Современные научные и технические предпосылки создания сас

  • От :
  • Категории : Без рубрики

Впервые в научном мире исследовал возможности создания самовоспроизводящих систем в конце 40-х годов Донн фон Нейман в своей работе «Теория самовоспроизводящих автоматов». По его замыслу самовоспроизводящие машины «должны «плавать в море запасных частей», беря наугад одну деталь за другой, пока не попадется необходимая для очередного этапа сборки, после чего машина начинает подыскивать следующий компонент. Позже в связи с освоением космического пространства ряд авторов также высказывались о необходимости создания самовоспроизводящих машин.Однако серьезно над этим вопросом стали задуматься исследователи только в последнее время, когда успехи в области автоматизации и роботизации создали необходимые предпосылки. Наиболее крупное исследование по этой теме было проведено летом 1980 года под эгидой НАСА и Американского общества технического образования в университете г. Санта-Клара (шт. Калифорния). Этому исследованию предшествовал серьезный анализ, проведенный Георгом фон Тизенхаузеном и Уэсли Дарбро, которые изложили свои выводы в сообщении под названием «Самовоспроизводящиеся системы — системотехнический подход». Они разработали проект лунного самовоспроизводящегося комплекса (ЛСВК) — некой машины бесплатно поставляющей любые товары массового спроса. ЛСВК будут изготавливать свои части из лунного сырья. По мере своего роста ЛСВК , словно живой организм, создает себе подобных, которые будут продолжать самовоспроизведение пока не заселят всю Луну или не будут направлены на другие планеты.Что касается ближайших перспектив, то Тизенхаузен и Дарбро предложили провести эксперимент по самовоспроизведению роботов, в ходе которого уже собранный и запрограммированный робот станет собирать другой из деталей готового набора. Робот «1» собирал бы робот «2» — от схемных плат до манипуляторов. Наконец, на последнем этапе робот «1» вставлял бы «пустой» диск в свой компьютер, переписывал на диск заложенную в нем программу в память робота «2» и запускал его компьютер. По мнению специалистов без последней операции невозможно «доказать, что роботы каждого следующего поколения совершенно независимы от предыдущего», а не просто следуют командам , переданным через общий энергетический или информационный канал.
Далее робот «2» соберет робот «3», продемонстрировав тем самым, что он действительно является точной копией робота «1»; эта операция называется «проверкой на плодовитость». Всего предполагается собрать таким образом 7 роботов, которые затем начнут изготавливать различные изделия. В конце эксперимента роботы сами себя разберут. Основным техническим средством этого эксперимента служил робот ПУМА 500, управляемый компьютером LSJ-11, в памяти которого могут храниться данные о почти тысяче операций. ПУМА 500 состоит из 1500 компонентов. По расчетам ученых, потребуется 5 лет, чтобы создать компьютер объемом не более 1м³, который сможет хранить достаточное количество команд для самовоспроизводства робота ПУМА 500.1
Однако не только в рамках эксперимента, но и уже в производственной деятельности начинает реализовываться принцип «роботы делают роботы». На роботостроительном предприятии компании Jashawa (Япония) эксплуатируется робототехнический комплекс для сборки 2-х звеньев манипулятора робота L-10W. Комплекс занимает площадь 6х4 м и состоит из робота мод. L-106 (для манипулирования собираемыми звеньями, автоматическим гайковертом), робота RT-3000 для прецизионной сборки (имеет 4 степени подвижности, точность позиционирования — 0,025 мм, радиус действия 835 мм, скорость перемещения до 1,6 м/сек.); небольшого пресса для прессовой посадки деталей в отверстия; 3 систем технического зрения (одна — для ориентации звеньев, вторая — на конвейере подачи малых деталей, третья — на сборочной станции); конвейера для подачи звеньев роботу L-106; небольшой нагревательной камеры для нагрева посадочного гнезда короткого звена; 8 устройств для подачи деталей, расположенных по периферии сборочного комплекса (в т.ч. по одному для подачи деталей небольшого размера, подшипников, валов и 5 — для подачи звездочек и шайб 4-х размеров. Каждый питатель содержит магазин на 20 деталей); 4 сменных захватных устройства для робота RT-3000 . Сборка включает установку с одного конца короткого звена манипулятора (длиной 350 мм) двух коротких валов (каждый с подшипником и звездочкой). В другой конец короткого звена вставляется подшипник с шайбами и прокладками; аналогичная совокупность деталей вставляется также и в один из концов длинного звена (длиной 1 м).Последовательность сборки следующая: робот RT-3000 устанавливает крышку на звено, и робот L-106 крепит ее 4 винтами, затем наваривает звено в камере. Одновременно RT-3000 при помощи пресса собирает 2 узла, состоящие из вала, звездочки и подшипника, и вставляет их в гнезда звена. Потом робот L-106 переворачивает звено, и робот RT-3000 вставляет 4 пружинных шайбы (повторяя все это для второго подузла). В гнездо, находящееся на противоположном конце этого звена, робот RT-3000 вставляет 2 подшипника и пресс частично его запрессовывает, далее вставляются 2 шайбы, на них второй подшипник (с запрессовкой). И затем крепят крышку подшипника 4 винтами. После этого крышки, подшипники и шайбы вставляются аналогичным образом в один из концов длинного звена робота L-10W. В процессе работы ячейки 2 робота собирают приблизительно 20 различных компонентов, которые крепятся 16 винтами. Длительность рабочего цикла равна 8 мин., что обеспечивает производительность порядка 1000 сборок в месяц. Такой объем производства является мелкосерийным и типичным при изготовлении многих видов машиностроительной продукции.
Загрузка питателей магазинами с деталями осуществляется вручную операторами. Запас деталей в магазинах (по 20 шт) позволял робототехническому комплексу функционировать в безлюдном режиме без участия оператора приблизительно 3 часа.2
В октябре 1990 года фирма «Якусава Электроник» ввела в строй крупнейшее в мире роботостроительное предприятие на о. Кюсю, где принцип «роботы делают роботы» реализован еще полнее. Завод имеет производственные помещения площадью 10 тыс. м² и может выпускать до 1000 роботов в месяц. Механообработка деталей роботов осуществляется на ГПС, состоящей из склада-автомата, автоматических безрельсовых тележек, 6 обрабатывающих центров и другого оборудования, в т.ч. для снятия заусенцев. Месячная программа ГПС включает 800 типов деталей, ее обслуживает персонал — всего из 3 человек, причем ночью система работает в «безлюдном» режиме. Сборка роботов на предприятии осуществляется на 2-х параллельных линиях — с помощью промышленных роботов и вручную. Роботизированная сборочная линия, состоящая из 7 «интеллектуальных» роботов с приборами с зарядовой связью, обслуживается 9 операторами и может быть быстро переналажена на выпуск новой продукции. Производительность роботизированной сборочной линии — 15 роботов в смену, а при ручной сборке — 11 роботов в смену. Роботы обеспечивают стабильно высокую точность сборочных операции, поэтому в перспективе фирма расширит их применение на сборке. Собранные роботы в течение 24 часов проходят технический контроль с полной нагрузкой, а затем окрашиваются специальным роботом.3
Другим более масштабным примером является введенный в 1981 году японской фирмой «Фудзицу Фанук» завод-автомат в г. Фудзи близ Токио, выпускающий ежемесячно 100 промышленных роботов и 260 небольших обрабатывающих центров, электроэрозионных и токарных станков с ЧПУ. Завод оснащен 32 станками с ЧПУ (в т.ч. 23 многоцелевых, 5 токарных, 4 шлифовальных), роботами, 4 робокарами, мостовыми и портальными кранами, 2 автоматизированными складами заготовок и изделий (на 540 и 362 ячейки), общее управлении от центральной ЭВМ типа Факом-2770 и Факом 230-48. Максимальные габариты обрабатываемых деталей (станины станков) достигают 1700х1000х1000 мм, масса до 2 т., 450 типоразмеров. Транспортно-складские работы и работы по обслуживанию станков автоматизированы, вручную выполняется только сборка. Завод работает круглосуточно, в т.ч. 16 часов в сутки по безлюдной технологии. Всего на заводе занято 100 человек (в т.ч. на сборке — 63 человека, механообработке — 19 человек, контроле — 4 человека, прочих работах — 14 человек).4 Обычный завод такой же мощности требует 500 работников, т.е. в 5 раз больше. По оценке зарубежной печати этот завод считается одним из самых высокоавтоматизированных в мире. Строительство завода обошлось фирме в 37 млн. дол., а годовая стоимость выпускаемой им продукции составляет 84 млн. дол. Завод занимает площадь 20.000 м².5
В 1984 году во многом подобный японскому заводу «Фудзи» создан автоматизированный цех по производству роботов на Московском станкостроительном производственном объединении «Красный пролетарий». Гибкая производственная система, занимающая площадь 5200 м², оснащенная 54 станками с ЧПУ (в т.ч. 35 обрабатывающими центрами и 18 токарными роботехническими комплексами), 24 роботами, 5 робокарами грузоподъемностью по 1000 кг, 155 приемными станциями, 2 автоматизированными складами (с 420 и 104 ячейками) осуществляла в 80-е годы механообработку деталей для 3050 роботов моделей М 10П.62.01 и М 20П.40.01 в год (72 наименования и весом до 150 кг). На ней занято всего 28 человек, которые высвободили 120 рабочих. Система работала круглосуточно (коэффициент сменности оборудования — 2,9).6
В 1982 году фирма «Фудзицу Фанук» пустила в эксплуатацию еще более совершенный автоматизированный завод по производству электродвигателей привода станков и роботов. Ежемесячно выпускает 10 тыс. электромоторов 40 типоразмеров постоянного тока мощностью от 0,02 до 2,8 кВт. Завод размещен в двухэтажном здании размером 100х80 м. На первом этаже выполняется механообработка деталей 900 типоразмеров с помощью 60 станков с ЧПУ (в т.ч. 8 многоцелевых, 44 токарных и 8 круглошлифовальных) и 52 роботов. Многоцелевые станки оснащены накопителями на 12 спутников каждый (с ручной загрузкой), а остальные станки обслуживаются роботами и накопительными станциями, имеющими по 3 спутника емкостью 20-50 заготовок (один с заготовками, второй — в работе, третий — с обработанными деталями). Станки оснащены системами компенсации износа инструмента. Транспортировку заготовок и деталей на спутниках между автоматическим складом и накопительными станциями станков осуществляет 2 робота.На втором этаже осуществляется сборка электродвигателей на 4 сборочных линиях, состоящих из 25 сборочных комплексов и оснащенных 49 роботами модели М (для загрузки и выгрузки) и модели Ф (для точной сборки). На I и II линии собираются небольшие серводвигатели постоянного тока, на III — серводвигатели переменного тока, на IV — электродвигатели главного привода. Автоматизировано с помощью роботов 65% всех сборочных операций. В начале каждой линии производят балансировку узла «ротор-вал» на балансировочном станке, после чего с каждого конца ротора на его вал роботы напрессовывают подшипник, затем на фланец запрессовывают сальник и вставляют набивку. После этого на зажимное приспособление устанавливают фланец, и на него опускают ротор, через последний надевают на фланец статор. После статор собирают с торцовой крышкой, запрессовывают в требуемом положении и затягивают весь мотор 4-мя сквозными длинными болтами с шайбами и гайками. Собранный мотор передается на линию ручной сборки. В настоящее время вручную выполняется только точная настройка начала отсчета у вращающихся импульсно-кодовых датчиков, регулировка фланца (чтобы на обе катушки мотора подавался одинаковый ток) и крепление некоторых проводов. Каждый сборочный комплекс оснащен накопителем с 3 спутниками для снабжения комплектующими деталями. Собираемый узел передается между комплексами конвейером (карусельного типа овальной формы). Транспортировку спутников с деталями между автоматическим складом и сборочными комплексами осуществляют 5 робокаров.Завод обслуживает 60 человек, в т.ч. 21 человек на механообработке и 19 человек на сборке. Механообрабатывающий цех работает круглосуточно, в т.ч. две смены без людей, а сборочный — в одну.
Стоимость предприятия составила 17 млн. ф. ст. При выходе на проектную мощность выпуск его продукции превысил 36 млн. ф. ст. в год, что в 2 раза выше объема капитальных вложений.7
Высокая степень автоматизации процессов механообработки и сборки достигнута и в автомобилестроении, достижения которых могут быть использованы при производстве другой технически сложной машиностроительной продукции, в т.ч. и элементов воспроизводящих систем. Завод-автомат «Термоли 3» фирмы ФИАТ выпускает в сутки 2600 автомобильных двигателей с рабочим объемом цилиндров 0,75 л; 1л; 1,3 л (мощностью 25-33 кВт и весом до 69 кг).8 На нем занято ок. 600 человек, непосредственно связанных с производственным процессом, из них 230 человек занимается техническим обслуживанием и эксплуатацией оборудования; 365 человек используются в производстве (в т.ч. ок. 180 человек на участке механической обработки). Производительность труда таким образом на заводе составляет св. 4 двигателей в день на 1 занятого или св. 1000 в год. Завод состоит из участка механообработки (линии по производству блоков двигателей, головок цилиндров, коленвалов, распредвалов, шатунов, маховиков, коллекторов), участка сборки и участка испытаний с 49 автоматическими постами испытаний. На заводе автоматизированы 80% операций по сборке и все испытания двигателей. Сборочные линии построены по модульному принципу — отдельные посты сборки соединены конвейером. Каждый модуль и секция конвейера управляются отдельным микропроцессором, весь процесс сборки — центральной ЭВМ. Узлы и детали между постами движутся на специальных поддонах — палетах с блоком памяти (где записаны технические параметры деталей и очередность сборочной операции). Сборочные посты оснащены 56 роботами и 92 программируемыми манипуляторами. На отдельной линии, оснащенной 16 роботами, собираются головки цилиндров из 91 детали. Линию обслуживает 3 человека (вместо 100 человеку при традиционной сборке). На другой линии автоматически собирается поршень-шатун, причем специальным устройством измеряются и подбираются по длине и весу (с точностью до 0,1 мм и 0,1 г) комплекты по 4 одинаковых шатуна на мотор. Автоматизирована на заводе самая сложная и ответственная операция — стыковка узла из 4-х блоков шатун-поршень с блоком двигателя. Сборку блока двигателя осуществляют 5 роботов. Ручные операции сохраняются только на 2-х позициях. На первой производится монтаж системы управления зажиганием, генератора, масляного фильтра и муфты сцепления, а на второй — масляного насоса, карбюратора и системы зажигания с распределителем. Сами карбюраторы также собираются автоматически с помощью роботизированной системы на заводе «Вебер» в г. Асти. Примечательно, что на заводе почти не применяются видеодатчики. Используются в основном вибрационные транспортеры, электромеханические, пневмоэлектрические и электрооптические датчики. Завод оснащен в общей сложности 212 станками с ЧПУ, 384 программируемыми контрольными установками, 32 контрольными лазерами, 182 роботами и манипуляторами, 107 локальными ЭВМ.9 Его сооружение обошлось в 300 млн. дол.10
