Трьохмірний зір. Задачі, розглянуті вище, являються двомірними. Для робототехнічних систем дуже важливі і трьохмірні задачі. Інформація відносно дальності необхідна по ряду причин. Робочий простір по суті трьохмірний, хоча спеціальні засоби і обмеження можуть зменшити потребу в третьому вимірі, така інформація все ж необхідна. Штамповані плати і інтегральні схеми мають важливі вертикальні компоненти. Маніпулювання в робочому просторі в основному трьохмірне, це відноситься і до задачі монтажу, де необхідно користуватися інформацією відносно глибини. Інформація відносно дальності важлива також і в тому відношенні, що це може часто спростити розпізнавання форми, орієнтацію, а також складність і габарити роботів.

Розпізнавання являється одним з етапів рішення трьохмірних задач. Наприклад, в триангуляційній схемі необхідно ідентифікувати одні і ті ж точки предметів в різних ракурсах. При розпізнаванні сцен інформація по дальності дозволяє проводити просторову сегментацію і тим самим виділяти окремі предмети в робочому просторі, відновлювати просторову форму об'єктів, для цього необхідна калібраційна процедура відповідності координатної системи відеодатчика з координатною системою робота.

Одним з шляхів підвищення точності маніпуляторів являється збільшення їх механічної складності, що зв'язане із збільшенням маси і габаритів. Більш легкі і дешеві маніпулятори при збереженні точності позиціювання можна отримати за допомогою зворотнього відеозв'язку. Такий відеозв'язок дозволяє корегувати рух захватного механізму по траєкторії, оперативно виробляючи команди корекції, що забезпечує задану точність без використання прецизійних механізмів.

9.2 Програмування обчислювальних пристроїв робототехнічних систем

В даному розділі розглядатимуться роботоорієнтовні мови програмування. Поряд з традиційними методами програмування увага приділяється також програмування робототехнічних систем з використанням графічних засобів.

Методи і мови в програмуванні роботів.

Методи програмування роботів можна розділити на наступні:

- пряме навчання;

- роботоорієнтоване програмування;

- задачно-орієнтоване програмування.

Пряме навчання - це простий метод програмування роботів, одержав найбільше поширення. Він передбачає ручне переміщення робота у всі потрібні положення і запис відповідних їм координат з'єднання. Крім того, для деяких положень вказується необхідність виконання таких операцій, як змикання захватного пристрою та ін. Виконання програми полягає в переміщенні робота у відповідності з заданою послідовністю положень. Пряме навчання - простий і легкий в реалізації метод програмування ,однак для нього характерні суттєві обмеження. Цей метод не потребує застосування універсальних обчислювальних машин, тому він був широко розповсюджений на протязі ряду років, доки введення обчислювальних засобів в промислові роботи настало економічно оправданим. Обмеження цього методу пов'язані з неможливістю використання давачів. Користувач визначає послідовність дій роботів, яка не може містити умовних переходів, обчислювальних і циклічних операцій. Цей метод в основному ефективний в деяких областях, зв'язаних з точковим зварюванням, фарбуванні і при простих завантажувально - розвантажувальних роботах. В більш складних технологічних процесах, таких, як механічне складання чи контроль якості, послідовність дій робота необхідно визначати в залежності від сигналів давача, а також від інформації, яка отримується з баз даних або яка отримується в результаті тих чи інших вимірів.

В методі робототехнічного. Перевага цього методу заключається в можливості використання сенсорної інформації від давачів сил, тактильних давачів та інших для корекції руху роботів. Завдяки використанню давачів робот може функціонувати в ситуації, коли для даних про зовнішні об'єкти властива деяка ступінь невизначеності, що розширює область застосування робототехніки. До недоліків робототехнічних мов відноситься те, що користувач повинен мати достатньо високу кваліфікацію в області програмування.

Спростити процедуру програмування можна використанням в робототехнічних мовах програмування методів машинної графіки. Цей шлях пов'язаний з заміною методу прямого вивчення моделюванням робочого простору роботів.

В методі задачно-орієнтованого програмування визначається не рух роботів, а бажане розміщення об'єктів. Задачно-орієнтоване програмування дозволяє абстрагуватися від особливостей конкретного робота, і при цьому користувачу не приходиться визначати траєкторії руху і положення, які залежать від геометрії і кінематики робота. Вихідною інформацією для задачно-орієнтованого програмування являється геометрична модель робочого простору і робота.

Задачно-орієнтовані системи програмування називаються також системами моделювання робочої обстановки.

На даний момент розроблено велике число систем програмування роботів на основі методів прямого вивчення і роботоорієнтованого програмування. В той же час методи задачно-орєнтованого програмування знаходиться на стадії експериментального дослідження. Якщо провести аналогію з мовами програмування ЕОМ, то задачно-орєнтоване програмування відноситься до роботоорієнтованого програмування так само, як і мови високого рівня відносяться до мови асемблера і інших мов низького рівня.

