Глава 25. Роботизация промышленного производства

1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РОБОТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Роботизация — комплексная проблема, требующая ре­шения вопроса совместного использования роботов с различным оборудованием в одной системе с общим управлением от ЭВМ и встроенных микропроцессоров. Эта проблема является не только технической, но а социально-психологической.

Вполне естественно, что современные достижения техники не­разрывно связаны с пересмотром всей технической политики и коренным переоснащением промышленного производства. Целе­сообразность последнего часто определяется необходимостью бы­строй перенастройки технологических участков, линий и цехов на изготовление модернизированной или совершенно новой про­дукции. Вследствие этого требуется строить каждую технологи­ческую линию так, чтобы на ней можно было изготовлять попере­менно сериями различные детали определенного класса с быстрой перенастройкой линии.

Робототехнические системы являются принципиально новым техническим средством комплексной автоматизации производ­ственных процессов. Их использование позволяет наиболее полно исключить ручной труд как на вспомогательных, так и на основ­ных технологических операциях.

1. Для современного производства характерна высокая автомати­зация основных технологических процессов, но при этом вспомо- ^ельные операции выполняются человеком вручную. Эти опе­рации утомительны, примитивны, а в ряде случаев тяжелы, вредны и даже опасны для жизни рабочих. Практика показала, что тра­диционными средствами невозможно автоматизировать многие вспомогательные ручные операции, и эго сдерживает интенсифи­кацию и развитие производства. Поэтому возникла необходимость в широком применении ПР.

Различают три класса робототехнических систем: манипуля­ционные робототехнические системы; информационные и управ­ляющие робототехнические системы; мобильные (движущиеся) робототехнические системы.

Манипуляционные робототехнические системы можно разде­лить на три вида. Первый вид базируется на применении автома­тически действующих роботов, автоматических манипуляторов и роботизированных технологических комплексов. Второй — на ди­станционно управляемых роботах, манипуляторах и технологиче­ских комплексах. К третьему виду относятся системы, в которых используются роботы с ручным управлением, непосредственно связанные с движением рук, а иногда и ног человека.

Первые из них применяют в основном в промышленном произ­водстве (ПР и роботизированные комплексы), вторые — в экстре­мальных условиях, т. е. при наличии радиации, загазованности, взрывоопасности, высоких и низких температур и давлений, а третий — для погрузо-разгрузочных и тяжелых работ.

Аналогичная классификация распространяется и на роботизи­рованные технологические комплексы. Они могут быть жестко запрограммированными или адаптивно приспосабливающимися к изменениям внешних условий, положению и конфигурации де­талей и т. п. Это является основой для создания гибко перенала­живаемых автоматизированных, почти безлюдных производств.

Информационные и управляющие робототехнические системы представляют собой некоторые комплексы автоматических изме­рительно-информационных и управляющих средств, предназна­ченных для сбора, обработки и передачи информации. На основе полученной информации эти системы формируют управляющие сигналы.

В различных цехах системы автоматического контроля и управ­ления используют для почти безлюдного производственного про­цесса, в том числе с групповым использованием ПР. Подобные системы применяют и в автоматических системах проектирования, при выполнении технических и экономических расчетов и др.

Мобильные (движущиеся) робототехнические системы пред ставляют собой автоматически управляемые платформы (или шасси). Они способны автоматически нагружаться и разгру­жаться, имеют программы маршрута движения и автоматической адресовки. В промышленных цехах они предназначаются для автоматической доставки деталей и инструмента к станкам и от станков на склады. На таких подвижных системах могут уста­навливаться манипуляционные механизмы. К такого рода систе­мам относятся также движущиеся устройства для обслуживания автоматизированных складов в разных отраслях народного хо­зяйства.

В мобильных робототехнических системах используют любые принципы движения. Они могут быть колесными, шагающими, гусеничными, на воздушной подушке, плавающими и т. п.

Рассмотренные автоматически действующие робототехниче- ские системы применяют не только в промышленности, но и в других отраслях народного хозяйства.

