У 1962 році в США були створені перші два промислові робота: робот "Юнімейт" і "Версатран". Вони були призначені для заміни небезпечних для людини робіт в ливарному виробництві та в хімічній промисловості. З цього почалася роботизация всіх галузей промисловості США і в усьому світі. У 1969 році в ЦНДТІ Міноборонпрому приступили до розробки першого в СРСР промислового робота "Універсал-50 і в 1971 році, через два роки після цього, перші радянські роботи, створені в технологічних інститутах МОП і МАП були продемонстровані на виставці в Сетуні, в результаті чого почалася активна роботизація галузей промисловості СРСР.
Однією з причин цього було прагнення підвищити продуктивність праці, для чого треба було вводити на заводах роботу в дві і три зміни. Тому там, де робітників не вистачало, промислові роботи успішно використовувалися.
У загальній складності в Радянському Союзі було випущено більше 100 тис. одиниць промислової робототехніки. Вони замінили більше одного мільйона робочих. Найдивовижніше, що ці 100 тисяч роботів зникли з 1992 по 1994 роки повністю. Виникає питання: чи треба тепер відновлювати промислову робототехніку? Безумовно, треба.
Демографічна ситуація в Україні і ряд інших причин через декілька років призведе до непоправного зниження притоку робітників в промисловість. Цю нестачу з успіхом може компенсувати не некваліфіковані іноземні працівники, а промислова робототехніка. Окрім того, застосування роботів замість людини збільшить вільний час працівників для бльш творчої праці.
Сьогодні широкому впровадженню в нашій промисловості розроблених іноземних роботів перешкоджає їх велика вартість порівняно із заробітною платою замінних робітників. Висока вартість, а також недостатня гнучкість пристосування промислових роботів, що серійно випускаються до конкретних умов споживачів є гальмом розширення роботизації виробництва і в розвинених промислових країнах, де майже всі промислові роботи використовуються лише великими компаніями у великосерійному виробництві. Водночас досвід розробки, виробництва та експлуатації роботів показав, що найбільш доцільне застосування промислових роботів на виробництві серійної і дрібносерійної продукції як з вузькою, так і з широкою і мінливою номенклатурою. Це дозволило б значно розширити використання роботів на дрібних і середніх підприємствах, тобто багаторазово збільшити число продаваних роботів.
Робототехніка, як один із засобів автоматизації та заміни ручної праці, розвивалася за принципом приналежності роботів тому чи виду технологічного процесу або виробництва, які накладали на конструкцію роботів свої технологічні вимоги. Промислові роботи, з одного боку, повинні були бути в своїй технологічній основі максимально універсальними для великого об'єму і наменклатури виробів, що випускаються, а з іншого боку, мінімально надавали б негативний вплив на собівартість своєї продукції протягом всього циклу її випуску.
Ринкова економіка, закони конкуренції привели до того, що в світі було розроблено понад 270 моделей промислових роботів. Кожна нова технологія, кожна нова область застосування вабила розробку нової конструкції робота, або модернізацію існуючої конструкції. Скупчення на підприємстві роботів різних моделей тягне за собою збільшення сервісних служб і зростання фінансових витрат, що збільшує собівартість продукції, що випускається і знижує прибуток. Ця проблема повинна бути вирішена на шляху максимальної модулізаціі конструкцій промислових роботів таким чином, щоб все розмаїття типорозмірів роботів могло бути побудовано з ряду однотипних модулів з обмеженою номенклатурою розмірів.
Як показує досвід високорозвинених в технічному відношенні країн, наприклад досвід США, для розвитку продуктивних сил необхідний безперервний і конкурентноздатний ріст обробної промисловості та машинобудування. В умовах ринкової економіки це означає, що необхідно вирішити три головні проблеми конкурентоспроможності вітчизняних виробів:
ЯКІСТЬ ПРОДУКЦІЇ - ЧАС СТВОРЕННЯ ПРОДУКЦІЇ - ЦІНА ПРОДУКЦІЇ.
Вирішення цих проблем лежить на шляху створення промислових роботів з більш низькою їх вартістю В свою чергу, - створення таких роботів забезпечує вихід українських розробок на світовий ринок.
Обгрунтуванням цих тверджень є наступне :.
Роботи забезпечують якість виготовлення виробів машинобудування
Промислова робототехніка, замінюючи ручну працю, забезпечує суворе виконання технології виробництва, яка визначає як тимчасові параметри операцій, так і параметри точності рухів і їх зусиль. Це гарантує стабільну якість продукції, яке легко контролювати автоматичними засобами, часом - безпосередньо в момент виготовлення деталей. Саме ці обставини породили рекламний лозунг ряду автомобільних фірм:
"Спроектовано комп'ютером, виготовлено роботом!"