Роботоорієнтовані мови програмування. Розглянемо декілька роботоорієнтованих мов.

1. МНІ Ця роботоорієнтована мова програмування, створена для одного з перших роботів, керованих за допомогою ЕОМ, який був розроблений в Массачусетському технологічному інституті(США).Основні прийоми програмування в системі МНІ базується на концепції обережного руху, тобто руху, який здійснюється доти, поки не буде отриманий певний сигнал від давача .За допомогою МНІ неможна виконати арифметичні та інші дії, які виходять за рамки опитування давачів.

2. WAVE Мова створена в Стенфордському університеті(США).Основні допуски закладені в цій мові полягають в тому, що параметри руху можуть бути розраховані наперед і в процесі виконання руху необхідні лиш деякі відхилення від заданої траєкторії.

3. MINI Мова MINI отримана шляхом введення в мову LISP деякого числа додаткових функцій, які забезпечують сумісність з спеціалізованою обчислювальною машиною, на якій виконується програма в реальному масштабі часу. Мова використовується для програмування роботів ,виконавчий орган яких переміщається в декартовій системі координат

4. В мові AL об'єднуються специфічні робототехнічні функції і можливості мов програмування високого рівня, таких як ALGOL і PASCAL .В цій системі програма виконується на двох ЕОМ. На першій - компіляція програми, на другій - отримана програма низького рівня виконується в реальному часі на керуючій ЕОМ.

5. VAL. Ця система програмування представляє собою інтерпритатор, вдосконалені методи розрахунку траєкторії дозволяють виключити етап попередніх розрахунків. Система VAL допускає сумісність з системою технічного зору роботів і може визначати систему координат деталей, потрапивших в поле зору телекамери.

6. AML. За допомогою цієї мови можна запрограмувати алгоритм взаємодії з системою технічного зору, також можна виконувати операції над векторами і матрицями повороту, а також програмувати алгоритми планування траєкторії при обмеженнях по швидкості та положенню робота.

7. ТЕАСН. У цій мові вирішуються дві проблеми, яких не торкалися в інших мовах програмування: парелельне виконання декількох задач і написання роботонезалежних програм. Однак навіть засобів такої спеціально розробленої мови, як ТЕАСН не завжди достатньо для розрахунку складних задач групового управління.

Задачно-орієнтоване програмування. Опис завдання на робототехнічних мовах передбачає специфікацію дій, необхідних для їх виконання роботом. При задачно-орієнтованому програмуванні завдання вказується шляхом специфікації дій, які виконуються над об'єктами. За допомогою транслятора задач задачно-орієнтовані специфікації перетворюються в роботоорієнтовані. Для цього необхідна наявність опису об'єктів, над якими проводяться маніпуляції робота, і середовища, включаючи опис його початкового та кінцевого стану. Транслятор задач генерує роботоорієнтовані інструкції, які дозволяють досягти бажаного кінцевого стану із вихідного початкового. Для надійного виконання задач використовуються методи обережного руху, а також методи знаходження помилок. Тому транслятор задач повинен забезпечувати синтез роботоорієнтованої програми, в якій проводиться аналіз сенсорної інформації.

Задачно-орієнтоване програмування являється продовженням робіт в області автоматизованих систем проектування, а також систем штучного інтелекту.

Трансляцію завдання можна розділити на три етапи: Моделювання робочої установки, вказання задачі і синтез програми управління роботом.

Моделювання робочої установки. Модель містить наступну інформацію:

- геометричний опис об'єктів і роботів в робочому просторі, фізичний опис всіх об'єктів зі вказанням моментів інерції і значень мас;

- кінематичний опис всіх зв'язків;

- описання характеристик роботів - з'єднань, меж рухомості, допустимих прискорень, типів інформації, яка отримується від давачів, і т.д.

Завдання представляється для транслятора як послідовність моделей робочої установки, відповідних визначеним етапам виконання завдання.

Синтез програми управління роботом. На основі специфікації завдання здійснюється синтез роботоорієнтованої програми. Вона в основному ділиться на етапи планування захоплення предметів, планування руху і перевірки виконання плану.

Для надійного виконання задачі необхідні алгоритми, які об'єднують метод обережного руху з методом аналізу сенсорної інформації.

10. Гнучкі автоматизовані виробництва

10.1 Класифікація, загальні положення

ГАВ - нова форма автоматизації малосерійного і серійного виробництва.

