Промышленные роботы: виды, применение и внедрение в производство

Содержание:

• Где и для чего используются в производстве промышленные роботы?
• Сферы применения
• Классификация промышленных роботов
• Виды роботов по назначению
• Дополнительные классификации промышленных роботов
• Внедрение промышленных роботов на предприятии
• Что нужно знать перед внедрением?
• Плюсы использования промышленных роботов на производстве

Промышленный робот – это автоматизированное высокотехнологичное устройство, которое работает по заранее заданной программе. Оно быстро, четко и точно выполняет сложные, опасные или монотонные задачи без постоянного участия оператора. В зависимости от конструкции и оснащения робот может перемещать детали, подавать заготовки к станку, собирать изделия, сваривать элементы, наносить покрытия, сортировать продукцию, укладывать груз на поддоны, выполнять контроль качества и другие технологические операции.

Конструкция обычно включает пять ключевых элементов:

• Манипулятор – механический блок, состоящий из осей и подвижных звеньев.
• Управляющий модуль – контроллер в связке со специализированным ПО.
• Сменный инструмент – захваты, сварочное оборудование, распылители, дозаторы и др.
• Сенсорный блок – элементы обратной связи, отслеживающие положение, прилагаемое усилие и сам процесс.
• Приводная группа – силовые агрегаты, обеспечивающие движение по каждой оси.

Алгоритм функционирования несложный. Сигнал от контроллера преобразуется в движение приводов, при этом замкнутый контур обратной связи через датчики обеспечивает заданные параметры позиционирования и стабильность цикла.

Где и для чего используются в производстве промышленные роботы? 

Промышленные технологические роботы применяют там, где производственный процесс состоит из повторяющихся, точных, тяжелых или потенциально опасных операций. Конкретная задача зависит от отрасли, продукции и организации процесса. 

Сферы применения

Сфера	Как используются роботы?
Электроника	Распаковка комплектующих, размещение на технологической оснастке для сборки, пайка плат, контроль готовых изделий на предмет брака, установка микросхем.
Металлообработка	Резка, сверление, фрезеровка, сварка металла, шлифование, полировка, нанесение защитных покрытий, подъем тяжелых конструкций, складирование, упаковка и транспортировка.
Автомобилестроение	Сборка деталей, сварка кузовов, полировка, покраска, тестирование, перемещение крупногабаритных элементов.
Пищевое производство	Шинковка овощей и фруктов, сортировка сырья, перемещение продуктов по конвейеру, контроль качества, санитарная обработка, упаковка, нанесение маркировки.
Авиа- и судостроение	Сборка, сварка сложных пространственных швов, измерение и контроль геометрии крупных деталей.
Нефтегазовое производство	Обследование труднодоступных и опасных объектов без риска для людей.
Полиграфическое производство	Автоматизация послепечатной обработки, подача материалов, управление внутренними потоками, финальное паллетирование.
Фармацевтическое производство	Выполнение стерильных операций, фасовка, упаковка, контроль качества.
Производство мебели	Сварка, резка и пайка металла для каркасной мебели, шлифовка, полировка, покраска, сборка изделий.
Логистика	Комплектование заказов, погрузка, транспортировка, паллетизация.

Широкий функционал роботов позволяет адаптировать их к требованиям конкретного сектора и стать драйвером создания интеллектуальных производств. А благодаря внедрению алгоритмов ИИ и чувствительных датчиков современное оборудование демонстрирует еще более высокую точность при выполнении трудоемких операций.

Классификация промышленных роботов

Для удобства выбора и эксплуатации промышленные роботы делят на группы в зависимости от их функциональных возможностей, конструктивных особенностей и условий применения.

Основные виды роботов по кинематической структуре

1. Картезианские (линейные) 

Перемещение осуществляется вдоль трех линейных координат – X, Y и Z. Благодаря этому он хорошо подходит для портальных конструкций и производственных зон, где требуется простое и предсказуемое позиционирование. Обычно применяется для загрузки станков, дозирования, укладки, переноса деталей и охвата больших рабочих площадей.

