|
|
Промышленные роботы,
получившие самое широкое применение в производственной деятельности человека,
являются одним из наиболее эффективных средств комплексной механизации и
автоматизации технологических и транспортно-перегрузочных процессов.
Использование их в различных производствах всегда предполагает получение
существенного положительного эффекта, характеризуемого следующими
показателями: 1) ростом производительности труда, 2) повышением качества
продукции, 3) укорением перехода с выпуска одного вида продукции на другой,
4) снижением затрат на производство единицы продукции, 5) улучшением условий
труда
Естественно, что полной гарантии достижения высокого
положительного эффекта при роботизации какого-либо конкретного производства
не существует. Так, в частных случаях при высвобождении рабочих из
технологического процесса с целью улучшения условий труда и замены их
роботами могут увеличиться затраты на производство единицы продукции,
благодаря неоправданному выбору сложных и дорогих ПР, широкие функциональные
возможности которых не соответствуют простоте данного технологического
процесса Возможны и другие непрогнозируемые негативные явления в процессе
внедрения промышленных роботов, существенно снижающие положительный эффект.
Издержки роботизации во многом обсуловлены недостаточно
глубоким предварительным анализом роботизируемого технологического процесса,
неудачным выбором типов ПР применительно к данному производству, недооценкой
роли различных вспомогательных устройств и приспособлений, нерешенностью
некоторых проблем эксплуатации роботизированного производства, в частности,
дефицитом квалифицированных кадров по обслуживанию, наладке и
программированию ПР, недоучетом специфических правил техники безопасности
роботизированных производств и др.
Таким образом, внедрение промышленных роботов в
производство, или роботизация производства, - сложный процесс, требующий
тщательной подготовительной работы, касающейся не только технических, но
кадровых и социальных проблем, детального проектирования и качественной
реализации проекта роботизации. Целесообразность и успешность роботизации во
многом зависят от вида производства и степени соответствия возможностей и
качеств роботов характеру производства
Рассмотрим подробнее основные показатели современного
производства - производительность, гибкость и уровень автоматизации.
Производительность - это количество продукции,
изготавливаемое за единицу времени (час, смену, сутки, год). В зависимости от
вида изделия и потребности в нем производительность может колебаться от
единиц (для уникальных изделий) до десятков, сотен тысяч и миллионов (для
массовых изделий - метизов, шарикоподшипников, стеклотары и т.п) выпускаемых
изделий за определенное время. Рост производительности обусловлен прежде
всего ускорением технологического процесса, т.е. сокращением времени,
потребного на изготовление одного изделия.
Гибкость - способность производства легко перестраиваться
при изменении вида продукции, т.е. возможность в течение относительно
небольшого отрезка времени (часа, смены, месяца) производить разнообразную
продукцию, отличающуюся, например, по форме, техническим параметрам или
размерам. Так, цех, оборудованный универсальными металлорежущими станками,
относится к производству с высокой гибкостью, поскольку за короткое время
(смену, сутки) там может быть изготовлено на том же оборудовании несколько
небольших партий изделий, отличающихся по размерам, форме, материалу.
Примерами производств с очень малой гибкостью служат
узкоспециализированные линии, выпускающие один-два типа обычно стандартных
изделий (шарикоподшипники, спички, строительный кирпич, бритвенные лезвия и
т.п.). Переход в этом случае к другой, даже не очень отличающейся от прежней,
продукции связан с необходимостью длительной остановки линии, переналадки или
замены части технологического оборудования. В современных условиях, когда
потребительские свойства постоянно обновляющейся продукции имеют
первостепенное значение, гибкость производства становится важнейшим критерием
его уровня, повышает конкурентоспособность предприятия.
Уровень автоматизации определяется степенью участия
человека в производственном технологическом процессе. При полном отсутствии
рабочих, постоянно обслуживающих технологический процесс, можно говорить о
наиболее высоком уровне автоматизации - "безлюдной технологии".
