(Р)еволюцията на роботите и високотехнологичната автоматизация в машиностроенето

РоботикаТенденцииСпециален брой: Иновации в машиностроенето • 08.09.2022

  • Автоматизацията и роботизацията днес са неизменна част от производствените технологии в машиностроенето

  • Роботите – обслужващи, обработващи, спомагателни или пък колаборативни, стават все по-достъпни, мултифункционални и интуитивни за програмиране и управление

  • Наред с конвенционалните промишлени роботи за автоматизация на производствени машини все по-категорично се нареждат и коботите, считани за роботизираната технология на новото хилядолетие

Макар да сме свикнали да гледаме на еволюцията като на бавен, сложен и дълъг процес, при който промените се случват постепенно, модерната индустрия ежедневно опровергава тази наша представа. В сферата на високите технологии еволюционните изменения често са взривни, скокообразни, а всяко следващо поколение технически решения в машиностроенето се стреми да “надникне” отвъд принципите на четвъртата промишлена революция, концепциите за автономна работа и интелигентните функции. И ако специализацията дълги години диктуваше тенденциите в развитието на производствените системи, а хората, оборудването и роботите заемаха обособени работни станции, пространствено и дори физически отделени една от друга, то в наши дни на фокус са колаборативните приложения, в които човекът и роботизираните машини все по-активно взаимодействат помежду си в споделени работни зони.

Автоматизацията и роботизацията днес са неизменна част от машиностроителните технологии, а ролята на работника коренно се трансформира – от ръчно изпълнение на задачи, надзор и поддръжка на дадена станция към стратегическо планиране, отдалечено наблюдение и интелигентно управление на процесите. Същевременно промишлените роботизирани и високоавтоматизирани системи стават все по-достъпни, мултифункционални и интуитивни за управление. От цеховете на глобалните производства те постепенно навлизат и в малките и средни предприятия.

 

Технологично развитие и пазарни тенденции

Освен за обслужване на режещи и обработващи машини и центри, преси, абканти, шприцавтомати и друго технологично оборудване, роботите все по-масово се използват и в качеството им на обработващи решения (за фрезоване, пробиване, заваряване и т. н.). Извършването на довършителни и спомагателни операции като шлифоване, зачистване, обезмасляване, боядисване и нанасяне на покрития, палетизиране, опаковане и др. също във все по-голяма степен се делегира на роботите поради отличната ефективност, прецизност и производителност, които демонстрират.

Роботизираните клетки и линии са основно средство за изпълнение на цялостни цикли от производствени задачи във все повече модерни производства и приложения, а модулните роботи непрекъснато “набират скорост” в практиката благодарение на впечатляващата си гъвкавост. Сред водещите тенденции, които дефинират развитието на роботиката и автоматизацията в съвременното машиностроене, са и “plug-and-play” решенията с фокус върху бързата и лесна интеграция на роботизирани системи, периферни устройства и спомагателно оборудване в съществуващите машини и станции.

От гледна точка на конфигурирането и софтуерното осигуряване на производствените приложения в машиностроителния бранш, на преден план излизат цялостните платформи за програмиране и управление с опростени графични и “drag-and-drop” интерфейси, сензорни екрани и интелигентни функции за автономна работа. При колаборативните, а все по-често и при конвенционалните роботи, се залага на т. нар. “low-code” и “no-code” програмиране (генериране на програми посредством избор на предварително дефинирани модули, блокове и диаграми, без писане на код). Това елиминира голяма част от бариерите пред автоматизацията и роботизацията в машиностроенето.

Роботите – обслужващи, обработващи, спомагателни или пък колаборативни, стават все по-достъпни и във финансов аспект, по-лесни за интеграция, въвеждане в експлоатация и управление. Постпандемичната индустрия толкова отчетливо залага на роботиката, че маркетолозите очакват стойността на глобалния пазар на промишлени роботи още през следващата година да надхвърли 40 млрд. щатски долара. Този експоненциален ръст се дължи и на множество други технологични и социоикономически фактори, включително нарастващото разнообразие от модели с разширена функционалност, подобрената безопасност, усъвършенстваната гъвкавост, ефективност и производителност, високите цени на труда и недостигa на квалифицирани кадри.

