Промышленные роботы и выгоды их внедрения на производстве, актуальность робототехники

Мир становится все более цифровым и прогрессивным. Об этом можно судить, например, по тому факту, что количество роботов, установленных в промышленности по всему миру, за последние десять лет увеличилось более чем втрое.

Робототехника является новым средством комплексной механизации и автоматизации производства, техникой последних поколений, дающей наивысшую эффективность.

Автоматизация с помощью роботов обеспечивает производительность, гибкость и безопасность

Идея замены человеческого труда машиной известна с древних времен. Промышленный робот стал еще одним шагом в развитии гибкой автоматизации для оптимизации производства с возможностью не только постоянно повторять одни и те же операции с гарантированной точностью, но и с возможностью простого перепрограммирования в случае изменения производственной программы пользователя.

Концепция начинается с простых рабочих мест, где робот оснащен позиционером для размещения приспособлений и позиционирования деталей на двух или более станциях, для всей роботизированной производственной линии, где функция приспособлений, включая загрузку и разгрузку деталей, решается роботами.

Важными помощниками в мире современной автоматизации в настоящее время являются широко используемые вспомогательные системы, такие как системы визуализации или камеры, которые позволяют роботам удалять и манипулировать крупными деталями.

Однако надежность роботов, их программного обеспечения, высокая производительность и простота эксплуатации являются необходимыми предпосылками для правильного функционирования этих устройств и систем.

Уровень и способы автоматизации производства существенно зависят от его вида и масштабов, и если в массовом и крупносерийном производстве наиболее оправданным является использование автоматических линий, то в среднесерийном и мелкосерийном и единичном производстве комплексная автоматизация стала возможной с появлением ЭВМ, станков с ЧПУ и промышленных роботов.

На базе технологического оборудования с числовым программным управлением и промышленных роботов компонуются многономенклатурные линии, участки, цеха, получившие название гибкого автоматизированного производства.

Роботы нового поколения проще устанавливать и программировать и в то же время им легче общаться друг с другом

Дальнейшим их развитием является создание практически безлюдного автоматического производства, где гибкие автоматизированные производства дополняется системами автоматизированного проектирования выпускаемых изделий (САПР) и технологической подготовки их производства, планирования и диспетчерского управления (АСУП).

Основной структурной единицей гибких производственных модулей любой сложности являются роботизированные технологические комплексы (РТК), которые могут быть образованы на основе одного промышленного робота, обеспечивающего индивидуальное или групповое обслуживание состыкованного с ним оборудования или законченный цикл обработки изделия (например, сварки), либо на базе нескольких промышленных роботов, выполняющих взаимосвязанные операции.

Универсальность большинства промышленных роботов делает возможным их широкое применение в составе роботизированных технологических комплексов для различных видов производства.

Достижения роботизированных технологий способствуют все более широкому использованию роботов

Интенсивное внедрение в настоящее время и в перспективе промышленной робототехники обусловлено рядом причин.

Прежде всего, создание и широкое внедрение промышленных роботов и манипуляторов, позволяющих интенсифицировать различные технологические процессы и операции, исключить применение ручного малоквалифицированного и монотонного труда, особенно в тяжелых, опасных, и вредных для человека условиях.

В ближайшие годы в промышленности значительное увеличение выпуска продукции должно обеспечиваться за счет внедрения новых видов техники и прогрессивных технологий. Хотя доля ручного труда в промышленности снизилась, в мире сегодня все еще занято ручным трудом миллиона человек.

Многочисленные обследования условий труда показывают, что около 30 % работающих испытывают неблагоприятное воздействие шума, 30 % должны работать по строго регламентированному режиму, 25 % подвергаются действию сырости, жары или холода, 20% трудятся в физически неудобном положении или находятся в условиях дыма и испарений, 20 % вынуждены затрачивать большие физические усилия, а 15 % работают в ночное время.

