Научная статья на тему 'Робототехника и автоматизация производства: современное состояние'

Робототехника и автоматизация производства: современное состояние Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
3035
272
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОМАТИЗАЦИЯ / PLM-СИСТЕМА / MES-СИСТЕМА / ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ / РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС / AUTOMATION / PLM-SYSTEM / MES-SYSTEM / INDUSTRIAL ROBOT / ROBOTIC COMPLEX

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Сырецкий Геннадий Александрович

Показана необходимость повышения производительности труда и внедрения в промышленность передовых технологий. Отражено современное состояние автоматизации и роботизации производств приборостроительной отрасли. Дан краткий анализ и показаны возможные пути расширения применения автоматизированных систем и робототехнических комплексов в производстве оптических и электронных приборов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Сырецкий Геннадий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ROBOTECHNICS AND AUTOMATION OF MANUFACTURING: MODERN STATE

The need to increase the labor productivity and introduce the advanced technologies in industry is shown. The current state of automation and industries robotization are presented. A brief analysis is given and possible ways for expanding the use of automated systems and robotic complexes in the production of optical and electronic devices are shown.

Текст научной работы на тему «Робототехника и автоматизация производства: современное состояние»

УДК 681.5

РОБОТОТЕХНИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

Геннадий Александрович Сырецкий

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10; Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, кандидат технических наук, тел. (383)346-11-77, e-mail: sga-2002k@mail.ru

Показана необходимость повышения производительности труда и внедрения в промышленность передовых технологий. Отражено современное состояние автоматизации и роботизации производств приборостроительной отрасли. Дан краткий анализ и показаны возможные пути расширения применения автоматизированных систем и робототехнических комплексов в производстве оптических и электронных приборов.

Ключевые слова: автоматизация, PLM-система, MES-система, промышленный робот, робототехнический комплекс.

ROBOTECHNICS AND AUTOMATION OF MANUFACTURING: MODERN STATE

Gennady A. Syretsky

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St.; Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, 20 K. Marx Prospect, Ph. D., tel. (383)346-11-77, e-mail: sga-2002k@mail.ru

The need to increase the labor productivity and introduce the advanced technologies in industry is shown. The current state of automation and industries robotization are presented. A brief analysis is given and possible ways for expanding the use of automated systems and robotic complexes in the production of optical and electronic devices are shown.

Key words: automation, PLM-system, MES-system, industrial robot, robotic complex.

Земная цивилизация с момента своего возникновения постоянно стремится к улучшению условий жизни, повышению благосостояния людей и мирному сосуществованию. Их достижение неразрывно связано с необходимостью повышения производительности труда, подготовки квалифицированных кадров и эволюционными процессами научно-технического прогресса. Кстати, Президент РФ В. В. Путин, выступая на съезде Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП) 16 марта 2017 года, в Москве, отметил, что в России «на рубеже 2019-2020 годов темпы роста должны опережать мировые» и для этого необходимо «.. .существенно увеличить производительность труда и обеспечить промышленность квалифицированными кадрами, ускорить разработку и внедрение передовых технологий.». Повышение производительности как физического, так и умственного труда предполагает совершенствование его организации и использование искусственно созданных человеком различных помощников, осуществляющих автоматизацию множества управленческих, инженерных, производственных, технологических и бизнес-процессов.

Стремление людей к комфортности обслуживания зародилось «с древнего желания подделать богов» искусственными существами. Об этом свидетельствуют многие мифы и фантазии наших далеких предков, в частности, таковыми были «золотые служанки» в знаменитой эпопее «Илиада» древнегреческого поэта Гомера - это, в современном представлении, говорящие человекоподобные роботы (андроиды) с интеллектом, которых «самым различным трудам обучили».

Роботы, в зависимости от назначения, могут иметь различные конструкции и внешний вид, не напоминающий человеческую внешность. В настоящее время они служат основой роботизации ряда процессов многих производственных и постпроизводственных стадий жизненных циклов изделий гражданского и военного назначения, в том числе оптического и электронного приборостроения. Прогресс в области вычислительной, сенсорной и электромеханической приводной техники микро- и нанометрового уровня исполнения способствовал появлению кибернетических организмов (киборгов) и киборгизации. Киборг -это биологический организм с согласованной встроенной технической системой, определенного технологического уровня исполнения. Такое встраивание предоставляет работодателю новые возможности для обеспечения как безопасности труда производственного персонала, так и требуемого уровня организации процесса производственного менеджмента.

