СЕГОДНЯШНИЕ "ЗАВОДЫ БУДУЩЕГО"
"Поколения поколениями, - скажет вдумчивый читатель, - но хорошо бы увидеть хотя бы одну работающую систему, так сказать, ощутить идею в натуре".
Рассмотрим примеры уже работающих систем, подобных или приближающихся к концептуальной схеме завода будущего.
Начнем с прообраза такого робота - обрабатывающего центра. Идея его зиждется на принципе "все делается в одном месте". Обычно процесс производства средней детали состоит из нескольких основных формообразующих операций: сверлильной, токарной, фрезерной, шлифовальной и т. п., и обычная схема изготовления такой детали следующая. Берется четыре станка, каждый из которых выполняет одну какую-либо операцию. Установим эти станки в мало-мальски типовой последовательности. Поставим роботы-манипуляторы, накопители и т. и. - и участок готов. Можно пойти и другим путем. Создать универсальный станок, который об12 В. Бусленко jy ладает целым набором инструментов: несколько десятков сверл и фрез, шлифовальных дисков и т. п. Станок снабжен специальным поворотным столом, жестко закрепляющим деталь, вращающим и подающим ее в разнообразных направлениях. На таком обрабатывающем центре можно одновременно делать несколько операций, например сверлить и фрезеровать. Обрабатывающий центр - прямой потомок станков с ЧПУ - следующее поколение станочного парка.
Если поставить несколько станков типа "обрабатывающий центр", соединить их манипуляторами и транспортной системой, получим робототехнический участок.
Для адекватного управления им нужна современная мини-ЭВМ.
Рассмотрим, например, систему ROTA - FS-200, созданную на станкостроительном комбинате имени 7 Октября в Берлине. В ней магазин накопитель деталей выполнен в виде двух стеллажей, между которыми движется робот-загрузчик. Все восемь станков системы работают согласованно, подчиняясь командам единого вычислительного центра. Каждый станок, кроме того, снабжен собственным устройством автономного управления и роботом-загрузчиком. Этот робот подает заготовки из промежуточных магазинов и возвращает в них обработанные детали, меняет инструмент и элементы оснастки.
Промежуточные магазины играют роль своеобразных контейнеров, в которых детали и инструмент циркулируют по транспортной сети системы, они перемещаются с помощью специального подъемного механизма. А конечной станцией сети является центральный накопитель, устроенный также в виде двух стеллажей, между которыми движется штабелер-погрузчик. Контроль за работой всей системы ведется с центрального пульта управления.
По сравнению с обычным станочным парком такие автоматизированные комплексы позволяют сократить численность обслуживающего персонала на 70 процентов, вдвое уменьшить производственные площади и повысить производительность труда на 300 процентов.
В Болгарии разработан проект автоматизированного производства деталей типа тел вращения. Составной единицей производства является модуль МС-РСД, демонстрировавшийся в действии на выставке в Москва "Болгария - 30 лет по пути социализма". Модуль МС-РСД включает в себя токарный станок модели СЕ062 "Perun" с ЧПУ и автоматической сменой режущего инструмента, манипулятор, специальную тару, несущую партию заранее ориентированных деталей и загрузочную станцию. Манипулятор выполняет загрузочно-разгрузочные операции, имеет грузоподъемность 80 килограммов и перемещается от загрузочной станции к шпинделю станка. Он состоит из салазок, перемещающихся посредством гидромотора параллельно оси шпинделя станка, из загружающих и разгружающих рук, приводимых в движение гидроцилиндрами. Управление осуществляется малой ЭВМ, ИЗОТ-0310.
Болгарскими специалистами разработано также автоматизированное производство для сложнейших корпусных деталей, состоящее из сверлильно-фрезерно-расточных обрабатывающих центров. Особенностью производства является отсутствие склада. Подлежащие обработке заготовки с помощью напольной каретки, перемещающейся по проложенным вдоль ряда станков направляющим рельсам, сразу же поступают в позиции ожидания соответствующих станков.
