Тенденции развития

Тенденции развития

Поскольку разработка, выпуск, применение промышленных роботов быстро и динамично прогрессируют, обобщение результатов международной, соответственно национальной, научно-технической работы в перспективе на будущее становится сложным. Динамика этих процессов может, как подтвердило прошлое, быстро привести к тому, что признающиеся сегодня правильными тенденции завтра уже реализованы или рассматриваются как устаревшие. Несмотря на это, мы попытаемся изложить в виде резюме намечающиеся тенденции, связанные с будущим развитием, выпуском и применением промышленной робототехники. Для большей наглядности мы будем различать основные тенденции, которые влияют на развитие машинного производства в целом и тем самым на производительные силы, и такие, которые затрагивают преимущественно технико-технологические аспекты оформления и выпуска или применения промышленных роботов.

Некоторые основные тенденции развития, связанные с промышленной роботехникой

Промышленная робототехника со все более широким применением микроэлектронных функциональных единиц становится частью тех средств и той технологии новой производственной техники и машин, которые приведут к качественным изменениям внутри производительных сил. Промышленные роботы есть и остаются при этом материально-вещественным элементом производительных сил, а человек — главной производительной силой.

Эта новая производственная техника будет характеризоваться строгим упорядочением в потоке деталей и инструментов, а также возможностью программирования машин и промышленных роботов. Базовые единицы этой производственной техники — производственные и монтажные ячейки. Они оснащены промышленными роботами, накопителями заготовок, погрузочно-разгрузочными приборами, соответствующими числовыми обрабатывающими станками и устройствами, они могут быть выгодно приспособлены к различным производственным структурам и служить созданию гибких производственных и монтажных систем, которые делают возможным полностью автоматизированное и частично не требующее контроля производство в несколько смен. Эти гибкие производственные и монтажные системы становятся, в свою очередь, составными частями всего производства с незначительным обслуживанием, т. е. гибко автоматизированными производственными единицами и тем самым автоматизированной фабрикой.

Как следствие этого развития появляются уже упомянутые экономические и социальные взаимодействия, которые в капиталистических и социалистических производственных отношениях диаметрально противоположны.

На пути к автоматизированной фабрике, в ходе гибкой автоматизации и совокупности со станками с числовым управлением и другими обрабатывающими станками с компьютерным управлением, будет расширяться и расти применение промышленной робототехники при концентрированном использовании промышленных роботов в качестве основы решений по рационализации с привлечением вспомогательных производственных процессов. Для автоматизации целых технологических процессов будет применяться более широкая по сравнению с сегодняшним днем номенклатура промышленных роботов, начиная с простых роботов, которые предназначены для выполнения отдельных функций, и кончая сложными роботами, вплоть до «обучаемых» и оптимизирующих выполнение определенных собственных функций гибких роботов для сложных производственных и монтажных процессов и универсальных роботов. Доля гибких роботов начнет резко увеличиваться. Промышленные роботы все в большей степени становятся одним из факторов, определяющих будущий уровень эффективности производства.

На первом плане стоит поиск простых, надежных и недорогих роботоконструкций при одновременном улучшении взаимосвязи между стоимостью и производительностью. Тенденция к серийному производству роботов проявится как тенденция к сокращению производственных затрат. Однако и в последующие годы при создании промышленных роботов будет использоваться принцип централизованного изготовления типов узлов, причем будет прогрессировать и дальше типизация промышленных роботов и стандартизация их узлов и элементов.

Применяемые в рамках гибкой автоматизации совместно с промышленными роботами станки с числовым и компьютерным управлением нового качества отвечают самым высоким требованиям, предъявляемым к автоматизации, для выполнения во всем технологическом объеме сборочных, деформационных и металлорежущих работ. Это ведет к более низким затратам рабочего времени, материалов и энергии и делает возможным гибкость их применения, высокую производительность и надежность, а также производство, требующее лишь незначительного обслуживания и контроля. Необходимо серийное оборудование станков и других машин автоматизированными узлами для работы с заготовками (интегрированные с машинами роботы) и обеспечения прохождения потока заготовок.

