רובוט תעשייתי. רובוטים בייצור. אוטומטים-רובוטים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

המכשירים האלה מבוקשים במיוחד היום בכלכלה הלאומית. רובוט תעשייתי, שמזכיר מעט את אב הטיפוס שלו בספר עליית הרובוטים מאת ק. צ'אפק, אינו מזין כלל רעיונות מהפכניים. להיפך, הוא מבצע בצורה מצפונית ובדיוק רב הן את תהליכי הייצור העיקריים (הרכבה, ריתוך, צביעה) והן את תהליכי העזר (טעינה ופריקה, תיקון המוצר במהלך הייצור, הובלה).

השימוש במכונות "חכמות" כאלה תורם לפתרון יעיל של שלוש בעיות ייצור עיקריות:

• שיפור פריון העבודה;
• לשפר את תנאי העבודה של אנשים;
• למטב את השימוש במשאבי אנוש.

רובוטים תעשייתיים הם פרי יוזמה של ייצור בקנה מידה גדול

רובוטים בייצור התפשטו באופן מסיבי בסוף המאה ה-20 עקב עלייה משמעותית בייצור התעשייתי. סדרות גדולות של מוצרים הובילו לצורך באינטנסיביות ובאיכות של עבודה כזו, שביצועיה עולים על היכולות האנושיות האובייקטיביות. במקום להעסיק אלפים רבים של עובדים מיומנים, פועלים מפעלים טכנולוגיים מודרנייםקווים אוטומטיים רבים בעלי ביצועים גבוהים הפועלים במחזורים לסירוגין או מתמשכים.

המובילים בפיתוח טכנולוגיות כאלה, המכריזות על השימוש הנרחב ברובוטים תעשייתיים, הן יפן, ארה"ב, גרמניה, שוודיה ושוויץ. רובוטים תעשייתיים מודרניים המיוצרים במדינות הנ"ל מחולקים לשתי קבוצות גדולות. הסוגים שלהם נקבעים על ידי השתייכות לשתי שיטות ניהול שונות מהותית:

• מניפולטורים אוטומטיים;
• מכשירים שנשלטים מרחוק על ידי אדם.

למה הם משמשים?

הצורך ביצירתם החל לדון בתחילת המאה ה-20. עם זאת, באותה תקופה לא היה בסיס יסוד ליישום התוכנית. כיום, בהתאם לתכתיבי הזמן, מכונות רובוטיות משמשות ברוב התעשיות המתקדמות ביותר מבחינה טכנולוגית.

למרבה הצער, ההצטיידות מחדש של תעשיות שלמות במכונות "חכמות" שכאלה נפגעת בשל חוסר השקעה. אמנם היתרונות של השימוש בהם עולים בבירור על העלויות הכספיות הראשוניות, מכיוון שהם מאפשרים לנו לדבר לא רק ולא כל כך על אוטומציה, אלא על שינויים עמוקים בתחום הייצור והעבודה.

השימוש ברובוטים תעשייתיים אפשר לבצע בצורה יעילה יותר עבודה שהיא מעבר לכוח האדם מבחינת עוצמת העבודה והדיוק: העמסה/פריקה, ערימה, מיון, כיוון חלקים; העברת ריקים מרובוט אחד למשנהו, ומוצרים מוגמרים למחסן; ריתוך נקודתי וריתוך תפר; הרכבה של חלקים מכניים ואלקטרוניים; נחת כבל; גְזִירָהריקים לאורך קו מתאר מורכב.

מניפולטור כחלק מרובוט תעשייתי

מבחינה פונקציונלית, מכונה "חכמה" כזו מורכבת מ-ACS שניתן לתכנות מחדש (מערכת בקרה אוטומטית) ומגוף עובד (מערכת נסיעה ומניפולטור מכני). אם ה-ACS הוא בדרך כלל די קומפקטי, מוסתר ויזואלית ואינו מושך את העין מיד, אז לגוף העובד יש מראה אופייני עד כדי כך שרובוט תעשייתי נקרא לעתים קרובות באופן הבא: "רובוט-מניפולטור".