Позже фирма ФИАТ построила автоматизированный завод в г. Кассино по производству легковых автомобилей, где 64% операций по сборке автомобиля выполняют автоматизированные сборочные центры.11 Завод рассчитан на выпуск 1,8 тыс. автомобилей в сутки (модели «Типо» и др. с двигателями, собранными на заводе-автомате в г. Термоли)12 и стоит 2000 млрд. лир.13 В каждую рабочую смену на заводе занято 800 работников (в т.ч. 300 специалистов по электронной технике)11 , т.е. при 2-х рабочих сменах производительность труда составляет 1,3 автомобиля на одного работника в сутки или 320 автомобилей в год. Завод оснащен 405 роботами, 49 системами технического зрения, 481 автоматическими безрельсовыми тележками, 600 ЭВМ, 24 техническими лазерами.12 Сборка ведется без использования конвейера на автоматических тележках, перемещающихся между роботизированными сборочными центрами. Детали кузова штампуются на 4-х прессах с быстрой сменой штампов и свариваются в кузов роботами. Роботы устанавливают сидения, обивку, щит управления, стекла, двери, колеса, стеклоочистители и т.д.12,13
Еще более высокий уровень автоматизации достигнут в электронной промышленности. До последнего времени здесь «пальма первенства» принадлежала заводу по выпуску персональных компьютеров фирмы «Эппл компьютерс». Завод, насыщенный роботами, станками с ЧПУ и другими средствами автоматизации способен выпускать 500 тыс. ЭВМ в год. При этом занято в производстве 300 человек, а выработка на каждого составляла 419 тыс. дол. в год.14 Важно отметить, что выпускавшиеся на заводе персональные компьютеры серии «Макинтош» использовались в автоматизированной системе управления производством этих же компьютеров на предприятии во Фримонте (шт. Калифорния), а другая фирма «Моторолла»применяет их в системе управления роботами и средствами машинного зрения на предприятии в штате Флорида.15 Другими словами — это еще один пример частичной реализации идеи автоматического самовоспроизводства средств производства.
Позже пальма первенства перешла к высокоавтоматизированному заводу по производству ЭВМ (автоматизированных рабочих мест) фирмы Next, сооруженному в том же г. Фримонте. Завод стоимостью 20 млн. дол. производит за год продукции на 100 млн. дол.15 (проектная мощность завода 600 ЭВМ в день)16 . Сверхвысокий уровень автоматизации обеспечивает весь комплекс изготовления продукции (от изготовления печатных плат до готовой ЭВМ) силами всего 12 производственных рабочих: 4 человека — на сборочном конвейере, 2 человека — контролирующие автоматику, 2 человека — на испытательных стендах и 4 человека — на окончательной сборке компьютерных систем. По оценке специалистов выработка на одного производственного рабочего на этом заводе может достичь 10 млн. дол. в год. (Для сравнения укажем, что в 1987 году в США в среднем по предприятиям, выпускающим ЭВМ, выработка на одного занятого составляла 197 тыс. дол./год или в 50 раз меньше)16 . С помощью роботов компьютер на заводе собирается из 465 компонентов, при этом делается 3300 соединений с числом дефектов не более 4-6 на 1 млн. паяных контактов (в среднем по промышленности — 200-250 дефектов на 1 млн. паяных контактов)18 . На заводе автоматизирована как сборка печатных плат, так и окончательная сборка ЭВМ. На сборку 1 печатной платы уходит 20 мин. Всего за 0,5 часа завод может переналадиться на выпуск новых плат. На сборочной линии работает 13 роботов.17 Площадь производственных помещений всего 2410 м².16
Высокая степень автоматизации достигнута в производстве полупроводниковых микросхем и других электронных компонентов. Примечательно, что здесь внедрение безлюдного производства диктуется самим технологическим процессом. Переход к изготовлению сверхбольших интегральных схем (СБИС) с субмикронными размерами элементов требует создания сверхчистых производственных помещений, максимально изолированных от внешней среды. Достигнуть этого можно в полной мере, лишь исключив человека из непосредственного участия в процессе обработки полупроводниковых пластин. Поэтому еще в 1985 году фирмы RCA и Sharp Microelectronics Inc. приступили к сооружению предприятия по производству полупроводниковых приборов, где полупроводниковые пластины обрабатываются в сверхчистых помещениях без участия людей. Работая круглосуточно, завод может обрабатывать 750 полупроводниковых пластин диаметром 152 мм в сутки.19 Сейчас такие предприятия имеют и другие фирмы.
Все шире охватываются роботизацией и другие производства. Повсеместным становится использование роботов в заготовительных цехах при штамповочных и ковочных прессах, литейных машинах, гальванических ваннах, сварочных установках. Внедряются роботы и в основной сектор литейного производства — литье в песчаные формы. Известны факты применения их на участках простановки стержней, нанесения покрытий на поверхность полуформ, выбивки, зачистки и контроля отливок. Например, на одном из французских литейных заводов эксплуатируются 2 автоматических манипулятора, проставляющих стержни общей массой 45-60 кг в формы для литья блоков цилиндров с периодом рабочего цикла 20-25 сек. На выставке в г. Бирмингеме (Англия) в 1983 году экспонировался робот с 6 степенями свободы для обработки отливок весом 2,6 кг (снимал их со стеллажа, подавал на позиции отрезки литников абразивным диском, удалял формовочную смесь из «карманов» пневмозубилом, зачищал абразивной лентой и снова клал на стеллаж, затрачивая на все это 1,8 мин)20 . В Англии был разработан комплексно автоматизированный небольшой литейных цех мощностью 1 тыс. т годных стальных отливок (корпус задвижек весом 19 и 57 кг в год (при работе 40 часов в неделю). Отливки изготовляются по выжигаемым пенополистирольным моделям в керамических оболочных формах, помещаемые в опоки, заполненные песком и уплотняемые вибрацией, формы заливают под вакуумом на карусельно-заливочной установке, затем по системе охладительных конвейеров доставляют к выбивному устройству, где отливки извлекает робот и подвергает финишной обработке. Численность персонала цеха — 19 человек. Капитальные затраты на технологическое оборудование — 520 тыс. ф. ст., в т.ч. для изготовления пенополистироловых моделей — 65 тыс. ф. ст., керамических оболочковых форм — 69 тыс. ф. ст., плавильное (одна индукционная печь средней частоты) и заливочное — 150 тыс. ф. ст., формовочное, выбивное и финишное — 236 тыс. ф. ст.21
В области подъемно-транспортных операций автоматизация начинает распространяться и на манипуляции с крупногабаритными изделиями. Созданы первые автоматизированные мостовые и другие краны. Как правило, они оснащаются направляющей жесткой колонной (для подъема-опускания груза). В ПО Takpaf (ГДР) был изготовлен автоматизированный мостовой кран грузоподъемностью 1,5 т для подачи заготовок на 5 обрабатывающих центров. Он оснащен бортовой ЭВМ, обслуживает пролет шириной 21,5 м и длиной 50 м. Точность позиционирования груза ±2 мм. Западногерманская фирма «Gebrüder Dickertmann Hebezeugefabrik» поставила автоматизированные мостовые краны для ГПС (из 13 станков), обрабатывающие печатные цилиндры и валы весом до 3 т и длиной до 2,5 м. Краны обслуживают пролет цеха шириной 22 м и длиной 100 м. В обоих случаях скорость передвижения кранов — 1 м/сек, крановой тележки — 0,5 м/сек, подъема-опускания груза — 0,2 м/сек. Японская фирма «Mitsui» создала для прессового цеха завода фирмы «Fudji» автоматизированную транспортную систему из 6 козловых кранов грузоподъемностью по 0,8 т с пролетом в 11 м и высотой подъема 5,7 м.22 По существу, названные автоматизированные краны являются роботизированными системами.
С ними смыкаются промышленные роботы большой грузоподъемности с подвижным порталом (ПРПП). В бывшей ГДР в 1986 году был изготовлен заводами «Paul Flöhlich» и «Schmalhaldener» для одной из ГПС такой робот грузоподъемностью до 4 т и скоростью передвижения — 1,05 м/сек. Японская фирма «Hitachi Kiden Koguo» установила на сталелитейном заводе ПРПП грузоподъемностью 2,5 т (точность позиционирования ± 25 мм; скорость перемещения портала — 1,0 м/сек, а каретки -8,6 м/сек). Другая японская фирма «Nippon Kokan Kubushihi Kaisha» изготовила для металлургического предприятия ПРПП грузоподъемностью 40 т, предназначенный для транспортировки рулонов листовой стали с точностью позиционирования ± 50 мм (скорость транспортирования грузов им составляет ок. 70% от скорости при ручном управлении).23
Большегрузные роботизированные системы разрабатывались и в СССР. В частности, в НПО «НИИПТмаш» (г. Краматорск) были созданы роботы мостового типа с грузоподъемностью 1000 и 2000 кг, имеющие 4 степени подвижности, точность позиционирования ± 0,5 мм, зону обслуживания до 50х12х2,5 м, скорость передвижения — 1 м/сек. (подъема-опускания груза — 0,25 м/сек.). Роботы оснащены устройством ЧПУ ЗС 150-21 и предназначены для установки деталей на станки, выполнения других транспортно-загрузочных операций, а также сварки длинных швов, зачистки заготовок и т.д.24 Каждый робот состоял из одного-двух манипуляторов, передвижного моста и системы на П-образных опорах.25
Появление роботов большой грузоподъемности и автоматизированных кранов создает предпосылки для автоматизации сборки и монтажа крупногабаритных машин и видов оборудования. В частности, в литературе были сообщения о том, что в Японии разработан проект автоматической системы сборки станков с помощью RC 2000 (грузоподъемностью 2000 кг) и RC 200 (грузоподъемностью 200 кг).26
Первые шаги делает роботизация и в такой трудноавтоматизированной области, как строительство. Строительная японская фирма «Кадзима» сконструировала робот, который устанавливает стенные панели при строительстве высотных зданий; робот, выравнивающий бетонные полы, и робот, укладывающий длинные стальные балки в фундамент АЭС (транспортирует 20 балок по 100 кг и укладывает их со скоростью 1 балка в минуту)27 . Фирма Takenaka создала роботизированный башенный кран для установки стальной арматурной решетки на строительстве АЭС. Телескопическая рука его имеет рабочий радиус 10 м и вертикальное перемещение — 15 м, грузоподъемность — 150 кг и 6 степеней подвижности. Может работать автоматически в режиме «обучения-воспроизведения». Работает совместно с автоматическим питателем, подающим арматуру. Хотя арматуру связывают еще вручную, тем не менее кран высвобождает 4 человек на монтаже. Эта же фирма построила автоматизированную систему укладки и отделки бетона. Она содержит роботы для монтажа арматуры, распределения, уплотнения, профилирования и отделки бетонного покрытия. Робот для выравнивания профиля бетонного покрытия представляет собой легкий шагающий бульдозер с лазером. Отделку поверхности бетона осуществляет гусеничный робот с 8 вращающимися выглаживающими механизмами. Производительность его — 300 м²/час. Заменяет 3 рабочих.28 Японская фирма Taisei так же создала робот для распределения бетона и укладки его. Программное устройство определяет положение бетонопровода, количество укладываемого бетона, предотвращает столкновение рабочего органа со строительными конструкциями. Другая фирма «Хадзами-Гуми» создала роботы для автоматизации операций при возведении дамб и насыпей. Один робот транспортирует бетон на стройплощадку, второй — собирает опалубку для заливки бетона, третий — уплотняет бетон после заливки. Эти роботы заменяют труд 200 рабочих.29
В НИИЖБ совместно с Гипростроймашем и ЦНИИСК Госстроя СССР разработали робот для навивки проволочного, преднапряженного арматурного каркаса железобетонных плит размером 6,5х4,5 м. Все операции, включая закрепление начала и конца навивки, а также обрезку арматуры, производится без участия оператора. Скорость навивки — 36 м/мин, что обеспечивает выпуск 75 тыс. м³ плит в год. Применение робота при производстве многопустотных панелей перекрытий снижает трудозатраты в 3-4 раза, потребность в электроэнергии — в 2,5-3 раза, в напрягаемой арматуре — в 1,5-2 раза.30
Фирма Hazama Cumi создала систему автоматического управления приводом щита для проходки туннелей (по лазерному дальномеру управляются гидравлические домкраты, изменяющие положение щита и бурильного механизма с отклонением на более 150 мм от проекта).31
Японский университет Waseda University к концу 1985 года разработал по проекту Warcar (строительный робот Waseda): 1) роботизированное строительство домов из деталей, изготовленных индустриальным методом; 2) роботизированную сборку стальной арматуры для железобетонных конструкций; 3) роботизированную сборку опалубки для бетона.31
В 1988 году была разработана (в Японии) впервые в мире роботизированная установка для укладки кирпича. Она создана на базе серийно выпускаемого робота «Фанук». Стоимость ее — 40 млн. иен.32
Появляется оборудование-автоматы и в добывающих отраслях промышленности. Шведская фирма «Атлас-Копко» создала полностью автоматизированную бурильную установку для горнодобывающей промышленности, не требующей постоянного присутствия оператора.33 В СССР были разработаны горнопроходческие комплексы для безлюдной выемки угля в очистных забоях.
В 1991 году был введен в эксплуатацию спроектированный норвежской фирмой «Норск хайдро» автоматизированный комплекс по подводной добыче газа 19 млрд. м³ газа. Он включал в себя 5 скважин и систему трубопроводов на глубине 305 м. Управление комплексом дистанционное с платформы, удаленной на 48 км. Стоимость комплекса 500 млн. ф. ст. (это в 2 раза меньше по сравнению с обычной стационарной газодобывающей морской платформой).34 Использование средств роботизации позволило полностью отказаться от услуг водолазов.
Расширение морской добычи полезных ископаемых стимулировало развитие подводной робототехники и автоматических самоходных подводных аппаратов. Сейчас, по оценке специалистов, в мире уже эксплуатируется свыше 1000 подводных роботов (для подводной добычи газа и нефти и т.д.). Примечательно, что стоимость подводных роботов снизилась с нескольких десятков миллионов долларов в 60-е годы до нескольких сот тысяч долларов в настоящее время.35
Важным средством автоматизации становятся автоматизированные гибко переналаживаемые установки по производству различных малотоннажных химикатов. Их создание становится возможным благодаря тому, что в основе производства тысяч разнообразных химических продуктов лежат 74 традиционных типа реакций, для осуществления которых достаточно 20 блочно-мульных установок следующих типов: 1) для синтеза под высоким, средним и низким давлением; 2) гидрирующих реакторов, 3) реакторов жидкофазного гидрирования, 4) окисления, 5) разделения ректификационными методами, 6) комбинированных пленочных и роторно-пленочных испарителей с выгрузкой продукта в сыпучем или жидком виде, 7) непрерывной кристаллизации в каскаде емкостных аппаратов, 8) изогидрической кристаллизации, 9) разделения суспензий или осветления растворов, 10) кондуктивной сушки, 11) сушки и гранулирования с классификацией продукта, 12) измельчение, сушка и прокалка.36 Примером автоматизации малотоннажных производств стала созданная на опытном заводе бывшего Всесоюзного НИИ химических реактивов и особо чистых веществ (ИРЕА) установка «Протон» для производства различных сверх чистых химикатов для микроэлектроники. Она состоит из 8 стандартных модулей-аппаратов, выполняющих наиболее употребляемые технологические процессы (адсорбцию, химическую обработку, десорбцию, кристаллизацию, ректификацию, абсорбцию, микрокристаллизацию и фасовку). Аппаратура, выполненная из фторопласта, размещается на 2-х стендах, занимающих площадь 20 м², и управляется от ЭВМ. Модули могут соединяться по программе в разной последовательности, необходимой для получения требуемого химиката. Производительность установки — от 3 до 30 кг химикатов в час.37 ,38
