Современные технологии и информационные системы в промышленном производстве: промышленные роботы и робототехнические комплексы

       - Загрузочно-разгрузочные работы 

       Во  многих отраслях машиностроительной промышленности используются установки для литья, резки и ковки. В большинстве  случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в производственную установку, которая затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или в тех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесь оказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется.

             Например, в литейном производстве роботы используются как  для дозированной разливки расплавленного алюминия, так и для извлечения из пресс-формы затвердевших отливок  и охлаждениях. Такой подход обладает двумя преимуществами . прежде всего роботы гарантируют более строгое соблюдение требований технологического процесса: действую и соответствии с заданной программой , они всегда вводят в установку точно дозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времени они извлекают из нее отформованные  детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий .

             Второе преимущество данного подхода заключается  в том, что значительно облегчается  работа оператора. Извлечение раскаленного куска металла из пресс-формы одна из мало привлекательных работ , и желательно, чтобы ее выполнял робот. Таким образом роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью компьютера.  

       - Перенос изделий с одной производственной установки на другую 

             Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочно-разгрузочные механизмы предназначены для  перемещения изделий с одного производственного участка на другой. И при выполнение таких перемещений  роботы играют немаловажную роль .

             На заводе фирмы IBM в Пикипси (шт. Нью-Йорк), выпускающем  компьютеры, роботы загружает магнитные  диски в систему, где на них  записывается необходимая информация. Программа, управляющая роботом, содержит инструкции относительно того, в какую, из четырех установок для записи следует загружать тот или иной “пустой” диск. Кроме того, программа задает конкретный набор команд, который соответствующая установка должна занести на диск. Тот же робот осуществляет и два других этапа этого технологического процесса. Он извлекает диск из записывающей установки и помещает его в устройство, которое струей сжатого воздуха прижимает к поверхности диска самосклеивающуюся метку. Затем робот вынимает диск с помощью захватного приспособления и упаковывает его конверт.

             Подобный робот  разработан и внедрен на английском автомобилестроительном заводе. Он передвигается  на гусеницах между пятью производственными  участками завода. Робот извлекает  пластмассовую деталь автомобиля из установки для инжекторного прессования и последовательно переносит деталь на доводочные участки, где с нее снимаются и заусенцы. Далее робот помещает деталь на специализированный станок, который полирует ее. И наконец, деталь перемещается с полировального станка на конвейер. 

       - Упаковка 

             Практически все  бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать  готовые изделия и помещать в  какую-либо тару.

             На заводах одной  из кондитерских фирм Англии специализированные роботы занимаются укладкой конфет в коробки. Эти машины весьма сложны и совершенны. Во-первых они обращаются с продукцией очень аккуратно: сжав шоколадное изделие, они могут нарушить его форму или раздавить его. Во-вторых, робот соблюдает высокую точность при укладке конфет в коробки, помещая их в определенные ячейки коробки. 
 
 

        - Погрузка тяжелых предметов на конвейер или паллеты 

             Помимо упаковки миниатюрных изделий, а также  промышленных и бытовых товаров  роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов. По существу они  здесь заменяют подъемно-транспортные машины, управляемые оператором-человеком. 

        5.2 Обработка деталей и заготовок 

             Хотя роботы, выполняющие  обработку изделий с помощью  различных инструментов и нашли  пока менее широкое применение, чем  аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они продемонстрировали свою эффективность при решении многих задач. 

       - Сварка 

             Эта операция чаще всего  выполняется с помощью роботов, предназначенных для манипулирования  инструментом. роботы могут осуществлять два вида сварки : точечную контактную и дуговую . В обоих случаях робот удерживает сварочный пистолет , который пропускает ток через две соединяемые металлические детали .

             В соответствии с  управляющей программой сварочный  пистолет может перемещаться практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.

             Большинство роботов  для точечной сварки применяется  в автомобильной промышленности. При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное количество операций точечной сварки, чтобы надлежащим образом соединить между собой различные детали кузова, например боковины, крышу и капот. На современных конвейерах эти детали вначале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями. Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку в строго определенных местах. Поскольку все кузова, монтируемые на одной производственной линии, для получения высококачественных соединений просто требуется, чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений.

             При очевидных преимуществах  такого использования роботов существует ряд и серьезных технических  проблем. Запрограммировать робот  весьма непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора, но и подготовить инструкции, в соответствии с которыми регулируется напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры могут меняться, например, в зависимости от толщины свариваемого материала или от того, какую форму имеет прокладываемый шов - прямую или криволинейную.

             Также необходимо сконструировать  фиксаторы , удерживающие детали в процессе сварки таким образом, чтобы сварка осуществлялась при высокой точности позиционирования. Когда сварочный пистолет держит человек , он способен учитывать незначительные смещения заготовки. Сварщик - человек лишь слегка сместит инструмент, с тем чтобы выполнить шов в заданном месте. Робот же не способен принимать подобные решения , если фиксаторы допускают перекос или смещение, то существует вероятность того ,что сварные швы будут расположенны с отклонением. Кроме того, фиксатор должен быть таким, чтобы манипулятор имел доступ к детали с разных сторон.

             Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали. Сварщик-человек принимает во внимание неизбежные отклонения в размерах, но роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом, когда сварка осуществляется с помощью автоматики, допуски на детали, изготавливаемые на других участках предприятия, должны быть минимальными.

             Характер воздействия, которое роботы оказывают на другие этапы производственного процесса (весьма вероятно , что оно приведет к тесной привязке всех технологических  операций ), называется “принципом домино”  в робототехнике. 
 
 

       - Сверление 

       Как правило операцию сверления осуществляют на станке. При использовании робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий инструмент , который перемещается над поверхностью обрабатываемой детали , высверливая  отверстия в нужных местах . Преимущество подобной процедуры проявляется в тех случаях , когда приходится работать с крупногабаритными и массивными деталями или проделывать большое число отверстий.

             Операции сверления  играют значительную роль в производстве самолетов: они предшествуют клепке, при которой в отверстия вставляются миниатюрные зажимные детали, скрепляющие между собой два листа металла. В деталях самолетов необходимо проделывать сотни, а то и тысячи отверстий под заклепки, и вполне естественно , что такую операцию поручили роботу .

             Английская компания изготавливает детали механизма  бомбосбрасывания, предназначенного для  истребителя “Торнадо”.  Механизм представляет собой цилиндрическую конструкцию длиной примерно 6 м, к которой требуется приклепать кожух из восьми металлических панелей. В кожухе необходимо просверлить около 3000 отверстий под заклепки. Проблема заключалась в том, как добиться, чтобы робот, оснащенный высокоскоростной сверлильной головкой , проделывал отверстия точно в заданных местах .

             Инженеры пришли к выводу, что данную проблему можно  решить следующим образом: рабочий  просверливает ряд эталонных  отверстий (примерно через метр друг от друга) вдоль панелей , которые  размещаются надлежащим образом поверх цилиндрической конструкции . Манипулятор с закрепленным в его зажиме сенсорным зондом (а не сверлом) перемещается над поверхностью заготовки , посылая в память робота данные о местонахождении эталонных отверстий . Затем робот расчитывает точные координаты остальных отверстий , исходя из этих базовых точек . Затем робот , завершив операцию сверления , удаляет оставшиеся в отверстиях крошечные частицы металла специальным инструментом. 

       -  Бесконтактная обработка заготовок 

       Из-за малой жесткости и недостаточной  твердости, роботы не могут проводить обработку твердых материалов резаньем. Поэтому инженеры изучают бесконтактные методы обработки материалов, подобных металлу или пластику. Для этой цели, в частности, используется лазер. В рабочем органе робота закреплен прибор , который направляет высокоэнергетическое когерентное излучение лазера (для чего нередко используется волокно-оптическая система передачи) на обрабатываемую заготовку . Лазер может с высокой точностью резать пластины из металла, в частности стали. Робот перемещает рабочий орган над обрабатываемым листовым материалом по траектории, определяемой программой. Программой же регулируется интенсивность светового луча в соответствии с толщиной нарезаемого материала.

             Другой бесконтактный  метод резанья основан на использовании  струи жидкости. Такой подход впервые применила компания “Дженерал моторс”. На ее заводе в Адриане установлена система с 10 роботами, изготавливающая пластмассовые детали нефтеналивных цистерн. Восемь из десяти роботов направляют водяные струи под высоким давлением на перемещаемые конвейером пластмассовые листы. Эти струи прорезают в исходном материале ряд отверстий и щелей, а также удаляют лишние элементы пластмассовых прессованных деталей. по утверждению представителей компании “Дженерал моторс”, подобная роботизированная система весьма экономична , поскольку исключает износ инструмента и позволяет повысить качество операций резанья. Поскольку система управляется программой, которая находится в памяти центрального компьютера, для контроля и обслуживания всех 10 роботов требуется только два оператора. 

        5.3 Нанесение различных составов на поверхность 

             На большинстве предприятий после таких операций, как резанье, производится обработка поверхности только что изготовленных деталей (чаще всего окраска). Это еще один тип производственных операций , которые способен выполнять робот если его оснастить пульверизатором. В память робота закладывается программа, обеспечивающая выполнение определенной, многократно повторяемой последовательности перемещений. Одновременно программа регулирует скорость разбрызгивания краски. В результате на поверхности окрашиваемой детали образуется равномерное покрытие, причем нередко робот обеспечивает более высокое качество окраски, чем человек, которому свойственна неточность движений. Среди других процедур обработки поверхности можно отметить напыление антикоррозийных жидкостей на листы металла для защиты их от химического или физического воздействия окружающей среды, а также нанесение клеевых составов на поверхность деталей подлежащих соединению. Автомобилестроительные компании исследовали возможность применения последней операции на этапе окончательной “подгонки” готовых узлов, в частности при монтаже таких элементов, как хромовые вкладыши на кузове автомобиля. При выполнении подобных операций робот помещают в оболочку, которая защищает его от попадания клея и других связующих веществ. Его также можно “обучить” тому, чтобы он время от времени самостоятельно очищался, погружая захватное приспособление в очищающую жидкость. 

        5.4 Чистовая обработка