Эффективность использования технологической единицы, такой, как, например, производственная или монтажная ячейка, вытекает из эффективности отдельных частичных систем, которая, помимо прочего, зависит от времени распознавания погрешности. Для обеспечения высокой эффективности всей системы большое внимание уделяется снижению подверженности помехам и повышению надежности промышленных роботов, машин и периферийных устройств. Все чаще применяются автоматические устройства для диагноза, прежде всего для самодиагностики в отношении помех на роботе, соответственно в производственной и монтажной ячейке. За счет этого и с помощью других мер обеспечивается перманентный контроль за состоянием инструмента, подачей и отводом заготовки, за состоянием всей машины.

Промышленные роботы все в большей степени применяются в тех областях, которые до сих пор были труднодоступными или вообще недоступными для этой техники, например: в процессах контроля и испытаний; работах по очистке окон и стен высоких зданий; при контроле и ремонте технических установок, которые выделяют опасное для человека излучение, жару, газы и т. д; при сварочных, геологических работах под водой на глубине до 300 м; в качестве робота-секретаря для рутинных письменных и счетных работ; в здравоохранении для поднятия носилок с больными и т. п.; в сельском хозяйстве, например, в качестве устройств, которые плугом прокладывают прямые борозды, или для сортировки табака, фруктов, овощей и т. д., для ощипывания птицы, стрижки овец, а также для других сельскохозяйственных и лесных работ.

Совместные научно-исследовательские работы стран — участниц СЭВ на двусторонней и многосторонней основе, их специализация и производство промышленных роботов между социалистическими странами будут постоянно расширяться. Будет укрепляться обмен лицензиями на промышленные роботы и их узлы. Таким образом, станет возможным экономящее время и затраты производство оправдавших себя типов роботов.

Технико-технологические тенденции в развитии, связанные преимущественно с оформлением, выпуском и применением промышленных роботов

При далеко идущей унификации комплектуются, вновь разрабатываются системы сборки из унифицированных узлов для создания определенных типов промышленных роботов и периферийных устройств. Разрабатываются наиболее оптимальные с технико-экономической точки зрения варианты решения с помощью различных механических и технических управляемых узлов для каждого отдельного случая применения, а также конструкции наилучших предпосылок для выполнения промышленными роботами технологической задачи, для привязки их к конкретной производственной модели, отдельные, относительно независимые от робота узлы, такие, как монтажные головки или грейферы при одновременном вовлечении грейферных механизмов.

Двигательный аппарат промышленных роботов станет объектом пристального внимания научно-технических изысканий, будут найдены оптимальные конструктивные решения и будут снижены, например, потери, вызванные трением, определены оптимальные с точки зрения энергии фазы разбега и торможения. Будут вестись поиски, направленные на улучшение конструкции шарниров, и т. п. Возрастет коэффициент свободы и диапазон оптимальных с кинематической точки зрения траекторий движения и тем самым расширится диапазон доступности промышленного робота. Роботы в массе своей становятся подвижнее и быстрее, чему будет способствовать совершенствование их двигательных узлов. Роботы будущего будут отличаться большой грузоподъемностью, более высокой точностью выполняемых ими движений и позиционированием.

Для выполнения специальных задач предпочтение будет отдано логическим унифицированным узлам и электрическим приводам при одновременном сохранении определенных гидравлических и пневматических функциональных единиц. Типичными для промышленных роботов останутся микропроцессоры, микрокомпьютеры и другие микроэлектронные функциональные единицы.

