Роботы в промышленности
В течение долгого времени в разных отраслях производства сосуществовали, практически не смешиваясь и не воздействуя друг на друга, два разнородных вида производства.
Первый вид — это высокоавтоматизированное и высокоэффективное массовое производство, которое базируется на высокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном и многоинструментальном технологическом оборудовании. Крупномасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой других отраслей и промышленности, начатая еще в 50-е годы, привела везде к созданию «пустынных» производств в масштабах участков а также цехов.
Но такие производства до недавнего времени базировались по большей части на особом оборудовании, которое не владело «гибкостью», свойством переналаживаться на выпуск разнообразной продукции. В следствии при смене объектов производства подавляющая часть технологического оборудования, инструменты и оснастка списывались независимо от физического состояния.
Второй вид — это неавтоматизированное серийное и личное производство, которое постоянно базировалось на универсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной либо механизированной сборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производство владеет высокой «гибкостью» с позиций выпуска разнообразнейшей продукции, но малопризводительно, требует яркого участия человека во всех элементах производственного процесса в основном на уровне ручного труда.
на данный момент такому «сосуществованию» приходит финиш, поскольку ни один из названных видов производства не существует в сложившихся классических формах.
Революционные преобразования массового производства диктуются высокими темпами научного прогресса, стремительной сменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретной модели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых со сроками предельного износа производственного оборудования, свидетельствует отставание в техническом прогрессе. А списывать огромное количество особого оборудования по окончании нескольких лет либо месяцев работы губительно для экономики.
Исходя из этого высокоавтоматизированному «пустынному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройки на широкомасштабный выпуск другой продукции.
не меньше большие коренные преобразования должно претерпеть серийное и личное производство, и движущими тут являются прежде всего факторы социальные.
Стремительный рост образовательного, культурного, материального уровня трудящихся, в то время, когда подавляющая часть рабочих имеет образование не ниже среднего, значительно изменил отечественные требования к содержательности и условиям работы трудовых процессов.
Ручной труд, в особенности малоквалифицированный, монотонный и тяжелый, делается все более непривлекательным, непрестижным, нежелательным, в особенности для молодежи. Исходя из этого тот технический арсенал средств неавтоматизированного производства, что образовывает на данный момент его базу, уже обозримой перспективе станет социально неприемлемым, социально неосуществимым. Иными словами, переналаживаемому производству нужны автоматизация, «безлюдность» при исполнении и технологических, и запасных процессов.
Так, к двум классическим видам производства нужно добавить третий — эластичное автоматизированное производство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции, как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматических линиях.
Имеется все основания полагать, что именно грядущее десятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств, историческим пределом между эрами господства неавтоматизированного и автоматизм-рованного производства. Потому что именно на данный момент для этого созрели, с одной стороны, острейшая социальная необходимость, с другой — нужные научные предпосылки, которые связаны с развитием и появлением многих новейших средств автоматизации.
К ним относятся прежде всего автоматические совокупности управления на базе средств вычислительной промышленные роботы и техники, каковые призваны революционизировать производство, поднять его на как следует более большой уровень.
развитие и Появление промышленных роботов, непременно, явились одним из наибольших достижений науки и техники последних лет. Они разрешили увеличить фронт работ по автоматизации технологических и запасных процессов, открыли широкие возможности разработки автоматических совокупностей автомобилей для эластичного, переналаживаемого производства.
Промышленные роботы избежали недооценки и периода недоверия, трудностей становления. Напротив, ни одному техническому средству не доставалось кроме того авансом столько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этом возможно составить представление хотя бы по данным данной книги.
У нас за маленькие сроки создана целая сеть специальных организаций и предприятий по роботостроению во многих машиностроительных и приборостроительных министерствах. В случае если в десятой пятилетке было выпущено около 6 тыс., в одиннадцатой — практически 50, то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс. промышленных роботов.
Казалось бы, сочетание абсолютной прогрессивности и повышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, их весомый вклад в ответ задач интенсификации производства, сокращения ручных работ и т. п. Но до тех пор пока этого не происходит.
Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает на данный момент важный кризис, что выражается в явном несоответствии между затратами средств и сил, с одной стороны, и настоящей их отдачей — с другой. И кризис позван не какими-то внезапно открывшимися недочётами промышленных роботов, а допущенными просчетами в осуществлении технической политики в области роботизации.
