Разработка сборочного робототехнологического комплекса с использованием метода замещения

Суть современной научно-технической революции заключается в создании автоматизированного производства. При этом параллельно развиваются два вида автоматированного производства — жесткое и гибкое [1].

Жесткое автоматизированное производство характерно для изготовления больших партий деталей, гибкое — для малых и средних партий. В последнее время гибкое автоматизированное производство (ГАП) получает широкое распространение из-за необходимости частой смены продукции, что связано с изменением потребительского спроса. Применение ГАП позволяет [2]: резко (в 7−10 раз) повысить производительность труда;

— сократить длительность производственного цикла;

— повысить технический уровень и качество выпускаемой продукции;

— снизить материалои энергоемкость продукции;

— увеличить коэффициент сменности оборудованиявысвободить значительную часть работающих на производстве;

— сократить производственные площади.

Гибкость — это способность ГАП к перестройке производства, причем как отдельных единиц производственного оборудования, так и всего технологического комплекса. Гибкость ГАП проявляется также в возможности широкого маневрирования при определении последовательности операции обработки. Гибкость обусловлена также рационализацией маршрутной технологии.

Большое значение в обеспечении гибкости производства отводится методам групповой технологии и организации на их основе системы робототехнических комплексов (РТК), охватывающих разные технологические процессы и реализующих одинаковые цепочки различных технологических маршрутов.

При создании РТК — характерной чертой стало применение получившего распространение в настоящее время в мире принципа проектирования ГАП — так называемого модульного подхода [3] .

Принцип модульности заключается в использовании при создании ГАП типовых ячеек для обработки, транспортировки и складирования, типовых конфигураций электронно-вычислительного оборудования, типовых устройств управления, типовых программных модулей и т. д.

Осуществление этого принципа на практике позволяет создавать различные конфигурации ГАП применительно к конкретным нуждам предприятия практически из одних и тех же модулей, производить при необходимости реконструкцию ГАП, и наконец, что очень важно, создавать ГАП поэтапно, добавляя к системе дополнительные подсистемы. Большое практическое значение принцип модульности имеет в создании программного обеспечения ГАП, состоящего из совокупности основных (функциональных) и обслуживающих (сервисных) модулей.

Основной целью проектирования РТК является определение качественного и количественного состава его оборудования и его пространственной компоновки. В РТК входит технологическое, информационно-управляющее, вычислительное оборудование, что обусловливает, несмотря на существенную зависимость между этими типами оборудования, два отдельных подпроцесса проектирования-технологического и информационного, связанных между собой на отдельных этапах проектирования всего РТК.

Исследованию системных проблем, возникающих при проектировании РТК, уделяется в мире достаточно много внимания. Ряд задач системного выбора оборудования для РТК с использованием имитационного моделирования решен в.

Дрейперовской лаборатории Массачусетского.

Технологического Института [4]. В Германии аналогичные методики разработаны под руководством профессора Г. Варнеке [5], профессора Г. Шпура [б]. В России ряд учереждений также интенсивно занимается решением аналогичных задач — МГТУ им. Н. Э. Баумана, МГТУ «СТАНКИН», Центральный Научно-Исследовательский Технологический Институт, АО «ЭНИМС» и др. [7, 8, 9] .

Несмотря на общность целей, подходы к созданию РТК и их элементов, базирующиеся на системной основе, неизбежно различаются. Главная причина этого — многолетний опыт создания производственных систем, который различен в каждой стране, организации и базируется на соответствующих методах, рекомендациях, традициях, парке технологического и информационно — управляющего оборудования, способах оперативного управления и условий внедрения и эксплуатации таких систем. Кроме того, результаты внедрения таких систем часто являются «Ноу-Хау» .

Важнейшей составной частью РТК является его система управления (СУ РТК). Так как РТК занимает, как правило, значительное пространство, а элементы РТК (промышленные роботы, станки и т. д.) расставлены в определенном порядке в этом простанстве [10], то и устройства управления (УУ) этих элементов распределены в пространстве. Связь между этими распределенными в пространстве УУ осуществляется через стандартные интерфейсы, имеющимися в каждом из них, в результате чего и создается определенная структура СУ РТК.

