Тенденции, общие для серийного и массового производства

Одной из особенностей научно-технического прогресса машиностроения на современном этапе в условиях как массового, так и серийного производства является широкое распространение промышленных роботов. Они строятся для выполнения двух основных работ:

а) технологических процессов (сварки, окраски, сборки и т.д.), когда захваты роботов манипулируют главным образом технологическими инструментами (сварочным электродами, краскопультами, сборочными инструментами и др.). Такие роботы являются технологическими машинами или их составными частями.

б) вспомогательных процессов (загрузки и съема деталей, их транспортирование между агрегатами и т.д.), когда захваты роботов манипулируют штучными изделиями. Эти роботы могут обслуживать технологическое оборудования самого различного технологического назначения, они обычно автономны и невстраиваемы.

До недавнего времени промышленные роботы во всем мире создавались в основном для автоматизации загрузочных транспортных операций. И вовсе не потому, что это необходимо: здесь проще решать задачу замены ручного манипулирования автоматическим.

В последнее время появились новые направления роботизации. Первое из них (уже упоминалось) – переход от загрузочно-транспортных к технологическим роботам. Они не просто имитируют действия человека, но позволяют выполнять технологические операции быстрее и лучше. Перечень таких операций достаточно велик. Здесь достигается прежде всего улучшение качества продукции – за счет более строгого соблюдения технологических режимов, нежели это возможно при ручном труде. Повышается и производительность – за счет более высокого быстродействия, грузоподъемности, многорукости. Ряд процессов – тяжелые и вредные для здоровья. При внедрении таких роботов появляется возможность полностью вывести человека из вредных зон.

Второе направление – переход от гидравлического привода к электромеханическому и создание конструкций с большим разнообразием движений. Это открывает пути повышения быстродействия и точности перемещения «рук» роботов, существенно расширяет возможности их применения.

И еще одно новшество – распространение роботов подвесного типа, рассчитанных на обширные зоны «многостаночного» обслуживания, даже на операциях сварки, окраски и т.п. Их установка не требует дополнительных площадей, они просты в обслуживании. Есть все основания считать эти новые направления долговременными и прогрессивными.

Анализ статистики использования роботов показал, что крайне мало обращается внимание на такие важные источники эффективности роботизации, как повышение качества продукции и производительности труда. Оснащение роботами тех прессов и станков, на которых одновременно обрабатывается лишь одна заготовка, часто приводит к снижению их производительности по сравнению с условиями ручной загрузки. Остается единственный источник экономии – зарплата высвобожденных рабочих, однако и он слишком часто оказывается «условным». В то же время расходы на роботизацию одного станка и ежегодные эксплуатационные затраты значительно превышают экономию.

Нетрудно сделать вывод: внедрение загрузочно-транспортных роботов, обслуживающих только по одной единицы оборудования и нацеленных только на «высвобождение рабочего», экономически убыточно. Не решаются при этом как следует и социальные задачи. Ведь промышленные роботы – важнейшее средство избавления человека от тяжелых и вредных для здоровья работ.

Сосредоточение сил и средств на малоэффективных направлениях роботизации (загрузочно-транспортные роботы вместо технологических, напольные роботы вместо подвесных и т.д.) не могло не вызвать серьезных трудностей с внедрением. Производство неизбежно отторгало и будет отторгать слишком дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции.

Перед учеными, конструкторами и машиностроителями должна стоять задача обеспечить революционные сдвиги – переход к принципиально новым технологическим системам, технике последних поколений, дающих наивысшую эффективность. Таких революционных сдвигов в автоматизации нельзя добиться, направляя основные усилия лишь на замену некоторых ручных действий человека при выполнении вспомогательных процессов при минимальной модернизации технологии.