Многофункциональные легко переналаживаемые робототехни­ческие системы являются основными, принципиально новыми тех­ническими средствами, позволяющими оперативно решать про­изводственные задачи.

При использовании робототехники вследствие резкого сокра­щения времени и затрат на изменение технологического процесса создаются благоприятные условия для автоматизации мелкосе­рийного многономенклатурного производства. Групповое приме­нение роботов в технологических линиях позволяет значительно увеличить производительность.

При использовании роботов, исключающих участие человека в непосредственном производстве, облегчается переход на двух- и трехсменную работу, что существенно повышает коэффициент использования всего технологического оборудования. Исключение из производственного цикла человека с его эмоциями, усталостью, возможной невнимательностью создает условия для более четкого соблюдения технологической дисциплины, в результате чего су­щественно снижается брак и повышается качество выпускаемых изделий. Важным фактором роботизированного технологического комплекса является возможность гибкой переналадки произ­водства.

На роботизированных участках существенно повышается рит­мичность производственного процесса (по суткам, неделям, меся­цам), что является также важнейшим фактором в организации производства.

2. ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Создание гибких производственных систем с примене­нием промышленных роботов требует решения комплекса задач. К числу этих задач относятся: размещение оборудования и (если это требуется) его модернизация для стыковки с роботами; выбор транспортных средств; разработка средств контроля, информации и управления и т. п. В условиях среднесерийного многономенкла­турного производства оптимальными могут быть только гибкие производственные системы, обладающие свойством относительной адаптации, т. е. способностью приспосабливаться к изменениям внутри и вне системы, сохраняя при этом производительность, бл|изкую к максимальной.

Необходимо различать роботизированные технологические ком­плексы, в которых ПР выполняют вспомогательные (транспорт­ные) операции, и роботизированные производственные комплексы, где роботы выполняют основные технологические операции.

В зависимости от назначения роботизированных комплексов различают две схемы роботизированных технологических ком­плексов: индивидуального обслуживания оборудования и груп­пового обслуживания оборудования.

Индивидуальное обслуживание оборудования обеспечивается либо автономным, либо встроенным в оборудование роботом. Такой роботизированный комплекс решает задачи установки и снятия детали, фиксации их в рабочей зоне, а также связи с транспорт­ным потоком основного производства.

Групповое обслуживание оборудования осуществляется одним промышленным роботом, который помимо названных выше опера­ций обеспечивает еще межстаночное транспортирование деталей.

В зависимости от серийности производства, в котором исполь­зуется роботизированный комплекс с групповым обслуживанием оборудования, могут быть применены различные организацион­ные формы загрузки основного технологического оборудования — от независимой работы каждого станка до превращения роботи­зированного комплекса в поточную линию. Однако для обеспече­ния необходимой гибкости производства необходимо создавать межоперационные заделы, предусматривать пропуск отдельных операций на деталях некоторых типов, изменение порядка обра­ботки и т. п. С помощью ПР обеспечивается транспортирование.

Роботизированные промышленные комплексы организуются либо с индивидуальным обслуживанием ПР, либо с груп­повым.

Индивидуальное выполнение основных операций (сварка, окра­ска, сборка и т. д.) осуществляется производственным или уни­версальным роботом, система программного управления которого дополнительно контролирует различного рода вспомогательные и транспортные устройства, входящие в состав роботизированного комплекса.

Групповое использование ПР для выполнения основных тех­нологических операций включает применение ПР разных типов (подъемно-транспортных, производственных и универсальных), связанных в едином комплексе, обеспечивающем законченный технологический процесс.

Рассмотрим возможности создания роботизированных комплексов в литей­ных и термических цехах.

Литейные цехи. Современные ПР и автоматические манипуляторы успешно используются вместо человека в основных процессах производства отливок — от подготовки исходных материалов до операций очистки, грунтовки, окраски и т. п., а также для контроля и испытания, разгрузочно-погрузочных, транспорт­ных и складских работ.

