CC BY
245
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: [email protected]
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: [email protected]
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