Водночас, однією з причин зниження якості виробів в звичайному, не роботизованому виробництві є присутність людини в контурі виробництва (з його можливою втомою, малим обсягом уваги, суб'єктивністю оцінок ситуації, малою швидкістю реакції або навіть - халатністю). Помилки людей володіють двома незаперечними властивостями:
їх неможливо виключити, і, в силу неформалізованого багатства людських помилок, їх зможуть виявити і виправити тільки інші люди і тільки - в рамках жорсткої формальної дисципліни нагляду і прийомки.
Саме тому для зменшення негативних наслідків людських помилок в промислових галузях застосовуються спеціальні служби та процедури управління якістю (поопераційний контроль, цехові служби відстеження причин браку, відділи технічного контролю та ін.), що помітно здорожує виробництво продукції.
Отже, - виріб, що виходить з роботизованої промисловості, є завідомо якісним виробом. І. при цьому, продуктивність праці в такий промисловості вище (робот в складі автоматизованого виробництва може рівномірно працювати в перебігу трьох змін і, образно кажучи, - щопонеділка у нього голова не болить).
2. Роботизированное виробництво скорочує час створення нової продукції.
В умовах ринкової економіки в конкурентній боротьбі перемагає той, хто швидше перебудовує виробництво для задоволення попиту ринку. Робот за своєю природою є легко перепрограмовуваним елементом виробництва. Саме ця обставина призвела до розвитку роботизації в автомобільній промисловості, де в серійному виробництві щорічно потрібна зміна моделей, що випускаються, а в замовному - буквально поштучна їх зміна. Разом з тим, в даний час найбільш доцільне застосування промислових роботів на виробництві серійної і дрібносерійної продукції як з вузькою, так і з широкою, але швидко мінливою номенклатурою.
Досвід зарубіжної і вітчизняної промисловості показує, що тільки роботизовані виробництва здатні забезпечити технологічну підготовку і перехід на випуск нового виробу за місяці, а не за роки. У їх складі використовуються розвинені програмні засоби технологічної підготовки і перебудови виробництва, пов'язані в єдину систему систем автоматизованого виробництва роботів конструкторських бюро з автоматизованими складами інструментів і комплектуючих поряд з роботизованими транспортними системами цеху і заводу.
3. Ключова проблема рентабельності виробництва - більш низька вартість робототехніки.
Продуктивність праці в роботизованій промисловості вище, ніж у промисловості, заснованій на застосуванні ручної праці. При цьому полегшується і здешевлюється контроль і управління якістю продукції. Відомий і характер правильної організації роботизованої праці, - коли робот не замінює робітника, а допомагає йому. При використанні робота робітник виробляє багато більше, заробляє трохи більше й втомлюється менше, ніж за відсутності робота. В цих умовах зацікавленість робітника в роботах забезпечує їх правильну експлуатацію.
Ці обставини працюють на зниження вартості виробництва, і ними окупається і виправдовується ціна роботогодини.
Разом з тим платою за якість продукції і динаміку перебудови виробництва є подорожчання основних фондів за рахунок вартості засобів автоматизації. Вартість робота при цьому є їх помітною частиною.
В даний час при налагодженому виробництві роботів можна вже за 1-1,5 року зібрати з готових комплектуючих систему управління і постачити її системним і базовим програмним забезпеченням, але - тільки за умови, що вже є готовий робот - для відпрацювання електроніки і програм.
Очікуваний термін появи першого зразка робота при інтенсивній і добре організованій роботі можна стиснути до 1,5 - 2 років, якщо вийде скоротити терміни розробки механіки і електромеханіки маніпулятора.
Зауважимо, що сам робот нікому не потрібен. Потрібна його робота в складі роботизованого комплексу. Тут додається ціна технологічної оснастки разом з технологічним і керуючим програмним забезпеченням.
Нова концепція створення антропоморфних промислових роботів.
Необхідна якість робота і, одночасно, скорочення термінів розробки та зменшення його ціни досягаються на шляху використання концепції створення промислових роботів на базі ряду двокоординатних модулів. Це можливо, завдяки спільності властивостей маніпуляторів і приводів промислових роботів різних типорозмірів.
Відмінною особливістю антропоморфних промислових роботів, які становлять більшість застосовуваних моделей, є наявність в маніпуляторах характерних вузлів зчленування (плече, лікоть, зап'ясті) з двома ступенями рухливості. Виявляється, що конструктивно ці вузли можуть бути уніфіковані, і тоді вони будуть відрізнятися в межах одного робота тільки ваговими і силовими характеристиками вузлів і приводів.
Звідси і виникла ідея швидкого способу створення дешевих роботів з антропоморфною кінематичною схемою. Нова концепція, заснована на максимальній модулізаціі конструкції, полягає в створенні:
обмеженого розмірного ряду двокоординатних мехатронних модулів;
системи автоматизованого проектування на ПЕОМ антропоморфних промислових роботів на основі цього ряду модулів, технології та індивідуальних вимог замовника;
системи автоматизованого проектування на ПЕОМ модулів для технологічного оточення робота, так і його сенсорного забезпечення датчиками і технічним зором;
системи автоматизованої генерації базового програмного забезпечення системи управління робота, тестових програм, засобів діагностики робота і навчання персоналу замовника;
інструментального програмного забезпечення для проектування технологічної оснастки та виготовлення технологічних програмних систем (за додатковими вимогами замовника).