Четких общих градаций уровней автоматизации для всех отраслей производства
пока нет, а имеющиеся частные оценки во многом условны. Применительно к
машиностроительной отрасли можно назвать следующие уровни автоматизации
технологических процессов в порядке их возрастания:
первый уровень - автоматизация цикла обработки детали,
когда в заданной последовательности автоматически выполняются операции от
первой до последней. Примером реализации этого уровня служат станки с
числовым программным управлением;
второй уровень - автоматизация подачи, установки и снятия
детали со станка дополнительно к автоматизации цикла обработки;
"технологические машины (станки) при этом должны быть состыкованы с
соответствующими автоматическими манипуляционными устройствами или ПР;
третий уровень - автоматизация контроля качества
инструмента, обработки детали, хода технологического процесса; здесь
требуются дополнительные устройства, обладающие специфическими свойствами
очувствления и адаптации;
четвертый уровень - автоматизация переналадки
технологического оборудования при переходе с одного типа продукции к другому;
этот уровень, самый высокий по отношению к предыдущим, обеспечивает высокую
гибкость производства, но требует кроме универсальных ПР использования
дорогих современных средств автоматического управления, базирующихся на
мощных ЭВМ и весьма сложном программно-алгоритмическом обеспечении.
Производства в зависимости от их производительности,
гибкости и уровня автоматизации принято разделять на массовые, серийные
(крупно- средне- и малосерийные) и единичные. взаимное расположение областей
(обозначены цифрами), занимаемых этими производствами в координатах "производительность
- гибкость - уровень автоматизации".
Массовое производства 1 характеризуется стабильным и
долговременным (на протяжении нескольких лет) изготовлением однородной,
ограниченной по номенклатуре продукции в больших (массовых) количествах, а
потому отличается малой гибкостью с высоким уровнем автоматизации (жесткая
автоматизация) и очень высокой производительностью. Высокий уровень
автоматизации достигается применением быстродействующих
узкоспециализированных технологических машин и автооператоров.
Серийное производство отличается достаточно широкой
номенклатурой изготавливаемой продукции, выпуск которой периодически
повторяется. По мере перехода от крупносерийного 2 к среднесерийному 3 и,
далее, к мелкосерийному 4 производствам снижаются производительность и
уровень автоматизации, но возрастает гибкость.
Единичное производство 5 имеет по сравнению с другими
производствами максимальную гибкость, но самые низкие производительность и
уровень автоматизации.
В настоящее время существуют устойчивые тенденции к
созданию высокопроизводительных, гибких и высокоавтоматизированных
производств, имеющих все три показателя маскимально возможными. Такие
производства располагаются в области 6 и называются гибкими
автоматизированными производствами (ГАП).
Создание гибких автоматизированных производств является
фундаментальной задачей современного промышленного производства, однако ее
реализация связана с преодолением серьезных трудностей как творческого, так и
технико-экономического характера Современные ГАП в качестве органической
составной части содержат в своем составе ПР, что обусловлено комплексом
специальных качеств их:
возможностью работать полностью в автоматическом режиме по
заранее заданной программе (высокий уровень автоматизации),
способностью быстро переходить от выполнения работы по
одной программе к работе по другой (большая гибкость),
способностью обеспечивать минимальное время рабочего
цикла, благодаря большим скоростям перемещения рабочих органов, быстрому и
точному их позиционированию, повышенным манипуляционным свойствам (высокая
производительность).
Таким образом, ПР отличаются высокими значениями именно
тех показателей, которые определяют уровень различных видов производств, что
и позволяет при внедрении промышленных роботов резко повысить все или
отдельные показатели, превращая (или приближая) роботизированные производства
в ГАП. В качестве иллюстраций к вышеизложенному рассмотрим примеры сочетания
различных производств с ПР.
Начнем с применения ПР в массовом производстве, имеющем
большую производительность, высокий уровень автоматизации, но весьма
ограниченную гибкость, характеризуемую малой номенклатурой и однотипностью
выпускаемой продукции.
Основой современных массовых производств являются
автоматические линии. Если она предназначена для выпуска только одного вида
изделия (нулевая гибкость), то ее высокие производительность и автоматичность
достигаются применением так называемых жестких средств автоматизации,
надежных, быстродействующих и относительно простых.
Замена этих средств, не требующих перепрограммирования,
роботами нецелесообразна, поскольку оказывается ненужной присущая ПР
гибкость, не обеспечиваются повышение производительности и снижение затрат на
единицу продукции.
