На производстве широко применяют автоматическое оборудование: технологические машины, станки с ЧПУ, средства транспортировки и складирования, контрольно-измерительные приборы, промышленные роботы и управляющие системы на основе вычислительной техники.

Выбор и объединение такого оборудования в единый автоматический комплекс, способный решить конкретные технологические задачи, есть не что иное, как создание гибких производственных систем (ГПС). Промыш­ленный робот в такой системе — рядовая единица оборудования, но он является тем элементом, который связывает в единый комплекс хотя и автоматическое, но разрозненное оборудование.

Следует отметить, что промышленные роботы нашли применение в первую очередь в массовом производстве при обслуживании высокопроиз­водительного оборудования, например в автоматических линиях фасовки и упаковки пищевых продуктов в полимерную тару (стаканчики). В по­следнем случае на них возложены операции укладки фасованной продукции в картонные короба. Цикл работы автоматических линий соизмерим с циклом работы робота. Поэтому вопрос о коэффициенте использования такого дорогостоящего оборудования, как промышленный робот, не возникает. Другое дело — серийное и мелкосерийное металлообраба­тывающее производство, когда робот в составе автоматизированного участка должен обслуживать один или несколько станков. Длительность выполнения операций на станках существенно превышает длительности циклов движений робота. В этом случае остро стоит вопрос повышения фондоотдачи и коэффициента использования оборудования. Сложность решения этой проблемы вызвана множеством значимых факторов компоновочно-организационного характера. Например, участки могут быть организованы по принципу выполнения одинаковых операций (только токарных, только фрезерных, только сверлильных и т. д.), или комплексной обработки деталей определенного вида (тел вращения, корпусных деталей и т. п.). Внутри участка оборудование может работать как по жесткому циклу (заготовка последовательно проходит станки на участке и на последнем станке превращается в готовую деталь), так и по независимому (каждый станок имеет свой магазин заготовок). Возможен комбинированный способ, когда несколько станков на участке работают по жесткому циклу, а остальные — по независимому. Можно поставить робот для обслуживания одного станка, расположить группу станков вокруг одного робота или обеспечить перемещение робота вдоль фронта станков. Во всех указанных случаях возникают специфические задачи согласования циклов станков между собой и с циклом робота.

Рассмотрим временную диаграмму периода обслуживания роботом токарного станка (Гоб), представленную на рис. 1.5, а. Начало этого периода отнесем к моменту остановки шпинделя, когда формируется сигнал, разрешающий начать обслуживание станка. Окончание периода совпадает с моментом выхода робота из рабочей зоны станка и выработки сигнала на включение шпинделя и начало рабочего цикла станка.

а Т Тоб Ті. Тоб

-Т2-

-гг

Ш.

Шк.

ш.

ш.

Станок 1 Станок 2 Робот

(0

T«b. m—			1 1
	pH*-7’2-‘		———	—.	…R———- 1_	Е——— 1-
	г	2 ?	: Й			£
<0

Станок 1 Станок 2 Робот

Рис. 1.5. Временная диаграмма (t — время, с) периода обслуживания роботом токарного станка (а) и диаграммы работы участка с двумя станками и одним роботом Ті = 20 (6), 40 с (в); Т2 = 50 (б), 30 с (в); Тоб =25 с {б, в)

Как видно из диаграммы, время простоя станка (заштрихованные участки) в основном определяется временем манипулирования робота с обработанной деталью и заготовкой. Традиционный путь снижения этого времени заключается в форсировании скоростей движения робота и сокращении его перемещения при обслуживании, использовании челночной схемы работы оборудования, оснащении станка специальными устройст­вами выгрузки (или загрузки), работающими параллельно с роботом, и т. д.

Другой путь основан на специфических особенностях применения роботов. В рабочей зоне станка организуют так называемый перевалочный пункт. При появлении команды на обслуживание робот подносит к станку заготовку, оставляет ее на перевалочном пункте, берет обработанную деталь, меняет ее на заготовку и устанавливает последнюю на станок. Перенос детали из рабочей зоны в накопитель может быть совмещен с рабочим циклом станка.

Возможно также совмещение времен манипулирования робота с заго­товкой и обработанной деталью. Для этой цели робот снабжают двумя за­хватами, или выполняют его с двумя руками.

°<

При организации участка возникает задача определения максимального количества станков (и), которые может обслужить один робот. Для прибли­женной оценки этой величины можно воспользоваться выражением

+1 — п < 1,

ч 1 = 1 / І—1

где Ті и Тоб і — соответственно время рабочего цикла 1-го станка при оптимальном режиме обработки и время обслуживания роботом этого станка.

