книги / Робот. Компьютер. Гибкое производство

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

СЕРИЯ «КИБЕРНЕТИКА — НЕОГРАНИЧЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ВОЗМОЖНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ»

Основана в 1963 г.

РОБОТ.

КОМПЬЮТЕР.

ГИБКОЕ

ПРОИЗВОДСТВО

МОСКВА «НАУКА»

1990

ББК 32.81 Р 58

УДК 007(0.062)

Редакционная коллегия:

академик И. М. МАКАРОВ (председатель), академик В. Г. АФАНАСЬЕВ, доктор философских наук Б. В. БИРЮКОВ, академик С. В. ЕМЕЛЬЯНОВ, академик Н* Н. МОИСЕЕВ, В. Д. ПЕКЕЛИС,

доктор технических наук Д. А. ПОСПЕЛОВ, академик А. А. САМАРСКИЙ, доктор технических наук И. С. УКОЛОВ,

доктор физико-математических наук В. В. ЩЕННИКОВ.

Ответственный секретарь редколлегии кандидат философских наук С. Н. ГОНШОРЕК,

Редактор-составитель и автор предисловия академик И. М. МАКАРОВ.

Рецензент кандидат технических наук В. И. СИТНИКОВ»

ISBN 5-02-006750-4

Серия «Кибернетика — неограниченные возможности и возмож­ ные ограничения» удостоена дипломов I степени на Всесоюзном конкурсе общества «Знание» в 1985 и в 1987 гг.»

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современном производстве происходят значительные из­ менения, отражающие революционные достижения в об­ ласти электроники, механики, информатики. Термины, вынесенные в название этой книги, фиксируют некоторые важные приметы компьютерно-интегрированного произ­ водственного процесса, в ходе которого эффективно ис­ пользуются грандиозные возможности информатики на всех стадиях —от проектирования и черчения до изготов­ ления и заключительного контроля качества конечной продукции.

В настоящее время для развития гибкой автоматиза­ ции производства характерны следующие направления: с одной стороны, происходит активная компьютеризация всех видов управления производством и обработки инфор­ мации для этих целей, а с другой —создается основа для синтеза и интеграции автоматизируемых с помощью ЭВМ функций в составе целостных производственных систем. В соответствии с этими тенденциями гибкое компьютер­ ное производство развивается как бы от простого к слож­ ному —от отдельных элементных гибких технологий к комплексным гибким технологиям и интегрированным системам производства.

Положительный эффект от внедрения прогрессивной техники, автоматизации и компьютерно-интегрированных производств может быть получен в результате решения целого комплекса сложных задач: коренной перестройки всех этапов производства на современной технической и технологической базе, совершенствования экономических механизмов управления производством, создания научных и организационно-технических основ построения и эффек­ тивного использования компьютерного производства.

Важную роль для перевода производства на новую ступень развития выполняет популяризация современных концепций построения будущих производственных систем, базирующихся на перспективных достижениях науки и техники.

3

РОБОТОТЕХНИКА

ИНАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС

И.М. МАКАРОВ

Настоятельное требование ускорения научно-технического прогресса, вытекающее из социально-экономических задач общества, в настоящее время закономерно связывается с концентрацией усилий на приоритетных направлениях раз­ вития народного хозяйства страны. Одним из таких важ­ нейших направлений является комплексная автоматиза­ ция производственных процессов на основе широкого внедрения гибких производственных систем, систем авто­ матизированного проектирования и управления, промыш­ ленных роботов, робототехнических систем и комплексов, роторных и роторно-конвейерных линий.

Развитие средств автоматизации, использующих новей­ шие достижения информатики и вычислительной техни­ ки, автоматики и технической кибернетики, позволяет не только осуществить качественный скачок в создании пер­ спективных технологий, но и перейти на более высокий уровень производственных отношений в народном хозяй­ стве.

Робототехника заняла свое особое место в автоматиза­ ции производственных процессов и заполнила нишу, без которой невозможно создание интегрированных, гибкопе­ ренастраиваемых технологических циклов, производствен­ ных участков и предприятий в целом. Интенсивное внед­ рение робототехники во все сферы деятельности челове­ ка, пожалуй, сопоставимо лишь с широким использовани­ ем средств вычислительной техники, успехи развития ко­ торой в значительной степени определили и все более возрастающие возможности робототехнических систем. Промышленные роботы, как правило, применяют для по­ вышения производительности труда и улучшения качест­

5

стижений науки и техники —с другой, ложатся тяжелым прессом на все более или менее актуальные направления научно-технического прогресса.