Создатель книги приводит некоторую информацию об этом. В соответствии с совершённому анализу в Англии 44 % компаний, занявшихся роботизацией производства, заявили о неудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, по причине того, что далеко не любая компания отважится рассказать о собственных просчетах. Добрая половина из указанных компаний заявила о прекращении работ по роботизации производства.
Согласно нашей точке зрения, создавшаяся*на данный момент обстановка обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.
Идет становление принципиально нового научного направления, и неудачи и трудности тут неизбежны. Промышленные роботы имеют через чур маленькую историю, дабы владеть одними преимуществами и не иметь недочётов в практике и конструкциях применения.
Но дело не только в этом. в течении долгого времени промышленные роботы рассматривались с позиций не действенного средства увеличения эффективности производства, а только как некоторый эквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить его от монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Как раз такая концепция робота как «металлического человека» со металлическими мускулами и замечательным электронным мозгом, что не прогуливает и не устраивает забастовок, а трудится неутомимо целыми сутками и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.
Непременно, эта прекрасная легенда, дававшая слово за один раз избавить рабочих от ручного труда, а начальников от трудностей и множества забот при применения и немедленного приобретения много роботов, появилась в определенный момент неординарно привлекательной. Она искусно стимулировалась промышленными компаниями, положившими много средств в организацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовой информации. И в этом замечательном «роботоажиотаже» до поры до времени тонули трезвые голоса.
Очевидно, концепция «очеловечивания» промышленных роботов сыграла определенную хорошую роль на ранних этапах роботостроения благодаря наглядности и простоте, в особенности для тех, кто не знал глубоко тонкости производства, но владел правом решать. Это помогало становлению нового направления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколений конструкций.
Но потом, в то время, когда промышленные роботы стали выходить на широкую дорогу производственного применения, как раз концепция «робот заменяет человека» в отрыве от остального арсенала и конечных задач технических средств производства явилась источником неудач и множества трудностей сегодняшнего дня.
В первую очередь она глубоко ошибочна в сущности. Робот неимеетвозможности заменить человека. Человека может заменить только второй человек, нужно более сильный, квалифицированный, добросовестный.
В разнообразии возможностей и функций, подвластных человеку, а также в сфере производства, роботы в состоянии взять на себя только считанное число функций, каковые во многих случаях не превышают возможности таких автоматизации и традиционных средств механизации, как ленточные транспортеры, вибрационные загрузочные устройства, простые манипуляторы с цикловым управлением, каковые известны уже десятки лет. Более того, все те отличительные особенности если сравнивать с человеком, каковые мы восторженно приписываем промышленным роботам, в действительности простые особенности любых технических средств производства.
Ленточный транспортер также заменяет человека, высвобождая его от тяжелого ручного труда, вообразите себе армаду грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через целый цех. Ленточный транспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи либо места в детском саду, но никому в голову не приходило подобными доводами обосновывать использование данных транспортеров, к примеру, если сравнивать с цепными конвейерами.
Сложившееся у широких слоев населения под влиянием средств массовой информации идеализированное представление о роботах, каковые якобы способны всецело заменить людей на производстве и разрешают в малейшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить базы производства и т. п., не отражает настоящего положения дел. В конечном итоге же осуществляемое стремительными темпами массовое внедрение роботизированных совокупностей во многом дестабилизировало производство и породило много значительных неприятностей.
Это случилось вследствие того что настоящие возможности роботов были преувеличены и кое-какие примерные примеры преподносились как обычные. Такое упрошенное и неточное представление о роботах небезвредно хотя бы вследствие того что маскирует неприятности, с которыми приходитсягстал-киваться на практике, и может побудить потребителей сделать необоснованный выбор.
Превратное познание роботизации, нацеливание ее не на решение коренных неприятностей увеличения эффективности производства (уровень качества, производительность, себестоимость), а только на имитацию некоторых ручных действий человека в надежде, что все другое приложится, также не столь безобидны, как это может показаться.
Во-первых, из этого только один ход до роботизации для самой роботизации. И как следствие — дискредитация и разочарование, по причине того, что производство с его жёсткими законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции. Во-вторых, и сами разработчики, действуя по принципу «только бы робот, только бы манипулировал», начинают искать самые легкие, а не самые действенные дороги.
