Полностью механизированные процессы и робототехника

Гибкие производственные системы (ГПС)

Гибкая производственная система - совокупность (или отдельная единица) технологического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающее свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Гибкость и высокая производительность - две основы, на которых держится применение ГПС. По гибкостью понимается приспосабливаемость систем к динамическим и стохастическим изменениям связанным с производственной программой. Система считается гибкой, переналаживаемой без существенных затрат, если при изменении производственной программы не меняется число и вид ее элементов, а также вид их связей.Внедрение ГПС коренным образом изменяет структуру промышленности, в том числе размеры существующих предприятий на 50% - 60%. Внедрение ГПС означает снижение количества обслуживающего персонала, т.е. в производстве будет занято небольшое количество операторов. В результате потребуется от 10% до 30% имеющейся в настоящее время рабочей силы.

Сварка является технологическим приемом, охватывающим широкий спектр технологических операций. Магистральным направлением создания ГПС для сварки является применение роботов, целью должно стать повышение производительности, повышение гибкости и сокращение количества обслуживающего персонала до уровня более низкого, чем тот который в настоящее время кажется практически обоснованным.

Преимущества ГПС:

1. Возможность резкого снижения скрытых производственных затрат.
2. Сокращение накладных расходов.
3. Быстрая переналадка системы на выпуск новой продукции.
4. Повышение производительности труда.
5. Повышение коэффициента сменности.
6. Повышение коэффициента загрузки оборудования.
7. Сокращение длительности производственного цикла.
8. Высвобождение значительной части работающих.
9. Улучшение социальных условий труда.
10. Повышение технического уровня и качества выпускаемой продукции.
11. Сокращение объема бумажной документации.
12. Снижение материалоемкости, энергоемкости продукции.
13. Сокращение производственных площадей.

Системы CAD/CAM/CAE и PDM

В настоящее время существует несколько сотен программных продуктов, реализующих задачи CAD (система компьютерного проектирования), более сотни из них реализуют задачи CAD/CAM и CAD/CAM/CAE, несколько программных продуктов развивают направление решения PDM-задач. Главной и очень важной для создания автоматизированных производств возможностью CAD/CAM/CAE и PDM систем является наличие программных модулей, которые обеспечивают автоматизацию процессов технологической подготовки производства. Используя графические образы изделия, созданные конструктором-разработчиком в электронной форме записи, основанной на технологии полного электронного определения продукции, комплекс CAD/CAM/CAE и PDM создает программный технологический продукт. Эти технологические компьютерные программы (машинные коды) предназначены для использования контроллером станка (установки) с ЧПУ на этапе технологического процесса, определенном АСУП (ИСУП). В результате, технологическое оборудование реализует производственные процессы, подготовленные в виде управляющих программ, посредством АСТПП (автоматизированной системы технологической подготовки производства). Следует добавить, что указанные программные продукты, являясь современным инструментом, соответствуют уровню развития аппаратных средств (общедоступна однопроцессорная ЭВМ на базе Pentium III -7-го поколения или серверы на аналогичной базе) и поэтому ограничены в возможностях. Кроме того, процесс создания технологических программных модулей далеко не завершен и многие техпроцессы, в том числе и сварочные, не имеют достаточно эффективного средства АСТПП.

Робототехнологические комплексы в сварочном производстве

Промышленный робот - это автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления, выполняющая в производственном процессе двигательные и управляющие функции, заменяющие аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и технологической оснастки. Промышленный робот - это перепрограммируемый манипулятор.

Классификация промышленных роботов:

По специализации: специальные, специализированные, универсальные.

По грузоподъемности: сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые и сверхтяжелые.

По числу степени подвижности: с двумя, с тремя, с четырьмя, более четырех.

По возможному перемещению: стационарные, подвижные.

По способу установки на рабочем месте: напольные, подвесные и встроенные.

По виду системы координат: прямоугольная декартовая, сферическая, угловая, смешанная.

В результате использования робототехники в сварочном производстве становится возможным:

1. Автоматизированная сварка швов в любой форме, а также сварка большого количества коротких швов, различным образом ориентированных в пространстве.
2. Выполнять дуговой сваркой сварные швы с любой формой линии соединения в оптимальном пространственном положении с наиболее производительными режимами сварки при оптимальном формировании сварных швов.
3. Уменьшать в ряде случаев размер сварных швов, благодаря гарантированной стабильности их параметров, обеспечивая таким образом гарантированный рост производительности, экономию сварочных материалов и электроэнергии и уменьшение сварочных деформаций.
4. Сократить потребность в специальном сварочном оборудовании и изготовлении специальных и специализированных станков, установок и машин для сварки.

Группирование сварочных конструкций по конструктивным и технологическим признакам:

Плоскостные сварочные конструкции (СК).
Листовые СК типа тел вращения.
Каркасно-решетчатые СК (например, плоские и объемные фермы, ...).
Рамные СК, состоящие из соединенных сваркой продольных и поперечных балок, распорок и усиливающих элементов.
Корпусные СК, изготавливаемые из заготовок сортового проката, поковок, отливок, штамповок (станины, стойки, ...).
Детали машин (сварные валы, шестерни, рукоятки, ...).