В области робототехники достаточно привести лишь два примера. Так, установленная продажная цена про­ стейшего робота МП-9С, создаваемого на ВАЗе, почти со­ ответствует стоимости автомобиля «Жигули», хотя затра­ ты на производство такого автомата не составляют и де­ сятой доли от цены автомобиля. Пагубность существую­ щего ценообразования серьезно дискредитирует робототех­ нику, что иллюстрирует и другой пример. Изготовляемый по лицензии Минрадиопромом совместно с Финляндией робот РМ-01 не уступает по характеристикам своему прототипному оригиналу—роботу ПУМА (помимо всего проче­ го, он, как и ПУМА, заменяет 1,5—2 человека в произ­ водственных процессах). Однако продажная цена робота РМ-01 в рублях практически равна цене робота ПУМА в долларах (около 50 000 долл, за ПУМУ на Западе, при­ мерно 50 000 руб. за РМ-01 в нашей стране). Это озна­ чает соответственно, что срок окупаемости для ПУМЫ на Западе равен 1,5—2 годам, а для РМ-01 — 10—12 лет.

Можно ли при таком ценообразовании, учитывая, что оно затрагивает все виды новой техники, а не только при­ веденные примеры, требовать от промышленности быстро­ го и массового внедрения роботов? Ответ очевиден. Робо­ тотехника, будучи у всех на виду и контроле, подобно лакмусовой бумажке, проявила все недостатки финансо­ во-хозяйственного механизма страны.

Именно поэтому сейчас важно выделить основные про­ блемы на пути развития робототехники и сконцентриро­ вать усилия по их решению в современных условиях мо­ дернизации управления всем народнохозяйственным ме­ ханизмом страны. Иначе при вводимом сегодня полном хозяйственном расчете предприятий могут возобладать концепции финансовой отдачи и сиюминутной прибыли от внедрения робототехники и в корне может быть загуб­ лена эта техника будущего, техника XXI в. И опять по­ том придется нам устранять ошибки и просчеты сегод­ няшнего дня, по существу компенсируя их неоправдан­ ными дополнительными материально-ресурсными и трудо­ выми затратами.

Так в чем же видятся причины нашего отставания от мирового уровня развития робототехники и что же на самом деле зависит от создателей и потребителей этой техники?

7

Прежде всего следует назвать такую причину, как межотраслевая разобщенность. В одиннадцатой и двенад­ цатой пятилетках каждая организация и министерство в условиях тех приоритетов, которые действовали в отно­ шении робототехники, считали делом чести создать хоть что-то, но свое, и отстаивать это на любых уровнях. От­ сутствие дефицита заказчиков у создателей робототехни­ ки, возможность на первых порах сбывать продукцию на свои предприятия и, главное, бытовавшая и все еще имею­ щаяся практика отчитываться за создание прогрессивной техники только по количественным показателям привели ко многим отрицательным последствиям. В частности, в парке отечественных роботов до сих пор преобладают простейшие манипуляционные механизмы, которые мож­ но использовать лишь для выполнения вспомогательных технологических операций. Сейчас хорошо известно, что такое применение роботов далеко не самое эффективное.

Существенным тормозом развития робототехники яв­ ляется отсутствие комплектующих изделий, узлов и ма­ териалов, создаваемых на современном уровне. Так, ор­ ганизациями Минстанкопрома до сих пор не освоены но­ вые виды волновых передач и перспективные конструкции циклоредукторов, не говоря уже об их широком произ­ водстве. Минэлектротехпром, несмогря на самые серьез­ ные постановления, так и не нашел возможностей произ­ водить гаммы электроприводов для роботов, и особенно наиболее перспективные из них на основе электродвигате­ лей переменного тока. Кстати сказать, они нужны не толь­ ко для робототехники, но и для других средств автоматиза­ ции производственных процессов. До сих пор широко не производятся у нас современные системы управления с микропроцессорными устройствами, необходимые робо­ тотехнике.

Отсутствие хорошо отработанной элементной базы, крайне малые объемы научно-исследовательских и опыт­ но-конструкторских работ в этом направлении приводили к низким показателям качества и малой надежности средств робототехники. А это подрывало доверие к робо­ тотехнике среди потребителей.