ГАВ - це сукупність у різних поєднаннях обладнання з ЧПУ, РТК, гнучких виробничих модулів, окремих одиниць технологічного обладнання і систем забезпечення їх функціонування в автоматичному режимі протягом заданого інтервалу часу, яка має властивість автоматичної дії при виробництві виробів довільної номенклатури у встановлених границях значень їх характеристик.

По організаційним ознакам ГАВ розділяються на: гнучкі автоматизовані лінії (ГАЛ), гнучкі автоматизовані дільниці ГАД і гнучкі автоматизовані цехи ГАЦ.

ГАЛ - це ГАВ, в якому технологічне обладнання розміщено в прийнятій послідовності технологічних операцій.

ГАД - це ГАВ, функціонуюче по технологічному маршруту, в якому передбачена можливість зміни послідовності використання технологічного обладнання.

ГАЦ - це ГАВ, яке являє собою сукупність ГАЛ, роботизованих технологічних ліній, ГАД.

В склад ГАВ входять:

- гнучкий виробничий модуль - одиниця технологічного обладнання для виробництва виробів довільної номенклатури в деяких межах значень їх характеристик з програмним керуванням, автономно функціонуюча, яка автоматично виконує всі функції при виготовленні продукції.

- роботизований технологічний комплекс (РТК) - сукупність одиниць технологічного обладнання, промислового робота і засобів оснастки, яка автономно функціонує і виконує багатократні цикли.

система забезпечення функціонування ГАВ - сукупність автоматизованих систем, які забезпечують проектування виробів, технологічну підготовку їх виробництва, керування виробництвом і автоматичне переміщення предметів виробництва.

В систему забезпечення функціонування ГАВ входять такі складові:

автоматизована транспортно-складська система (АТСС);

автоматизована система інструментального забезпечення (АСТЗ);

автоматизована система прибирання відходів (АСПВ);

автоматизована система керування технологічними процесами(АСКТП);

автоматизована система наукових досліджень (АСНД);

система автоматичного проектування (САПР);

автоматизована система технологічної підготовки виробництва(АСТПВ);

автоматизована система керування (АСУ).

10.2 Структурна схема циклу ГАВ



12. Роботизовані технологічні комплекси (РТК)

12.1 Структура і призначення РТК

Головна ідея роботизації заключається в тому, щоб ПР використовувався спільно з основним технологічним обладнанням, наприклад із пресом, металорізальним верстатом, зварною установкою і ін., якими виконується одна або декілька технологічних операцій. Термін РТК визначено ГОСТом 26228-85.

РТК - це сукупність одиниць технологічного обладнання, промислових роботів і засобів оснастки, яка автономно функціонує і виконує багатократні цикли.

Роботизована технологічна ділянка - це сукупність РТК, зв`язаних між собою транспортними засобами і системою керування.

Існують такі п`ять рівнів автоматизації:

- перший рівень - автоматизація циклу обробки, характеризується тим, що виконується керування послідовністю і характером рухів робочого інструменту з метою одержання даної форми деталі. Такий рівень автоматизації одержав в верстатах з ЧПУ.

- другий рівень - автоматизація вантажних операцій (установка і знімання деталі з верстата), дозволяє обслуговувати декілька одиниць технологічного обладнання, тобто перейти до багатоверстатного обслуговування. Автоматизація транспортних операцій і допоміжних (складання, розрізання матеріалів і ін.)

- третій рівень - автоматизація контролю якості продукції, яка виробляється технологічним обладнанням; стану інструменту, технологічного обладнання. Третій рівень автоматизації забезпечується створенням адаптивних РТК, а також гнучких виробничих модулів (ГВМ).

ГВМ - одиниця технологічного обладнання для виробництва виробів певної номенклатури з програмним керуванням, автономно функціонуюча, автоматично виконує всі функції зв`язані з їх виготовленням, і має можливість входити в ГАС.

четвертий рівень - автоматизація переналадки обладнання (приспособлень, інструментів і оснастки), зміна циклів і режимів обробки.

п`ятий рівень - ГАВ гнучкі виробничі системи.

Приведена класифікація автоматизації відноситься до машинобудівного виробництва.

12.2 Технологічне і допоміжне обладнання

У склад РТК входять:

Технологічне обладнання (прес, металорізальний верстат, установка для термообробки і ін.);

Промисловий робот (маніпулятор);

Допоміжне , транспортне обладнання.

РТК бувають: однопозиційні (ТО, ПР, ДО), групові, багатопозиційні.

Технологічне обладнання використовузться різне по конструкції, експлуатації, параметрам і ступені автоматизації.

Допоміжне обладнання призначене для

1. Нагромадження певної кількості орієнтованих заготовок виробів на початковій позиції комплексу.

2. Поштучна видача заготовок у визначену точку простору (місце) для захвату її маніпулятором.