К сожалению, такая тенденция просматривается не только при роботизации, но и при создании первых образцов гибких автоматизированных производственных систем, где вся мощь современной электроники, вычислительной техники, приборного оснащения направляется на достижение «безлюдности» вспомогательных операций, транспортировки и загрузки изделий, подачи и замены инструмента. А технологические процессы остаются на том же уровне, как и до автоматизации. Между тем без принципиально новых технологических систем, сочетающих новые методы и маршруты обработки, концентрацию операций во времени, добиться кардинального ускорения научно-технологического прогресса и наивысшей эффективности невозможно. Генеральным направлением автоматизации должно быть создание таких высокоэффективных технологических процессов и высокопроизводительного оборудования, которые были бы просто невозможны при ручном обслуживании. Внедрять промышленные роботы нужно не там, где их можно приспособить, а прежде всего там, где без них уже нельзя обойтись. Для этого интенсивно должно развиваться «технологическое роботостроение». Необходима переориентация специализированных организаций с поштучного выпуска промышленных роботов на создание законченных систем машин и приборов – роботизированных комплексов, с оценкой деятельности по конечным результатам у потребителя. При планировании любых мер по роботизации надо тщательно анализировать, как они отразятся на качестве конечной продукции, на производительности оборудования в масштабах всего технологического участка, на общей численности работающих на данном участке.

В годы последних пятилеток в СССР роботостроение развивалось по существу в рамках отраслевых программ. Это привело к дублированию разработок, созданию многочисленных маломощных производств (например, в 1987 г. выпуск 180 моделей промышленных роботов осуществлялся на 142 заводах).

За период с 1972 по 1985 г. в области робототехники в СССР создано 280 моделей промышленных роботов различного технологического назначения. Из них более 100 выпускалось серийно. На базе серийно выпускаемых роботов создано около 100 типов роботизированных технологических комплексов (РТК). До 1985 г. выпуск ПР в СССР ежегодно увеличивался и был доведен до 15 400 шт./год. В последующие годы начался спад выпуска ПР и в 1989 г. было изготовлено всего 4 593 шт.

Причинами снижения выпуска ПР являлось резкое сокращение потребностей предприятий-потребителей в условиях нарождающегося рынка.

Критически оценивая уровень развития отечественной робототехники, нужно констатировать ее отставание от современных достижений в развитых странах. В первый период развития робототехники в СССР началось массовое создание новых конструкций, без их отработки до требований мирового рынка. Фактически ни одна конструкция ПР не была доведена до необходимого уровня.

Основным тормозом при создании современных конструкций ПР было и продолжает оставаться отсталая инфраструктура, и в первую очередь, рынок компонентов общемашиностроительного изменения: гидравлических, пневматических, электротехнических и электронных датчиков, приводов в целом, систем автоматического управления. значительный просчет в сфере внедрения ПР, осуществляемого в прошлые годы в основном директивно, в совокупности с недостаточным качеством (в первую очередь ненадежностью роботов) и высокой стоимостью по отношению к заработной плате рабочих, обслуживающих ПР, породило к ним негативное отношение многих потребителей.

Организован Межотраслевой научно-технический комплекс (МНТК) «Робот». Цель – концентрация научных сил и материально-технических ресурсов на проблемах робототехники, выход на передовые позиции в мировом роботостроении, сокращение сроков создания и освоения продукции.

Начиняя с 1991 г. МНТК «Робот» приступил к широкомасштабному изготовлению и внедрению в промышленность ПР высоко технического уровня и конкурентоспособных на мировом рынке.

За прошедший период создано 25 опытных образцов ПР и из них 5 моделей передано в серийное производство и 18 наименований комплектующих изделий, включая, например, несколько типоразмеров линейных и матричных телекамер, не уступающим лучшим мировым аналогам для оснащения систем технического зрения. Из рекомендованных серийному производству следует выделить роботы гаммы «Старт-рекупер», «Краб-рекупер» с использованием принципа рекуперации энергии, заключающегося в оснащении привода робота упругим накопителем энергии (плоская пружина), который аккумулирует избытки энергии на каждом предыдущем цикле и отдает ее на последующем (разработчик – ИМАШ им. А.А. Благонравова, изготовитель ПКТИ кузробот г. Таганрог).

ПР «Краб-2,5», «Старт-2,5», «Краб-5». Конструктивно «Краб-2,5» включает три функционально законченных модуля, обеспечив три степени подвижности (вперед-назад – до 400 м; вверх–вниз до 63 мм; поворот манипулятора вокруг оси до 90^о, электромеханический привод плоскопараллельно, перемещающееся захватное устройство в горизонтальной плоскости. ПР с рекуперацией энергии позволяет снизить в 2-3 раза металлоемкость конструкции и в 5-8 раз энергоемкость, в 2-3 раза повысить быстродействие, при этом резко сокращается трудоемкость и себестоимость изготовления роботов.