Краткие теоретические сведения

Краткие теоретические сведения

Промышленный робот (ПР) — это перепрограммируемая автоматическая машина, применяемая в производственном процессе для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человека. ПР способен воспроизводить некоторые двигательные и умственные функции человека при выполнении им основных и вспомогательных производственных операций без непосредственного участия человека. Для этого ПР наделяют некоторыми способностями: слухом, зрением, осязанием, памятью и др., а также способностью к самоорганизации, самообучению и адаптации к внешней среде.

Уже сегодня ПР заменяют людей у станков с ЧПУ, там, где преобладает монотонный ручной труд, где работают с радиоактивными, токсичными, взрывоопасными веществами, в сложных температурных условиях, в условиях повышенной вибрации, шума, загрязненности воздуха, в тесных помещениях и т.д.

Разнообразие производственных процессов и условий производства предопределяет наличие различных типов роботов и соответственно различньгх роботизированных технологических комплексов (РТК).

Простейшим типом РТК является роботизированная технологическая ячейка (единица роботизированного оборудования), в которой выполняется некоторое количество вспомогательных технологических операций.

Более крупным РТК' является роботизированный технологический участок (несколько роботизированных единиц оборудования). На нем ПР выполняет ряд вспомогательных технологических операций. Если операции осуществляются в едином технологическом процессе, комплекс представляет собой роботизированную технологическую линию.

При проектировании различных видов РТК, как правило, выделяются два этапа.

На первом этапе рассматриваются проблемы производства, выбираются объекты роботизации, состав основного технологического оборудования, вид движения деталей, система рационального автоматизированного управления технологическим процессом и функциональными задачами.

На втором этапе осуществляется непосредственное проектирование РТК, формируется структура, определяется количество и характеристики ПР и технологического оборудования, разрабатываются рациональные планировки оборудования РТК в производственном помещении, выбираются компоновочные схемы РТК, составляются и отлаживаются алгоритмы и программы системы управления РТК, необходимые в период функционирования.

Компоновочные схемы РТК зависят от решаемых технологических задач, уровня автоматизации, количества и типа ПР, их технических и функциональных возможностей. Различают индивидуальное и групповое обслуживание технологического оборудования ПР.

При индивидуальном обслуживании оборудования ПР встроен в единицу технологического оборудования; размещен рядом с единицей технологического оборудования; несколько ПР обслуживают единицу технологического оборудования.

При групповом обслуживании оборудования один ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования при линейном или круговом его расположении (при линейной или цилиндрической системе координат).

Важнейшим направлением при создании РТК является использование компоновочных схем, основанных на групповом обслуживании технологического оборудования.

При формировании участка с линейной формой компоновки технологическое оборудование располагается вдоль прямо-точно-возвратной трассы в одну или насколько линий, а ПР перемещается по напольным или подвесным направляющим этой трассы. Предположим, что в качестве средства, осуществляющего транспортировку деталей от одного станка к другому и обслуживание станков, используется напольный подвижной ПР, тогда компоновка участка будет выглядеть, как показано на рис. 11.1, а.

При формировании участка с круговой формой компоновки технологическое оборудование располагается по окружности, в центре которой устанавливается ПР для выполнения транспортной и обслуживающей операций (рис. 11.1, б).

Рассмотрим выбор наилучшего варианта группового обслуживания технологического оборудования, расположенного в линейной системе координат (см. рис. 11.1, а). Пусть производственная система состоит из т станков, расположенных в линейной системе координат, и одного ПР. Форма обслуживания последовательная.

Суть такой формы обслуживания состоит в следующем: любая деталь (изделие) должна пройти последовательную обработку на каждом из станков согласно технологическому процессу. Перед каждым станком есть стол, где может находиться не более одной заготовки, ожидающей своей очереди на обработку. Время обработки деталей (машинное время и время, необходимое для загрузки — разгрузки) на 1,/я станках обозначим соответственно tb t2, tm (от і = 1 до /я); время, необходимое для переноса (транспортировки) деталей от 1-го станка ко 2-му, — /^і, от 2-го к 3-му, /Vp2. к /я-му ^т

Допустим, что время, необходимое ПР для переноса заготовки из питателя к 1-му станку и детали с /я-го станка к накопителю, достаточно мало и им можно пренебречь.

Выбор наилучшего варианта группового обслуживания оборудования заключается в следующем: найти такой вариант обслуживания станков ПР при последующей форме обслуживания, который бы обеспечил минимальную длительность цикла обслуживания и максимальную загрузку оборудования.

Возможны следующие варианты обслуживания оборудования:

ПР, двигаясь от 1-го к /я-му станку, поочередно их загружает, двигаясь в обратную сторону, поочередно разгружает. В этом случае длительность цикла (7ц) обслуживания технологического оборудования можно рассчитать по следующим формулам:

ттТц1 =2£>тр/+ £гпр/, (11.1)

от—I m-l

Ч, ='/ -21'тр* + 1>пр*> (П-2)

k = l k=i+

m-l

где 2 fjpj — время, которое ПР затрачивает на транспортировку деталей от /-го станка к /я-му станку и возвращение в исходную позицию к 1-му станку, мин; — время простоя ПР в ожидании окончания обработки деталей на каждой операции,

m-l

следующей за і-й, мин; 2 — время, которое ПР тратит на

*=1

перемещение от /я-го станка к /-му станку и возвращение его

m-l

в исходную позицию, мин; ~~ время простоя ПР на кажк=Г+1

дой к-й операции в ожидании ее окончания, мин.

ПР, двигаясь от 1-го к /я-му станку, одновременно разгружает и загружает станки, затем от /я-го станка возвращается к 1-му, и процесс повторяется. В этом случае длительность цикла (7ц) можно рассчитать по следующим формулам:

Tu2 =2ЕҐтр/ +2Zmin{'WTpfc+l}+Z'np/,

(H.3)

(11.4)

где JVp/fc, JtpA;+ і — минимальное время транспортировки деталей в паре смежных операций к, к + 1, мин.

З: Смешанный случай, при котором часть оборудования может быть обслужена по первому варианту, а часть — по второму. Тогда длительность цикла обслуживания можно рассчитать по формуле

(П.5)

где Гці, Т^2 — часть длительности цикла при обслуживании оборудования соответственно по первому и второму вариантам.

Типовая задача с решением

Задача 11.1.

Определить длительность циклов обслуживания металлорежущих станков ПР при 1-м, 2-м и 3-м вариантах обслуживания. Из полученных результатов выбрать тот вариант, который обеспечивал бы минимальную длительность цикла обслуживания оборудования.

Исходные данные для расчета. Время обработки деталей (машинное время и время загрузки — разгрузки станков): /onl = 20 мин; t^a = 55 мин; ton3 = 25 мин; tonA=25 мин; /от5 = Ю мин; /оп6 = 50 мин. Время транспортировки деталей (от станка к станку): ^1 = 5 мин; ^2 = 3 мин; »хрз = 4 мин; 1^ = 4 мин; = 5 мин.

Решение