Практически почти все участки литейного цеха могут быть роботизированы: разгрузка и складирование поступающих для изготовления отливок основных и вспомогательных материалов и оборудования — формовочных песков, связую­щих добавок, огнеупоров, составляющих металлической шихты, красок и т. п.; литье в разовые песчаные (опочные и безопочные) формы; производство стержней различного состава прогрессивными мегодами формообразования — пескострель- ным, прессованием и др.; упрочнение форм и стержней, например, горелками ин­фракрасного излучения, подогретым сжатым воздухом и др.; литье в тонкостен­ные формы из песчаио-смоляиых и других смесей; литье в магнитные формы по иеизвлекаемым моделям из полистирола и других подобных материалов или в вакуумированные формы, сборка разовых песчаных форм; точное литье по вы плавляемым моделям; литье в постоянные формы (кокнль); литье под давлением и центробежное литье; загрузка шихты в плавильный агрегат и плавка; заливка форм и дозирование жидкого металла; извлечение отливок из форм; очистка, обрубка, зачистка, резание, грунтовка и окраска отливок; межоперационное транспортирование форм, стержней, отливок, обслуживание технологического, транспортного и другого оборудования.

В качестве примера рассмотрим роботизированный технологический ком плекс, организованный на участке кокильного литья Литье в кокиль включает операции заливки металла, съема отливок, перенос их для очистки и обрубки. Для съема и переноса отливок применяют ПР, работающий в цилиндрической или сферической системе координат. Робот извлекает отливку из формы и, удер живая ее за литник, переносит на установку контроля целостности. После полу­чения сигнала о том, что отливка вышла из формы полностью, робот переносит ее для обрезки литника

Термические цехи. Учитывая, что значительная часть операций, поддаю щихся роботизации при термической обработке, происходит при температуре, превышающей 1000 °С (например, при нагреве под закалку изделий из высоко­легированных сталей), руки и захватные устройства ПР должны изготовляться из жаропрочной стали, способной выдержать такую температуру без наруше иия необходимых параметров

К основным видам работ в термических цехах, которые способны выпол нить ПР, следует отнести следующие: подготовку (при необходимости) изделий к термообработке; подачу и укладку изделий в термическую печь, извлечение их из печи нагрева и подачу на охлаждение; правку и очистку изделий; контроль твердости и других свойств; различные межоперационные и внутрицеховые транспортные, складские и упаковочные работы; работу в комплексе с другим технологическим и транспортным оборудованием и управление им и т. п.

Например, при поверхностной закалке токами высокой частоты робот из­влекает деталь из магазина, устанавливает в нндукгор и подает сигнал о начале иагрева По окончании иагрева робот извлекает деталь из индуктора и подает ее в закалочное устройство Длительность выполнения всех операций около 1 мин На рис. 166 показана линия закалки деталей с манипулятором ПМ ЗОТ, предназначенного длн переноски с одной позиции на другую корзины с деталями при изотермической закалке в печах-ваннах. Все ванны и дополнительное обо­рудование расположено в линию.

Манипулятор 1 перемещается по монорельсовой балке 2 и управляется с пульта 3. На линии используют еще два манипулятора 4 с ручным управлением для загрузки и разгрузки корзин.

Основные и вспомогательные операции выполняются манипуляторами в оп ределеиной последовательности: установка манипулятором 4 корзин с деталями на накопитель 5, съем корзин с накопителя 5 и установка ее. на стол загрузки 6 манипулятором /; транспортирование корзин со стола 6 в каждой ванне; опуска

\ _у'

Пирометрические

шкафы

Рис. 166. Схема роботизированного участка термической обработки инструмента

ние корзин в ванну; встряхивание корзин для удаления остатков расплавов солей; транспортирование корзин к закалочным ваннам 11 с синтетической средой, промывочным ваннам 12 к 13 к сушильным устройствам 14 и 15; транспортирова­ние корзин к разгрузочному столу 16 и передача ее на накопитель 17; съем кор­зин с деталями с накопителя 17 с помощью ручного манипулятора 4.