בהגדרה, מניפולטור הוא מכשיר שמניע משטחי עבודה וחפצי עבודה בחלל. התקנים אלה מורכבים משני סוגים של קישורים. הראשונים מספקים תנועה מתקדמת. השני הוא תזוזה זוויתית. קישורים סטנדרטיים כאלה משתמשים בהנעה פניאומטית או הידראולית (חזקה יותר) לתנועתם.

המניפולטור, שנוצר באנלוגיה עם היד האנושית, מצויד במכשיר אחיזה טכנולוגי לעבודה עם חלקים. במכשירים שונים מסוג זה, האחיזה הישירה בוצעה לרוב על ידי אצבעות מכניות. בעבודה עם משטחים שטוחים, חפצים נלכדו באמצעות כוסות יניקה מכניות.

אם המניפולטור היה צריך לעבוד בו-זמנית עם חלקי עבודה דומים רבים, הלכידה בוצעה הודות לעיצוב נרחב מיוחד.

במקום תפסן, מניפולטור מצויד לרוב בציוד ריתוך נייד, אקדח ריסוס טכנולוגי מיוחד, או פשוטמברג.

איך הרובוט זז

Automata-רובוטים מסתגלים בדרך כלל לשני סוגי תנועה במרחב (אם כי ניתן לכנות חלק מהם נייחים). זה תלוי בתנאים של ייצור מסוים. אם יש צורך להבטיח תנועה על משטח חלק, אז זה מיושם באמצעות מונורייל כיווני. אם נדרש לעבוד ברמות שונות, נעשה שימוש במערכות "הליכה" עם כוסות יניקה פניאומטיות. רובוט נע מכוון בצורה מושלמת הן בקואורדינטות מרחביות והן בזווית. התקני מיקום מודרניים של מכשירים כאלה מאוחדים, הם מורכבים מבלוקים טכנולוגיים ומאפשרים תנועה דיוק גבוהה של חלקי עבודה במשקל של 250 עד 4000 ק"ג.

עיצוב

השימוש במכונות האוטומטיות המדוברות דווקא בתעשיות רב-תחומיות הוביל לאיחוד מסוים של המרכיבים העיקריים שלהן. למניפולטורים רובוטיים תעשייתיים מודרניים יש בעיצובם:

• המסגרת המשמשת לחיזוק מתקן תופסת החלקים (תפוס) - מעין "יד" שמבצעת בפועל את העיבוד;
• תפוס עם מדריך (האחרון קובע את מיקום ה"יד" ברווח);
• תומכים במכשירים המניעים, ממירים ומשדרים אנרגיה בצורה של מומנט על הציר (בזכותם הרובוט התעשייתי מקבל פוטנציאל לתנועה);
• מערכת ניטור וניהול ליישום התכניות שהוקצו לה; קבלת תוכניות חדשות; ניתוח מידע המגיע מחיישנים, ובהתאם,העברת אותו למכשירים לספק;
• מערכת מיקום של החלק העובד, מדידת עמדות ותנועות לאורך צירי המניפולציה.

השחר של רובוטים תעשייתיים

בואו נחזור לעבר הקרוב ונזכור איך התחילה ההיסטוריה של יצירת מכונות אוטומטיות תעשייתיות. הרובוטים הראשונים הופיעו בארה"ב בשנת 1962, והם יוצרו על ידי Union Incorporated ו-Versatran. אם כי, ליתר דיוק, הם בכל זאת הוציאו את הרובוט התעשייתי Unimate, שנוצר על ידי המהנדס האמריקני D. Devol, אשר רשם פטנט על רובים מתנייעים משלו שתוכנתו באמצעות קלפים מחוררים. זו הייתה פריצת דרך טכנית ברורה: מכונות "חכמות" זכרו את הקואורדינטות של נקודות הציון במסלול שלהן וביצעו את העבודה לפי התוכנית.

הרובוט התעשייתי הראשון של Unimate היה מצויד בתפסן בעל שתי אצבעות פנאומטי וזרוע המופעלת הידראולית של חמש דרגות חופש. המאפיינים שלו אפשרו להזיז חלק של 12 ק"ג בדיוק של 1.25 מ"מ.