3. Транспортування заготовок і виробів між послідовно розміщеним обладнанням усередені комплексу із збереженням орієнтації.

4. Переорієнтація заготовок і виробів.

5. Збереження міжопераційного запасу і запасу між комплексами.

В якості допоміжного обладнання, яке входить в склад транспортної системи в РТК застосовуються лотки (скати, склізи, крокові конвейєри, ланцюгові конвейєри, кругові накопичувальні пристрої, тупикові накопичувачі, роликові конвейєри і багатомісна тара).

рис.12.2. Обертові накопичувачі



рис. 12.3 Транспортні накопичувачі (конвейєри) РТК



13. Моделювання робототехнічних систем і гнучких автоматизованих виробництв

13.1 Принципи та апарат моделювання гнучких автоматизованих виробництв

Математичне моделювання є одним із основних інструментів рішення задач аналізу, проектування і управління гнучкими автоматизованими виробництвами та робототехнічними комплексами. Зростання ролі моделювання пояснюється, перш за все тим, що інженерні методи вибору технічних рішень та розрахунку технічно-економічних показників, які придатні для традиційних виробництв, виявляються або занадто грубими, або неприйнятними для високоавтоматизованих виробництв, в силу специфіки останніх.

В даному розділі розглянуті принципи та математичний апарат, які найбільш часто використовуються для моделювання технологічної та керуючої підсистем ГАВ.

13.2 Гнучкі автоматизовані виробництва - як об'єкт моделювання

Моделювання ГАВ, як і будь-якої виробничої системи, передбачає визначення складу та характеристик її підсистем, елементів і зв'язків між ними. Технологічну систему ГАВ можна розділити на основне технологічне обладнання, транспортну підсистему, підсистему складування. В кожній з цих підсистем, в свою чергу, можна виділити сукупність взаємозв'язаних елементів. Так, основне технологічне обладнання складається з окремих одиниць обладнання, кожна з яких характеризується певними параметрами, наприклад: часом виконання технологічних операцій, надійністю, ємністю магазину інструментів і т.д. елементами підсистеми складування є склади, оперативні накопичувачі і персональні (суміщені з основним обладнанням) накопичувачі. Найбільш важливі їх характеристики - ємність, час обміну виробами, порядок доступу до виробів в накопичувачі.

Всі елементи (як і підсистеми) абстрактно можливо описати трьома категоріями: входи, процес, виходи (рис.13.1).

рис. 13.1. Елемент технологічного процесу

Входи і виходи представляють собою потоки матеріалів, виробів, енергії, інформації. Вони можуть мати як неперервний , так і дискретний характер. Процес - це зміна стану елементів в часі. Стан можна представити вектором параметрів, які характеризують процес. В залежності від типу елемента і ступені деталізації процесу стан може змінюватися дискретно (компоненти вектора стану змінюються в деякі моменти часу миттєво) або неперервно.

Найбільш часто використовують наступні типові елементи моделей виробничих систем:

1. Елемент з одним входом і одним виходом. Такими елементами описуються оброблююче обладнання, накопичувачі, транспортні системи. Стан накопичувача визначається числом виробів, які знаходяться в ньому в даний момент часу; стан транспортної системи - такими характеристиками як завантажена, переміщується, стоїть. Можуть також враховуватися швидкість і прискорення переміщення, час фіксації і розфіксації і т.д.

2. Елемент з двома входами і більше та одним виходом. Такими елементами описуються збірні автомати, в яких відбувається з'єднання деяких виробів в один вузол.

3. Елемент з одним входом і декількома виходами. В деяких випадках таким елементом є автоматизований склад виробів, який має одну завантажуючу і декілька вивантажуючих площадок.

Структуру виробничої системи можна представити взаємозв'язаною сукупністю її елементів, при цьому існують різні способи зв'язку елементів. Розглянемо найбільш вживані .

При послідовному з'єднанні вихід попереднього елемента є входом наступного. Видно, що при такому з'єднанні елементів обробляючого типу бажано, щоб ресурси їх продуктивностей були однакові. В іншому випадку виникає “вузьке місце” і елементи з більшим ресурсом продуктивності будуть працювати з недозавантаженням. Структури з послідовно з'єднаними елементами характерні для збірних технологічних процесів з синхронним конвейєром. Кожний елемент є збірним автоматом. Ресурси продуктивності всіх збірних автоматів повинні бути однакові і вибрані так, щоб забезпечити заданий темп випуску виробів.

У випадку, коли продуктивності елементів обробки або збірних елементів змінюються в процесі функціонування, наприклад, із-за простоїв, зв'язаних із збоями або профілактикою, між послідовно з'єднаними елементами доцільно встановити буферний накопичувач із змінним запасом продуктів. При нормальному функціонуванні в накопичувачі піддержується деякий постійний запас продукту. При виході із роботи першого (протягом технологічного процесу) елементу другий не припинить роботу, при цьому запас в накопичувачі буде зменшуватися.