Эффективность работы такой СУ РТК зависит от [11] :

— структуры системы;

— технических характеристик УУ и их интерфейсовалгоритма функционирования системе управления.

РТК.

Задача повышения эффективности СУ РТК является очень важной и определяет необходимость оптимизации проектируемых систем управления, что достигается с помощью сложных математических методов [12, 13], реализованных в прикладных пакетах программ.

Однако, эти методы более пригодны для научных работников, чем для инженеров, т.к. оперируют с абстрактными математическими моделями, поэтому проблема разработки инженерных методов и программных средств оптимизации СУ РТК является чрезвычайно актуальной.

Интенсивные разработки этой проблемы ведутся в: МГТУ им. Н. Э. Баумана, МГТУ «СТАНКИН», ЭНИМС, ЦНИТИ, ИПМ им. М. В. Келдыша и других.

Решением этой проблемы занимаются: Охонцимский Д. Е, Боровин Г. К, Крутько П. Д, Поспелов Т. С, Горошков А. Ф, Юревич Е. И, Медведев В. С, Ющенко А. С и др.

В настоящей работе рассмотрены вопросы разработки методов и программных средств оптимизаций систем управления робототехнических комплексов сборки. При этом основной упор делается на разработку алгоритмического и программного обеспечения, позволяющего получить алгоритм функционирование отдельными элементами и структуру системы управления РТК.

Работа состоит из введения, 3-х глав, заключения и приложения.

В первой главе проведен обзор существующих РТК, проведен анализ вариантов построения СУ РТК, проведен обзор методов оптимизации, сформулированы цель и задача диссертации.

Во-второй главе приведены методологические основы метода «замещений», разработаны математические модели элементов РТК, выбраны унифицированные технические характеристики элементов СУ РТК, пригодные для применения метода «замещений» .

В третьей главе проведена разработка алгоритмического и программного обеспечения процесса оптимизации законов управления и структур СУ РТК, а также приведена методика проектирования СУ РТК и приведены примеры оптимизации СУ РТК, для конкретных технологических процессов сборки.

В заключении изложены основные научные и практические результаты работы. В приложении приведены тексты программ.

ВЫВОДЫ.

1-Предложеные методы оптимизации системы управления сборочных РТК доведены до пакета прикладных программ, который может быть применен для решения конкретной задачи.

2-Рассмотренные примеры показывают, что метод замещений позволяет успешно решать две основые задачи проектирования систем управления РТК, а именно: оптимизировать технологический процесс сборки и структуру системы управления РТК.

3- Применение методов оптимизации, предложенных в диссертации, позволяет сократить время технологического процесса сборки на 20.25%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе представлены теоретические исследования, относящиеся к проблемам анализа и синтеза систем управления промышленных РТК. Итогом работы являются следующие основные результаты:

1. Проведен анализ различных РТК и разработана обобщенная структура сборочного комплексасформулированы задачи исследования и оптимизации РТК сборки.

2. Проведен анализ методов оптимизации алгоритмов работы и структур систем управления РТК по критерию минимума временных затрат, в результате которого выбран метод замещений.

3. Разработана математическая модель, позволяющая описывать алгоритм технологического процесса сборки и структуру системы управления робототехнического комплекса.

4. Разработаны алгоритмы оптимизации технологического процесса сборки и структуры системы управления РТК по минимуму временных затрат.

5. Разработаны и внедрены в производство пакет программ и инженерная методика проектирования систем управления РТК сборкисоставлена Инструкция пользователя.

На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы: разработанный подход позволяет успешно решать задачи оптимизации технологического процесса сборки и структуры системы управления РТКиспользование разработанных алгоритмов позволяет сократить затраты на внедрение систем управления РТК, а также снизить требования к квалификации разработчикаполученные результаты теоретических исследований могут быть использованы при автоматизированном проектировании систем управления РТК, в том числе в составе АРМ разработчика, а также в процессе отладки РТК в условиях реального производства.