В крупнотоннажных отраслях химического профиля, где непрерывный технологический процесс и однородный характер продукта облегчают внедрение средств автоматизации, высокоавтоматизированные производства существуют уже давно. Например, на заводе японской фирмы «Синьэцу Кагану» установку по производству 300 тыс. т полихлорвинила в год (оснащенную ЭВМ, регулирующей подачу мономера, инициатора, проведение полимеризации, сушку, упаковку продукта) обслуживают всего 5 человек в смену или 15 человек в сутки (это в 10 раз меньше, чем на обычной установке такой же мощности).39 В малотоннажных производствах и химических лабораториях внедрение средств автоматизации пока затруднено. Тем не менее, появляются сообщения о том, что в ряде отраслей применяются роботы-лаборанты при обслуживании различных химических аппаратов (реакторов, центрифуг и т.д.). За рубежом роботы-лаборанты изготавливают в основном фирмы «Zymark» (внедрила уже 300 роботов для манипулирования колбами и пробирками по испытанию полимеров, анализу металлов и т.д.) и «Perkin Elmer» (США). Японская фирма «Shimazu Seisakusho» разработала роботизированную систему химического анализа образцов (позволяет делать взвешивание, перемешивание, подогрев, фильтрование и другие процессы, а также испытание образцов). В ТИХМе создан действующий макет робота-лаборанта (робот МП-9С на подвижной тележке берет пробирки, отбирает пробы жидкости из имитаторов химических реакторов).40
Наиболее близко к практической реализации идеи самовоспроизводящихся систем подошел национальный проект завода-автомата в Японии, который стал разрабатываться с декабря 1977 года в Агентстве по прикладным наукам и технологии Министерства промышленности и внешней торговли. Первоначально на заводе намечен был выпуск модулей метаморфических металлообрабатывающих станков. С пуском завода будет осуществлена идея создания «самовоспроизводимой машины».41
По завершению проекта, на полностью автоматизированном предприятии будут производиться компоненты массой до 500 кг и габаритами до 1 м. Обслуживающий персонал составит 10 человек вместо 700 рабочих, необходимых для обычного завода такой же мощности.
Влияние действующего станкостроительного завода-автомата на японскую промышленность будет огромным, т.к. такие заводы смогут в дальнейшем производить довольно быстро дубликаты своего собственного оборудования.41
Проект предусматривает автоматизацию мелкосерийного производства, начиная от поставки сырья и кончая отгрузкой готовых изделий. Технологический цикл на заводе будет включать в себя: формование заготовок (методом порошковой металлургии и ковкой) с минимальным количеством оснастки, механическую обработку, сварку, термическую обработку, сборку и испытания, проводимые без участия человека.В 1984 году начались испытания в новом здании лаборатории технологии машиностроения в г. Цуруба экспериментальной гибкой производственной системы, выполненной в 1/25 величины проектируемого завода-автомата. ГПС управляется несколькими операторами из отделения ЭВМ. На первом этапе система испытывалась на производстве 2-х вальной коробки передач (габариты 276х265 мм, длина вала 300 мм, масса 30 кг) и шпинделя (габариты 200х190 мм, длина вала 300 мм). Оба узла состоят из корпусов, валов, подшипников, уплотнений и крепежа. На втором этапе планируется изготовление головки блока цилиндров дизеля и насоса с качающейся шайбой 4 модификаций (общей массой от 12 до 125 кг).
Весь комплекс занимает площадь 34х21 м и делится на 4 равные части: 1/4 занимает 2 участка механической обработки; 1/4 — вспомогательные и контрольные стенды; 1/4 — сборочный комплекс; 1/4 — настроечно-регулировочное оборудование. В состав комплекса входят две автоматические транспортные тележки (одна — для обрабатывающих ячеек, другая — для сборочного комплекса).42
Многоцелевые станки выполнены в проекте с взаимозаменяемыми узлами на общих станинах. В результате один и тот же базовый узел может использоваться для токарной обработки, сверления, растачивания шлифования. Это обеспечивается тем, что в каждый узел входит по 3 головки, причем зажимные патроны и обрабатывающие головки взаимозаменяемы между собой. Деталь можно установить в патроне на шпинделе, а обрабатывающими головками вначале произвести расточку или сверление. Затем эти головки можно привести во вращение и выполнить с их помощью обработку, которую обычно выполняют на токарном обрабатывающем центре. Деталь можно без применения робота последовательно передавать от одной обрабатывающей головки к другой, а затем и на следующий модуль (но это приводит к простоям дорогостоящего оборудования при передаче деталей и фактически отменено развитием робототехники). Станки проектировались для обработки деталей 30 наименований с размерами 300х300х300 мм.
Имеется также лазерный комплекс, оснащенный лазерами мощностью 10 кВт и 300 Вт, которые через световоды режут заготовки, сваривают, снимают заусенцы и проводят термообработку.43
Сборочный комплекс состоит из 3-х участков. Оборудование первого участка состоит из поворотного стола и робота с прямоугольной системой координат (диапазон его перемещений — 1 м). Он вынимает деталь из зажима, в котором она обрабатывалась и вставляет в кассету (в форме диска), которая перегружается на автоматизированную транспортную тележку и доставляется на следующий сборочный участок. Здесь стандартный робот «Ясакава», оснащенный видеодатчиками, загружает в кассету крепежные детали (гайки, болты) и подшипники. На участке окончательной сборки установлен крупногабаритный четырехстоечный сборочный агрегат с тремя механическими руками ( по 5 степеней свободы у каждой, прямоугольная система координат). В зоне их обслуживания — поворотный стол на 4 кассеты. Две руки подвешены с вертикальным перемещением, одна — движется в горизонтальной плоскости. Весь сборочный участок имеет 16 степеней свободы (5х3 + поворот стола). Одна рука применяется для установки деталей в гнезда, подшипников, другая — вставляет и затягивает крепежные детали, третья — ведет установку деталей в горизонтальной плоскости. Конструкция рук предусматривает возможность автоматической (по программе) замены схватов для деталей различной формы и размера. Одна рука имеет 20 схватов, другая — 10, третья — 6. Собранные изделия по рольгангу идут к загрузочному роботу грузоподъемностью 50 кг (с 3 степенями свободы) для установки их на контроль. Сборочный комплекс рассматривается как стандартная система, которая может приспосабливаться к производству разнообразных устройств.44
Имеется автоматическая контрольно-измерительная машина, предназначенная для проверки 49 размеров или функций. При оснащении, например, коробки скоростей электродвигателем на этой машине можно измерить пусковой и крутящий момент. Кроме того, на ней измеряются различные размеры, профили и биения. Заготовительное оборудование испытывалось отдельно. Было разработано 4 машины. Среди них автоматический пресс фирмы JHJ для ковки в подкладных штампах, предназначенный для получения из стандартных пластин и стержней плоских плит или брусков, прутков, ступенчатых валов, дисков и шестигранных прутков. Обслуживался 2 манипуляторами. Вторая машина предназначалась для профилирования вращающихся нагретых дисков и колец путем круговой прокатки роликами (для получения гильз с фланцами, колес с тонкими дисками и толстыми спицами и ободами и т.д.). Фирма «Аида» создала 2 гибких ковочных пресса. Первый оснащен 6, а второй — 5 подвижными ползунами для обжатия валов. Оснащены комплексами стандартных штампов и предназначены для выполнения операции высадки валов, получения кривошипов, Т-образных деталей из прутков диаметром до 600 мм и массой до 15 кг, а также для глубокой вытяжки гильз и кронштейнов из тонколистовых заготовок.
Последний — пресс для горячего изостатического прессования (фирмы «Мицубиси хеви индастриз») методами порошковой металлургии. Керамические формы с пресс-порошком предварительно нагревались в печи до 1000°С, что сокращало цикл прессования с 5 до 1 часа.43
Экспериментальный завод-автомат в г. Цукуба стал важным шагом на пути к созданию автоматических систем, законченного производственного цикла, работающих на «произвольный заказ» и способных к самовоспроизводству.Близким к идее самовоспроизводящихся систем является также российский проект «Кибер» (компьютерная интегральная база единого развития), предусматривающий создание сверхинтегрированных проектно-производственных систем (СППС) для разработки и опытного производства наукоемкой продукции, и связанная с ним программа «Создания центров инженерного обеспечения машиностроительного производства». Проект предусматривает разработку СППС, состоящую из комплекса высокоавтоматизированных опытных производств, которая затем будет растиражирована по всем регионам России и станет основой будущего производства. Проект базируется на феномене авторазвития гибкой автоматизации.СППС будет включать в себя интегральные проектно-производственные системы (ИППС): механообработки деталей, заказного привода, полупроводниковых структур, печатных плат, программного обеспечения, издательской продукции, сборочные участки, а в перспективе в нее войдет и ИППС автоматизированных малотоннажных химических производств. ИППС механообработки будет включать в себя систему автоматизированного проектирования деталей (САПР-Д), автоматизированную систему технологической подготовки производства (АСТПП), АСУ, 5 токарных модуля (в составе многоцелевых токарных полуавтоматов, портальных роботов, инструментальных магазинов, накопителей заготовок и т.д.), 5 фрезерных модуля (на базе станков моделей ДФ320ПМ2Ф4л, ЛР800ПМ2Ф4, накопителей заготовок и т.д.), модуль плазменной обработки (для сварки, порошковой плавки, напыления, поверхностной термообработки, финишного поверхностного упрочнения), модуль термической обработки (в составе элеваторной вакуумной закалочной печи типа СЭВР-33/11.5ИЗ, двух специализированных шахтных печей с кипящим слоем, закалочного устройства), 2 электроэрозионных станка (модели 4Л723ФЗМ и МА96ФЗ), блок алмазного электроэрозионного шлифования (для эксплуатации на токарных и фрезерных модулях или автономно), автоматизированную транспортно-складскую систему (в составе крана-штабелера, электроробокара, транспортно-накопительного устройства на базе роликового конвейера). Часовая производительность системы — 5-10 деталей размером до 550х550х550 мм, а в будущем до 1000 мм. Обслуживают его 5 человек в смену (без учета САПР-Д, АСТПП). В перспективе ИППС будет оснащена токарно-фрезерными модулями с полной обработкой деталей, включая финишные и суперфинишные операции.ИППС заказного привода предназначена для сквозного проектирования, изготовления и отладки электроприводов мощностью от нескольких ватт до 15-25 кВт, в т.ч. безредукторных, линейных, на аэродинамических и магнитных подвесках и т.д. Система включает в себя модули изготовления комплектующих, сборки, отладки и контроля, АСУ, АРМ, транспортный модуль. В перспективе все операции в ИППС будут автоматизированы, включая сборку.ИППС полупроводниковых структур (разрабатывается инженерным центром ГПС при Ленинградском (Петербургском) Государственном техническом университете) и предназначена для автоматизированного проектирования, изготовления, сборки и контроля полупроводниковых приборов, БИС и СБИС, в первую очередь специализированных и особо сложных микросхем, выпускаемых малыми сериями (вплоть до единичных опытных экземпляров). Такие мини-цеха можно будет использовать на предприятиях электронного профиля и на предприятиях — изготовителях продукции с большим удельным весом электронных компонентов. На ИППС можно будет изготавливать: 1) полупроводниковые приборы на основе кремния, арсенида галлия и т.д., 2) МДП и биполярные микросхемы, 3) цифровые аналоговые и совмещенные микросхемы, 4) дискретные полупроводниковые приборы и датчики физических величин, 5) силовые полупроводниковые приборы. Основные принципы построения ИППС: модульное построение всех подсистем; возможность индивидуальной обработки полупроводниковых пластин по дискретно-непрерывной технологии, реализуемой в малогабаритных герметичных технологических модулях; использование гибкой системы формирования топологических рисунков на базе электронной литографии по кристаллу и субмикронной проекционной литографии для быстрого изготовления шаблонов в аналогичных модулях. Система ориентирована на обработку полупроводниковых пластин малого диаметра (15 мм). Производительность ИППС — 10 пластин, длительность полного технологического цикла — 6-24 час., минимальный размер элементов топологии — 0,5 мкм, количество гибких производственных модулей — от 10 до 30 ед., запыленность в локальных гермозонах — 1 частица диаметром менее 0,1 мкм на 1 л воздуха, занимаемая площадь — 800 м², в т.ч. производственного комплекса — 450 м². Система обслуживается персоналом из 5-7 человек. Концепция ИППС была отмечена на Всесоюзном конкурсе по микроэлектронике в 1987 году в г. Зеленограде.ИППС печатных плат включает в себя гальванический модуль, лазерный модуль (для нанесения рисунка на плату путем испарения фольги), фрезерно-сверлильный модуль (для фрезерования дорожек плат и т.д.) и модуль защитных покрытий (для лужения, лаковых покрытий). Время изготовления одной новой печатной платы — от 1 до 5 дней. ИППС занимает площадь 200-300 м². Каждая СППС занимает площадь — 5 тыс. м², обслуживается экипажем из 120-130 человек и стоит -25 млн. руб. (в ценах 1990 года), в т.ч. ИППС механообработки — 5-7 млн. руб., ИППС полупроводниковых структур — 5-6 млн. руб., ИППС печатных плат — 3-4 млн. руб., ИППС заказного привода — 1,2-2 млн. руб.
Головным разработчиком проекта СППС «Кибер» и программы «Создания инженерного обеспечения машиностроительных производств» был определен инженерный центр ГПС при Ленинградском Государственном техническом университете (ЛГТУ). Программа была одобрена Постановлением Совмина РСФСР от 13.01.1991 года №396 и была рассчитана до 2000 года. На первом этапе (к 1995 году) планировалось создать первые 2-3 СППС, а на втором (до 2000 года) — развернуть сеть СППС в 33 основных регионах страны, способных с 2000 года ежегодно производить 100 ИППС.45 Распад СССР и последовавший за ним тяжелый экономический кризис помешали полной реализации этой программы. В настоящее время она преобразована в программу «Российская инжиниринговая сеть технических нововведений».
Разрабатываются также проекты создания и космических самовоспроизводящих систем. Так, Проект Тизенхаузена и Дарбро (США) предусматривает создание лунного самовоспроизводящегося комплекса (ЛСВК) массой 100 т , размещенного на платформе диаметром 120 м с солнечным куполом для получения электроэнергии.46 ЛСВК должен иметь 8 основных секторов: центральный пункт управления, химическое производство (где лунный грунт перерабатывается в полуфабрикаты), технологическую линию (на которой из полуфабрикатов изготавливаются компоненты робота), участок сборки (там из компонентов монтируются роботы), роботизированную систему добычи полезных ископаемых, строительный комплекс (в рамках которого роботы-строители будут возводить платформу под ЛСВК и прокладывать дороги для роботов-шахтеров) и сеть импульсных радиоответчиков. ЛСВК будет разбит на две одинаковые части, в каждой из которых имеется сектор химического производства, технологическая линия и склад, расположенные по радиусам от центра платформы. Добычу ископаемых на Луне предполагается вести рядом с указанными секторами. Основным элементом проекта является универсальный строительный агрегат (УСА), способный построить любую систему, в т.ч. себе подобную. Агрегат состоит из 2-х элементов: серии мобильных универсальных строительных машин и стационарного универсального строительного центра, которые управляются главной системой. Получая в результате автоматизированной добычи полезных ископаемых и производства изделий все необходимые материалы, УСА создает элементы для строительства новых самовоспроизводящихся комплексов. Согласно оценке, для описания ЛСВК и программы воспроизведения необходимо примерно