Однако в современных условиях все чаще возникает
необходимость одновременного выпуска нескольких отличающихся между собой
изделий, что заставляет устанавливать параллельно несколько линий с жесткой
автоматизацией, каждая из которых выпускает один вид продукции. При этом в
условиях меняющегося спроса на тот или иной вид продукции может возникнуть
ситуация, когда одна из автоматических линий будет недогружена и даже
остановлена, а другая - перегружена, не обеспечивая выпуска нужного объема
продукции. В этом случае более удобно и выгодно использовать одну линию, на
которой одновременно, т.е. с достаточно частым чередованием, можно выпускать
несколько видов изделий в зависимости от потребности.
Разумеется, что такое чередование связано с периодическими
и весьма трудоемкими перестройками линии - частичной заменой и переналадкой технологического
и вспомогательного оборудований, изменением режимов работы и
последовательности выполняемых операций и др., а повышенные трудоемкость и
затраты времени на перестройку линии существенно сдерживают ее
производительность. Здесь в качестве наиболее надежного средства разрешения
противоречия выступают промышленные роботы. Присущие им качества позволяют
резко сократить время перестройки линии, взять на себя многие функции
вспомогательного оборудования и рабочих. Ярким примером роботизированной линии
массового производства служит линия сборки-сварки кузовов легковых
автомобилей, когда на одной линии практически по безлюдной технологии
выпускаются одновременно изделия различных (5 - 8) модификаций.
Единичные производства характеризуются возможностью выпуска
продукции многих видов на одном и том же оборудовании, что обусловлено, с
одной стороны, универсальностью применяемого оборудования, с другой -
практически неограниченной производственной гибкостью человека-рабочего,
непосредственно занятого, в технологическом процессе. Любой современный ПР не
может пока сравниться по производственной гибкости с рабочим. Поэтому замена
человека во многих единичных технологических процессах, например, в сложных
сборочных операциях, далеко не всегда возможна и экономически оправдана,
поскольку требуемые при этом роботы должны обладать искусственным
интеллектом, огромным объемом памяти и весьма большой стоимостью. Однако
исключать полностью перспективу применения ПР в единичном производстве не
следует. Преимущества ПР перед рабочим несомненны и заключаются в высокой
скорости и точности выполнения операций, обеспечении стабильного качества
выполняемого технологического процесса, возможности функционировать в
дискомфортных и неприемлемых для человека условиях. 424
Эти качества ПР в ряде случаев могут оказаться решающими
при выборе их для какого-либо единичного производства или процесса..
Серийные производства, занимающие промежуточное положение
между массовым и единичным, для приближения их к ГАП требуют повышения всех
показателей, но прежде всего, пожалуй, уровня автоматизации. Таким образом,
роботизация серийных производств позволяет реализовать все положительные
качества ПР. Особенно эффективно их использование в мелко- и среднесерийном
производствах, обычно имеющих относительно невысокий уровень автоматизации.
Заключая рассмотрение роли промышленных роботов в
различного вида производствах, можно сказать, что основная цель роботизации -
приближение этих производств к наиболее современному их виду - гибким
автоматизированным производствам.
Потребность роботизации промышленного производства,
разумеется, не исчерпывается рассмотренными тенденциями. Существенное
значение имеет сам характер технологического процесса - его сложность,
стабильность, специфичность и т.п. Так, сравнительная простота многих
технологических операций, устойчивость условий их выполнения, специфика труда
(монотонность, вредность, опасность) обусловили широкое (до 80 - 90 % всего
парка ПР) применение роботов в машиностроении, причем большинство этих роботов
относятся к роботам первого поколения.
Роботизация таких отраслей, как строительство, горная
промышленность, сельское хозяйство и др., осложняется необходимостью
применения для ряда сложных процессов (например, монтажа работ на строящемся
объекте, селективной подземной добычи полезных ископаемых, сборки плодов с
одновременной оценкой их качества и сортировкой) роботов второго и третьего
поколений. Однако мировой опыт свидетельствует о последовательном движении и
в этог^ направлении.
|