Он выделяется высокой жесткостью конструкции, простой логикой движения, комфортной работой на больших ходах, точностью при выполнении прямолинейных операций. Однако обладает ограниченными возможностями при работе по сложным пространственным траекториям и в условиях, требующих обхода преград.

2. Шарнирные (ангулярные) 

Самый популярный тип в промышленности. Оснащен несколькими поворотными осями, что позволяет ему выполнять сложные движения в трехмерном пространстве. Шарнирные модели востребованы при сварке, покраске, паллетировании, обслуживании станков и перемещении грузов.

Отличается высокой гибкостью, широким набором положений для работы, универсальностью. Но интеграция не самая простая. 

3. SCARA-роботы

Промышленные роботы, у которых рычажная кинематическая схема обеспечивает высокоскоростное и точное перемещение рабочего инструмента по горизонтали. Их используются чаще всего для сборки и упаковки. SCARA-роботы могут подать мелку деталь, установить элемент и упаковать.

Их главные достоинства – скорость, точность и удобство работы в стесненных условиях.

4. Параллельные (дельта) 

Дельта-роботы построены на параллельной кинематике. Благодаря легкой подвижной части они способны работать очень быстро. Их применяют для сортировки, упаковки, перемещения и работы с легкой продукцией. 

Хороши для быстрых типовых операций, но не годятся вместо универсального манипулятора с несколькими осями.

Виды роботов по назначению

По своему назначению промышленные роботы делятся на универсальные, специализированные и коботы. 

Универсальные модели оснащены многоцелевыми манипуляторами, что позволяет применять их для решения самых разных производственных задач. При необходимости оборудование легко перенастраивается под новые операции.

Специализированные роботы создаются для одной конкретной задачи, например, для сварки, покраски, шлифовки или загрузки станков. Они не универсальны, но зато отлично справляются со своей узкой задачей. Есть модели, которые укладывают готовую продукцию на поддоны, сварочные манипуляторы, заменяющие нескольких сварщиков, окрасочные с распылителями для нанесения покрытий. Отдельно выделяют сервисных роботов, которые занимаются вспомогательной работой, например, перевозят материалы по территории завода, и роботов для обслуживания станков, которые ставят и вынимают детали, следят за работой оборудования.

Коботы предназначены для взаимодействия с человеком в общем рабочем пространстве. Их применяют на тех участках, где полная автоматизация затруднена. Они берут на себя рутинные и повторяющиеся операции, а человек контролирует процесс и решает нестандартные задачи. Безопасность обеспечивается датчиками, которые при приближении сотрудника автоматически замедляют или полностью останавливают движение робота.

Дополнительные классификации промышленных роботов

По способу управления промышленные роботы делятся на три типа. Программные действуют строго по заложенному алгоритму и не меняют поведение в процессе работы. Адаптивные оснащены сенсорами, которые считывают внешние условия, и на основе этих сигналов корректируют движения прямо во время выполнения операций. Интеллектуальные или гибкопрограммируемые используют элементы искусственного интеллекта. Они способны принимать решения самостоятельно, без участия оператора.

Если рассматривать промышленных роботов по маневренности, выделяют стационарные и мобильные модели. Первые жестко закреплены на полу, потолке или наклонных конструкциях и не перемещаются, хотя их рабочие органы обладают необходимой подвижностью. Вторые могут свободно передвигаться, что делает их незаменимыми на складах и в логистических центрах.

По способу установки различают встроенные варианты, которые монтируются непосредственно на платформу, подвесные системы, закрепленные сверху, и напольные модели, стоящие на полу.

Промышленные роботы также классифицируются по грузоподъемности. Легкие рассчитаны на вес до 10 килограммов, средние поднимают до 200 килограммов, а тяжелые способны работать с грузами более 200 килограммов.

Внедрение промышленных роботов на предприятии

Внедрение промышленных роботов представляет собой инженерный проект, который затрагивает технологические процессы, оборудование, системы управления и организацию производства. Перед установкой роботизированного комплекса необходимо определить производственные задачи, рассчитать требуемую производительность, подобрать манипулятор и периферийное оборудование, разработать алгоритмы управления и обеспечить безопасную интеграцию с действующей инфраструктурой предприятия.