Впервые в научном мире исследовал возможности создания самовоспроизводящих систем в конце 40-х годов Донн фон Нейман в своей работе «Теория самовоспроизводящих автоматов». По его замыслу самовоспроизводящие машины «должны «плавать в море запасных частей», беря наугад одну деталь за другой, пока не попадется необходимая для очередного этапа сборки, после чего машина начинает подыскивать следующий компонент. Позже в связи с освоением космического пространства ряд авторов также высказывались о необходимости создания самовоспроизводящих машин.Однако серьезно над этим вопросом стали задуматься исследователи только в последнее время, когда успехи в области автоматизации и роботизации создали необходимые предпосылки. Наиболее крупное исследование по этой теме было проведено летом 1980 года под эгидой НАСА и Американского общества технического образования в университете г. Санта-Клара (шт. Калифорния). Этому исследованию предшествовал серьезный анализ, проведенный Георгом фон Тизенхаузеном и Уэсли Дарбро, которые изложили свои выводы в сообщении под названием «Самовоспроизводящиеся системы — системотехнический подход». Они разработали проект лунного самовоспроизводящегося комплекса (ЛСВК) — некой машины бесплатно поставляющей любые товары массового спроса. ЛСВК будут изготавливать свои части из лунного сырья. По мере своего роста ЛСВК , словно живой организм, создает себе подобных, которые будут продолжать самовоспроизведение пока не заселят всю Луну или не будут направлены на другие планеты.Что касается ближайших перспектив, то Тизенхаузен и Дарбро предложили провести эксперимент по самовоспроизведению роботов, в ходе которого уже собранный и запрограммированный робот станет собирать другой из деталей готового набора. Робот «1» собирал бы робот «2» — от схемных плат до манипуляторов. Наконец, на последнем этапе робот «1» вставлял бы «пустой» диск в свой компьютер, переписывал на диск заложенную в нем программу в память робота «2» и запускал его компьютер. По мнению специалистов без последней операции невозможно «доказать, что роботы каждого следующего поколения совершенно независимы от предыдущего», а не просто следуют командам , переданным через общий энергетический или информационный канал.