В допълнение индустриалните роботи от ново поколение се отличават с едно ключово предимство от предшествениците си – те са изключително адаптивни що се отнася до разнотипни приложения и вариации в производствените обеми и работните параметри. Експертите отдават това на впечатляващия напредък в сфери като изкуствен интелект, машинно и дълбоко самообучение, компютърно зрение, интелигентни сензори и т. н. Благодарение на множеството разработки в тези иновативни области роботизираните системи са способни да реагират все по-адекватно на промените в работните условия и околната среда, включително и в непознати, неструктурирани среди. Така приложната област на роботиката в тази традиционна индустрия непрекъснато се разширява, превръщайки я в един от най-високотехнологичните отрасли на новото време.

 

Новости в роботизираното обслужване

Роботизираните манипулатори са все по-чест и логичен избор на машиностроителните предприятия при планирането на решения за обслужване на металообработващи и металорежещи машини, преси, системи за инжекционно формоване и други типове производствено оборудване. Подходящи за оптимизиране посредством обслужващ робот са редица процеси като фрезоване, струговане, шлифоване, заваряване, лазерно рязане, пресоване, пробиване, щамповане, щанцоване, коване и т. н.

Традиционни задачи, които се “възлагат” на роботите, са зареждане на заготовки и разтоварване на готовите детайли, селектиране и сортиране, измерване, маркиране, “pick-and-place” и “bin-picking” операции (с избор на произволен елемент от контейнер), подаване на материал, полиране, почистване и обезмасляване, дозиране на технологични флуиди, боядисване, нанасяне на покрития, палетизиране и др.

В зависимост от конструкцията, товароносимостта на манипулатора, степените на свобода, типа на хващача и други технически характеристики роботите могат да бъдат внедрявани в най-различни приложения за работа с широк асортимент от машини.

На пазара се предлагат както самостоятелни системи – стандартни, универсални или специализирани за дадена операция, така и цялостни решения, включващи основната машина, фабрично оборудвана със съответния робот.
Шарнирните, 6-осните и SCARA конфигурациите са все по-търсени решения за обслужване на металорежещи и металообработващи машини поради високата им гъвкавост. Те са подходяща база за изграждане на роботизирани клетки за машиностроенето, които са пространствено обособени от останалите работни зони в цеховете и функционално покриват всички необходими задачи по обслужването на съответните машини.

Сред ключовите типове роботизирани системи в модерната индустрия са и монтажните роботи, които разполагат с три или повече оси и обикновено се внедряват в линии за асемблиране на различни многокомпонентни системи и изделия в автомобилостроенето, уредостроенето и генералното машиностроене. Особено популярни в сегмента са 6-осните роботи, които не само могат да достигнат до всяка точка в пространството на работния си обсег, но да го сторят и от всеки възможен ъгъл. Тази висока степен на свобода на движението прави възможно рентабилното производство на висококачествени части и детайли с прецизни повърхности и минимална или елиминирана нужда от довършителна обработка.

 

Колаборативни приложения и иновации в програмирането

Наред с конвенционалните промишлени роботи за автоматизация на производствени машини през последните две десетилетия все по-категорично се нареждат и коботите, считани за роботизираната технология на новото хилядолетие. Макар да не разполагат с товароносимостта, производителността и обсега на традиционните системи – характеристики, които са високо ценени в тежкото машиностроене и металообработката, колаборативните модели изпъкват с други предимства. Сред тях са високата степен на безопасност и богатите им възможности да автоматизират множество рискови, повторяеми и трудоемки дейности в по-леките и дребномащабни производства, които иначе биха били извършвани ръчно или с помощта на съответното стандартно оборудване или инструменти.