Так как с позиций возможностей увеличения эффективности производства разные типы роботов далеко не равнозначны. Так, их использование на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очистки разрешает значительно повышать уровень качества продукции в первую очередь за счет стабилизации технологических режимов. Производительность оборудования увеличивается тут за счет «многорукости», быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек всецело выводится из рабочей территории и избавляется от труда в негативной среде.
Одновременно с этим при загрузке металлорежущих станков промышленные роботы на уровень качества изделий не воздействуют. По производительности оборудования, в большинстве случаев, получается проигрыш, поскольку ручная загрузка подробностей массой до 3—5 кг выполняется человеком многократно стремительнее. Следовательно, выигрыш возможно взять только по фонду заработной платы, да да и то незначительный, поскольку один рабочий обслуживает 2—3 станка с ЧПУ и без роботов.
Отчего же тогда большинство разработок адресуется не сварке, окраске, гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков либо прессов, т. е. наименее перспективным направлениям? Ответ один—в случае если доходить к роботизации как к задаче имитации действий человека, то так проше, легче, эргономичнее.
Долгое время большая часть промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа, что явилось следствием свободного либо невольного подражания человеку, что стоя обслуживает станок.
По отечественным данным, промышленные роботы напольной конструкции составляют 53 % общего числа, еще 39 % — с креплением на базисных узлах оборудования и только 8 % — подвесные конструкции (портальные и т. д.).
В это же время напольные конструкции — самые нерациональные и неэкономичные, поскольку требуют больших дополнительных площадей, приводят к психологическому напряжению при наладке и обслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.
А ведь промышленные роботы смогут трудиться «вниз головой», а также лучше!
Робот роботу рознь! И не смотря на то, что создатель высказывает эту очевидную идея, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительной черты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится, эффективность и перспективность промышленных роботов рассматриваются как некая общая и в общем бесконфликтная категория.
Практика сегодняшнего дня развеивает подобные иллюзии. На сегодня возможно действенными являются в первую очередь роботы для точечной и шовной сварки, а также в автопрома. Но и тут опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном ходе увеличения мобильности роботов, их надёжности и быстродействия в работе, что нужно пройти, пока потенциальные возможности не станут действительностью.
Если сравнивать с классическими поточными и автоматическими сварочными линиями автопрома роботизированные комплексы должны по идее снабжать намного большую гибкость работы оборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципе достаточно ввести нужные трансформации в программу, благодаря которой осуществляется управление роботом. В конечном итоге, но, столь эластичные совокупности до тех пор пока еще не существуют.
На сегодня роботизированные комплексы приспособлены к выпуску очень ограниченного числа видов продукции. В случае если, к примеру, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственной операции к второй фактически требуется всего пара секунд, то перепрограммирование роботов либо при наличии требуемой программы их переналадка в связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, не смотря на то, что и прошлой модели, представляет собой достаточно процесс.
Настоящие сдвиги в данной области случатся только с внедрением в производство новых поколений промышленных роботов, владеющих намного большим количеством «памяти», и с разработкой более идеальных языков программирования. Достаточно мельчайшей неисправности одного из роботов, и работа на всей линии машинально заканчивается. Оборудование, так, простаивает, причем обычно при степени причины серьёзности и определении отказа неисправности представители ремонтных работ делают прогнозы и неточные заключения, завышая либо занижая предполагаемые затраты времени, нужного для устранения неисправности.
Не просто так исходя из этого на многих промышленных фирмах в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливают оборудование, разрешающее делать вручную те операции, каковые не смог осуществить тот либо другой вышедший из строя робот. Подобные действия, из-за которых часть ручного труда на роботизированных участках в маленький срок возрастает до 30—40 %, часто становятся предлогом для значительных неприятностей.
К настоящему времени миф о непогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, в соответствии с которому автоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих на производстве промышленными роботами, ничего, не считая вреда, не приносит. Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, компоновки и конструкции автомобилей остаются по большей части на прошлом уровне, но высвобождаются от нужного присутствия человека. Это неверно.
Содержание любого процесса производства составляли и будут составлять технологические процессы получения материалов, их обработки, сборки и контроля изделий, материализованные в компоновках и конструкциях автомобилей, их систем и аппаратов. Как раз в них закладываются все количества и потенциальные возможности качества производимой продукции, экономической эффективности производства. робототехника и Никакая автоматика неимеетвозможности дать более того, что заложено в технологии.