Промышленные роботы могут выполнять задачи, которую раньше могли выполнять только люди

Робототехника позволяет решить проблемы двух- и трехсменной работы, повысить коэффициент загрузки оборудования и ритмичность его работы, улучшить качество изделий и снизить их себестоимость, в первую очередь при мелкосерийном производстве.

Между человеком и машиной происходит еще большее сближение: они все чаще работают рука об руку и без защитного ограждения

Основные технические характеристики промышленных роботов определяются областью применения и условиями производства, для которых они предназначаются.

Описание и характеристики современных промышленных роботов содержатся в статьях: Промышленные роботы в современном производстве и Классификация промышленных роботов

Автомобильная промышленность лидирует: она использует интеллектуальные производственные решения и промышленных роботов вместо сборочных линий, которые доминируют в традиционном производстве более 100 лет

На производстве, где нет необходимости в защите человека от окружающей среды и в частой загрузке-разгрузке оборудования, распространение получили манипуляторы с командным управлением, отличающиеся тем, что человек-оператор включает последовательно по отдельности приводы каждого звена.

Современные роботы-манипуляторы дают новые возможности в сфере труда

Многие виды работ, в частности, механосборочные, строительно-отделочные, подъемно-транспортные, складские и ремонтные могут быть в ближайшее время механизированы исключительно с помощью манипуляторов.

В результате инноваций в области сетевых технологий в производственных секторах появляется все больше и больше роботов, которые только недавно открыли для себя автоматизацию. Примерами этого являются промышленность продуктов питания и напитков, текстильная промышленность, деревообрабатывающая промышленность и промышленность пластмасс.

До недавнего времени применение стандартных типов промышленных роботов сопровождалось рядом мер безопасности и предотвращения несчастных случаев. В этом отношении новый тип роботов (коллаборативных роботов), иногда называемых «коботами» является совершенно революционным решением.

Изучение и разработка роботов «коллаборативного» типа с самого начала были сосредоточены на безопасности и в то же время на возможности его интеграции в рабочие линии с людьми-операторами.

Еще в последнее десятилетие промышленные роботы были ограждены. Но затем появились коллаборативные роботы. Суть термина «сотрудничество» означает, что он может работать вместе с людьми.

Как это может выглядеть и почему не опасно? Конструкция робота такова, что он имеет ограниченную мощность и мощность, включая функцию, которая немедленно останавливает робота при обнаружении столкновения, что можно сделать несколькими способами. Во многих приложениях этот робот может использоваться без защитного ограждения.

Сегодня производители роботов мо гут предложить своим клиентам тип робота, который отвечает самым строгим требованиям по своим характеристикам и в то же время имеет ряд других преимуществ, которые можно особо выделить :

Роботы для совместной работы все еще в новинку. Возможности их применения еще не полностью раскрыты. В настоящее время коботы являются наиболее широко используемыми в производстве электроники, но их возможности также успешно применяются в других отраслях. Благодаря своей гибкости и простоте использования они также найдут свое место в сфере логистики и услуг. Наше исследование показывает, что к 2024 году на эти непроизводственные области будет приходиться 21,3% продаж коботов. Наши маленькие дружелюбные коботы имеют потенциал для значительного роста по сравнению с другими типами роботов!

— Ян Чжан, генеральный директор Interact Analysis

Если рабочий выполняет повторяющуюся задачу в течение многих часов в день, часто относительно легко внедрить на его место коллаборативного робота за относительно короткий период времени благодаря простому программированию и настройке и без всех защитных мер, необходимых для традиционных промышленных роботов.

По тем же причинам коллаборативный робот также намного более доступен (не только стоимость робота ниже, но и стоимость установки за счет устранения времени, необходимого для технической поддержки и настройки оборудования «роботизированная ячейка»), и поэтому его легче оправдать финансово.

В настоящее время создание и внедрение робототехники должно признано одним из приоритетных направлений развития промышленности.

Разработкой и производством промышленных роботов занято более тысячи компаний. Все крупные компании начинают вкладывать капитал в производство промышленных роботов. Создаются новые, специализирующиеся на этой продукции компании, а также компании-посредники по внедрению промышленных роботов.