Далее робот «2» соберет робот «3», продемонстрировав тем самым, что он действительно является точной копией робота «1»; эта операция называется «проверкой на плодовитость». Всего предполагается собрать таким образом 7 роботов, которые затем начнут изготавливать различные изделия. В конце эксперимента роботы сами себя разберут. Основным техническим средством этого эксперимента служил робот ПУМА 500, управляемый компьютером LSJ-11, в памяти которого могут храниться данные о почти тысяче операций. ПУМА 500 состоит из 1500 компонентов. По расчетам ученых, потребуется 5 лет, чтобы создать компьютер объемом не более 1м³, который сможет хранить достаточное количество команд для самовоспроизводства робота ПУМА 500.1

Однако не только в рамках эксперимента, но и уже в производственной деятельности начинает реализовываться принцип «роботы делают роботы». На роботостроительном предприятии компании Jashawa (Япония) эксплуатируется робототехнический комплекс для сборки 2-х звеньев манипулятора робота L-10W. Комплекс занимает площадь 6х4 м и состоит из робота мод. L-106 (для манипулирования собираемыми звеньями, автоматическим гайковертом), робота RT-3000 для прецизионной сборки (имеет 4 степени подвижности, точность позиционирования — 0,025 мм, радиус действия 835 мм, скорость перемещения до 1,6 м/сек.); небольшого пресса для прессовой посадки деталей в отверстия; 3 систем технического зрения (одна — для ориентации звеньев, вторая — на конвейере подачи малых деталей, третья — на сборочной станции); конвейера для подачи звеньев роботу L-106; небольшой нагревательной камеры для нагрева посадочного гнезда короткого звена; 8 устройств для подачи деталей, расположенных по периферии сборочного комплекса (в т.ч. по одному для подачи деталей небольшого размера, подшипников, валов и 5 — для подачи звездочек и шайб 4-х размеров. Каждый питатель содержит магазин на 20 деталей); 4 сменных захватных устройства для робота RT-3000 . Сборка включает установку с одного конца короткого звена манипулятора (длиной 350 мм) двух коротких валов (каждый с подшипником и звездочкой). В другой конец короткого звена вставляется подшипник с шайбами и прокладками; аналогичная совокупность деталей вставляется также и в один из концов длинного звена (длиной 1 м).Последовательность сборки следующая: робот RT-3000 устанавливает крышку на звено, и робот L-106 крепит ее 4 винтами, затем наваривает звено в камере. Одновременно RT-3000 при помощи пресса собирает 2 узла, состоящие из вала, звездочки и подшипника, и вставляет их в гнезда звена. Потом робот L-106 переворачивает звено, и робот RT-3000 вставляет 4 пружинных шайбы (повторяя все это для второго подузла). В гнездо, находящееся на противоположном конце этого звена, робот RT-3000 вставляет 2 подшипника и пресс частично его запрессовывает, далее вставляются 2 шайбы, на них второй подшипник (с запрессовкой). И затем крепят крышку подшипника 4 винтами. После этого крышки, подшипники и шайбы вставляются аналогичным образом в один из концов длинного звена робота L-10W. В процессе работы ячейки 2 робота собирают приблизительно 20 различных компонентов, которые крепятся 16 винтами. Длительность рабочего цикла равна 8 мин., что обеспечивает производительность порядка 1000 сборок в месяц. Такой объем производства является мелкосерийным и типичным при изготовлении многих видов машиностроительной продукции.

Загрузка питателей магазинами с деталями осуществляется вручную операторами. Запас деталей в магазинах (по 20 шт) позволял робототехническому комплексу функционировать в безлюдном режиме без участия оператора приблизительно 3 часа.2

В октябре 1990 года фирма «Якусава Электроник» ввела в строй крупнейшее в мире роботостроительное предприятие на о. Кюсю, где принцип «роботы делают роботы» реализован еще полнее. Завод имеет производственные помещения площадью 10 тыс. м² и может выпускать до 1000 роботов в месяц. Механообработка деталей роботов осуществляется на ГПС, состоящей из склада-автомата, автоматических безрельсовых тележек, 6 обрабатывающих центров и другого оборудования, в т.ч. для снятия заусенцев. Месячная программа ГПС включает 800 типов деталей, ее обслуживает персонал — всего из 3 человек, причем ночью система работает в «безлюдном» режиме. Сборка роботов на предприятии осуществляется на 2-х параллельных линиях — с помощью промышленных роботов и вручную. Роботизированная сборочная линия, состоящая из 7 «интеллектуальных» роботов с приборами с зарядовой связью, обслуживается 9 операторами и может быть быстро переналажена на выпуск новой продукции. Производительность роботизированной сборочной линии — 15 роботов в смену, а при ручной сборке — 11 роботов в смену. Роботы обеспечивают стабильно высокую точность сборочных операции, поэтому в перспективе фирма расширит их применение на сборке. Собранные роботы в течение 24 часов проходят технический контроль с полной нагрузкой, а затем окрашиваются специальным роботом.3