עוד זרוע רובוטית ורסאטנית, מתוצרת החברה בעלת אותו השם, העמיסה ופרק 1,200 לבנים בשעה לכבשן. הוא החליף בהצלחה את עבודתם של אנשים בסביבה מזיקה לבריאותם בטמפרטורה גבוהה. הרעיון ליצירתו התברר כמוצלח מאוד, והעיצוב כל כך אמין עד שכמה מכונות של המותג הזה ממשיכות לעבוד בזמננו. וזאת למרות שהמשאב שלהם עלה על מאות אלפי שעות.

שימו לב שהדור הראשון של רובוטים תעשייתיים בבמונחים של ערך, הוא הניח 75% מכניקה ו-25% אלקטרוניקה. ההתאמה מחדש של מכשירים כאלה דרשה זמן וגרמה להשבתת ציוד. כדי לייעד אותם מחדש לביצוע עבודה חדשה, הוחלפה תוכנית הבקרה.

מכונות רובוט דור שני

מהר התברר: למרות כל היתרונות, המכונות של הדור הראשון התבררו כלא מושלמות… הדור השני קיבל שליטה עדינה יותר ברובוטים תעשייתיים - אדפטיביים. המכשירים הראשונים דרשו להזמין את הסביבה שבה הם עבדו. הנסיבות האחרונות גרמו לרוב לעלויות נוספות גבוהות. זה הפך להיות קריטי לפיתוח ייצור המוני.

השלב החדש של ההתקדמות התאפיין בפיתוח של חיישנים רבים. בעזרתם, הרובוט קיבל תכונה הנקראת "תחושה". הוא החל לקבל מידע על הסביבה החיצונית ובהתאם לו לבחור את דרך הפעולה הטובה ביותר. למשל, הוא רכש מיומנויות המאפשרות לו לקחת חלק ולעקוף איתו מכשול. פעולה זו מתרחשת עקב עיבוד המיקרו-מעבד של המידע המתקבל, אשר בהמשך, המוכנס למשתנים של תוכניות הבקרה, מונחה למעשה על ידי הרובוטים.

גם סוגי פעולות הייצור הבסיסיות (ריתוך, צביעה, הרכבה, סוגים שונים של עיבוד שבבי) כפופים להתאמה. כלומר, בעת ביצוע כל אחת מהן, מופעלת ריבוי שונות כדי לשפר את האיכות של כל סוג מהעבודות הנ ל.

מניפולטורים תעשייתיים נשלטים בעיקר על ידי תוכנה. חומרה בקרההפונקציות הן מיני מחשבים תעשייתיים PC/104 או MicroPC. שימו לב ששליטה אדפטיבית מבוססת על תוכנה רב-וריאנטית. יתרה מכך, ההחלטה על בחירת סוג פעולת התוכנית נעשית על ידי הרובוט על סמך מידע על הסביבה המתוארת על ידי הגלאים.

תכונה אופיינית לתפקוד הרובוט מהדור השני היא הנוכחות המוקדמת של אופני פעולה מבוססים, שכל אחד מהם מופעל במדדים מסוימים המתקבלים מהסביבה החיצונית.

דור שלישי של רובוטים

רובוטים אוטומטיים מהדור השלישי מסוגלים ליצור באופן עצמאי תוכנית של פעולותיהם, בהתאם למשימה ולנסיבות הסביבה החיצונית. אין להם "גליונות רמאות", כלומר, פעולות טכנולוגיות מצוירות עבור גרסאות מסוימות של הסביבה החיצונית. יש להם את היכולת לבנות בצורה אופטימלית באופן עצמאי את האלגוריתם של עבודתם, כמו גם ליישם אותו במהירות בפועל. עלות האלקטרוניקה של רובוט תעשייתי כזה גבוהה פי עשרה מהחלק המכני שלו.