В настоящее время применяются многочисленные сенсоры и сенсорные системы, среди них видеооптические, инфракрасные и лазерные сенсоры, причем использование экономических, а также надежных тактильных и визуальных сенсорных систем для распознавания заготовки и позиционирования, особенно в отношении связанных с этим задач по управлению и регулировке, в значительной мере облегчается за счет микропроцессорной техники. Таким же образом используются возможности, которые открывает волоконная оптика, от устройств передачи информации на основе светопроводной техники и от систем распознавания объекта к автоматической обработке изображения при высокой разрешающей способности, высокой скорости сбора и оценки данных.

Системы управления роботами при одновременном использовании сенсоров будут комплектоваться таким образом, чтобы они были более эффективными, располагали большей емкостью запоминающего устройства и давали возможность быстрого изменения программы для обработки более мелких партий изделий, экономичной адаптации к тем или иным производственным заданиям. Эффективные системы программирования и диалога «человек — промышленный робот», включая адаптивные системы управления промышленными роботами, находятся в состоянии разработки.

В интересах дальнейшего сокращения времени на обработку и повышение эффективности применяемых станков конструкция промышленных роботов должна позволять выполнение автоматических измерительных операций, автоматический контроль процессов обработки, станков и промышленных роботов и их быстрое переоснащение. Для этого необходим высокий уровень их обслуживания.

При разработке современных станков, промышленных роботов и их комбинаций все большее значение приобретают вопросы эргономики и экологии. Снижение уровня шума и повышение чистоты за счет герметического исполнения, повышение безопасности труда (прежде всего благодаря электронной системе защиты) приобретают все более важное значение. Улучшается соотношение масса — мощность и повышается производительность.

Для дальнейшего повышения производительности гибко автоматизированных промышленных процессов в производстве объединен ряд операций (скрепление, сварка, транспортировка и складирование), при этом усилия направлены на то, чтобы на одном роботе применять одновременно несколько инструментов.

Применение гибких монтажных систем растет. Здесь применяются, с одной стороны, очень гибкие, со свободнопрограммируемым управлением и, с другой стороны, простые системы, которые с точки зрения кинематики и управления по принципу унифицированных узлов могут быть адаптированы к тому или иному заданию. Для исключительно высокой точности при обработке мельчайших деталей (при сборке часов) изготавливаются миниатюрные роботы. Детали и узлы, предназначенные для монтажа, должны быть выполнены таким образом, чтобы робот мог ими манипулировать.

Комплексные технологические системные решения реализуются в ходе осуществления гибкой автоматизации и для не требующего обслуживания производства, а также производства, функционирующего в определенные отрезки времени без обслуживания, ведут к значительному сокращению времени прохода заготовок, к технологической дисциплине и непрерывности производства, к повышению производительности труда, загруженности основных фондов, к увеличению экономии энергии и материалов, улучшению качества продукции.

Для выбора технических задач и для технико-экономической оценки альтернативных роботосистем создаются промежуточно-вспомогательные решения. Для ускорения применения промышленных роботов будет укрепляться сотрудничество между различными отраслями науки и техники.

Математическое обеспечение потребует в будущем более высокой доли рабочего времени и затрат на применение, обслуживание и дальнейшее совершенствование. Техника подпрограмм будет расширяться, увеличится продолжительность программ при использовании промышленных роботов для специальных технологических процессов. Рациональная конструкция, изготовление и последующее использование математического обеспечения, облегчение программирования (среди прочего и решение проблем языков программирования) увеличивают экономическую выгоду в этой области. Алгоритмы, картотеки данных, центральные банки данных и т. п. должны использоваться для дальнейшей рационализации.

Необходимо создать пригодные для широкого применения периферийные устройства, например унифицированные программируемые загрузочные, разгрузочные и транспортные устройства, а также устройства для ориентирования, автоматизированной обработки в определенных местах, другие установки для автоматизации процессов измерения и контроля, накопления и хранения и частично для решения многостаночного обслуживания.

Итак, упомянутые тенденции указывают на широкие качественные изменения в промышленном производстве, в центре которого — промышленная робототехника и дальнейшая автоматизация промышленных процессов.