Однако приведенное неравенство не учитывает соотношения времен 7j и Тоб і, по простоям, и может оказаться, что в момент вызова робота на обслу­живание он может быть занят. В качестве примера на рис. 1.5,6 и в приведены диаграммы работы участка с двумя станками и одним роботом. Заштрихованы прямоугольники, соответствующие Тпр и Тпс, — временам простоя робота и 1-го станка (на диаграмме Тобі = Тоб2 = Тоб). Видно, что простаивают как оборудование, так и сам робот. Характерно, что при одних

п п п

и тех же значениях X7J и времена Тпр и Y, Tnci за фиксированный

/=1 ;=1 і=і

промежуток времени (в данном случае 6 мин. 15 с) существенно разли­чаются: в первом случае (см. рис. 1.5, б) ТпсХ= 25 с, Гпс2 = 60 с, Тпр — 85 с; во втором (см. рис. 1.5, в) Тас [ = 16 с, Тпс2 = 24 с, Т„р = 117 с.

Очевидно, что оптимальный режим работы участка достигается, если оборудование и робот загружены полностью, т. е.

1>пс,-+Гпр = 0. (1Л>

1=1

Анализ показал, что условие (1.1) выполняется только в том случае, когда временные параметры работы станков и роботов связаны соотно­шением

1>об,/(гоб1 + 7;)=1.

і=1 /

Только при выполнении условия (1.1) коэффициенты использования станков (Ксі) и робота (АГр) равны единице. Действительно,

где? о — некоторый фиксированный промежуток времени. Поэтому условие (1.1) можно представить в виде

п

^Ксі + Кр = п +1.

1=1

Однако в общем случае слагаемые в выражении (1.1) не равны нулю. Поэтому представляется целесообразным использовать выражение (1.1) в качестве критерия оптимальности работы участка и сравнивать различные варианты организации работы участка по значению следующего параметра:

(1.2)

Времена Тпс і и Т„р определяются множеством факторов: количеством оборудования, циклом работы каждой единицы оборудования, временем Тоб і, зависящим от расстояния между станками (т. е. компоновки участка), и т. д. Аналитическую зависимость Тпс, и Тпр от этих факторов в общем случае получить не удается. Значение F и его составляющих можно найти чис­ленным методом при имитационном моделировании процесса работы участка на ЭВМ.

Блок-схема программы приведена на рис. 1.6. Исходными данными яв­ляются и, t0, Тобі и Г,. Считается, что каждый і-й станок обрабатывает кон­кретное изделие в оптимальном режиме, а робот всегда работает на мак­симальной скорости, т. е. значение Гобі (см. рис. 1.5) минимально. Время t0 принимают существенно бблыним, чем Ті max. Абсолютное время га работы участка фиксируется счетчиком 1, а время работы каждого станка — счет­чиком 2 (знак ":=" означает "присвоить значение"). В соответствии с логи­ческими условиями, реализуемыми в блоках 3 и 4, рассчитываются времена простоя ГПр и Гпс,. Расчет заканчивается, когда га превысит заданное значе­ние *о (блок 5), при этом на печать выводятся параметры F, Kci, а также

коэффициенты Кс= ч и Кр.

Просчитывая по программе различные варианты организации участков для производства одной и той же продукции, можно по полученным значе­ниям F выбрать наилучший вариант. Значения Ксі характеризуют степень загрузки каждого станка. Очевидно, что следует добиваться большего значения Ксі на том станке, стоимость которого выше. Сопоставляя коэф­фициенты Кр и Кс с нормами использования оборудования, можно судить об эффективности работы участка, а сравнивая Кр и Кс между собой, намечать мероприятия для более равномерной загрузки основного оборудования и робота. Если Кс < Кр, то следует уменьшить число станков участка.

Рассмотренный алгоритм расчета касается достаточно простого и наиболее распространенного случая применения робота. Несложно обоб­щить этот алгоритм на случай обслуживания участка несколькими (т)

m

роботами (при этом Кр = Kpj / m), если учесть жесткую последователь-

7=1

ность работы нескольких станков на участке, при необходимости ввести

приоритет для обслуживаемых станков, а также учесть зависимость времени обслуживания от положения робота в момент вызова, преду­смотреть блок оптимизации по критерию (1.2) и т. д. Заметим, однако, что эти сложные, интересные задачи выходят за рамки данной монографии и далее рассматриваться не будут. Постановки таких задач возникают не столько на стадии разработки и создания промышленных роботов, сколько после нее, когда на рынке уже имеются таковые.