הרובוט החדש ביותר, לוכד חלק הודות לחיישנים, "יודע" כמה טוב הוא עשה זאת. בנוסף, כוח האחיזה עצמו (משוב כוח) מווסת בהתאם לשבריריות חומר החלק. אולי בגלל זה המכשיר של הדור החדש של רובוטים תעשייתיים נקרא אינטליגנטי.

כפי שאתם מבינים, ה"מוח" של מכשיר כזה הוא מערכת הבקרה שלו. המבטיח ביותר הוא הרגולציה המבוצעת על פי שיטות של מלאכותימודיעין.

המודיעין למכונות הללו ניתן על ידי חבילות יישומים, בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות, כלי דוגמנות. בייצור רובוטים תעשייתיים מחוברים לרשת, ומספקים את רמת האינטראקציה הנכונה בין מערכת האדם-מכונה. כמו כן, פותחו כלים לחזות את תפקודם של מכשירים כאלה בעתיד הודות להדמיית התוכנה המיושמת, המאפשרת לבחור את האפשרויות הטובות ביותר לתצורות פעולה וחיבור לרשת.

חברות הרובוטים המובילות בעולם

היום, השימוש ברובוטים תעשייתיים מסופק על ידי חברות מובילות, ביניהן יפניות (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), אמריקאית (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), גרמנית (Kuka).

בשם מה מפורסמות החברות האלה בעולם? הנכסים של Fanuc כוללים את רובוט הדלתא המהיר ביותר M-1iA עד כה (מכונות כאלה משמשות בדרך כלל לאריזה), החזק מבין הרובוטים הסדרתיים - M-2000iA, רובוטי ריתוך ArcMate המוכרים ברחבי העולם.

רובוטים תעשייתיים המיוצרים על ידי קוקה מבוקשים לא פחות. מכונות אלו מבצעות עיבוד, ריתוך, הרכבה, אריזה, פלטיזציה, העמסה בדיוק גרמני.

מרשים גם מגוון המוצרים של חברת Motoman היפנית-אמריקאית (Yaskawa), הפועלת בשוק האמריקאי: 175 דגמים של רובוטים תעשייתיים, וכן יותר מ-40 פתרונות משולבים. רובוטים תעשייתיים המשמשים בייצור בארה ב מיוצרים בעיקר על ידי מובילה בתעשייה זוחברה.

רוב החברות האחרות שאנו מייצגים ממלאות את הנישה שלהן על ידי ייצור מגוון מצומצם יותר של מכשירים מיוחדים. לדוגמה, Daihen ו- Panasonic מייצרות רובוטים לריתוך.

שיטות לארגון ייצור אוטומטי

אם מדברים על ארגון של ייצור אוטומטי, אז בהתחלה יושם עיקרון ליניארי נוקשה. עם זאת, במהירות גבוהה מספיק של מחזור הייצור, יש לו חיסרון משמעותי - השבתה עקב כשלים. כחלופה, הומצאה טכנולוגיה סיבובית. עם ארגון כזה של ייצור, גם חומר העבודה וגם הקו האוטומטי עצמו (רובוטים) נעים במעגל. מכונות במקרה זה יכולות לשכפל פונקציות, וכשלים כמעט ולא נכללים. עם זאת, במקרה זה, המהירות אובדת. ארגון התהליך האידיאלי הוא הכלאה של השניים לעיל. זה נקרא מסוע סיבובי.

רובוט תעשייתי כמרכיב של ייצור אוטומטי גמיש

מכשירים "חכמים" מודרניים מוגדרים מחדש במהירות, פרודוקטיביים ביותר ומבצעים עבודה באופן עצמאי באמצעות הציוד, חומרי העיבוד וחלקי העבודה שלהם. בהתאם למפרטי השימוש, הם יכולים לתפקד הן במסגרת של תוכנית אחת, והן על ידי שינוי עבודתם, כלומר בחירה נכונה מתוך מספר קבוע של תוכניות שסופקו.