Внедрение системы "Sistem-2790" на одном из машиностроительных заводов Болгарии позволило при том же количестве рабочих увеличить объем выполненных работ на 50 процентов и сократить продолжительность их выполнения более чем в 1,5 раза. Другой роботизированный участок, ROTA-200, предназначен для централизованного изготовления зубчатых колес с наружным диаметром 60-200 миллиметров партиями по 30- 40 штук. Производительность участка - 200 тысяч деталей в год. Он состоит из двух подсистем: токарной обработки, шлифования баз и протягивания внутреннего профиля, а также обработки зубчатого венца. Восемь станков участка расположены по обе стороны от транспортной складской системы, которую обслуживает штабелер, управляемый от ЭВМ или с пульта. Детали транспортируются по участку в магазинах емкостью по 24 или 48 штук в зависимости от размеров.
Заготовки вручную устанавливаются в специальные патроны и ориентируются по предварительно просверленным отверстиям. Данные о заполненных магазинах вводятся в ЭВМ, после чего штабелер устанавливает их в одну из ячеек в начале транспортной складской системы. Для хранения магазинов с заготовками и обработанными деталями в начале и в конце системы предусмотрены специальные секции по 12 магазинов в два этажа. Работу участка планирует ЭВМ типа РЗОО, которая каждые 7-10 дней рассчитывает предварительную программу работы участка. Непосредственно управляет работой участка малая ЭВМ типа KRS-4100.
В нашей стране наряду с аналогичными разработками осуществляются проекты и более крупных масшта бов, где роботы активнее участвуют в самом процессе производства, осуществляя не только транспортировку, но и сборку и даже контроль изделий. География их весьма обширна, а объем грандиозен. Петрозаводск и Орел, Таллин и Тарту, Смоленск и Тольятти...
Около двухсот автоматических манипуляторов занимаются сборкой часов в объединении "Петродворцовый часовой завод". Это сообщество роботов, создатели которого были удостоены Государственной премии СССР, освободило от монотонной работы 500 человек. На этом предприятии сборку точнейших механизмов для всей годовой программы - а это около четырех миллионов штук наручных часов - взяли на себя автоматические манипуляторы. В результате производительность труди увеличилась в шесть раз, в шесть раз возрос и объем продукции, отмеченной государственным Знаком качества. В корне изменился и характер труда. В сборочном цехе этого завода вы не увидите традиционных конвейеров с рядами склонившихся над ними работниц. Главной фигурой в нем стали наладчики и операторы высокой квалификации, обеспечивающие бесперебойную работу оборудования.
Приборостроение является еще одной отраслью, где комплексная автоматизация привела к созданию роботов-цехов и роботов-участков. Приборостроение, кстати, было первой отраслью, где роботехнические комплексы встретили буквально с распростертыми объятиями.
Ибо никакая другая техника не могла превратить поточные линии в экономичные, быстропереналаживаемые автоматические производства. Приборостроение отличает огромная номенклатура выпускаемых изделий десятки тысяч наименований, - а также большой удельный вес сборки, на которую приходится более половины всех трудоемких операций.
Дольше всех не поддавалась автоматизации транспортировка деталей от агрегата к агрегату, а также их загрузка и выгрузка, поскольку наибольшую сложность при этом представляла "стыковка" роботов с уже установленными в цехах поточными линиями. Тогда-то у проектировщиков и родилась мысль о необходимости создавать такие комплексы, для которых технологическое оборудование проектировалось бы совместно с роботами.
Первой ласточкой среди предприятий подобного рода стал освоенный в орловском производственном объединении "Промприбор" комплекс контроля терморегуляторов для домашних холодильников.
Изготовление деталей терморегулятора, их сборка, настройка, а также пайка, мойка, вакуумная сушка, контроль герметичности, сварка и другие операции, вплоть до окончательной сборки, полностью автоматизированы. Все этапы технологии, объединенные транспортной системой, управлялись комплексом на базе машины М-6000. Загрузку и выгрузку оборудования вели 34 промышленных робота ПР18-2, имеющие четыре степени подвижности и высокую точность позиционирования (+0,1 мм).
Рассчитанный на выпуск трех миллионов приборов в год, этот комплекс высвободил 400 человек и дал годовой экономический эффект 800 тысяч рублей.
