить и ввестив АТСС и ГПМ приспособления и инструменты; подготовить и ввести в библиотекупрограмм АСУТП, АСТПП и АСУП необходимые программы управления гибкойпроизводственной системы (ГПС);
автоматизированной системыиспытаний (АСИ);
системы материально-техническогообеспечения (СМТО);
автоматизированной системыуправления (АСУ) ИПС.
/>
Рисунок 1 — Организационныеуровни сложности ГПС
При этом подсистемы АСУ, АСНИ,САПР и АСТПП, являясь внешними по отношению к ГПС, реализуют информационноеобеспечение на входе ГПС с использованием соответствующих баз данных (БД). ТакАСУ обеспечивает планирование загрузки ГПС по номенклатуре и качеству изделий,предназначенных к выпуску в определенные периоды времени, и планированиеподготовки производства для ГПС; АСНИ и САПР — автоматизированноепроектирование ЭА с выпуском технической и программной (ПД) документации; АСТПП- автоматизированные разработки технологической документации, проектированиесредств технологического оснащения и выпуск конструкторской документации наоснастку, разработку управляющих перфолент для ГПМ, ГПС; АСИ — автоматизированноеиспытание изделий.
ИПС позволяют обеспечитьполностью автоматизированный процесс проектирования и производства изделий ЭА ивозложить на человека функции контроля.Основные схемы взаимодействия промышленных роботовс основным и вспомогательным оборудованием
Единичное обслуживание оборудованияобеспечивается автономным или встроенным в оборудование ПР. Минимальные задачи,решаемые таким РТК, состоят в автоматизации операций обработки детали, ееустановки-снятия, базировании и фиксации в рабочей зоне, а также в обеспечениисвязи с транспортными и информационными потоками основного производства. Разновидностьюэтой схемы является обслуживание несколькими роботами группы машин, числокоторых 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, адругой — смену инструмента и снаряжение инструментального магазина станка). Приэтом в состав РТК помимо ПР могут входить автооператоры различного назначения (например,в РТК с машинами литья под давлением).
/>а />б/>в
а — Встраивание робота воборудование;
б — Расположение робота уосновного технологического оборудования;
в — Обслуживание несколькимироботами группы машин, число которых меньше числа ПР.
Групповое обслуживаниеоборудования при его линейном, линейно-параллельном или круговом расположенииможет осуществляться одним ПР, обеспечивающим помимо операций, названных ваше,еще и межстаночное транспортирование деталей.
При этом с помощью ПР решаютсятакже задачи диспетчирования работы оборудования, входящего в состав РТК,элементов транспортных систем и дополнительных механизмов. Разновидностьюуказанной схемы является обслуживание несколькими ПР группы станков, числокоторых превышает число роботов.
При этом можно не толькообеспечить обработку деталей с различной последовательностью операций, но исократить простои основного технологического оборудования, связанные смногостаночным обслуживанием, выполняемым ПР.
/>а/>б
/>в/>г
а — Обслуживание несколькимироботами группы машин, число которых превышает число ПР. Обработка деталей спостоянной последовательностью операций
б — Возможность измененияпоследовательности обработки и пропуска операций
в — Обслуживание одним ПР группымашин. Круговое расположение оборудования (до пяти единиц, не более)
г — Линейное расположениеоборудования (количество регламентируется коэффициентом использованияоборудования в робота)
В зависимости от серийностипроизводства, в котором используется РТК с групповым обслуживаниемоборудования, для такого комплекса могут быть применены различныеорганизационные формы загрузки основного технологического оборудования отнезависимой работы каждого станка, до превращения РТК в поточную линию.
Однако для обеспечениянеобходимой гибкости производства в РТК с групповым обслуживанием ПР необходимопредусматривать создание межоперационных заделов, обеспечение возможностипропуска отдельных операций на некоторых типах деталей, изменения порядкаобработки и т.п.
С помощью ПР должна решаться изадача независимой доставки деталей к станкам и их межстаночноготранспортирования.
Индивидуальное выполнениеосновных технологических операций, таких как сварка, окраска, сборка и т.п.,осуществляется технологическим или универсальным ПР, на базе которогоорганизуется РТК, включающий различного рода вспомогательные, транспортные,ориентирующие устройства и механизмы, работа которых контролируется системойпрограммного управления робота.
/>а />б
Выполнение одним роботомзаконченной технологической операции (перехода). а — Перенос и обработкудеталей осуществляет робот за счет смены захватов и инструмента на позиции 6; б- Транспортирование детали осуществляется конвейером, управляемым СПУ робота
Групповое использование ПР длявыполнения основных технологических операций подразумевает применение роботовразных типов (вспомогательных, технологических и универсальных), связанных вединый комплекс, обеспечивающий законченный технологический процесс.
/>а/>б
Выполнение группой роботовзаключительной технологической операции (перехода)
а — Группа роботов различноготехнологического назначения выполняет операцию на одной позиции 6;
б — Группа роботов одноготехнологического назначения выполняет законченную операцию.
Примечание. На схемах обозначено:1 — ПР; 2 — конвейер; 3 — основное технологическое оборудование; 4 — магазин сзаготовками, деталями или инструментом; 5 — вспомогательные устройства,расширяющие функции робота (устройства контроля, измерения и т.п.); 6 — вспомогательные устройства ориентации или фиксации деталей.
Список литературы
1. Роботизированные технологические комплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов,И.Г. Левченко, В.А. Фадеев — Учеб. Пособие. — Харьков. Нац. аэрокосмическийуниверситет «ХАИ», 2003. — 214с.
2. Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкиепроизводственные системы. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 309с.
3. Гибкие производственные комплексы / под. ред. П.Н. Белянина. — М.: Машиностроение,1984. — 384с.
4. Гибкое автоматическое производство/под. ред. С.А. Майорова. — М.: Машиностроение,1985. — 456с.
5. Иванов А.А. ГПС в приборостроении. — М.: Машиностроение, 1988. — 282с.
6. Управление робототехническими системами и гибкими автоматизированнымипроизводствами / под. ред. Н.М. Макарова, — М.: Радио и связь, 1981, ч.3 — 156с.
7. Широков А.Г. Склады в ГПС. — М.: Машиностроение, 1988. — 216с.