רובוט תעשייתי הוא מרכיב מרכיב של ייצור אוטומטי גמיש (קיצור מקובל בדרך כלל - GAP). אחרוןכולל גם:

• מערכת עיצוב בעזרת מחשב;
• מתחם של בקרה אוטומטית של ציוד טכנולוגי לייצור;
• זרועות רובוטיות תעשייתיות;
• הובלה אוטומטית של ייצור;
• התקני טעינה/פריקה והצבה;
• מערכות בקרת תהליכי ייצור;
• בקרת ייצור אוטומטית.

עוד על תרגול השימוש ברובוטים

יישומים תעשייתיים אמיתיים הם רובוטים מודרניים. הסוגים שלהם שונים, והם מספקים פרודוקטיביות גבוהה בתחומי תעשייה חשובים מבחינה אסטרטגית. במיוחד, הכלכלה הגרמנית המודרנית חייבת הרבה מהפוטנציאל הגדל שלה ליישום שלהם. באילו תעשיות עובדים "עובדי הברזל" הללו? בעיבוד מתכת הם מתפקדים כמעט בכל התהליכים: יציקה, ריתוך, פרזול, מתן איכות עבודה ברמה הגבוהה ביותר.

כתעשייה עם תנאים קיצוניים לעבודה אנושית (כלומר טמפרטורות גבוהות וזיהום), היציקה עוברת ברובוט ברובה. מכונות מבית קוקה מורכבות אפילו בבתי יציקה.

תעשיית המזון קיבלה גם ציוד לצורכי ייצור מקוקה. "רובוטי מזון" (התמונות מוצגות בכתבה) מחליפים לרוב אנשים באזורים עם תנאים מיוחדים. מופץ בייצור מכונות המספקות מיקרו אקלים בחדרים מחוממים עםטמפרטורה שלא תעלה על 30 מעלות צלזיוס. רובוטי נירוסטה מעבדים בשר בצורה מופתית, משתתפים בייצור מוצרי חלב וכמובן עורמים ואורזים מוצרים בצורה אופטימלית.

קשה להפריז בתרומה של מכשירים כאלה לתעשיית הרכב. לדברי מומחים, המכונות החזקות והפרודוקטיביות ביותר כיום הן בדיוק רובוטים "מבשלים". תמונות של מכשירים כאלה המבצעים את כל מגוון פעולות ההרכבה האוטומטיות מרשימות. יחד עם זאת, באמת הגיע הזמן לדבר על ייצור אוטומטי.

עיבוד פלסטיק, ייצור פלסטיק, ייצור החלקים המורכבים ביותר מחומרים שונים מסופק על ידי רובוטים בייצור בסביבה מזוהמת שבאמת מזיקה לבריאות האדם.

תחום יישום חשוב נוסף עבור אגרגטים של "Cook" הוא עיבוד עץ. יתרה מכך, המכשירים המתוארים מספקים הן מילוי הזמנות בודדות והן הקמת ייצור המוני בקנה מידה גדול בכל השלבים - מעיבוד ראשוני וניסור ועד כרסום, קידוח, שחיקה.

מחירים

כיום, רובוטים המיוצרים על ידי Kuka ו-Fanuc מבוקשים בשווקים הרוסיים וחבר המדינות. המחירים שלהם נעים בין 25,000 ל 800,000 רובל. הבדל מרשים שכזה מוסבר בקיומם של דגמים שונים: קיבולת נמוכה סטנדרטית (5-15 ק ג), מיוחדת (פתרון משימות מיוחדות), מתמחה (עבודה בסביבה לא סטנדרטית), קיבולת גדולה (עד 4000 טון).).

מסקנות

יש להכיר בכך שהפוטנציאל של רובוטים תעשייתיים עדיין לא מנוצל במלואו. יחד עם זאת, הודות למאמצים של מומחים, טכנולוגיות מודרניות מאפשרות ליישם רעיונות נועזים יותר ויותר.

הצורך להגדיל את הפרודוקטיביות של הכלכלה העולמית ולמקסם את חלקה של העבודה האנושית האינטלקטואלית משמשים תמריצים רבי עוצמה לפיתוח של עוד ועוד סוגים ושינויים חדשים של רובוטים תעשייתיים.