Промышленный робот является одним из средств автоматизации производственных процессов. Такие качества ПР, как универсальность, гибкость и автономность систем управления, в сочетании с другими современными средствами автоматизации, основным и вспомогательным оборудованием, позволяют создавать высокоэффективное современное производство.
Состав роботизированных производств (РП) определяется следующими показателями: размерами и типом деталей, являющихся объектом обработки; темпом выпуска деталей, заданным годовой программой; составом технологического оборудования; организацией обслуживания оборудования; организацией обеспечения материалами и инструментами; организацией управления работой оборудования. Промышленные роботы в составе РП наряду с участием во вспомогательных операциях (типа загрузка — разгрузка технологического оборудования) выполняют и основные технологические операции.
По организационной структуре роботизированные производства подразделяются на роботизированные технологические комплексы (РТК); роботизированные технологические участки (РТУ); роботизированные технологические линии (РТЛ).
Роботизированная технологическая линия предназначается для выполнения нескольких операций в принятой технологической последовательности. Она состоит из роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования (например, станков), обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами.
На роботизированном технологическом участке (состав участка аналогичен составу линии) предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.
Первичной ячейкой организационной структуры роботизированного производства является роботизированный технологический комплекс (РТК).
Он включает в себя технологическое оборудование, промышленный робот, устройство управления и различные средства оснащения, обеспечивающие подачу заготовок, деталей и инструментов к месту обработки или сборки. Чтобы РТК работал в автоматическом режиме, без помощи человека, нужно автоматизировать все вспомогательные операции, например удаление стружки, контроль за точностью обработки, замену затупившихся или сломанных инструментов и др. Однако наличие таких элементов вместе еще не означает возникновения РТК, а не автоматизированного производства.
Рассмотрим ситуацию на примере обработки отверстия в детали. В соответствии с уровнем сложности применяемых средств возможные варианты поставленной задачи можно представить следующим образом:
Первые пять вариантов хотя и включают возможность переналадки и автоматизации, но не обеспечивают гибкость (автоматическую смену заданий) и универсальность.
Шестой вариант представляет собой простейшую робототехническую систему, так как имеется возможность изменения запрограммированных движений манипулятора. Седьмой и восьмой варианты — более развитые робототехнические системы, в которых осуществляется быстрая переналадка всего РТК на новое задание и выпуск новой продукции.
Рассмотренный пример не охватывает целиком понятия РТК, в которых ПР может использоваться не только в качестве транспортного или загрузочно-разгрузочного средства, но и как основное технологическое оборудование. Структурная схема РТК, на которой показаны основные блоки комплекса в его наиболее развитом виде: включены датчики состояния среды, блок управления приводом и др. Примером РТК, построенного по такой схеме, может служить РТК сварки, типовой комплекс, в котором в качестве основного технологического оборудования использован промышленный робот. Возможность смены программ осуществляется устройством программного управления.
Почти на всяком промышленном предприятии есть разного рода «неудобные» рабочие места (большая физическая нагрузка, неудобная поза, работа с вредными и токсичными веществами, высокая температура, запыленность, шум и высокий темп работы), подлежащие роботизации даже при отсутствии экономической выгоды. Там, где задачи рабочих при выполнении производственного процесса неизменны, утомительны, надоедливы и не требуют размышлений, т. е. в основном выполняются примитивные производственные процессы, действия рабочих могут и должны быть заменены ПР.
Прежде чем создать роботизированное технологическое производство, изготавливаются различные технические узлы и устройства. Характеристики конкретного рабочего участка, как правило, требуют усовершенствования базового варианта ПР: изменения конструкции захвата (иногда разработки нескольких новых захватов), создания средств технической оснастки, повышения точности позиционирования и т. д. Например, жесткие требования предъявляются к технологическому процессу при автоматизации заготовительного производства с помощью ПР, так как ужесточаются допуски на форму и размеры заготовок, на качество и стойкость используемого инструмента и т. д. При автоматизации сборки возникает проблема по оснащению ПР средствами «очувствления», в том числе силомоментными системами, и технического зрения.
При использовании на конвейерных линиях ПР оснащаются специальными приспособлениями, датчиками и дополнительными управляющими устройствами, что значительно усложняет программирование работы ПР и их применение.
Во время испытаний РТК осуществляется проверка его функционирования, подключение, опробование систем энергоснабжения и защиты, производится регулировка инструмента и устанавливается режим работы. В ходе эксплуатации РТК следует вести тщательное наблюдение за работой ПР, учитывая все отступления и сбои его функционирования в сочлененном с ним оборудовании. При возникающих трудностях в роботизации производства необходимо наладить работу ПР, осуществить доводку системы, оптимизацию производственных циклов, организацию материально-технического обслуживания и программирования, а также разработать программу дальнейшего расширения и совершенствования роботизации производства.
При оценке эффективности роботизации следует учитывать многие факторы. Среди них затраты: 1) определяющие стоимость робототехнической системы, включая стоимость самого ПР и вспомогательного оборудования (конвейеров, бункеров, специального инструмента и т.п.), и составляющие одну треть общих затрат на внедрение РТК; 2) связанные с изменением планировки при установке ПР; 3) необходимые для обучения рабочих и обслуживающего персонала, что составляет 10... 15% общей стоимости системы; 4) требующиеся на обслуживание и ремонт (при двухсменной работе они могут достигать 10% в год от первоначальной стоимости); 5) связанные с эксплуатацией системы (эти затраты невелики); 6) необходимые для создания оптимальной программы работы робота; 7) направленные на компенсацию потерь стоимости РТК при его эксплуатации за срок службы; 8) требующиеся для компенсации той суммы, которую предприятие имело бы, если вместо покупки ПТК поместило бы деньги в банк и получило соответствующие проценты.
Перечисленные затраты компенсируются за счет роста производительности оборудования, продажи старого оборудования, уменьшения затрат на заработную плату, сокращения потребности в резервных запасах сырья, уменьшения брака, улучшения условий труда.
Следует отметить, что расходы на внедрение роботизированного технологического комплекса больше, чем при использовании обычного машиностроительного оборудования, что тормозит широкое применение РТК.
Обычно промышленные роботы устанавливаются для выполнения нескольких рабочих операций на одном участке. Сравнения показывают, что наибольших затрат требует внедрение в производство одного робота. С увеличением числа роботов на одном предприятии (в одном цехе) затраты в расчете на один робот уменьшаются. Роботизированные технологические производства обладают важным качеством: они позволяют увеличить использование рабочего времени оборудования до 98%. Это достигается за счет устранения обеденного перерыва и других потерь времени, связанных с участием рабочего в технологическом процессе. Кроме того, производство становится менее чувствительным к таким факторам, как невыход станочника на работу, опоздания, заболевания и т. д.
При создании РТК стоимость его не всегда является решающим аргументом (в отличие от других видов новой техники). Имеются производства, где внедрение РТК необходимо, потому что условия работы являются вредными для здоровья или опасными для жизни людей: это выполнение отдельных, особо сложных и точных производственных операций, работа при высоких температурах, при наличии в производственных помещениях атмосферы с токсичными химическими испарениями, при сварочных, литейных работах.