Во всех развитых странах созданы национальные ассоциации по промышленной робототехнике, а в отдельных странах работа в этой области возведена в ранг государственной программы.

В России создана Национальная Ассоциация Участников Рынка Робототехники (НАУРР), цель которой развитие рынка робототехники, расширение международных связей и популяризация робототехники.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Промышленная робототехника: «умные машины» в производстве

Промышленные роботы– механические устройства, которые повышают производительность труда, часто используются на предприятиях. Они снабжены специальными манипуляторами, которые сконструированы для выполнения сложных операций. Управление процессом происходит с компьютерных терминалов.

Когда началось внедрение робототехники в промышленность

Первый патент на автоматизированное механическое устройство, которое предназначалось для работы в качестве составляющей производственного цикла, был получен в 1961 г. Этот момент считается началом современного периода развития промышленной робототехники. Попытки создания подобных устройств предпринимались и ранее. В 1956 г. уже производился серийный выпуск первых моделей.

Массовое появление роботов, предназначенных для использования на предприятиях и в логистике, пришлось на период 60-70-х гг. ХХ в.

Какие виды роботов используются

Нет единой картотеки, содержащей самые распространенные типы автоматизированных устройств. Однако, общая классификация промышленных роботов включает следующие:

Роботы-автоматы подразделяются на следующие группы:

Интерактивные системы делятся на:

Принцип работы промышленных роботов

Эффект от работы робототехнических комплексов достигается за счет конструктивных решений. Современные модели снабжаются манипулятором. Он представляет собой сложное устройство из 7 неподвижных частей. Детали соединяются друг с другом при помощи 6 механических суставов. Внутри каждого неподвижного элемента установлены шаговые электромоторы, которые обеспечивают работу суставов.

Такая конструкция механической руки использует 6 степеней свободы, что дает возможность производить любые операции. Встроенные датчики увеличивают эффективность рабочего процесса. В ряде случаев в конструкции оснащены гидравлическими и пневматическими приводами.

Манипулятор управляется с компьютерного терминала. Управление производится оператором дистанционно или без участия человека по прописанному алгоритму.

Описанный принцип работы позволяет производить манипуляции с высокой точностью. При этом брак в работе практически отсутствует.

Сферы применения

Кластеры, в которых предпочтительно применение промышленных роботов, — это производство и логистика. На производстве автоматизированные системы используются для:

Логистика — это область, в которую интенсивно внедряется продукция робототехнической промышленности. Это диктуется тем, что увеличиваются объемы товаров, которые нужно погрузить, перевезти и выгрузить на склад или в магазин. Эти операции сопровождаются большим объемом информации, которая нуждается в обработке.

Использование роботов помогает:

Появляются автоматизированные промышленно-торговые склады, где почти все операции делают роботы. В качестве примера можно привести современную почту, где сортировка корреспонденции и посылок происходит без участия человека.

Примеры промышленных роботов

Ярким примером промышленного манипулятора служит UR10, изготовленный фирмой Universal Robots. UR10 предназначен для взаимодействия с оборудованием различного назначения. Технические характеристики: радиус охвата руки — 1,3 м, максимальная грузоподъемность до 10 кг.

Манипулятор устанавливается на рабочем месте и настраивается. Устройство используется в качестве третьей руки работника. UR10 наносит клей, завинчивает, сваривает и паяет, помогает в сборочных операциях и т.п.

К автоматическим системам, которые используются в логистических операциях, относится модель M-2000iA/1200 фирмы FANUC. Этот погрузчик действует без вмешательства человека. Робот использует 5 степеней свободы и способен поднимать груз до 1200 кг и переносить его на расстояние до 3,7 м.

В современном индустриальном обществе робототехника бурно развивается. Большой интерес представляют технологии 3D-печати. Например, фирма Stratasys разработала промышленный образец под названием Infinite-Build 3D Demonstrator. Машина объединяет промышленный манипулятор и 3D-принтер. Это позволяет использовать аппарат в авиационной и космической отраслях.