Достижение орловских приборостроителей вдохновило их эстонских коллег, которые в 1981 году разработали роботизированный комплекс для изготовления электроизмерительных приборов. За основу приняли робот ПР5-2 с пятью степенями подвижности. В 1981 году на таллинском ПО "Промприбор" внедрена линия сборки, на которой работают восемь роботов. Еще более массовое применение подобного оборудования началось в 1983 году, когда вошел в строй цех по выпуску индикаторов уровня звукозаписи. В его составе действует 20 транспортных модулей и 40 роботов. Это высвободило 700 человек и дает экономический эффект в 23 миллиона рублей.
Создавая переналаживаемые многономенклатурные производства, приборостроители разрабатывают роботизированный участок по изготовлению шестерен для электрических исполнительных механизмов. Участок, состоящий из шести токарных станков с ЧПУ, вертикально-фрезерного станка, пяти зубодолбежиых полуавтоматов, восьми промышленных роботов, двенадцати подъемников-накопителей, вступит в эксплуатацию в 1985 году. Он будет обрабатывать шестерни семи различных диаметров.
Специально для переналаживаемого комплекса приборостроители разрабатывают новый промышленный робот с электроприводом. У него пять степеней подвижности, повышенная точность позиционирования (+0,5 мм), высокие скорости перемещения (до 1 м/с), а также небольшие габариты и вес. Характеристики улучшены благодаря использованию малоинерционных двигателей постоянного тока, волновых редукторов, кодовых фотоэлектрических датчиков. Проходящие сейчас испытания макетного образца робота показали, что его можно будет использовать для сварочных и окрасочных работ.
Сейчас в отрасли разрабатывается оборудование для переналаживаемых сборочных производств. В линии сборки термовентилей, внедренной на Тартуском приборостроительном заводе, уже успешно опробован несинхронный транспортер и обслуживающие его семь промышленных роботов, а также другое оборудование.
Одновременно прорабатывается вариант гибкой переналаживаемой сборочной системы сотового типа для сборки свыше тысячи модификаций манометров. Центральным узлом системы является многоэтажный поворотный магазин, в ячейках которого хранятся заготовки, оснастка, инструмент и готовые изделия. Передачу деталей от магазина к транспортным и технологическим модулям осуществляют промышленные роботы.
Подобная система позволяет лучше использовать объем производственных помещений, допускает она и частичную переналадку производства без полной его остановки.
В настоящее время в чекобсарском ПО "Промприбор" уже действует переналаживаемый робототехнический комплекс (РТК) горячей штамповки для деталей диаметром от 7 до 20 миллиметров. В смоленском ПО "Искра" внедрен РТК трафаретной печати. Во всех случаях переналадка на новый тип заготовки занимает не более одного часа.
В соответствии с принятой в отрасли комплексной программой предусмотрено в одиннадцатой пятилетке создать и внедрить в производство свыше 700 робототехнических комплексов, в которых будут работать около трех тысяч промышленных роботов.
Всего же в отрасли их должно быть внедрено 30 тысяч.
САМОВОСПРОИЗВОДСТВО?!
"Самовоспроизводство" - довольно претенциозное слово, особенно в книге о роботах; и дотошный читатель, видимо, уже насторожился, вытащил из колчана пару стрел-аргументов, натянул лук остроумия и приготовился сражаться за тезис о том, что самовоспроизводство - функция только живой материи. Мы не будем вести спор на эту вечную кибернетическую тему. А просто поведем речь о заводе, на котором роботы делают роботов.
На заводе компании "Фанук", разместившемся в желтых зданиях в сосновом бору близ Фудзиямы, автоматические центры механической обработки и роботы по ночам, как правило, работают без присмотра. Только вспыхивают тусклые голубые сигнальные огоньки, когда автоматические тележки, словно призраки, двигаются в полумраке. Этот завод, один из двух, составляющих фудзиямский комплекс, изготавливает детали для роботов и станков (которые, однако, собираются вручную). За механической обработкой, происходящей на площади в 16 тысяч квадратных метров, наблюдает по ночам один-единственный оператор, следящий за работой машин на дисплее. Когда что-то выходит из строя, он может отключить данный участок, в то время как работа на остальных может продолжаться.
