Организационно-технические особенности создания и эксплуатации роботизированных технологических комплексов
В современных условиях развития автоматизации производства особое место отводится использованию промышленных роботов (ПР).
ПР – механическая система, включающая манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы, средства передвижения. С помощью ПР возможно объединение технологического оборудования в отдельные роботизированные технологические комплексы (РТК) различного масштаба, не связанные жестко по планировке и числу комплектующих агрегатов.
Принципиальным отличием робототехники от традиционных средств автоматизации является их широкая универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность) при переходе на выполнение принципиально новых операций.
ПР 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. ПР способны воспроизводить некоторые двигательные и умственные функции человека при выполнении ими основных и вспомогательных производственных операций без непосредственного участия человека. Для этого их наделяют некоторыми способностями: слухом, зрением, осязанием, памятью и др., а также способностью к самоорганизации, самообучению и адаптации к внешней среде.
ПР – это перепрограммируемая автоматическая машина, применяемая в производственном процессе для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человека, при перемещении предметов труда или технологической оснастки.
Роботы первого поколения (автоматические манипуляторы), как правило, работают по заранее заданной “жесткой” программе. Например, в жесткой связи со станками с 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 обладают искусственным интеллектом, позволяющим выполнять самые сложные функции при замене в производстве человека.
Разнообразие производственных процессов и условий производства предопределяют наличие различных типов 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 лежит в основе все более крупных РТК, вплоть до целых предприятий, является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ), в которой выполняется небольшое количество технологических операций. например, роботизированная единица технологического оборудования с ЧПУ.
Более крупным роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он выполняет ряд технологических операций (включает несколько единиц РТЯ). Если операции осуществляются в едином технологическом процессе на последовательно расположенном оборудовании, 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 ПР (робоэлектрокаров). Высшей формой организации производства является создание комплексно роботизированного завода. В зависимости от вида роботизированного производственного процесса РТК могут быть предназначены для получения заготовок, обработки деталей, выполнения процессов сборки либо для реализации контрольно-сортировочных и транспортно-перегрузочных операций, в том числе для внутрицехового транспортирования и складских операций.
При проектировании РТК выделяются два этапа: на первом этапе рассматриваются проблемы анализа производства, выбираются 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, формируется структура, определяется количество и характеристики ПР и технологического оборудования, разрабатываются рациональные планировки оборудования РТК в производственном помещении, составляются и отлаживаются алгоритмы и программные системы управления РТК, необходимые в период функционирования.
Компоновочные варианты РТК зависят от решаемых технологических задач, уровня автоматизации, количества и типажа ПР, их технических и функциональных возможностей. Как правило, компоновочные варианты РТК основываются на принципах индивидуального и группового обслуживания оборудования ПР.
Индивидуальное обслуживание – ПР встраивается в технологическое оборудование; размещается рядом с оборудованием; несколько ПР обслуживают единицу оборудования (рис. 21, а, б, в).
Групповое обслуживание – ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования. Имеется два варианта компоновки: 1) линейное расположение оборудования (рис. 21, г), 2) круговое расположение оборудования (рис. 21, д).
Выбор оптимальных параметров и рациональных конструкторских решений в период проектирования РТК производится с учетом ряда организационно-экономических факторов: производительности РТК, обеспечения надежности его работы, эффективности функционирования и др. Проектную потенциальную производительность РТЯ можно определить по формуле
, (89)
где - число деталей, обрабатываемых за цикл; -- цикл работы РТЯ ( ); -- время работы без перерывов за ; - величина простоев, связанных с регулировкой, со сменой и подналадкой инструмента, отказами устройств РТЯ и т.д. Оно состоит
,
где , , - соответственно потери времени из-за простоев основного технологического оборудования, ПР и вспомогательного оборудования.
Известно, что кроме перерывов, связанных с техническим обслуживанием технологическое оборудование может простаивать и по причине организационного обслуживания , которые необходимо учитывать при определении фактической производительности РТЯ.
Рис. 22. Основные варианты компоновочных схем РТК
1 – промышленный робот (ПР); 2 – технологическое оборудование (ТО); 3 - конвейер; 4 - устройство числового программного управления (ЧПУ); 5 –магазин инструмента (МИ); 6 - питатель заготовками (П); 7 – стол (С); 8 – автоматизированная складская система (АСС); 9 – робоэлектрокар (РЭК); 10 – накопитель деталей (Н).
Фактическая производительность РТК может быть определена по формуле
(90)
где КО.Т.ИС – коэффициент, учитывающий внецикловые потери рабочего времени (на техническое и организационное обслуживание).
РТЛ с гибкой межпозиционной связью располагает на входе и выходе бункерными устройствами, а РТЛ с жесткой межпозиционной связью бункерных накопителей не имеет, и все роботизированные технические ячейки линии должны функционировать синхронно в одном ритме, так как выход из строя любого агрегата или его элемента ведет к остановке роботизированной технологической линии. Исходя из этого при расчете производительности РТЛ необходимо рассчитывать коэффициент технического использования РТЛ. Расчет производится по формуле
, (91)
- коэффициент собственных внецикловых потерь РТЛ, образованных суммой потерь времени у всех составляющих элементов РТЛ. Тогда производительность РТЛ можно определить по формуле
(92)
При решении организационно-экономических проблем использования РТК особенно важно обеспечить необходимый уровень надежности. Этот комплексный показатель ПР можно определить по формуле
(93)
где - время, затрачиваемое на техническое и организационное обслуживание РТК в плановый период (час, смена); - наработка ПР на отказ за плановый период; - среднее время восстановления работоспособности РТК.
Повышение надежности РТК позволяет снизить потери времени на ППР и ликвидацию аварийных отказов, а также уменьшить затраты на все виды ремонта и технического обслуживания оборудования. Обеспечение ритмичности производственного процесса в условиях РТК и синхронизация операций является одной из сложных организационных задач. Для РТК устанавливают величину усредненного такта (ритма) и за счет группирования и подбора операций обеспечивают равенство или кратность между продолжительностью операций и ,определяется такт по формуле:
, (94)
где - штучное время на i-й операции; -- количество i-х РТЯ.
В результате синхронизации обеспечивается минимум простоя основного оборудования РТК, увеличивается его производительность и эффективность.
Контрольные вопросы (тесты) по теме 3.4
1. Поясните этапы развития автоматизации производства.
2. Виды и организационно-технические особенности создания и эксплуатации автоматических линий.
3. Основные параметры автоматических линий.
4. Организационно-технические особенности создания и эксплуатации роторных автоматических линий.
5. Основные КПН (параметры) роторных автоматических линий.
6. Организационно-технические особенности создания и эксплуатации РТК.
7. Виды и варианты компоновочных схем РТК.
8. Основные КПН (параметры) РТК.