За подобными технологиями будущее. Роботизированные комплексы обеспечивают высокую производительность, экономичность, точность и качество изделий. Они могут работать без остановки, требуя лишь минимального техобслуживания.

Источник

Роботы в промышленности — их типы и разновидности

Что это?

Это статья об индустриальном применении робототехники. Применение роботов в промышленности началось, по историческим меркам, не так давно — чуть больше, чем полвека назад, но сейчас уже мало какое производство можно представить себе без автоматических линий, без стальных манипуляторов и зорких стеклянных зрачков роботов — эти железные ребята прочно вошли в большинство производственных процессов и уходить не собираются.

Несмотря на такое обширное, почти повсеместное распространение роботов, лишь специалисты в полной мере представляют себе весь спектр их возможностей. В этой статье мы приоткроем дверь в мир промышленной робототехники для широкого круга читателей: опишем некоторые разновидности производственных роботов и сферы их применения. Нельзя объять необъятное в одной статье, но, если читателям будет интересно, мы обязательно продолжим.

Так какие они бывают — роботы?

Есть несколько классификаций промышленных роботов: по типу управления, по степени мобильности, по области применения и специфике совершаемых операций.

По типу управления:

Управляемые роботы: требуют, чтобы каждым их движением управлял оператор. В силу узости областей применения распространены мало. Да и не совсем роботы.

Автоматы и полуавтономные роботы: действуют строго по заданной программе, зачастую не имеют сенсоров и не способны корректировать свои действия, не могут обойтись без участия рабочего.

Автономные: могут совершать запрограммированный цикл действий без участия человека, согласно заданным алгоритмам и корректируя свои действия по мере необходимости. Такие роботы способны полностью перекрыть поле деятельности на своем участке конвейера, без привлечения живой рабсилы.

По функциям и сфере применения:

Роботы разделяются по назначению и исполняемым функциям, вот лишь некоторые из них: промышленные роботы бывают универсальные, сварочные, машиностроительные, режущие, комплектовочные, сборочные, упаковочные, складские, малярные.

Это далеко не полный перечень: количество всевозможных вариантов постоянно растет и все перечислить невозможно в рамках одной статьи. Можно лишь с уверенностью сказать о том, что вряд ли найдется такая область человеческой деятельности, где роботы не смогли бы сделать труд человека более творческим, взяв всю монотонную и опасную часть работы на себя.

Другие методы классификации

У каждой энциклопедии, каждого справочника и каждого производителя своя классификация и типология роботов. Что и не удивительно — зачастую она определяется сугубо специфическими нуждами и частным подходом того, кто её составляет.

Помешает ли это нам рассмотреть некоторые образцы и понять — что же они умеют? Нет конечно. Поехали.

Рассмотрим образцы

Среди промышленных роботов выделяется продукция таких известных фирм, как Kuka, Fanuc, Universal Robots, некоторые образцы которых мы рассмотрим чуть ниже.

FANUC M-2000iA/1200 — пятиосевой грузоподъемный робот поднимающий до 1200 кг и перемещающий этот груз на расстояние до 3,7 м — идеален в качестве погрузчика, так как работает без участия человека, что практически сводит к нулю опасность травматизма. Работает при температурах 0°C — +45 °C. Стабильность повторяемости — 0,03 мм.

Крайне прочный аппарат.

UR10 — самый крупный из манипуляторов Universal Robots и это коллаборативный робот, проще говоря — он создан для работы с другим оборудованием и помощи в работе человеку.

Манипулятор модели UR10 имеет радиус действия 1,3 м и поднимает груз до 10 кг. Его можно использовать с сельскохозяйственным, фармацевтическим, технологическим и многим другим оборудованием. Компактно размещается на рабочем месте человека, чтобы стать ему “третьей рукой”, легко программируется и быстро настраивается.