Час роботи другого елемента при непрацюючому першому визначається величиною запасу в накопичувачі. При відмові другого елемента запас продукту в накопичувачі буде збільшуватися, а час роботи першого елемента при непрацюючому другому визначається різницею між максимальною ємністю накопичувача і величиною запасу в момент відмови другого елемента.

При паралельному з'єднанні об'єднані входи і виходи елементів. Таке з'єднання зазвичай використовується для збільшення інтенсивності обробки продуктового потоку, так як продуктивності елементів, з'єднаних паралельно, складаються.

Структура із зворотнім зв'язком, при якій частина вихідного потоку елемента S₁ подається на вхід елемента S₂ , приведена на рис. 13.2. На практиці структури із зворотними зв'язками використовуються, наприклад, якщо в елементі S₁ відбувається контроль виробу, а в елементі S₂ - виправлення браку.

Реальні виробничі системи, як правило, мають комплексну структуру, тобто структуру, яка об'єднує всі три розглянутих типа з'єднання елементів.

Рис. 13.2. Структура із зворотнім зв'язком.

Побудова структури нових високоавтоматизованих виробництв є, як правило, важко формалізованим процесом. Аналіз запропонованої проектувальником структури і технічних рішень в значній мірі базується на математичному моделюванні. При цьому можна рішити наступні задачі:

1. визначити продуктивність всієї системи і завантаження її окремих елементів при відомих характеристиках виробів, технології, ресурсах продуктивності всіх елементів і ємностей накопичувачів;

2. визначити необхідні ресурси продуктивності всіх елементів системи і ємності накопичувачів при відомих характеристиках виробів, технології і плановому завданні;

3. визначити необхідну продуктивність транспортної системи і ємності накопичувачів при відомих характеристиках виробів, технологій, плановому завданні, ресурсах продуктивності та елементів обробки (зборки) ;

4. визначити втрату продуктивності системи при відмові певних елементів при відомих характеристиках виробів, технології, плановому завданні, ресурсах продуктивності і ємностей накопичувачів.

Перераховані задачі є найбільш характерними при аналізі проектів ГАВ, але не вичерпують список можливих постановок задач.

Для моделювання ГАВ використовуються різноманітні методи, які можна розділити на два широких типи: аналітичні, імітаційні

Аналітичне моделювання основане на поверхневому описі об'єкта, який моделюється з допомогою набору математичних формул. Мова аналітичного опису містить наступні основні групи семантичних елементів:

- критерій; - невідомі; - дані; - математичні операції; - обмеження

Найбільш суттєва характеристика математичних моделей полягає в тому, що модель не є структурно подібна об'єкту моделювання. Під структурною подібністю тут розуміють однозначну відповідність елементів і зв'язків моделі елементам і зв'язкам об'єкта моделювання. До аналітичних відносяться моделі, які побудовані на основі апарату математичного програмування, кореляційного, регресивного аналізу. Аналітична модель завжди являє собою формальну конструкцію, яку можна проаналізувати і рішити математичними засобами. Так, якщо використовується апарат математичного програмування, то модель складається із цільової функції і системи обмежень на змінні. Цільова функція, як правило, виражає ту характеристику системи, яку потрібно обчислити чи оптимізувати. Наприклад, це може бути продуктивність системи. Змінні виражають варіативні технічні характеристики системи, обмеження - їх допустимі граничні значення. Процес (у визначеному вище значенні), який відбувається на об'єкті, не має прямого аналогу в аналітичній моделі. Аналітичні моделі є ефективним інструментом для рішення задач оптимізації або обчислення характеристик виробничих систем. Але в ряді практичних задач застосування аналітичних моделей є проблематичним, в зв'язку з їх великою розмірністю. Для збільшення обчислювальної ефективності використовують різні прийоми. Один з них зв'язаний із розбиттям задачі великої розмірності на під задачі меншої розмірності так, щоб автономні рішення під задач в певній послідовності давали рішення основної задачі. При цьому виникають організації взаємодії від задач, які не завжди виявляються простими. Інший приклад розуміє під собою зменшення точності обчислень, за рахунок чого вдається скоротити час рішення задачі.

Імітаційне моделювання основане на прямому описі об'єкта моделювання. Значимою характеристикою таких моделей є структурна подібність об'єкта і моделі. Це значить, кожному значимому з точки зору задачі, яка обчислюється, елементу об'єкта ставиться і відповідність елемент моделі. При побудові імітаційної моделі описуються закони функціонування кожного елемента об'єкта і зв'язку між ними. Робота з імітаційною моделлю полягає в проведенні імітаційного експерименту. Процес, який протікає в моделі в ході експерименту, подібний до процесу в реальному об'єкті. Тому дослідження об'єкта на його імітаційній моделі зводиться до вивчення характеристик процесу, який протікає в ході експерименту.