Из-за сложности реализации автоматизации сварочных процессов возникает необходимость использования средств роботизации, особенно в СК с короткими швами, сложной формы и пространственного расположения. Целесообразно применение:

РТК сварки сварных конструкций малых размеров.
РТК сварки серийных крупногабаритных конструкций.
РТК контактной сварки тонколистовых и каркасно-решетчатых конструкций.
Сварочное оборудование

Состав комплекта сварочного оборудования РТК дуговой сварки:

1. Источник питания сварочной дуги (а) универсальный; б) специализированный).

2. Аппаратура подачи сварочной проволоки (механизмы подачи проволоки:
1) роликовыми редукторными; 2) планетарными безредукторными).

3. Набор сварочных горелок:
- с водяным охлаждением и без водяного охлаждения;
- иметь форму: 1) прямая; 2) изогнутая; 3) s-образная.

Требования к сварочным горелкам в РТК:

а) обеспечивать большую продолжительность непрерывной работы;
б) обеспечивать возможность быстрой замены сопла и токоподводящего наконечника с гарантируемым сохранением позиционирования рабочей точки;
в) должен иметь достаточную прочность и жесткость;
г) обеспечивать возможность конструктивного сопряжения с датчиками положения свариваемых элементов;
д) гарантировать надежный токоподвод к электродной проволоке в строго определенном месте наконечника горелки, неизменном по мере его износа;
е) предусматривается дополнительный подвод сжатого воздуха к газовому соплу для его очистки и для впрыскивания противопригарной жидкости.

4. Аппаратура охлаждения горелки.

5. Газовая аппаратура.

6. Устройства автоматической очистки горелки от брызг: а) механические; б) пневматические.

7. Аппаратура удаления вредных газов и аэрозолей: а) автономная; б) цеховая.

8. Устройство защиты горелки от поломки.

9. Коммуникации.

10. Средства контроля начального положения сварочной горелки.

11. Устройства крепления сварочной аппаратуры на составных частях РТК.

12. Аппаратура контроля и управления сварочным оборудованием:
1) устройство измерения и регистрации режима:
- информационно - измерительная система;
- устройство допускового контроля режима;
- стрелочные и цифровые приборы.

2) контроллер:
- со свободным программированием режима сварки;
- с заданием нескольких режимов сварки.

Методы и средства адаптации сварочных роботов

Ключевой проблемой роботизации сварки является возможность адаптации сварочных роботов. Ключом к успеху в использовании роботов для сварки является разработка необходимых датчиков. В конечном счете, робот должен иметь возможность "видеть" начало шва и точно следовать по его траектории без обучения и контроля.

Особенности роботизированной технологии сварки.

Эффективность применения роботизированной сварки зависит от технологичности свариваемой конструкции. Разработана специальная методика оценки технологичности, которая позволяет:

1. Выбирать сварные конструкции (СК), как объект роботизированной сварки, из числа предварительного отбора сварных конструкций.
2. Располагать эти СК в приоритетный ряд.
3. Давать количественную оценку частных и комплексного показателя технологичности СК.
4. Выявлять особенности конструкций изделий существенно снижающие уровень их технологичности.

Пути повышения технологичности сварных конструкций под роботизированную сварку

1. Изменение сварной конструкции и технологии ее изготовления при заданном типе сварочного робота.
2. Выбор другого сварочного робота либо оснащение его дополнительными технологическими средствами.
3. Одновременная доработка конструкции, технологии и технологических средств роботизации сварки. Общие требования:

1. Минимизация времени и затрат на роботизированную сварку.
2. Минимизация стоимости изготовления и сборки изделия под сварку.
3. Минимизация стоимости роботизированной сварки.

Общие рекомендации по повышению технологичности сварных конструкций исходя из особенности роботизированной дуговой сварки

1. Угловые соединения всюду, где возможно заменить тавровыми.
2. Обеспечивать сборку под сварку нахлесточных соединений без зазора.
3. Угловые швы в нахлесточных соединениях рекомендуется заменять сплошными прорезными.
4. Стыковые швы с разделкой кромок без притуплений при сварке на весу следует заменять разделкой с притуплением и с гарантированным сжатием кромок.
5. Следует избегать сварки в углах, выполняя ее по радиусу либо вручную прихватками.
6. При сварке конструкций из труб следует обеспечивать беззазорную сборку.
7. При сварке коробчатых конструкций следует избегать сварных швов внутри конструкции заменяя их внешними швами.

Гибкие автоматизированные сварочные производства (ГАСП)

Гибкие производственные системы для сборочно-сварочных работ должны обеспечивать автоматизацию следующих операций:

1. Сборка под сварку.
2. Загрузочно-разгрузочные работы.
3. Складирование заготовок и сваренных конструкций.
4. Складирование и замена оснастки.
5. Межоперационная транспортировка.
6. Собственно сварка.