UR10 умеет завинчивать, клеить, сваривать и паять, производить литьевые и сборочные работы.

Также роботы Universal Robots применены в проекте Voodoo Manufacturing: Project Skywalker компании Medium Corporation — это фабрика 3D-печати, многие операции на которой выполняют именно роботы-манипуляторы. Такие действия, как замена платформ для печати, сбор и складирование готовых изделий больше не требуют неустанного внимания персонала.

Особенно интересны универсальные роботы, так как именно они, в силу своего назначения, снабжены наиболее адаптивными системами управления.

Это такие роботы, как Baxter и Sawyer производства Rethinkrobotics.

Baxter — многофункциональный робот с двумя манипуляторами и системами обратной связи и самообучения.

Его 7-осевые манипуляторы способны почти на всё, на что способна рука человека, в том числе — имеют обратную связь и могут контролировать прилагаемые усилия. Это, плюс ещё особенности дизайна, делают Бакстера безопасным для живых рабочих — его рабочее место не нуждается в ограждении, да и вообще — места он занимает немного, что здорово экономит пространство в цеху. Пара бакстеров способна успешно работать вместе.

Бакстер интересен еще и тем, что не требует тщательного подробного программирования каждого своего действия — “учить” его можно не только через интуитивно понятное визуальное приложение, но и прямо на рабочем месте — повторяя показанные движения он запоминает их и применяет в дальнейшем.

Sawyer — “младший брат” Бакстера — удивительно компактный и легкий робот-манипулятор, он весит всего 19 килограмм и может быть установлен почти где угодно, не занимая при этом много места.

Точность действий Сойера доходит до 0,1 мм, что позволяет использовать его в сотнях видов комплектовочных, сборочных и других конвейерных работ.

Оба робота легко переобучаются для выполнения новых функций даже без применения традиционного программирования и столь же просто перемещаются с одного рабочего места на другое.

Гибридное производство

Очень интересным представляется подход компании Stratasys, которая создала промышленный аппарат нового типа — гибрид робота и 3D-принтера.

Конечно, любой 3D-принтер обладает признаками робота, но тут — это совершенно традиционной формы роботизированный манипулятор, имеющий в том числе и функцию FDM-печати. Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator предназначен, прежде всего, для авиационного и космического производства, в котором так важна его способность производить печать на вертикальных поверхностях неограниченной площади, в соответствии с концепцией “infinite-build” — “бесконечное построение”. С работой над проектом связаны такие монстры, как аэрокосмический гигант Boeing и автоконцерн Ford, которые предоставили Stratasys спецификации по необходимым характеристикам получаемых изделий.

Восьмиосевой механизм манипулятора, обилие специально разработанных композитных материалов для печати, традиционно высокое качество изготовления — все говорит нам о том, что у этого аппарата и его потомков большое будущее.

Figure 4 компании 3D Systems — модульная робототехническаяя система для автоматизации стереолитографической 3D-печати, ни больше, ни меньше.

Это целый автоматический комплекс, который способен производить новые изделия каждые несколько минут — в отличие от нескольких часов на обычных SLS-принтерах.

Кроме того, в цикл уже включены и такие этапы, как промывка, отделение поддержек и дозасветка, а не только первичная экспозиция. Все это Figure 4 делает сам, без вмешательства оператора в процесс работы.

Благодаря модульности, на основе Figure 4 можно создать достаточно крупные автоматические линии, используя стандартные компоненты.

Этот комплекс был представлен общественности в этом году, на выставке The International Dental Show в Кёльне, как и новый 3D-принтер ProJet CJP 260Plus — полноцветный 3D-принтер предназначенный для анатомического моделирования медицинских изделий и быстрого прототипирования любых промышленных образцов.

Принтер также роботизирован — снабжен системой автоматической загрузки, удаления и переработки печатного порошка.

Можно с уверенностью сказать, что комплексный подход к 3D-печати — часть производственной культуры будущего. Он даст радикально новое сочетание скорости, точности, удобства и снижения себестоимости изделий.