Колаборативната автоматизация е отлично решение за обслужване на металорежещи и металообработващи машини с ЦПУ, машини за леене под налягане, абкант преси, ротационни индексиращи маси и др. Основен плюс на коботите в такива приложения е, че не само могат напълно автоматизирано да стартират, изпълняват и рестартират работни програми в непрекъснат режим, но и да гарантират безусловната безопасност на операторите, когато е необходимо навлизането им в споделената функционална зона.

Колаборативните роботи са достъпен и гъвкав вариант за малки и средни предприятия, където е налице необходимост от смяна на работната станция и приложението на робота. Водещи техни предимства са бързото и улеснено програмиране, потенциалът да се адаптират към всякакви типове машини и възможността за практически незабавно въвеждане в експлоатация след закупуване. Това елиминира необходимостта от продължителни престои на оборудването и свързаните с тях финансови загуби.

Освен стандартните софтуерни платформи за програмиране чрез кодиране на обслужващи и обработващи роботи в машиностроенето, които се инсталират на компютърни системи, на пазара се предлагат и иновативни варианти за генериране на работни програми посредством компактни обучителни терминали, таблети със сензорен екран и “drag-and-drop” функции и съответните мобилни приложения. Операторът е необходимо да въведе единствено параметрите на изделието, което ще се изработва, както и техническите характеристики на производствената система, а софтуерът самостоятелно генерира необходимите траектории на движение и работни последователности.

Изключително интересна иновация са компактните ергономични терминали тип “писалка”, които се нуждаят от еднократна демонстрация от страна на оператора на необходимото действие, за да го запишат и да обучат на него робота в рамките на секунди.

 

Нови хоризонти пред механичната обработка

Първите опити за използване на индустриални роботи за механична обработка вместо стандартни машини датират още от миналия век, но дълги години ограничената точност при отнемане на материал възпира по-широкото приложение на роботизираните системи в такива сценарии. През последните години обаче редица иновативни разработки адресират този проблем и акцентират върху методики като кинематично калибриране и компенсация на отклонения при допуските, както и върху различни спомагателни системи за повишаване на точността. Постепенно роботите навлизат в сферата на механичната обработка на по-меки материали, макар при тези с по-висока твърдост все още масово да се предпочитат стандартни металорежещи машини. С развитието на технологиите в областта на пазара се налагат специализирани роботизирани системи за пробиване, контурна обработка, отстраняване на грапавини и дефекти от лети изделия, почистване на мустаци, моделиране, резбонарязване, обработка на заваръчни шевове, полиране и шлифоване. Дълги години за препоръчителни се считат приложенията, при които са необходими по-малки сили на рязане при обработката на детайли. В наши дни с усъвършенстването на системите в областта подходящи за роботизирано отнемане са материали като алуминий, неръждаема стомана и различни композити.

Възниква и специализиран сегмент на роботизираните обработващи центри, които осигуряват множество предимства по отношение на работния обсег, възможностите за преориентиране на детайлите и ниските разходи за изработка на единица продукция. Сред бързо придобиващите известност методи в това направление е роботизираното фрезоване, което се отличава с все по-висока прецизност и непрекъснато усъвършенстване на крайното качество на детайлите. Някои от най-надеждните технологии при роботизираното рязане пък са лазерната, плазмената и водоструйната обработка, а сред водещите приложения на тези методи са автомобилостроенето, електрониката и производството на изделия от листов метал.

Към класическите задачи, които се възлагат на роботите в директната металообработка, можем да причислим заваряването, което гарантира отлично качество, точност, повторяемост и производителност. Пазарните проучвания показват, че на все по-висока популярност се радват колаборативните заваръчни системи, които струват многократно по-малко от изцяло автоматизираните комплексни решения в сегмента и могат да се поберат в стандартни работни клетки. В допълнение осигуряват повишена безопасност и кратък период на възвръщаемост. Те са атрактивно решение за изпълнение на прости, повторяеми или пък дребни заварки, които не изискват висококвалифициран специалист, но могат да бъдат рискови, уморителни и дори досадни за опитните заварчици.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top