Ошибки на этапе проектирования могут привести к несоответствию робота технологической задаче, увеличению цикла обработки, простоям и дополнительным затратам на доработку оборудования. Поэтому роботизация выполняется поэтапно.

Этапы внедрения:

1. Оценка производственных операций. Предпринимается для выявления проблемных мест, которые выгоднее всего автоматизировать. Анализируются существующие показатели, характер выпускаемой продукции и операции, где человеческий труд можно заменить техникой.
2. Определение приоритетного участка для роботизации. Выбирается участок, на котором автоматизация принесет максимальную отдачу при наименьших вложениях в запуск. Обычно это сборочные линии, сварочные посты или упаковочные цеха.
3. Составление технического задания. Разрабатывается развернутый перечень требований к будущему роботу. Прописываются рабочие характеристики, допустимые рамки, размеры обрабатываемых предметов, условия монтажа и нормы промышленной безопасности.
4. Внедрение. Этап, который часто вызывает сложности. Хотя современные роботы изначально проектируются с расчетом на совместную работу с другими агрегатами и управляющими контурами, при внедрении в уже сложившиеся линии нередко требуется доработка программного обеспечения или установка дополнительных стыковочных модулей.
5. Подготовка кадров и пусконаладочные работы. Работники предприятия проходят инструктаж, осваивают основы управления, регулировку и сервисное обслуживание роботов. Это уменьшает зависимость от сторонних специалистов и позволяет оперативно устранять неполадки.
6. Изменение организационной структуры предприятия. Появляются новые должности, корректируется работа всех подразделений, которых коснулся процесс автоматизации. 
7. Наблюдение и корректировка. После старта эксплуатации ведется постоянный контроль над работой оборудования, вносятся необходимые правки и оценивается фактическая эффективность. На основе полученных данных может быть принято решение о дальнейшем расширении автоматизации.

Что нужно знать перед внедрением?

Решение о роботизации желательно принимать после технического и экономического расчета.

Роботизация потребует переподготовки сотрудников. Им предстоит освоить управление, настройку, поиск неисправностей и переналадку оборудования под новые задачи. На это потребуется дополнительное время и деньги.

Кроме того, роботы могут не справиться с нестандартными ситуациями. При любом отклонении от обычного хода работы, например, появления дефектной детали или сбое подачи, необходимо будет вмешательство человека или изменение программы.

Также могут возникнуть трудности с подключением промышленных роботов к имеющейся технике. Оборудование прошлых лет часто несовместимо с новыми стандартами, и интеграция превращается в непростую инженерную задачу. Вопрос обычно решается заменой на современное оборудование. 

И еще один важный момент – обслуживание. Промышленные роботы нуждаются в регулярном уходе. Если его не обеспечить, они со временем станут работать некорректно, чаще ломаться и, в конечном итоге, могут остановить все производство до устранения неполадок.

Успех внедрения зависит от готовности предприятия. Нужно не только решать текущие задачи, но и закладывать возможность расширения системы в будущем. А также быть готовым к перестройке процессов и к дополнительным расходам на обслуживание.

Плюсы использования промышленных роботов на производстве

• Рост производительности. Промышленный робот не устает, не отвлекается и не ошибается, у него нет выходных и отпусков. Скорость выполнения операций увеличивается в среднем на 20-40%.
• Стабильное качество. Траектория повторяется с точностью до сотых долей миллиметра. Первая деталь в партии идентична десятитысячной. Это снижает затраты на контроль качества и рекламу.
• Экономия материалов. Промышленный робот наносит ровно столько клея, краски или герметика, сколько нужно по математической модели. Точная дуга при сварке экономит газ и проволоку.
• Уменьшение нагрузки на кадры. Робот заменяет рутинный тяжелый труд. Предприятие может переобучить рабочих на более квалифицированные и высокооплачиваемые позиции, например, на оператора роботизированного комплекса.
• Снижение расходов на производство. За счет минимизации брака, уменьшения простоев и экономии на материалах и персонале. 
• Безопасность. Вывод человека из зон с высокой температурой, токсичными испарениями, искрами и тяжелыми грузами.
• Гибкость. Переход на выпуск нового изделия требует замены программы и оснастки, а не формирования новой производственной линии.

Часто задаваемые вопросы