Для формального представлення виробничої системи при імітаційному моделюванні зазвичай використовується схема з дискретними подіями. При цьому процес функціонування системи в часі ототожнюється з послідовністю подій, які виникли в системі у відповідності із закономірностями її функціонування. В формальне поняття “подія” вкладають конкретний смисловий зміст, який визначається цілями моделювання. Важливою властивістю імітації є можливість керувати масштабом часу. Динамічний процес в імітаційній моделі протікає в так званому системному часі. Системний час імітує реальний час. При цьому перерахунок системного часу в моделі можна виконувати двома способами:

1. перший полягає в “русі” по часі з деяким постійним кроком t ;

2. другий - в “русі” по часі від події до події .

Рахують, що в періодах часу між подіями в моделі не відбувається ніяких змін.

Крім реального і системного часу існує ще один тип часу - машинний, тобто час, за який реалізується імітаційний експеримент. При імітаційному моделюванні виробничих систем, як правило, намагаються “стиснути” реальний час, тобто протяжність процесів в моделі, яка вимірюється машинним часом, значно менше протяжності тих же процесів в реальному об'єкті. Це дає змогу вивчати функціонування виробничої системи на досить довгих інтервалах часу.

Таким чином основне призначення імітаційного моделювання полягає в наступному:

- виділити найбільш суттєві змінні, оцінити ступінь впливу їх зміни на параметри системи, які досліджуються, а також визначити “вузькі місця”, тобто технологічні, організаційні або керуючі фактори, які найбільш суттєво впливають на показники функціонування системи;

- вивчити дію різних організаційних, керуючих та техніко-економічних змін на показники функціонування системи;

- оцінити різні варіанти технічних рішень і стратегій керування при пошуку оптимальної структури ГАВ.

Ясно, що аналітичні задачі можна рішати з допомогою аналітичних методів, але імітація дозволяє працювати з моделями більшої розмірності, враховувати обмеження і умови, які важко або неможливо включити в аналітичну модель, а також представляти результати моделювання в наглядній, легко інтерпретуємій формі. Однак, це не значить що імітаційне моделювання може замінити аналітичне. Проведення імітаційного експерименту часто виявляється трудоємною і довгою процедурою. Тому, на практиці, при рішенні задач аналізу та синтезу ГАВ аналітичне і імітаційне моделювання об'єднують в комплексну процедуру. Аналітичне моделювання в такій процедурі використовують для швидкого, але приблизного оцінювання основних характеристик ГАВ, що дозволяє усунути найбільш суттєві неточності програмування, збалансувати продуктивність окремих елементів, вибрати ємність накопичувачів і сформулювати вимоги до системи керування. Імітаційне модулювання займає більше часу і дозволяє визначити вказані характеристики та інші характеристики з більш високим степенем точності.

14. РТК при пакуванні готової продукції в галузях харчової, легкої та інших промисловостях

14.1 Пакетування штучних вантажів

Характеристика штучних вантажів.

Під загальним терміном розуміються матеріали і предмети, які транспортуються і складуються. Вид вантажу і його характеристика являються одним із важливих чинників (факторів), які визначають технологію вантажопереробки.

По способу переміщення і технології переробки і засобів механізації розрізняють три основних види вантажів: штучні, насипні і наливні.

Штучні вантажі характеризуються масою, габаритами, видом тари і розділяються на: штучно-масові і тарно-штучні.

Штучно-масові вантажі характеризуються однакового порядку розмірами, формою і масою (наприклад цегла).

Тарно-штучні вантажі мають різні розміри і форму - перевозяться в спеціальній упаковці - тарі (ящики, коробки, мішки, тюки, обмотки і ін.).

Транспортна тара повинна задовольняти таким вимогам:

Забезпечувати зберігання вантажів.

Мати високу міцність.

Розміри і міцність тари повинні забезпечувати механізовану (автоматизовану) переробку при транспортуванні і складуванні.

Габарити і конструкція тари має забезпечувати укладку вантажів в пакети.

По особливостям експлуатації транспортну тару розділяють на: багатообробну, інвентарну (власність одного підприємства, організації), разову і повторну.

По виду матеріалу з якого виготовляється транспортна тара розрізняють: жорстку (ящики, бочки,барабани), напівжорстку (коробки-ящики із гофрованого котону), мягку (мішки із льняних, х/б, полімерних матеріалів).