Некоторые специалисты считают фудзиямский комплекс фирмы "Фанук" лишь своего рода витриной. Общая стоимость этого завода составила примерно 32 миллиона долларов, включая стоимость 30 секций механической обработки, состоящих из станков с компьютерным управлением, обслуживаемых роботами, из манипуляторов, переносящих материалы, из мониторов и из программируемого контрольного устройства, координирующего весь процесс. "Фанук" подсчитала, что ей, вероятно, потребовалось бы в десять раз больше капиталовложений, чтобы иметь тот же выход продукции при обычном оборудовании. Кроме того, потребовалось бы в десять раз больше работников. Сейчас их около ста человек. На этом заводе один работник наблюдает за десятью секциями механической обработки; остальные заняты техническим уходом и сборкой. В целом завод примерно в пять раз производительнее, чем такой же завод при обычном оборудовании.
На другой стороне улицы помещаются 60 секций механической обработки. Там же действует 101 робот.
В большом двухэтажном здании ведется автоматическая обработка и сборка. Общий объем продукции - 10 тысяч электромоторов в месяц. Люди здесь работают лишь днем, выполняя обязанности по техническому уходу. Роботы работают всю ночь в тишине, нарушаемой только "вздохами" гидравлических прессов и жужжанием автоматических тележек. На первом этаже этого завода расположены все секции механической обработки и 52 робота. Завод обрабатывает детали примерно 900 типов и размеров партиями от 20 до 1000 комплектов.
После механической обработки детали временно попадают на склад, откуда их потом автоматически извлекают для сборки, производимой на втором этаже.
Фирма "Ямадзаки мэшинери" имеет основанный на использовании роботов завод близ Нагой, изготавливающий детали токарных станков с машинным цифровым управлением, и центры механообработки; последние объединяют несколько металлообрабатывающих станков и автоматические приспособления для замены инструмента. В дневное время на этом заводе занято двенадцать рабочих. По ночам машины продолжают работать под наблюдением лишь одного дежурного оператора.
Обычная система механической обработки аналогичной производственной мощности, по данным этой компании, потребует двести пятнадцать работников и почти в четыре раза больше машин, и, кроме того, для изготовления деталей, которые новый завод выпускает за три дня, потребовалось бы три месяца.
Еще один автоматизированный завод фирмы "Ямадзаки" будет введен в строй в близком будущем. Все шестьдесят пять станков нового завода с машинным управлением и тридцать четыре робота будут связаны между собой с помощью волоконно-оптического кабеля.
Конструкторское бюро, тоже с машинным управлением, находится в главной конторе. Оттуда можно дать заводу команду изготовить требуемые детали, инструмент, рабочие приспособления, закладывая в память ЭВМ названия различных образцов. Требуется лишь нажать несколько кнопок, чтобы пустить всю систему.
На заводе будет занято двести пятнадцать человек вспомогательного персонала. Для выпуска планируемого объема продукции на обычном заводе потребовалось бы две с половиной тысячи человек.
В Западной Европе, которая сильно отстает не только от лидера роботизации Японии, но и от СССР, находящегося на втором месте в мире, также ведутся разработки роботизированных цехов.
Первая такая система вступила в строй в прошлом году в Крюкерке (Англия). Она связывает совокупность механообрабатывающих станков в одну полностью интегрированную производственную ячейку и включает в себя системы с ЧПУ для смены инструментов обработки, управления процессом в реальном масштабе времени и автоматического передвижения обрабатываемых изделий по цеху.
В Колчестере (графство Эссекс) открылся первый в Англии полностью автоматизированный завод, где роботы и ЭВМ делают, по существу, все. Персонал, который там занят, - это горсточка операторов, включающих оборудование и присматривающих, чтобы работа шла гладко.
Результат всего этого - сокращение затрат времени на обработку, уменьшение количества производственных запасов и, само собой разумеется, экономия трудовых затрат.
Завод в Эссексе производит разнообразные шпиндели, шестерни и колеса. Вдоль ленты непрерывного конвейера, по которому перемещаются обрабатываемые заготовки, выстроилась цепочка автоматических станков.
Они загружаются роботами, управляемыми с помощью датчиков, ЭВМ и экранов видеодисплеев.
Такая робототехническая система идеальна для мелкосерийного производства: теперь на складе готовой продукции можно иметь ограниченное число деталей, которые уходят оттуда в течение непродолжительного времени. Упор здесь делается, как и во всех гибких системах, на способность быстро реагировать на изменения конъюнктуры путем изменения количества и ассортимента продукции.