Другим более масштабным примером является введенный в 1981 году японской фирмой «Фудзицу Фанук» завод-автомат в г. Фудзи близ Токио, выпускающий ежемесячно 100 промышленных роботов и 260 небольших обрабатывающих центров, электроэрозионных и токарных станков с ЧПУ. Завод оснащен 32 станками с ЧПУ (в т.ч. 23 многоцелевых, 5 токарных, 4 шлифовальных), роботами, 4 робокарами, мостовыми и портальными кранами, 2 автоматизированными складами заготовок и изделий (на 540 и 362 ячейки), общее управлении от центральной ЭВМ типа Факом-2770 и Факом 230-48. Максимальные габариты обрабатываемых деталей (станины станков) достигают 1700х1000х1000 мм, масса до 2 т., 450 типоразмеров. Транспортно-складские работы и работы по обслуживанию станков автоматизированы, вручную выполняется только сборка. Завод работает круглосуточно, в т.ч. 16 часов в сутки по безлюдной технологии. Всего на заводе занято 100 человек (в т.ч. на сборке — 63 человека, механообработке — 19 человек, контроле — 4 человека, прочих работах — 14 человек).4 Обычный завод такой же мощности требует 500 работников, т.е. в 5 раз больше. По оценке зарубежной печати этот завод считается одним из самых высокоавтоматизированных в мире. Строительство завода обошлось фирме в 37 млн. дол., а годовая стоимость выпускаемой им продукции составляет 84 млн. дол. Завод занимает площадь 20.000 м².5

В 1984 году во многом подобный японскому заводу «Фудзи» создан автоматизированный цех по производству роботов на Московском станкостроительном производственном объединении «Красный пролетарий». Гибкая производственная система, занимающая площадь 5200 м², оснащенная 54 станками с ЧПУ (в т.ч. 35 обрабатывающими центрами и 18 токарными роботехническими комплексами), 24 роботами, 5 робокарами грузоподъемностью по 1000 кг, 155 приемными станциями, 2 автоматизированными складами (с 420 и 104 ячейками) осуществляла в 80-е годы механообработку деталей для 3050 роботов моделей М 10П.62.01 и М 20П.40.01 в год (72 наименования и весом до 150 кг). На ней занято всего 28 человек, которые высвободили 120 рабочих. Система работала круглосуточно (коэффициент сменности оборудования — 2,9).6

В 1982 году фирма «Фудзицу Фанук» пустила в эксплуатацию еще более совершенный автоматизированный завод по производству электродвигателей привода станков и роботов. Ежемесячно выпускает 10 тыс. электромоторов 40 типоразмеров постоянного тока мощностью от 0,02 до 2,8 кВт. Завод размещен в двухэтажном здании размером 100х80 м. На первом этаже выполняется механообработка деталей 900 типоразмеров с помощью 60 станков с ЧПУ (в т.ч. 8 многоцелевых, 44 токарных и 8 круглошлифовальных) и 52 роботов. Многоцелевые станки оснащены накопителями на 12 спутников каждый (с ручной загрузкой), а остальные станки обслуживаются роботами и накопительными станциями, имеющими по 3 спутника емкостью 20-50 заготовок (один с заготовками, второй — в работе, третий — с обработанными деталями). Станки оснащены системами компенсации износа инструмента. Транспортировку заготовок и деталей на спутниках между автоматическим складом и накопительными станциями станков осуществляет 2 робота.На втором этаже осуществляется сборка электродвигателей на 4 сборочных линиях, состоящих из 25 сборочных комплексов и оснащенных 49 роботами модели М (для загрузки и выгрузки) и модели Ф (для точной сборки). На I и II линии собираются небольшие серводвигатели постоянного тока, на III — серводвигатели переменного тока, на IV — электродвигатели главного привода. Автоматизировано с помощью роботов 65% всех сборочных операций. В начале каждой линии производят балансировку узла «ротор-вал» на балансировочном станке, после чего с каждого конца ротора на его вал роботы напрессовывают подшипник, затем на фланец запрессовывают сальник и вставляют набивку. После этого на зажимное приспособление устанавливают фланец, и на него опускают ротор, через последний надевают на фланец статор. После статор собирают с торцовой крышкой, запрессовывают в требуемом положении и затягивают весь мотор 4-мя сквозными длинными болтами с шайбами и гайками. Собранный мотор передается на линию ручной сборки. В настоящее время вручную выполняется только точная настройка начала отсчета у вращающихся импульсно-кодовых датчиков, регулировка фланца (чтобы на обе катушки мотора подавался одинаковый ток) и крепление некоторых проводов. Каждый сборочный комплекс оснащен накопителем с 3 спутниками для снабжения комплектующими деталями. Собираемый узел передается между комплексами конвейером (карусельного типа овальной формы). Транспортировку спутников с деталями между автоматическим складом и сборочными комплексами осуществляют 5 робокаров.Завод обслуживает 60 человек, в т.ч. 21 человек на механообработке и 19 человек на сборке. Механообрабатывающий цех работает круглосуточно, в т.ч. две смены без людей, а сборочный — в одну.

Стоимость предприятия составила 17 млн. ф. ст. При выходе на проектную мощность выпуск его продукции превысил 36 млн. ф. ст. в год, что в 2 раза выше объема капитальных вложений.7

Высокая степень автоматизации процессов механообработки и сборки достигнута и в автомобилестроении, достижения которых могут быть использованы при производстве другой технически сложной машиностроительной продукции, в т.ч. и элементов воспроизводящих систем. Завод-автомат «Термоли 3» фирмы ФИАТ выпускает в сутки 2600 автомобильных двигателей с рабочим объемом цилиндров 0,75 л; 1л; 1,3 л (мощностью 25-33 кВт и весом до 69 кг).8 На нем занято ок. 600 человек, непосредственно связанных с производственным процессом, из них 230 человек занимается техническим обслуживанием и эксплуатацией оборудования; 365 человек используются в производстве (в т.ч. ок. 180 человек на участке механической обработки). Производительность труда таким образом на заводе составляет св. 4 двигателей в день на 1 занятого или св. 1000 в год. Завод состоит из участка механообработки (линии по производству блоков двигателей, головок цилиндров, коленвалов, распредвалов, шатунов, маховиков, коллекторов), участка сборки и участка испытаний с 49 автоматическими постами испытаний. На заводе автоматизированы 80% операций по сборке и все испытания двигателей. Сборочные линии построены по модульному принципу — отдельные посты сборки соединены конвейером. Каждый модуль и секция конвейера управляются отдельным микропроцессором, весь процесс сборки — центральной ЭВМ. Узлы и детали между постами движутся на специальных поддонах — палетах с блоком памяти (где записаны технические параметры деталей и очередность сборочной операции). Сборочные посты оснащены 56 роботами и 92 программируемыми манипуляторами. На отдельной линии, оснащенной 16 роботами, собираются головки цилиндров из 91 детали. Линию обслуживает 3 человека (вместо 100 человеку при традиционной сборке). На другой линии автоматически собирается поршень-шатун, причем специальным устройством измеряются и подбираются по длине и весу (с точностью до 0,1 мм и 0,1 г) комплекты по 4 одинаковых шатуна на мотор. Автоматизирована на заводе самая сложная и ответственная операция — стыковка узла из 4-х блоков шатун-поршень с блоком двигателя. Сборку блока двигателя осуществляют 5 роботов. Ручные операции сохраняются только на 2-х позициях. На первой производится монтаж системы управления зажиганием, генератора, масляного фильтра и муфты сцепления, а на второй — масляного насоса, карбюратора и системы зажигания с распределителем. Сами карбюраторы также собираются автоматически с помощью роботизированной системы на заводе «Вебер» в г. Асти. Примечательно, что на заводе почти не применяются видеодатчики. Используются в основном вибрационные транспортеры, электромеханические, пневмоэлектрические и электрооптические датчики. Завод оснащен в общей сложности 212 станками с ЧПУ, 384 программируемыми контрольными установками, 32 контрольными лазерами, 182 роботами и манипуляторами, 107 локальными ЭВМ.9 Его сооружение обошлось в 300 млн. дол.10

Позже фирма ФИАТ построила автоматизированный завод в г. Кассино по производству легковых автомобилей, где 64% операций по сборке автомобиля выполняют автоматизированные сборочные центры.11 Завод рассчитан на выпуск 1,8 тыс. автомобилей в сутки (модели «Типо» и др. с двигателями, собранными на заводе-автомате в г. Термоли)12 и стоит 2000 млрд. лир.13 В каждую рабочую смену на заводе занято 800 работников (в т.ч. 300 специалистов по электронной технике)11 , т.е. при 2-х рабочих сменах производительность труда составляет 1,3 автомобиля на одного работника в сутки или 320 автомобилей в год. Завод оснащен 405 роботами, 49 системами технического зрения, 481 автоматическими безрельсовыми тележками, 600 ЭВМ, 24 техническими лазерами.12 Сборка ведется без использования конвейера на автоматических тележках, перемещающихся между роботизированными сборочными центрами. Детали кузова штампуются на 4-х прессах с быстрой сменой штампов и свариваются в кузов роботами. Роботы устанавливают сидения, обивку, щит управления, стекла, двери, колеса, стеклоочистители и т.д.12,13

Еще более высокий уровень автоматизации достигнут в электронной промышленности. До последнего времени здесь «пальма первенства» принадлежала заводу по выпуску персональных компьютеров фирмы «Эппл компьютерс». Завод, насыщенный роботами, станками с ЧПУ и другими средствами автоматизации способен выпускать 500 тыс. ЭВМ в год. При этом занято в производстве 300 человек, а выработка на каждого составляла 419 тыс. дол. в год.14 Важно отметить, что выпускавшиеся на заводе персональные компьютеры серии «Макинтош» использовались в автоматизированной системе управления производством этих же компьютеров на предприятии во Фримонте (шт. Калифорния), а другая фирма «Моторолла»применяет их в системе управления роботами и средствами машинного зрения на предприятии в штате Флорида.15 Другими словами — это еще один пример частичной реализации идеи автоматического самовоспроизводства средств производства.

Позже пальма первенства перешла к высокоавтоматизированному заводу по производству ЭВМ (автоматизированных рабочих мест) фирмы Next, сооруженному в том же г. Фримонте. Завод стоимостью 20 млн. дол. производит за год продукции на 100 млн. дол.15 (проектная мощность завода 600 ЭВМ в день)16 . Сверхвысокий уровень автоматизации обеспечивает весь комплекс изготовления продукции (от изготовления печатных плат до готовой ЭВМ) силами всего 12 производственных рабочих: 4 человека — на сборочном конвейере, 2 человека — контролирующие автоматику, 2 человека — на испытательных стендах и 4 человека — на окончательной сборке компьютерных систем. По оценке специалистов выработка на одного производственного рабочего на этом заводе может достичь 10 млн. дол. в год. (Для сравнения укажем, что в 1987 году в США в среднем по предприятиям, выпускающим ЭВМ, выработка на одного занятого составляла 197 тыс. дол./год или в 50 раз меньше)16 . С помощью роботов компьютер на заводе собирается из 465 компонентов, при этом делается 3300 соединений с числом дефектов не более 4-6 на 1 млн. паяных контактов (в среднем по промышленности — 200-250 дефектов на 1 млн. паяных контактов)18 . На заводе автоматизирована как сборка печатных плат, так и окончательная сборка ЭВМ. На сборку 1 печатной платы уходит 20 мин. Всего за 0,5 часа завод может переналадиться на выпуск новых плат. На сборочной линии работает 13 роботов.17 Площадь производственных помещений всего 2410 м².16

Высокая степень автоматизации достигнута в производстве полупроводниковых микросхем и других электронных компонентов. Примечательно, что здесь внедрение безлюдного производства диктуется самим технологическим процессом. Переход к изготовлению сверхбольших интегральных схем (СБИС) с субмикронными размерами элементов требует создания сверхчистых производственных помещений, максимально изолированных от внешней среды. Достигнуть этого можно в полной мере, лишь исключив человека из непосредственного участия в процессе обработки полупроводниковых пластин. Поэтому еще в 1985 году фирмы RCA и Sharp Microelectronics Inc. приступили к сооружению предприятия по производству полупроводниковых приборов, где полупроводниковые пластины обрабатываются в сверхчистых помещениях без участия людей. Работая круглосуточно, завод может обрабатывать 750 полупроводниковых пластин диаметром 152 мм в сутки.19 Сейчас такие предприятия имеют и другие фирмы.