Одной из серьезных причин малоэффективного исполь­ зования робототехники является неподготовленность про­ изводств к ее внедрению. Погоня за внешним эффектом внедрения новой техники без тщательной подготовки, от­ сутствие сервисных служб и опытных специалистов по обслуживанию роботов приводили к простою не только

8

роботов, но и другого оборудования, с которым они взаи­ модействовали. (В недавнем прошлом, когда в моду вхо­ дила вычислительная техника, желание скорейшим обра­ зом отчитаться за ее внедрение приводило к тому же результату: ЭВМ устанавливались на многих предприя­ тиях ради престижа, а отнюдь не для научных целей или организационных и экономических расчетов.)

В нашей стране ни экономисты, ни специалисты в об­ ласти автоматизации производственных процессов прак­ тически не проводили скрупулезного технико-экономиче­ ского анализа вопросов применения робототехники. Суще * ствующие методики расчета технико-экономической эф­ фективности внедрения роботов не предусматривают оцен­ ку новых особенностей гибкой техники автоматизации и основаны преимущественно на определении так называе­ мого годового эффекта. В мировой практике (например, в Японии) используют более современный подход, суще­ ство которого заключается в следующем. Недопустимо про­ водить технико-экономические расчеты годового экономи­ ческого эффекта от внедрения роботов при производстве отдельно взятого вида выпускаемой продукции. Робото­ техника весьма выгодна с позиций обеспечения гибкопе­ ренастраиваемого производства на целый ряд изделий за весь период эксплуатации роботов. Гораздо дешевле об­ ходится комплекс современного роботизированного обору­ дования, на котором, скажем, в течение пяти лет будет осуществляться серийное производство нескольких моди­ фикаций изделий, чем установка нескольких комплексов специального оборудования. Следовательно, лишь органи­ зация целостной гибкоперестраиваемой технологии обес­ печивает окупаемость и прибыльность роботизации за пе­ риод эксплуатации оборудования. Очевидно, как и другое оборудование гибких автоматизированных производств, робототехника наиболее целесообразна лишь при двух- и трехсменной работе в составе комплексно-автоматизиро­ ванных участков и цехов.

Непременным условием успешного использования робо­ тов в модернизируемых производствах является строгая технологическая дисциплина. Роботы во многом влияют на весь технологический цикл, а их функционирование зависит от строгого соблюдения поставок и всего графи­ ка работы оборудования. И там, где этого нет, где не обеспечена технологическая дисциплина, отсутствует профилактика работы оборудования, роботы просто оста­ навливают производственный процесс.

9

Таким образом, проблемы эффективного внедрения ро­ ботов не могут быть пущены па самотек. Они требуют глубокого внимания и усилий со стороны квалифициро­ ванного отряда специалистов. Не случайно, во многих странах появилось большое число так называемых инжи­ ниринговых фирм, специально занимающихся «секрета­ ми» внедрения робототехники. Зная весь арсенал про­ мышленных роботов, их возможности и технические ха­ рактеристики, эти фирмы проводят тщательное и, главное, грамотное технико-экономическое обследование произ­ водств, подлежащих роботизации. Они берут на себя проектирование и создание всей дополнительной техноло­ гической оснастки, необходимой для взаимодействия ро­ ботов с основным технологическим оборудованием, и име­ ют заранее проработанные варианты этой оснастки к наи­ более распространенному типу оборудования.

Отсутствие подобных организаций в нашей стране при­ водит к нерациональному расходу средств в каждой из организаций, производящих и внедряющих роботы, а все это требует наличия в них специалистов по широким ас­ пектам роботизации, которых в стране пока не хватает.

Накопленный опыт создания и применения робототех­ ники дает возможность увидеть пути, ведущие к высоко­ эффективному использованию роботов в народном хозяй­ стве.

Впромышленной робототехнике наибольший эффект

вближайшей перспективе может дать концентрирован­ ный переход к использованию роботов в качестве основ­ ного, а не вспомогательного технологического оборудова­ ния для выполнения таких операций, как сварка, окрас­

ка, сборка, лазерная обработка. С повышением функцио­ нальных возможностей роботов новых поколений для них открываются более широкие сферы применения и более сложные задачи. Так, например, уже сегодня ряд зару­ бежных фирм выпускает роботы с быстродействием, ха­ рактеризующимся скоростями перемещений рабочего ор­ гана свыше 10 м/с, что позволяет таким роботам успеш­ но конкурировать с опытным штамповщиком, а повышение точности позиционирования до 0,01 мм дает возможность использовать их на сборочных конвейерах в точном при­ боростроении и на монтажных операциях при производ­ стве электронной аппаратуры, в том числе и вычислитель­ ной техники.

Развитие средств адаптации и очувствления обеспечи­ вает широкую возможность эффективного применения ро­

10