14.2 Засоби пакетування: піддони, стрічки, дроти

При транспортуванні вантажі складають в групи (пакети), які повинні бути стійкими і міцними (так як під час переміщення виникають сили інерції при розгонах, різких гальмуваннях, поворотах транспортних засобів - автомашин, поїздів і ін.).Сили інерції (як показує практика) досягають таких величин, при яких пакети можуть руйнуватися.

Стійкість і міцність пакетів вантажів забезпечується засобами пакетування - основним і найбільш поширеним являється піддон.

Конструкції піддонів: плоскі, комірчасті (комора), стоякові.

Інші засоби пакетування - стрічки, дроти.

Плоскі піддони .

(дерев`яні)

а) однонастільнийб) одно настільний в) двохнастільний

двохзаходнийчотирьохзаходний двохзаходний

рис.14.1.

Комірчастий.

рис.14.2.

Плоскі піддони

з гофрованого картону

пласмасові

металічні

стоякові

рис. 14.3.

14.3 Структура і способи формування транспортних пакетів

Розрізняють такі основні види пакетів:

1. Пакети сформовані із вантажів без піддонів;

2. Пакети із штучних вантажів;

3. Пакети на плоских піддонах;

4. Пакети на інших конструкціях піддонів;

5. Пакети на стоякових і інших спец. піддонах.

Способи формування пакетів пакетоформовочними машинами

а)горизонтальний спосіб формування ряду б) вертикальний спосіб укладки в) вертикальний спосіб укладки рядів

пакет ряду складеного горизонтально

2.Горизонтальний спосіб укладки в пакет ряду, складеного горизонтально

14.4 Класифікація пакетоформуючих машин (ПФМ)

По типу переміщення	стаціонарні	рухомі
По способу керування	автоматичні	напівавтомат
По розміщенню подаючого механізму	з верхнім	з нижнім
По типу пакетного вантажу	тарно-штучні	штучні
По виду привода	електромеханічні гідравлічні	пневматичні комбіновані
По формуванню пакета	вертикальні комбіновані	горизонтальні комбіновані
По способу формування пакетів	поштучні з обв'язкою пакета	рядами без обв'язки пакета

Принципові схеми пакетоформуючих машин

1.Механізм орієнтації 5.Каретки

2.Конвеєр-постачальний 6.Штовхач

3.Прийомний стіл 7.Візок

4.Подаючий конвеєр



рис.14.4.

15. Роботизовано технологічні лінії (РТЛ)

15.1 Загальні відомості

ПР широко застосовуються в автоматичних лініях. Перш за все це відноситься до контактної точкової зварки кузовів автомобілів (легкових і вантажних), а також процесів гальванопокриття, фарбування і зварки.

Створення і застосування роботизованих технологічних ліній - важливе направлення робототехніки, яке відкриває широкі перспективи в виробничому і економічному відношеннях.

15.2 Схеми РТЛ

Автоматичні роботизовані лінії можна розділити на три групи:

1.Роботизовану лінію, яка складається із пульсуючого конвеєра і послідовно розміщених біля нього роботів, кожний із яких виконує свою технологічну операцію.

Особливість цієї схеми заключається в тому, що вироби з конвеєра не знімаються.

РОБОТИ

рис.15.1

2. Роботизована лінія складається із пульсуючого конвеєра, послідовно розміщених роботів і технологічного обладнання. При такій компоновці вироби з конвеєра знімаються роботом і переносяться на технологічне обладнання. Така компоновка вимагає дуже чітких і узгоджених дій конвейєра, роботів і технологічного обладнання.

рис.15.2.

3.Роботизована лінія, яка не має конвеєра, складається із послідовно розміщеного технологічного обладнання і промислових роботів.

Така схема близька до схеми роботизованого технологічного комплексу.

рис. 15.3.

4. Роботизована лінія, яка складається з конвеєра, промислових роботів, технологічного обладнання і позиціонерів.

рис. 15.4

5. Роботизована лінія з напольними і підвісними роботами.

рис.15.5.

РТЛ застосовують в хімікотехнологічному виробництві. Тип схеми вибирають в залежності від технологій виготовлення.

рис.15.6.

16. Економічна ефективність застосування РТК

16.1 Основні завдання

Впровадження ПР в промисловості вимагає виконання певних технічних і організаційних міроприємств; до них відносяться:

1. попередня технологічна підготовка (аналіз виробів, технологічних процесів і обладнання);

2. модернізація основного технологічного обладнання з метою підготовки його до застосування ПР;

3. створення спеціального або спеціалізованого обладнання для орієнтації і транспортування виробів;

4. створення спеціальної або спеціалізованої оснастки та інструментів;

5. перепланіровка виробничих цехів (ділянок).