Все шире охватываются роботизацией и другие производства. Повсеместным становится использование роботов в заготовительных цехах при штамповочных и ковочных прессах, литейных машинах, гальванических ваннах, сварочных установках. Внедряются роботы и в основной сектор литейного производства — литье в песчаные формы. Известны факты применения их на участках простановки стержней, нанесения покрытий на поверхность полуформ, выбивки, зачистки и контроля отливок. Например, на одном из французских литейных заводов эксплуатируются 2 автоматических манипулятора, проставляющих стержни общей массой 45-60 кг в формы для литья блоков цилиндров с периодом рабочего цикла 20-25 сек. На выставке в г. Бирмингеме (Англия) в 1983 году экспонировался робот с 6 степенями свободы для обработки отливок весом 2,6 кг (снимал их со стеллажа, подавал на позиции отрезки литников абразивным диском, удалял формовочную смесь из «карманов» пневмозубилом, зачищал абразивной лентой и снова клал на стеллаж, затрачивая на все это 1,8 мин)20 . В Англии был разработан комплексно автоматизированный небольшой литейных цех мощностью 1 тыс. т годных стальных отливок (корпус задвижек весом 19 и 57 кг в год (при работе 40 часов в неделю). Отливки изготовляются по выжигаемым пенополистирольным моделям в керамических оболочных формах, помещаемые в опоки, заполненные песком и уплотняемые вибрацией, формы заливают под вакуумом на карусельно-заливочной установке, затем по системе охладительных конвейеров доставляют к выбивному устройству, где отливки извлекает робот и подвергает финишной обработке. Численность персонала цеха — 19 человек. Капитальные затраты на технологическое оборудование — 520 тыс. ф. ст., в т.ч. для изготовления пенополистироловых моделей — 65 тыс. ф. ст., керамических оболочковых форм — 69 тыс. ф. ст., плавильное (одна индукционная печь средней частоты) и заливочное — 150 тыс. ф. ст., формовочное, выбивное и финишное — 236 тыс. ф. ст.21

В области подъемно-транспортных операций автоматизация начинает распространяться и на манипуляции с крупногабаритными изделиями. Созданы первые автоматизированные мостовые и другие краны. Как правило, они оснащаются направляющей жесткой колонной (для подъема-опускания груза). В ПО Takpaf (ГДР) был изготовлен автоматизированный мостовой кран грузоподъемностью 1,5 т для подачи заготовок на 5 обрабатывающих центров. Он оснащен бортовой ЭВМ, обслуживает пролет шириной 21,5 м и длиной 50 м. Точность позиционирования груза ±2 мм. Западногерманская фирма «Gebrüder Dickertmann Hebezeugefabrik» поставила автоматизированные мостовые краны для ГПС (из 13 станков), обрабатывающие печатные цилиндры и валы весом до 3 т и длиной до 2,5 м. Краны обслуживают пролет цеха шириной 22 м и длиной 100 м. В обоих случаях скорость передвижения кранов — 1 м/сек, крановой тележки — 0,5 м/сек, подъема-опускания груза — 0,2 м/сек. Японская фирма «Mitsui» создала для прессового цеха завода фирмы «Fudji» автоматизированную транспортную систему из 6 козловых кранов грузоподъемностью по 0,8 т с пролетом в 11 м и высотой подъема 5,7 м.22 По существу, названные автоматизированные краны являются роботизированными системами.

С ними смыкаются промышленные роботы большой грузоподъемности с подвижным порталом (ПРПП). В бывшей ГДР в 1986 году был изготовлен заводами «Paul Flöhlich» и «Schmalhaldener» для одной из ГПС такой робот грузоподъемностью до 4 т и скоростью передвижения — 1,05 м/сек. Японская фирма «Hitachi Kiden Koguo» установила на сталелитейном заводе ПРПП грузоподъемностью 2,5 т (точность позиционирования ± 25 мм; скорость перемещения портала — 1,0 м/сек, а каретки -8,6 м/сек). Другая японская фирма «Nippon Kokan Kubushihi Kaisha» изготовила для металлургического предприятия ПРПП грузоподъемностью 40 т, предназначенный для транспортировки рулонов листовой стали с точностью позиционирования ± 50 мм (скорость транспортирования грузов им составляет ок. 70% от скорости при ручном управлении).23

Большегрузные роботизированные системы разрабатывались и в СССР. В частности, в НПО «НИИПТмаш» (г. Краматорск) были созданы роботы мостового типа с грузоподъемностью 1000 и 2000 кг, имеющие 4 степени подвижности, точность позиционирования ± 0,5 мм, зону обслуживания до 50х12х2,5 м, скорость передвижения — 1 м/сек. (подъема-опускания груза — 0,25 м/сек.). Роботы оснащены устройством ЧПУ ЗС 150-21 и предназначены для установки деталей на станки, выполнения других транспортно-загрузочных операций, а также сварки длинных швов, зачистки заготовок и т.д.24 Каждый робот состоял из одного-двух манипуляторов, передвижного моста и системы на П-образных опорах.25

Появление роботов большой грузоподъемности и автоматизированных кранов создает предпосылки для автоматизации сборки и монтажа крупногабаритных машин и видов оборудования. В частности, в литературе были сообщения о том, что в Японии разработан проект автоматической системы сборки станков с помощью RC 2000 (грузоподъемностью 2000 кг) и RC 200 (грузоподъемностью 200 кг).26

Первые шаги делает роботизация и в такой трудноавтоматизированной области, как строительство. Строительная японская фирма «Кадзима» сконструировала робот, который устанавливает стенные панели при строительстве высотных зданий; робот, выравнивающий бетонные полы, и робот, укладывающий длинные стальные балки в фундамент АЭС (транспортирует 20 балок по 100 кг и укладывает их со скоростью 1 балка в минуту)27 . Фирма Takenaka создала роботизированный башенный кран для установки стальной арматурной решетки на строительстве АЭС. Телескопическая рука его имеет рабочий радиус 10 м и вертикальное перемещение — 15 м, грузоподъемность — 150 кг и 6 степеней подвижности. Может работать автоматически в режиме «обучения-воспроизведения». Работает совместно с автоматическим питателем, подающим арматуру. Хотя арматуру связывают еще вручную, тем не менее кран высвобождает 4 человек на монтаже. Эта же фирма построила автоматизированную систему укладки и отделки бетона. Она содержит роботы для монтажа арматуры, распределения, уплотнения, профилирования и отделки бетонного покрытия. Робот для выравнивания профиля бетонного покрытия представляет собой легкий шагающий бульдозер с лазером. Отделку поверхности бетона осуществляет гусеничный робот с 8 вращающимися выглаживающими механизмами. Производительность его — 300 м²/час. Заменяет 3 рабочих.28 Японская фирма Taisei так же создала робот для распределения бетона и укладки его. Программное устройство определяет положение бетонопровода, количество укладываемого бетона, предотвращает столкновение рабочего органа со строительными конструкциями. Другая фирма «Хадзами-Гуми» создала роботы для автоматизации операций при возведении дамб и насыпей. Один робот транспортирует бетон на стройплощадку, второй — собирает опалубку для заливки бетона, третий — уплотняет бетон после заливки. Эти роботы заменяют труд 200 рабочих.29

В НИИЖБ совместно с Гипростроймашем и ЦНИИСК Госстроя СССР разработали робот для навивки проволочного, преднапряженного арматурного каркаса железобетонных плит размером 6,5х4,5 м. Все операции, включая закрепление начала и конца навивки, а также обрезку арматуры, производится без участия оператора. Скорость навивки — 36 м/мин, что обеспечивает выпуск 75 тыс. м³ плит в год. Применение робота при производстве многопустотных панелей перекрытий снижает трудозатраты в 3-4 раза, потребность в электроэнергии — в 2,5-3 раза, в напрягаемой арматуре — в 1,5-2 раза.30

Фирма Hazama Cumi создала систему автоматического управления приводом щита для проходки туннелей (по лазерному дальномеру управляются гидравлические домкраты, изменяющие положение щита и бурильного механизма с отклонением на более 150 мм от проекта).31

Японский университет Waseda University к концу 1985 года разработал по проекту Warcar (строительный робот Waseda): 1) роботизированное строительство домов из деталей, изготовленных индустриальным методом; 2) роботизированную сборку стальной арматуры для железобетонных конструкций; 3) роботизированную сборку опалубки для бетона.31

В 1988 году была разработана (в Японии) впервые в мире роботизированная установка для укладки кирпича. Она создана на базе серийно выпускаемого робота «Фанук». Стоимость ее — 40 млн. иен.32

Появляется оборудование-автоматы и в добывающих отраслях промышленности. Шведская фирма «Атлас-Копко» создала полностью автоматизированную бурильную установку для горнодобывающей промышленности, не требующей постоянного присутствия оператора.33 В СССР были разработаны горнопроходческие комплексы для безлюдной выемки угля в очистных забоях.

В 1991 году был введен в эксплуатацию спроектированный норвежской фирмой «Норск хайдро» автоматизированный комплекс по подводной добыче газа 19 млрд. м³ газа. Он включал в себя 5 скважин и систему трубопроводов на глубине 305 м. Управление комплексом дистанционное с платформы, удаленной на 48 км. Стоимость комплекса 500 млн. ф. ст. (это в 2 раза меньше по сравнению с обычной стационарной газодобывающей морской платформой).34 Использование средств роботизации позволило полностью отказаться от услуг водолазов.