В линии используются накопители карусельного типа, на каждый из кото­рых устанавливается ие более шести корзин.

Для обеспечения необходимой производительности ванна подогрева 7 изго­товлена двухцозиционной. На первой позиции осуществляется подогрев над расплавом до температуры 400 °С, а затем — нагрев в расплаве до температуры 800 °С. Печь 8 окончательного нагрева — однопозиционная. Соляная ванна 9 имеет четыре позиции. Одна предназначена для изотермической закалки, три остальные — для отпуска. Установка 10 для охлаждения после закалки на воз­духе и после отпуска также имеет четыре позиции.

При необходимости пассивации деталей используется установка 14.

Линия работает по заданной циклограмме. Манипулятор 1 совершает слож­ные возвратно-поступательные движения вдоль линии ванны.

На линии могут обрабатывать болты, винты, пружины, режущий инструмент и другие мелкие детали.

Важнейшей проблемой роботизации является соответствующая технологическая подготовка производства. Для получения задан­ного эффекта от применения роботов нет смысла использовать их совместно с устаревшим и малопроизводительным оборудованием. Кроме того, при имитации роботом производственных движений человека отсутствует необходимость размещать обрабатываемые детали на уровне рук или глаз, обеспечивать удобство подхода к оборудованию, создавать определенную освещенность и многое другое. ПР могут действовать с любой позиции, на любом уровне пространства цеха и в любых климатических условиях. Напри­мер, при заливке металла робот может выдержать более высокую температуру, чем человек. Следовательно, применяя ПР, можно значительно рационализировать и ускорить технологический про­цесс. А сочетание роботов с более производительным оборудова­нием, особенно с числовым программным управлением, позволяет одновременно с увеличением выпуска продукции высвободить производственные площади для расширения производства.

ПР не утомляется и не подвержен эмоциям. Он может рит­мично работать в три смены без отдыха, выходных дней и отпусков.

3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РОБОТОВ

Безопасность персонала, работающего с комплексами, в состав которых входят промышленные роботы, обеспечивают с помощью различных мероприятий, целью которых является предупреждение аварийных и опасных для здоровья человека ситуаций. Роботы, выполняющие манипуляционные действия и транспортные перемещения в пределах комплекса, являются устройствами повышенной опасности и могут стать основным источником травматизма обслуживающего персонала.

Безопасность при эксплуатации роботизированных комплексов достигается за счет их рациональной планировки, безопасной и

безаварийной работы оборудования, а также с помощью специаль­ных устройств, обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала. Главная цель этих мероприятий и устройств состоит прежде всего в исключении возможности одновременного нахо­ждения человека и механизмов робота в одном месте рабочего пространства.

Планировка комплексов оборудование—робот, роботизирован­ных участков и линий должна обеспечивать удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к роботу, к основному и вспо­могательному технологическому оборудованию, к органам управ­ления, а также аварийное отключение всех видов оборудования и механизмов. Желательно, чтобы органы управления и аварий­ных блокировок были размещены на общем пульте управления (участком, линией) и продублированы вдоль фронта оборудования по трассе возможных перемещений обслуживающего персо­нала.

С точки зрения обеспечения безопасности обслуживающего персонала следует рассмотреть два типа планировок роботизиро­ванных комплексов, характеризующихся расположением зон ро­ботов и операторов.

К первому типу относятся комплексы, исключающие возмож­ность появления оператора в пределах рабочей зоны робота при его автоматической работе. Обычно эти комплексы имеют круго­вое ограждение робота, при раскрытии створок которого посы­лается управляющий сигнал на его остановку.

Комплексы совмещения рабочих зон оператора и робота отно­сятся ко второму типу. В таких комплексах требуется принимать специальные меры безопасности обслуживающего персонала. Это комплексы с автономными роботами, осуществляющими единичное или групповое обслуживание оборудования. Если такие ком­плексы - оснащены Г1Р, работающими по жесткой программе, то появление человека в рабочей зоне робота должно вызывать авто­матическую блокировку их работы.