В это же время все технологические процессы неавтоматизированного производства владеют низким потенциалом из-за низкой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в совокупностях, каковые десятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям, бесперспективно.
Большое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированными разработчиками, выяснилось неудачным только вследствие того что все усилия разработчиков были направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции, быстродействия их надёжности и машин в работе упускались из виду. В противном случае говоря, верные неспециализированные лозунги типа «ручной труд — на плечи автомобилей» время от времени понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пробуют свести к созданию технических средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании либо управлении автомобилями. В следствии появляется новая техника, трудящаяся, как на данный момент модно сказать, по «пустынной разработке», но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономически неэффективная.
Автоматизация производства имеется комплексная кон-структорско-технологическая задача создания новой техники, принципиально хорошей от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.
Главное направление комплексной автоматизации производственных процессов — не в замене человека йри обслуживании известных автомобилей и аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологических высокопроизводительных средств и процессов производства, каковые были бы по большому счету неосуществимы при ярком участии человека.
Верное познание сущности автоматизации, главной направленности работ в данной области есть нужной предпосылкой формирования научных научных основ и принципов технической политики в области роботизации на производственном уровне.
Изюминкой современного этапа научно-техннческо-го прогресса есть то, что определяющим причиной при разработке новой техники делается ограниченность материальных и людских ресурсов. Нужно так выбирать ограниченное количество объектов разработки, дабы при настоящих возможностях приобретать громаднейшие социально-экономические результаты.
В стратегическом замысле это указывает поворот к первостепенному техническому перевооружению как раз тех звеньев производства, где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной разработке, процессов и новых методов, — концентрации операций, многопозиционной и многоинструментной обработки либо сборки.
В тактическом замысле это указывает избегать тиражирования тех технических средств роботизации, каковые не снабжают высоких конечных результатов либо эти результаты односторонние, к примеру сокращение времени ручного обслуживания. Наряду с этим в конкретных производственных условиях направляться руководствоваться наровне с известными способами обоснований и расчётов рядом правил технической политики.
Первый принцип — принцип успехи конечных результатов: средства роботизации должны не просто имитировать либо замещать действия человека, а делать производственные функции стремительнее и лучше, только тогда они будут по-настоящему действенными. Изменение численности какой-либо категории трудящихся либо замена ручного манипулирования автоматическим — не цель и не итог.
Анализ работ по автоматизации говорит о том, что 60— 70 % экономического результата получается благодаря более высокой производительности автоматизированного оборудования если сравнивать с неавтоматизированным; 15—20 % — за счег увеличения либо стабилизации качества и только 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Исходя из этого при обосновании и планировании работ по роботизации нужно предварительно проанализировать, как смогут воздействовать намечаемые мероприятия на количество и качество производимой продукции; численность персонала .
Как раз такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленных роботов, каковые разрешают взять выигрыш по всем источникам эффективности благодаря улучшению качества изделий, увеличению производительности автомобилей, сокра-тению численности производственного персонала, трудящегося в тяжелых и вредных условиях производства.
Второй принцип технической политики при роботизации производства — принцип комплексности подхода. Все наиболее значимые компоненты производственного процесса — объекты производства, технологии, вспомогательное оборудование и основное, обслуживания и системы управления, кадры, удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном счете решены на новом, более большом уровне.
Время от времени достаточно потерять из поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, к примеру конструкцию изделия, и вся совокупность мероприятий по автоматизации выясняется неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию только к преобразованию отдельных компонентов, скажем, созданию сложных и дорогих совокупностей микропроцессорного управления при сохранении отсталой разработке, а таких примеров много. И промышленные роботы, и автоматизированные совокупности управления должны разрабатываться и внедряться с учетом конструкции и прогресса технологии и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства — только тогда они будут действенными.
Третий принцип технической политики при автоматизации производства — принцип необходимости: средства роботизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны использоваться не в том месте, где их возможно приспособить, а в том месте, где без них нельзя обойтись.
Значимость современных средств электроники и вычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных автомобилей, но в первую очередь в раскрывающихся возможностях создания на их базе средств производства, каковые раньше не могли быть созданы.
Большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок однопо-зиционные и одноинструментные. В них в один момент обрабатывается только одно изделие одним инструментом. Это разъясняется ограниченными возможностями человека, что ие может в один момент руководить несколькими процессами либо объектами.
Использование современной электроники разрешает создавать оборудование с высокой степенью концентрации технологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Исходя из этого техническая политика, в особенности при создании роботизированных производственных совокупностей для серийного производства, должна быть направлена прежде всего на внедрение и проектирование многоинструментных и многопозиционных автомобилей с концентрацией и дифференциацией операций, каковые в десятки раз производительнее простого однопозиционного оборудования и где ручные, неро-ботизированные операции неосуществимы. Не требуется устраивать борьбу с человеком в том месте, где он «врос корнями»; направляться терпеливо искать в качестве первостепенных объектов роботизации такие, где человек в паре с действующими механизмами соперничать с роботом не сможет.
Наконец, четвертый принцип — принцип своевременности: тиражирование и внедрение не хватает созревших технических ответов недопустимы.
К сожалению, обычно, упоенные широкими возможностями роботизации, мы стремимся к стремительнейшему тиражированию конструкции роботов, едва-едва доведенных до отметки «талантливых функционировать».
В конечном счете внедрение дорогих, малонадежных и средств автоматизации и тихоходных систем приводит только к их дискредитации.
На развитие роботизации как нового научно-техниче-ского направления без сомнений повлияло да и то событие, что первоначально созданием промышленных роботов стали заниматься эксперты по вычислительной технике, технической кибернетике и т. д.; каковые ранее производственными вопросами автоматизации не занимались и в полной мере честно верили, что самое основное — это создать конструкцию робота, в первую очередь совокупность его управления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования, имитирующих действия человека, а другое, как говорится, будет делом техники. К таковой формации экспертов по робототехнике в собственности и создатель книги. По-видимому, совсем не просто так, что создатель, приводя множество адресов и фамилий разработчиков конструкций, схем, математического обеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного, цехового внедрения промышленных роботов, ограничиваясь только рекомендациями и общими положениями.
Промышленные роботы не являются чем-то сверхъестественным. Их внедрение возможно действенным либо убыточным, уменьшать кадровый недостаток либо обострять его — все зависит от конкретных условий.
Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных автомобилей. Они явились тем недостающим звеном, которое разрешило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные эластичные автоматизированные производственные совокупности автомобилей и устройств. Как раз таким совокупностям в собственности будущее.
Исходя из этого промышленные роботы будут в дальнейшем развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы ни старались скомпрометировать их поспешными и непродуманными действиями. Но не нужно смешивать возможности с настоящими возможностями сегодняшнего дня. Весьма спорно с учетом неподготовленности производства и несовершенства конструкции, и допущенных неточностей, дабы промышленные роботы уже в скором будущем имели возможность значительно повлиять на неспециализированный уровень ручных работ на производстве, тем более на уровень производительности труда во всех вероятных приложениях.
И однако будущее за промышленными роботами. Придет день, когда без промышленной робототехники представить себе и производство, и быт будет столь же тяжело, как сейчас без автомобиля либо телевизора.
на данный момент технический уровень промышленных роботов растет стремительными темпами. Прогресс роботостроения сейчас как залог удач роботизации на следующий день — таков лейтмотив книги, с которым нельзя не дать согласие. Раскрыть будущее промышленных роботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного прогнозирования и научного анализа — это наиболее значимая, увлекательная задача.
И я надеюсь, что читатель по преимуществу оценит с этих позиций книгу П. Скотта.
Л. И. Волчкевич, доктор наук, д. т. н.
1. Робот неимеетвозможности причинить вред человеку либо своим бездействием разрешить причинить врёд человеку.
2. Робот обязан выполнять распоряжения, данные человеком, за исключением тех случаев, в то время, когда эти распоряжения нарушили бы первый закон.
3. Робот обязан защищать себя, в случае если это не нарушает первого либо второго законов.
Не смотря на то, что А. Азимов в то время и не осознавал, но как раз тогда в первый раз показалось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель компании «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, подчернул, что три закона А. Азимова по сей день остаются теми стандартами, которым при проектировании должны направляться эксперты по робототехнике.
