Рейнгард Геттнер - Роботы сегодня и завтра

Под обрабатывающим центром с числовым управлением понимают обрабатывающий или перерабатывающий станок с числовым управлением, который объединяет в себе функции нескольких обрабатывающих участков и делает возможным практически полную обработку сложных заготовок в одном зажиме. Обрабатывающий центр автоматически сменяет инструмент и заготовку.

Под интегрированным участком производства понимают предметно-специализированное производство похожих в технологическом отношении групп деталей с помощью механизированных или автоматизированных процессов обработки, транспортировки, складирования, перевалки, а также процессов управления производством. Участвующие в процессе производственные устройства не соединены напрямую. Поток заготовок оканчивается перед станком.

Автоматизированная система производства является гибко функционирующим комплексом станков с числовым управлением для обработки и переработки, устройств для транспортировки, складирования и накопления, которые управляются вычислительной машиной. Рабочая сила требуется зачастую лишь для контроля, технического ухода и ремонта.

Роботы и станки с числовым управлением таких систем могут быть по крайней мере частично автоматически проверены, а результаты диагноза в виде сигнала переданы инженеру, осуществляющему технический уход. Этот процесс может протекать также в виде дистанционного диагноза с помощью соответствующих телекоммуникационных систем на большие расстояния.

Во многих промышленно развитых странах ученые и конструкторы работают над решением многочисленных проблем, связанных с техническим и технологическим проектированием производственных и монтажных участков, а также автоматизированных фабрик. Однако проходят годы, прежде чем новые разработки достигают нужной степени зрелости. Предпосылкой комплексной автоматизации является охват научной мыслью всех процессов подготовки, управления и осуществления производства, использования средств электронной обработки данных, измерительной, регулировочной техники, техники управления, а также методов оптимизации процесса.

Базовыми единицами автоматической фабрики являются гибкие производственные, монтажные ячейки.

Производственная ячейка как технологически самостоятельно функционирующее устройство охватывает все компоненты, которые необходимы для выпуска заданного количества продукции (например, отдельных деталей) на одной производственной единице (один или два станка). Кроме потока инструментов в автоматизацию включены: поток заготовок, контроль заготовок, контроль за функционированием станков, инструментов и промышленного робота, а также контроль за процессом и — на высшем уровне — регулирование всего процесса. Таким образом, могут быть обеспечены временные интервалы, когда не требуется обслуживание (например, в ночное время). Производственные ячейки могут в качестве модулей вместе с другими производственными ячейками и вспомогательными станциями через гибкие транспортные устройства и устройства управления выступать в роли гибких производственных систем, которые можно комбинировать с другими. Эти производственные системы могут быть объединены посредством транспортных систем с автоматизированными системами складирования и монтажными системами в автоматизированные производственные участки, которые в свою очередь являются опять же частичными компонентами общего гибкого производства, автоматизированной фабрики. При этом иерархически состыкованные вычислительные машины управления процессом производства служат для руководства автоматизированными производственными процессами, потоками материалов, инструментов и информации.

В гибкой производственной ячейке станки и промышленный робот работают с компьютерным управлением. При этом робот — соединительное звено между станком и накопителями. Система работы производственной ячейки должна обеспечить выработку, изменение и поддержание позиции и ориентации заготовок, производственного, измерительного, зажимного и вспомогательного инструмента, а также упорядочение, вращение, поворот, перемещение, зажим и укладку.

Схема секции изготовления с токарными и фрезерным станками (1 и 2).

Здесь на заготовках выполняются различные токарные и одна фрезерная операции. Промышленный робот, запрограммированный по методу «тич-ин», заменил здесь рабочего. Микровычислительное устройство (3) учитывает изменение производственных условий.

Производственные ячейки необходимы для исходного формообразования, деформации, разъединения, соединения, покрытия, изменения свойств материала и для похожих операций.

В массовом и крупносерийном производстве известны монтажные автоматы. Их экономичное использование требует, однако, чтобы продукт выпускался в большом количестве и на протяжении длительного времени. Но и при средне-, а частично и при мелкосерийном производстве возможен монтаж с помощью промышленных роботов. При изменяющихся производственных заданиях они обеспечивают привязку монтажной системы к динамическим и случайным влияниям, исходящим из производственной программы. Структура технической оснащенности остается при этом неизменной. Во всяком случае это предполагает, что изделия для будущего монтажа должны быть сконструированы, разработаны таким образом, чтобы с ними можно было работать на автоматизированных предприятиях.

Промышленный робот, который должен работать с деталями или узлами, а также с инструментом, приспособлениями и средствами контроля монтажа, оснащен монтажной головкой.

С помощью свободно регулируемого микрокомпьютера осуществляется управление как процессом движения основной единицы (промышленный робот) и его монтажной головки (включая ее сенсорную единицу), так и системой смены монтажных грейферов и монтажного инструмента, периферией промышленного робота и взаимодействия этих устройств, обозначаемых как монтажная ячейка, с другими устройствами. Если требуется монтаж другого похожего изделия, то промышленный робот на основании новой программы может без значительной перестройки оборудования монтировать и это изделие, а затем и третье и т. д. Именно здесь и проявляется гибкость монтажной ячейки, возможность привязки ее к изменяющейся производственной программе. Хотя структура технической оснащенности при этом не меняется, для монтажа различных изделий могут потребоваться различные грейферы, монтажный инструмент. Для этого имеется монтажная головка, состоящая из сменного редуктора для монтажных грейферов и монтажного инструмента, а также из компенсационных и сенсорных единиц. Она оснащена механизмами для беззажимного соединения и для устранения погрешностей при позиционировании. В случае необходимости монтажная головка может иметь и другие двигательные единицы со специальным микрокомпьютерным управлением. Промышленный робот может брать различные грейферы из одного магазина и после работы с ними вновь складывать их в этот магазин.

В монтажной ячейке приспособление для крепления заготовок служит, кроме того, для держания заготовки, в то время как промышленный робот с помощью своего грейфера вводит соответствующую монтируемую деталь. Для быстрого перехода от монтажа одного изделия к другому используются гибкие зажимные элементы.

Монтируемый узел: двухступенчатая коробка передач станка (по Хэссу, Симону, Вольмеру и Вейзе).

Монтируемые детали, а также необходимые монтажные грейферы и инструменты, приспособления для соединения и т. д. находятся внутри производственного помещения монтажной ячейки в магазинах и накопителях, которые расположены на поддонах.

Поскольку накопители обслуживаются промышленным роботом автоматически, то промежуточное складирование и транспортировка выпадают. Смена поддонов производится роботом.

Монтажная ячейка с помощью своей системы управления, а также сенсорной и сигнальной систем должна контролировать протекание запрограммированных операций монтажного цикла, распознавать и учитывать возникающие погрешности.

В нескольких расположенных друг за другом монтажных ячейках могут таким образом из отдельных деталей монтироваться различные узлы изделия, которые затем соединяются в конечное изделие. Для обеспечения необходимой надежности и стабильности всего, зачастую сложного, процесса монтажа необходимы промежуточные накопители, которые при помехах выполняют роль компенсаторов, автоматическая транспортировка между монтажными ячейками и другие специальные меры.

Гибкая автоматическая монтажная секция (по Хэссу, Симону, Вольмеру и Вейзе).