Конструкция ГТР должна учитывать условия эксплуатации и особенности окружающей среды, которые могут повлиять на обес­печение надежности, безаварийности и безопасности работы. При эксплуатации в условиях агрессивных сред ГТР должен быть поставлен в соответствующем защитном исполнении с учетом требований ГОСТ 12.1.004—85, ГОСТ 12.1.010—76, ГОСТ 12.1.011—78, ГОСТ 12.2.020—76 и ГОСТ 12.2.021—76.

Внезапное отключение питания не должно приводить к повре­ждению роботов или травмированию обслуживающего персонала. Захватное устройство при отключении питания должно удержи­вать объект манипулирования. Сигнально-предупредительная окраска и знаки безопасности, наносимые на промышленные ро­боты, должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.026—76. Основные требования к элементам конструкции должны соответ­ствовать ГОСТ 12.2.003—74. При выборе средств аварийной и предупредительной сигнализации следует отдавать предпочтение звуковым сигналам.

При эксплуатации роботизированных комплексов должны предусматриваться максимальная механизация и автоматизация вспомогательных операций, связанные с воздействием на рабо­тающих опасных и вредных факторов.

Ограждение, знаки безопасности и сигнальные цвета, наноси­мые на оборудование комплексов, должны отвечать ГОСТ 12.4.026—76. Расстояние ограждения комплексов от гра­ниц рабочей зоны роботов должно быть не менее 0,8 м.

При перемещении объектов манипулирования над рабочими местами, проходами и проездами под трассой роботов необходимо предусматривать защитные сетки или экраны. Если роботизиро­ванный комплекс оснащен несколькими пультами управления, необходимо иметь соответствующие блокировки, исключающие возможность параллельного управления от различных пультов.

На роботизированных комплексах должны выполняться общие требования, регламентирующие условия пожарной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.004—85.

Особо опасными участками в пожарном отношении в литейных цехах являются участки нанесения лакокрасочных покрытий, плавки и заливки металла, очистки отливок, склады магния и его сплавов, участки приготовления формовочных и стержневых сме­сей на основе горючих крепителей. В термических цехах к пожа­роопасным участкам относятся участки приготовления защитных атмосфер, закалочные участки и участки с топливными печами.

Все роботизированные комплексы должны быть оборудованы средствами пожаротушения в соответствии с ГОСТ 12.4.009—83, а операции должны проводиться с соблюдением «Типовых правил пожарной безопасности», утвержденных ГУПО МВД СССР. Сле­дует предусмотреть установку автоматического пожаротушения оборудовать комплексы автоматической пожарной сигнализацией.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите о классификация роботизированных систем.

2. В чем заключается различие между роботизированными технологическими комплексами и роботизированными производственными комплексами?

3. Какие преимущества обеспечивает роботизация производства?

4. Расскажите о схемах роботизированных комплексов.

5. Расскажите о возможностях создания роботизированных комплексов в литейных цехах.

6. Какие требования предъявляет роботизация к подготовке производства?

7. Расскажите о возможностях применения роботизированных комплексов в термических цехах.

8. Какие требования техники безопасности предъявляются к роботизирован­ным комплексам?

9. Расскажите о Пожарной безопасности при эксплуатации роботизирован­ных комплексов.

Буквенные обозначения элементов электрических схем

Элемент электрической схемы	і Буквен­ный код	Элемент электрической схемы	Буквен­ный код
Усилитель	А	Часы, измеритель времени	РТ
Комплект защиты	АК	действия
Датчик температуры (термо­	вк	Устройство коммутационное	5
пара)		Выключатель или переклю­	5А
Предохранитель плавкий	ри	чатель
Аккумуляторная батарея	ев	Выключатель кнопочный	БВ
Сигнальная лампа	Ні	Переключатель измерений	SN
Реле:		Выключатель автоматический	ЯР
тока	КА	Трансформатор тока	ТА
промежуточное	К1	Трансформатор напряжения	ТУ
указательное	кн	Диоды, стабилитроны	УО
электротепловое	КК	Выпрямительный мост	иг
времени	КТ	Транзистор	УТ
напряжения	КУ	Тиристор	УБ
мощности	КШ	Соединение контактное	X
Контактор, пускатель	км	Соединение разборное	хт
Дроссель	і	Накладка, перемычка	хв
Амперметр	РА	Штырь разъемного соединения	ХР
Вольтметр	РУ	Гнездо разъемного соединения
Частотомер	РР