Carbon SpeedCell — технологическое решение от компании Carbon, которое включает в себя новый 3D-принтер The M2, работающий по технологии CLIP, и финишинговый аппарат для стереолитографических распечаток Smart Part Washer.

CLIP — технология бесслойной стереолитографической печати, обеспечивающая скорость от 25 до 100 раз быстрее обычной SLS и новый уровень качества поверхности.

Система CLIP (Continuous Liquid Interface Production) позволяет получить невозможные ранее формы изделий требующие минимальной постобработки. Точных характеристик аппаратного комплекса производитель пока не предоставил, но сам подход уже радует — это почти готовое решение для любой мастерской, в которой требуется стереолитографическая печать.

Аппарат сочетающий в себе несколько разных подходов к обработке деталей: это и классический фрезерный станок с программным управлением — пятиосевой и весьма точный, и лазерный режущий инструмент с теми же степенями свободы, и печатающий металлом 3D-принтер с технологией лазерного напыления. Сложно представить себе операцию, которую не смог бы произвести этот станок с металлической деталью. Гибридный подход: фрезеровка заготовки, наплавление недостающих деталей или печать с нуля и чистовая обработка — все операции могут произведены с деталью за один подход, в рамках одной заданной программы, без прерывания технологического цикла. Размер обрабатываемой и/или печатаемой детали составляет до 600 на 400 мм, а вес может быть до 600 кг.

Такое МФУ для работы по металлу уже многое изменило в культуре производства штучных и мелкосерийных изделий, а в ближайшее время подобный подход может распространиться и на серийное производство.

EOS — Additive Manufacturing

Компания EOS создала манипуляторы, которые способны производить различные операции, где требуется захват и перемещение детали. Разработки EOS в этой области основываются на наблюдениях за поведением животных, в частности — этот манипулятор создан по примеру хобота слона.

Такой робот-манипулятор может быть использован во множестве промышленных операций, как то: в транспортировке и упаковке, в перемещении деталей из одной рабочей зоны в другую, например — из 3D-принтера в камеру пост-обработки, чтобы исключить участие человека на этом этапе.

Вот так он устроен:

Также компания спонсирует и представляет проект Roboy — это мобильный гуманоидный робот, который способен выполнять любые движения свойственные человеку и служить помощником на производстве.

Известный производитель печатающих металлом 3D-принтеров, Concept Laser заключил соглашение с компанией Swisslog, их общий проект — M Line Factory, это система перемещения металлических 3D-печатных деталей между станками Concept Laser с помощью роботов Swisslog.

Компании продолжают совершенствование аппаратных комплексов для 3D-печати металлом. Роботизированные составляющие этих машин способны провести деталь через весь цикл — от загрузки проекта в память, до выхода готового изделия на склад, — без необходимости вмешательства оператора.

Единственная в своем роде установка — единая система для печати, транспортировки из рабочей камеры и хранения готовых деталей. Фактически — готовый цех металлической 3D-печати в одном корпусе.

Существуют роботы, которые способны выполнять функции сварочных и фрезерных станков c программным управлением.

А также такие, которые обслуживают традиционные фрезерные ЧПУ-станки, увеличивая их производительность.

Например, вот так это делает упомянутый выше Sawyer:

Выводы

Роботы в современной промышленности везде. Они в любом цеху и в любой области производства. И это нормально: роботы экономят деньги работодателей, а рабочих спасают от вредной и монотонно-отупляющей работы; роботы работают круглосуточно и безостановочно; роботы намного точнее живых рабочих — они не устают, у них не “замыливается глаз”, их сенсоры и системы позиционирования способны сохранять точность до сотых долей миллиметра.

Пока мы видим их еще не везде — многие производственные процессы скрыты от рядового пользователя, да и не особо интересны обычно, — но совсем скоро невозможно будет не замечать того, что подавляющая часть всех материальных благ производится умными машинами.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

Источник