При розрахунку економічної ефективності ставляться такі завдання:

1. Підвищення продуктивності обладнання, тобто об'єму виробленої продукції з основного технологічного обладнання, яке обслуговується ПР;

2. Підвищення продуктивності праці в результаті заміни ручної праці на допоміжних, транспортних, збірних операціях;

3. Підвищення ритмічності виробництва;

4. Підвищення коефіцієнта змінності обладнання без збільшення чисельності робітників;

5. Зменшення витрат, зв'язаних з суб'єктивними особливостями людини;

6. Зниження процента браку і підвищення якості продукції(виробів)

Застосування ПР дозволяє розв'язати народному господарстві ряд спеціальних завдань:

1. Змінити характер праці і створити кращі умови праці.

2. Зменшити травматизм (приклад-преса) і знищити можливість виникнення професійних захворювань.

3. Облегшити загальну демографічну проблему недостатку робочої сили народному господарстві.

4. Зменшити затрати на житлове будівництво.

16.2 Етапи розрахунків

При створенні РТК розрахунок економічної ефективності проводять на таких етапах:

1. Розробка техніко-економічного обґрунтування створення РТК

2. Розробка технічного завданні (ТЗ).

3. Розробка технічного проекту (ТП)

4. Розробка робочої документації (ТД)

5. Прийомна дослідного зразка

16.3 Методика розрахунку економічної ефективності

При розрахунку економічної ефективності приймається базовий варіант який порівнюється з рядом інших варіантів (при застосуванні того чи іншого ТО і ПР) і вибирається оптимальний (ЕОМ - розрахунок).

Економічну ефективність в провадження РТК розраховують для таких етапів:

1-й етап. Визначення доцільності впровадження

2-й етап. Визначення фактичного економічного ефекту від впровадження.

На всіх етапах впровадження РТК річний економічний єфект визначають по формулі

Е=(З₁-З₂)=(С₁+Е_Н*К₁)-(С₂+Е_Н*К₂).

де Е - економічний ефект від використання РТК за один рік експлуатації

З₁ - витрати виробника по базовому варіанту

З₂ - витрати виробника при запровадженні РТК

С₁ - вартість річного випуску продукції по базовому варіанту

С₂ - вартість річного випуску продукції, які виробленні на РТК

К₁ - капітальні вклади виробника по базовому варіанту

К₂ - капітальні вклади виробника при використанні РТК

Е_Н - нормативний коефіцієнт ефективності (0,15).

Ефективність впровадження РТК буде мати місце при З₁>З₂ і при терміну окупаємості рівному 6...7 років.

Термін (строк) визначають по формулі (додаткових капітальних вкладень).

< 6 років.

В практиці при розрахунку економічної ефективності користуються спеціальними „Інструкціями по оцінці економічної ефективності створення і використання автоматичних машин” і економічна література напрямку серії „Міжотрасльова економіка”.

17. Перспективи розвитку робототехніки, ГАВ і РТК

В майбутньому очевидні принципіальні можливості робототехніки в завершені комплексної автоматизіції виробництва. Необхідно вважати перспективним створеннянових типів ПР агрегатного типу (модульний принцип побудови ПР), адаптивних роботів більш досконалих ніж ті які випускаються тепер, роботів з штучним інтелектом (ІІІ покоління).

Автори технічної літературипо питанням майбутніх роботів вважають, що в найближчі роки будуть одержані добрі результати по: розпізнаванню образів, розпізнаванню природньої мови людини, проектно-конструкторські роботи і інші види діяльності робота. Будуть розширенні області застосування ПР: космос і море, гірнича справа (добуток корисних копалин, підземні води на інших планетах сонячної системи), с/г виробництво, охорона приміщень, обладнання, машини і інше.

Майбутнє роботів. Можна визначити проблеми, які будуть вирішувати в майбутньому роботи: створення штучного інтелекта високого рівня; створення рухомих роботів; створення самонавчаючих роботів. Одним із важливих факторів, які будуть вирішувати розвиток робототехніки в майбутньому - це мініатюризація(зменшення масштабів ЕОМ) засобів обчислювальної техніки, збільшення швидкодії і підвищення надійності їх роботи.

Немалі проблеми визиває задача створення компактних і потужних приводів, які були б швидкодійні, високоточні і малогабаритні.

Великий вплив на проблему створення роботів нових поколінь може біоніка, так як вивчення принципів побудови і функціювання біологічних систем з метою створення нових конструкцій ПР роботів дуже важлива.

Очевидно, що в майбутньому роботи коріним чином змінять характер трудової діяльності людини, повисять культуру праці, тобто зроблять наше життя кращим!



Математичні обчислення

Проектно-конструкторські роботи

Переміщення в просторі

Дія на зовнішнє середовище

Розподіл функцій мозку людини з штучним роботом.