При цьому вся потрібна різноманітність типорозмірів роботів могла б бути побудованою з ряду однотипних модулів з обмеженою номенклатурою розмірів. Завдяки цьому одиничне і дрібносерійне виробництво різних замовних роботів можна перетворити в багатосерійне або масове виробництво модулів, а потім на іншому підприємстві - складальному заводі швидко збирати роботи з готових паспортизованих комплектуючих модулів за індивідуальними замовленнями вітчизняних і зарубіжних споживачів роботів.
При наявності на складі таких готових паспортизованих двокоординатних мехатронних модулів виготовлення роботів зводиться до виготовлення проміжних ланок, що з'єднують модулі. При цьому конструкція модулів і проміжних ланок дозволяє здійснювати повністю приховану проводку енергетичних та інформаційних комунікацій.
Такий підхід дозволяє швидко створювати антропоморфні промислові роботи з різними кінематичними структурами вантажопідйомністю від 1,0 до 100,0 кг. За оцінками, робот будь-який, в тому числі і будь-який робот існуючої компоновки з готових паспортизованих модулів розробляється і виготовляється за 1,5-2 місяці, що знижує вартість робота на 35-40%. При цьому, в конструкцію системи управління робота, завдяки її модульності, закладається можливість сполучення його з технологічним оснащенням і сенсорними системами (включаючи TV-камери).
Зауважимо, що сьогодні закордонні фірми-виробники роботів задовольняють замовлення споживача через 6 місяців, якщо замовлений робот повністю відповідає розробленій фірмою моделі, і через 8 і більше місяців, якщо необхідні доопрацювання або зміни в конструкції.
Особливістю такої технології створення замовних роботів є і той важливий факт, що необхідне їх математичне і технологічне забезпечення, індивідуальне у кожного робота, розробляються паралельно з розробкою робота за допомогою системи автоматизованого проектування робота, технології та його програмних засобів.
Техніко-економічний ефект, що виникає при впровадженні концепції модульної побудови антропоморфних промислових роботів складається з таких джерел:
- Значно спрощується і здешевлюється процес створення нових роботів. Кошти, вкладені в створення гами уніфікованих модулів, повертаються кожен раз при створенні нових моделей промислових роботів. При цьому завдання конструктора зводиться до випуску мінімальної кількості монтажних креслень і схем, керівництва по експлуатації.
- При виробництві модульних промислових роботів уніфіковані приводні модулі стають об'єктом спеціалізованого серійного виробництва, як комплектуючі для промислового робота (подібно, наприклад, редукторам). В результаті досягається зниження собівартості, підвищення якості виготовлення та надійності приводних модулів.
В процесі експлуатації економічний ефект виникає за рахунок підвищення ремонтопридатності, досить виявити несправний модуль і замінити його на справний), зниження витрат на навчання обслуговуючого персоналу і ремонтників (завдяки уніфікації конструкцій всіх модулів).
Запропонована концепція створення антропоморфних промислових роботів на базі двокоординатних мехатронних модулів дозволяє розширити застосування роботів за рахунок їх адаптації до специфічних умов різних технологічних процесів, що, в свою чергу, підвищить серійність виготовлення роботів. Якщо раніше промислова робототехніка, як один із засобів автоматизації та заміни ручної праці, розвивалася за принципом приналежності роботів тому чи виду технологічного процесу або виробництва (які накладали на конструкцію роботів свої технологічні вимоги), то тепер намітилася тенденція її розвитку за принципом формування необхідного типорозміру робота з "алфавіту" універсальних модулів
Для ще більшого зниження собівартості вироблених роботів і стабілізації їх якості доцільно (і, головне, порівняно просто) автоматизувати складальні операції згаданих двокоординатних модулів за допомогою тих же антропоморфних роботів, оснащених адаптивними схватами для виконання наступних завдань:
- збирання »вал-отвір" для модулів;
- контроль діаметрів циліндричних деталей модулів і створення селективних груп деталей для збірки модулів і відбракування непридатних деталей;
- контроль отворів циліндричних деталей на наявність на їх поверхні локальних дефектів і відбракування непридатних деталей;
- контроль розмірів і шорсткостей внутрішніх поверхонь деталей модулів, створення селективних груп для складання модулів і відбракування непридатних деталей;
- установка пружних деталей типу пружинних упорних кілець на вал;
- установка ущільнювальних гумових армованих манжет з запресовкою їх в отвір базової деталі (корпус, кришка, стакан ...).
Описана концепція може дати рішення основного завдання, що стоїть сьогодні перед світовим роботобудуванням - зниження вартості промислових роботів і прискорення їх окупності. Світовий ринок може сприйняти таку розробку роботів, оскільки вона веде до зниження вартості їх виробництва порівняно з існуючими сьогодні можливостями.
Віктор Друг
за матеріалами з Інтернету
Немає коментарів:
Дописати коментар