Конкуренция высокотехнологичной продукции предполагает ускоренное ее создание и производство на основе текущих достижений научно-технического прогресса. Это способствует расширению области применения системной инженерии, определяемой ГОСТ Р 56862-2016 как «совокупность знаний, методик, принципов и подходов к решению производственных и управленческих задач, основанных на представлении об объектах и субъектах работ как о взаимодействующих системах и требованиях максимальной интеграции информации, управленческих решений и взаимодействия участников», и организации на предприятии системы менеджмента знаний, в том числе и в области системного инжиниринга.

Ныне работа любого предприятия, в том числе оптического и электронного приборостроения, немыслима без поддержки электронными цифровыми информационными технологиями управления и автоматизированными системами, начиная с технологического уровня и кончая уровнем управления стратегией для руководителей высшего звена. В современных условиях наблюдается интеграция автоматизированных систем, относящихся к определенному уровню, так и по вертикали управления работой промышленного предприятия, производственной организации. Она сопровождается формированием единого электронного информационном пространстве (ЕИП) пространства, в котором появляется виртуальная составляющая организации, производственной компании, именуемая виртуальным предприятием. Его функционирование и взаимодействие с внешним окружением осуществляется разными по назначению и наименованию виртуальными агентами (программными роботами). Создание ЕИП основывается на концепции, принципах и технологиях (информационных технологиях описаний изделий, производственной среды и процессов, которые проте-

кают в этой среде) CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции) и агентно-ориентированных виртуальных предприятий. Отображением возможностей CALS являются PLM-решения (Product Lifecycle Management - управление жизненным циклом продукции), в частности, ориентированные на IP-протокол, широкий спектр взаимодействий различных категорий пользователей, использование веб-технологий и СУБД, интеграцию различных открытых автоматизированных систем поддержки решения управленческих задач, инженерной деятельности, производственных процессов и встроенных в технологическое оборудование и приборы. В докладе обсуждаются возможности PLM-решений, которые предлагаются на российском рынке рядом фирм для автоматизации решения множества задач промышленных предприятий, в том числе и производства. Например, таких популярных в России зарубежных компаний как Dassault Systemes, Parametric Technology Corporation и Siemens (рис. 1). Примером отечественного решения служит ЛОЦМАНАМ компании АСКОН. Поддержка программными средствами многокомпонентной спецификации ISO 13584 PLIB упрощает объединение участников виртуального предприятия, информационную поддержку процессов конструкторской и технологической подготовки производства и логистики. Причем они позволяют моделировать семейства сходных изделий. Стандарты STEP устанавливают единые формы, способы представления и толкования данных на всех этапах жизненного цикла продукции обычного и виртуального предприятия. Их объединяющей основой служит язык Express. Практически информационная модель какого-либо приложения (STEP-модель) может быть выражена средствами графического (Express-G) либо текстового языка Express. Стандарты STEP ориентированы на поддержку моделирования лишь одного изделия. Спецификации стандартов STEP и ISO 13584 PLIB нашли свое отражение в программных продуктах ряда зарубежных и отечественных компаний.

С PLM-решениями связан модельно-ориентированный процесс подготовки производства, изготовления и сборки, часто сопровождаемый созданием цифровых моделей производств. Использование цифровых моделей возможно как на этапе проектирования и отладки виртуального производства, так и в режиме реального времени для мониторинга процессов и корректировки протекающих производственных процессов.

Ряд задач производственной зоны решается посредством функционала производственных исполнительных систем (MES-систем), функции и примеры которых обсуждаются в докладе.

Системы производства обмениваются информацией с автоматизированными системами технологической зоны. В технологической зоне располагаются различные технологические механизмы, стационарные и подвижные машины, технологическое оборудование, в том числе оснащенные системами числового программного управления (СЧПУ) и поддерживаемые работой автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП).