1. Автоматические приборы регулятора и вычислительные системы. Под редакцией Б. Д, Кошарского. Л. Машиностроение, 1976. 485 с.

2. Безопасность производственных процессов/Под ред. С. В. Белова. М.: Машиностроение, 1985. 448 с.

3. Васин В. М. Электрический привод. М.: Высшая школа, 1984. 231 с.

4. Глаговский Б. А., Ройтштейн Г. 111., Яшин В. А. Контрольно-измери­тельные приборы и основы автоматизации производства абразивных инструмен­тов. Л.: Машиностроение, 1980. 287 с.

5. Гордии Е. М., Митннк 10. Ш-, Тарлиискнй В. А. Основы автоматики и вычислительной техники М.: Машиностроение, 19/8. 298 с.

6. Дорофеев К. П. Основы автоматизации производства и вычислительная техника в термических цехах. Л.: Машиностроение, 1978 223 с.

7. Зимодро А. Ф., Скибинский Г. Л. Основы автоматики. Л : Энергоатом- издат, 1984. 160 с.

8. Клюев А. С., Глазов Б. В., Мнндин М. Б. Техника чтения схем автомати­ческого управления и технологического контроля. М.: Энергоатомиздат, 1983. 376 с.

9. Козырев 10. Г. Промышленные роботы. М Машиностроение, 1983. 375 с.

10. Колесов Л. В. Основы автоматики. М.: Колос, 1984. 288 с.

11. Кузнецов М. М., Волчкевич Л. И., Замчалов 10. П. Автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1978. 431 с.

12. Львов Н, С., Гладков Э. А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. М.: Машиностроение, 1982 . 302 с.

13. Майоров С. А., Новиков Г. И. Электронные вычислительные машины М.. Высшая школа, 1982. 175 с.

14. Неймарк А. М. Роботы на службе человека. М.: Наука, 1982. 104 с.

15. Прангишвили И. В. Микропроцессоры и локальные сети микроЭВМ в распределенных системах управления, М : Энергоатомиздат, 1985. 272 с.

16. Преснухин Л. Н., Нестеров П. В. Цифровые вычислительные машины М : Высшая школа, 1981 511 с.

17. Робототехннка/Под ред Е. П Попова, Е. И. Юревича М.: Машинострое­ние, 1984. 287 с.

18. Семеиенко В. А., Балтрушевич А. В. Электронно вычислительные ма­шины. М.: Высшая школа, 1985. 272 с.

19 Терган В. С., Андреев И. Б., Либерман Б. С. Основы автоматизации производства. М.: Машиностроение, 1982. 269 с.

20. Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы/Под общей ред. А М. Беленького М.: Металлургия, 1981 264 с.

21. Титов Н. Д., Сергеев Л. Н. Основы автоматизации литейного произ­водства и вычислительная техника. М.: Машиностроение, 1983. 153 с.

22. Шкодин М. М. Основы вычислительной техники. М. Высшая школа, 1979. 109 с.

23. Электротехнический справочник (в трех томах)/Под общ. ред, В. Г. Гера­симова и др. М : Энергоиздат, 1985—1987.

з

основы 1

АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА 1

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ 5

43- 47

-ЕЬ 47

=ЕЬ 47

^-04 ж 47

—СИ 48

Р л і і і ПІ

АНЮМЛІИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ . . ,

основы 1

АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА 1

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ 5

43- 47

-ЕЬ 47

=ЕЬ 47

^-04 ж 47

—СИ 48