2 ОС о Start /шЛ 1H -1 Designs D Documents BOMs Process

и LL -1 О. К ta Extend Requirements Service Manufacturing

-1 CL m M Ш О ЩШ

Quality Cost Sustainability Systems

Управление риработхои и Управление портфолио, Управление

требованиями программой и инженерными

проектами процессами

Управление I Усиление документами и I приготовление ■ и рецептурой

Управление | Управление I правление I Управление I

_________I шнопотческими I симуляционными I сервисное

............ I пооиессани I ОбСЛУЖИВаНИвИ

поставщиками ■ данными

муляционными I сервисное I Отчетыи процессами I обслуживание и I аналитика | ремонт |

а)

б)

Рис. 1. PLM-система управления TeamCenter подразделения

Siemens Industry Software:

а) классическое преставление состава; б) представление, ориентированное на поддержку технологий системного инжиниринга

Для предприятий приборостроения актуально технологическое оборудование, реализующее в автоматизированном режиме множество технологий литья, нанесения покрытий, маркирования, механообработки различных материалов и позволяющее автоматизировать процессы изготовления печатных плат, нанесение паяльной пасты или клея на печатные платы, расстановки элементов на печатной плате, навесного монтажа и пайки, сборки печатных плат и изделий. В настоящее время возможна разработка и отладка управляющих программ в инструментальной 2D и 3D виртуальной среде как СЧПУ (рис. 2), так и на персональном компьютере. В докладе приводятся примеры таких инструментальных сред для различных средств технологического оснащения и отмечаются их особенности.

а) б)

Рис. 2. Пульт управления металлообрабатывающего станка с СЧПУ: а) с двумя панелями; б) одна из мнемосхем оператора-технолога

Для решения различных индустриальных задач разрабатывают и используют промышленные роботы. Их использование наблюдается и на предприятиях приборостроения, в частности, в виде роботизированных модулей и робото-технических комплексов, решающих задачи механообработки разных материалов, пайки, сварки, окраски, сортировки, измерения, сборки и транспортировки.

Согласно ГОСТ Р 60.0.0.2-2016 (ISO 8373:2012) промышленный робот определяется как «автоматически управляемый, перепрограммируемый манипулятор, программируемый по трем или более степеням подвижности, который может быть установлен стационарно или на мобильной платформе для применения в целях промышленной автоматизации», а манипулятор - «устройство, механизм которого обычно состоит из нескольких звеньев, вращающихся или перемещающихся поступательно друг относительно друга с целью взятия и/или перемещения объектов (деталей или инструмента), как правило, по нескольким степеням свободы». С учетом приведенных определений различают промышленные манипуляционные роботы, которые ориентированы на выполнение технологических операций, и транспортные роботы (мобильные роботы), осуществляющие внутрицеховые и межцеховые перемещения на своей платформе различных физических объектов, грузов. Мобильный робот - «робот, способный передвигаться под своим собственным управлением».

В робототехнических комплексах и роботизированных линиях роботы могут работать автономно, совместно друг с другом и во взаимодействии с человеком в рабочем пространстве (рис. 3). Взаимодействие оператора с роботом определяется его программно-аппаратными устройствами ввода-вывода информации. Так, возможно взаимодействие с использованием задающих устройств (например, кнопок, джойстиков), звуковое (речевых команд, звуковых сигналов), визуальное (жестов, распознавания мимики) и через церебральные интерфейсы (нейрокомпьютерный интерфейс или интерфейс мозг-компьютер). Последние детально обсуждаются в докладе.

В нашей стране используются в основном промышленные роботы, производимые зарубежными компаниями, например, Fanuc Robotics и KUKA Roboter GmbH. Каждая из них представляет широкий модельный ряд роботов для разнообразных приложений (рис. 4).

Передаточное окно Интерфейсное окно Совместное рабочее Осмотр/проверка

пространство

Управляемый вручную робот

Рис. 3. Примеры совместной работы человека с роботами

Рис. 4. Промышленные роботы компании Fanuc Robotics:

а) фрагмент модельного ряда роботов; б) интеллектуальный переносной пульт;

в) системный контроллер

В заключительной части доклада проводится сравнительный анализ возможностей и показывается целесообразность широкого использования роботов различных компаний в робототехнических комплексах технологических систем промышленных предприятий приборостроительной отрасли.

© Г. А. Сырецкий, 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.