Расширение морской добычи полезных ископаемых стимулировало развитие подводной робототехники и автоматических самоходных подводных аппаратов. Сейчас, по оценке специалистов, в мире уже эксплуатируется свыше 1000 подводных роботов (для подводной добычи газа и нефти и т.д.). Примечательно, что стоимость подводных роботов снизилась с нескольких десятков миллионов долларов в 60-е годы до нескольких сот тысяч долларов в настоящее время.35

Важным средством автоматизации становятся автоматизированные гибко переналаживаемые установки по производству различных малотоннажных химикатов. Их создание становится возможным благодаря тому, что в основе производства тысяч разнообразных химических продуктов лежат 74 традиционных типа реакций, для осуществления которых достаточно 20 блочно-мульных установок следующих типов: 1) для синтеза под высоким, средним и низким давлением; 2) гидрирующих реакторов, 3) реакторов жидкофазного гидрирования, 4) окисления, 5) разделения ректификационными методами, 6) комбинированных пленочных и роторно-пленочных испарителей с выгрузкой продукта в сыпучем или жидком виде, 7) непрерывной кристаллизации в каскаде емкостных аппаратов, 8) изогидрической кристаллизации, 9) разделения суспензий или осветления растворов, 10) кондуктивной сушки, 11) сушки и гранулирования с классификацией продукта, 12) измельчение, сушка и прокалка.36 Примером автоматизации малотоннажных производств стала созданная на опытном заводе бывшего Всесоюзного НИИ химических реактивов и особо чистых веществ (ИРЕА) установка «Протон» для производства различных сверх чистых химикатов для микроэлектроники. Она состоит из 8 стандартных модулей-аппаратов, выполняющих наиболее употребляемые технологические процессы (адсорбцию, химическую обработку, десорбцию, кристаллизацию, ректификацию, абсорбцию, микрокристаллизацию и фасовку). Аппаратура, выполненная из фторопласта, размещается на 2-х стендах, занимающих площадь 20 м², и управляется от ЭВМ. Модули могут соединяться по программе в разной последовательности, необходимой для получения требуемого химиката. Производительность установки — от 3 до 30 кг химикатов в час.37 ,38

В крупнотоннажных отраслях химического профиля, где непрерывный технологический процесс и однородный характер продукта облегчают внедрение средств автоматизации, высокоавтоматизированные производства существуют уже давно. Например, на заводе японской фирмы «Синьэцу Кагану» установку по производству 300 тыс. т полихлорвинила в год (оснащенную ЭВМ, регулирующей подачу мономера, инициатора, проведение полимеризации, сушку, упаковку продукта) обслуживают всего 5 человек в смену или 15 человек в сутки (это в 10 раз меньше, чем на обычной установке такой же мощности).39 В малотоннажных производствах и химических лабораториях внедрение средств автоматизации пока затруднено. Тем не менее, появляются сообщения о том, что в ряде отраслей применяются роботы-лаборанты при обслуживании различных химических аппаратов (реакторов, центрифуг и т.д.). За рубежом роботы-лаборанты изготавливают в основном фирмы «Zymark» (внедрила уже 300 роботов для манипулирования колбами и пробирками по испытанию полимеров, анализу металлов и т.д.) и «Perkin Elmer» (США). Японская фирма «Shimazu Seisakusho» разработала роботизированную систему химического анализа образцов (позволяет делать взвешивание, перемешивание, подогрев, фильтрование и другие процессы, а также испытание образцов). В ТИХМе создан действующий макет робота-лаборанта (робот МП-9С на подвижной тележке берет пробирки, отбирает пробы жидкости из имитаторов химических реакторов).40

Наиболее близко к практической реализации идеи самовоспроизводящихся систем подошел национальный проект завода-автомата в Японии, который стал разрабатываться с декабря 1977 года в Агентстве по прикладным наукам и технологии Министерства промышленности и внешней торговли. Первоначально на заводе намечен был выпуск модулей метаморфических металлообрабатывающих станков. С пуском завода будет осуществлена идея создания «самовоспроизводимой машины».41

По завершению проекта, на полностью автоматизированном предприятии будут производиться компоненты массой до 500 кг и габаритами до 1 м. Обслуживающий персонал составит 10 человек вместо 700 рабочих, необходимых для обычного завода такой же мощности.

Влияние действующего станкостроительного завода-автомата на японскую промышленность будет огромным, т.к. такие заводы смогут в дальнейшем производить довольно быстро дубликаты своего собственного оборудования.41

Проект предусматривает автоматизацию мелкосерийного производства, начиная от поставки сырья и кончая отгрузкой готовых изделий. Технологический цикл на заводе будет включать в себя: формование заготовок (методом порошковой металлургии и ковкой) с минимальным количеством оснастки, механическую обработку, сварку, термическую обработку, сборку и испытания, проводимые без участия человека.В 1984 году начались испытания в новом здании лаборатории технологии машиностроения в г. Цуруба экспериментальной гибкой производственной системы, выполненной в 1/25 величины проектируемого завода-автомата. ГПС управляется несколькими операторами из отделения ЭВМ. На первом этапе система испытывалась на производстве 2-х вальной коробки передач (габариты 276х265 мм, длина вала 300 мм, масса 30 кг) и шпинделя (габариты 200х190 мм, длина вала 300 мм). Оба узла состоят из корпусов, валов, подшипников, уплотнений и крепежа. На втором этапе планируется изготовление головки блока цилиндров дизеля и насоса с качающейся шайбой 4 модификаций (общей массой от 12 до 125 кг).

Весь комплекс занимает площадь 34х21 м и делится на 4 равные части: 1/4 занимает 2 участка механической обработки; 1/4 — вспомогательные и контрольные стенды; 1/4 — сборочный комплекс; 1/4 — настроечно-регулировочное оборудование. В состав комплекса входят две автоматические транспортные тележки (одна — для обрабатывающих ячеек, другая — для сборочного комплекса).42

Многоцелевые станки выполнены в проекте с взаимозаменяемыми узлами на общих станинах. В результате один и тот же базовый узел может использоваться для токарной обработки, сверления, растачивания шлифования. Это обеспечивается тем, что в каждый узел входит по 3 головки, причем зажимные патроны и обрабатывающие головки взаимозаменяемы между собой. Деталь можно установить в патроне на шпинделе, а обрабатывающими головками вначале произвести расточку или сверление. Затем эти головки можно привести во вращение и выполнить с их помощью обработку, которую обычно выполняют на токарном обрабатывающем центре. Деталь можно без применения робота последовательно передавать от одной обрабатывающей головки к другой, а затем и на следующий модуль (но это приводит к простоям дорогостоящего оборудования при передаче деталей и фактически отменено развитием робототехники). Станки проектировались для обработки деталей 30 наименований с размерами 300х300х300 мм.

Имеется также лазерный комплекс, оснащенный лазерами мощностью 10 кВт и 300 Вт, которые через световоды режут заготовки, сваривают, снимают заусенцы и проводят термообработку.43

Сборочный комплекс состоит из 3-х участков. Оборудование первого участка состоит из поворотного стола и робота с прямоугольной системой координат (диапазон его перемещений — 1 м). Он вынимает деталь из зажима, в котором она обрабатывалась и вставляет в кассету (в форме диска), которая перегружается на автоматизированную транспортную тележку и доставляется на следующий сборочный участок. Здесь стандартный робот «Ясакава», оснащенный видеодатчиками, загружает в кассету крепежные детали (гайки, болты) и подшипники. На участке окончательной сборки установлен крупногабаритный четырехстоечный сборочный агрегат с тремя механическими руками ( по 5 степеней свободы у каждой, прямоугольная система координат). В зоне их обслуживания — поворотный стол на 4 кассеты. Две руки подвешены с вертикальным перемещением, одна — движется в горизонтальной плоскости. Весь сборочный участок имеет 16 степеней свободы (5х3 + поворот стола). Одна рука применяется для установки деталей в гнезда, подшипников, другая — вставляет и затягивает крепежные детали, третья — ведет установку деталей в горизонтальной плоскости. Конструкция рук предусматривает возможность автоматической (по программе) замены схватов для деталей различной формы и размера. Одна рука имеет 20 схватов, другая — 10, третья — 6. Собранные изделия по рольгангу идут к загрузочному роботу грузоподъемностью 50 кг (с 3 степенями свободы) для установки их на контроль. Сборочный комплекс рассматривается как стандартная система, которая может приспосабливаться к производству разнообразных устройств.44

Имеется автоматическая контрольно-измерительная машина, предназначенная для проверки 49 размеров или функций. При оснащении, например, коробки скоростей электродвигателем на этой машине можно измерить пусковой и крутящий момент. Кроме того, на ней измеряются различные размеры, профили и биения. Заготовительное оборудование испытывалось отдельно. Было разработано 4 машины. Среди них автоматический пресс фирмы JHJ для ковки в подкладных штампах, предназначенный для получения из стандартных пластин и стержней плоских плит или брусков, прутков, ступенчатых валов, дисков и шестигранных прутков. Обслуживался 2 манипуляторами. Вторая машина предназначалась для профилирования вращающихся нагретых дисков и колец путем круговой прокатки роликами (для получения гильз с фланцами, колес с тонкими дисками и толстыми спицами и ободами и т.д.). Фирма «Аида» создала 2 гибких ковочных пресса. Первый оснащен 6, а второй — 5 подвижными ползунами для обжатия валов. Оснащены комплексами стандартных штампов и предназначены для выполнения операции высадки валов, получения кривошипов, Т-образных деталей из прутков диаметром до 600 мм и массой до 15 кг, а также для глубокой вытяжки гильз и кронштейнов из тонколистовых заготовок.

Последний — пресс для горячего изостатического прессования (фирмы «Мицубиси хеви индастриз») методами порошковой металлургии. Керамические формы с пресс-порошком предварительно нагревались в печи до 1000°С, что сокращало цикл прессования с 5 до 1 часа.43

Экспериментальный завод-автомат в г. Цукуба стал важным шагом на пути к созданию автоматических систем, законченного производственного цикла, работающих на «произвольный заказ» и способных к самовоспроизводству.Близким к идее самовоспроизводящихся систем является также российский проект «Кибер» (компьютерная интегральная база единого развития), предусматривающий создание сверхинтегрированных проектно-производственных систем (СППС) для разработки и опытного производства наукоемкой продукции, и связанная с ним программа «Создания центров инженерного обеспечения машиностроительного производства». Проект предусматривает разработку СППС, состоящую из комплекса высокоавтоматизированных опытных производств, которая затем будет растиражирована по всем регионам России и станет основой будущего производства. Проект базируется на феномене авторазвития гибкой автоматизации.СППС будет включать в себя интегральные проектно-производственные системы (ИППС): механообработки деталей, заказного привода, полупроводниковых структур, печатных плат, программного обеспечения, издательской продукции, сборочные участки, а в перспективе в нее войдет и ИППС автоматизированных малотоннажных химических производств. ИППС механообработки будет включать в себя систему автоматизированного проектирования деталей (САПР-Д), автоматизированную систему технологической подготовки производства (АСТПП), АСУ, 5 токарных модуля (в составе многоцелевых токарных полуавтоматов, портальных роботов, инструментальных магазинов, накопителей заготовок и т.д.), 5 фрезерных модуля (на базе станков моделей ДФ320ПМ2Ф4л, ЛР800ПМ2Ф4, накопителей заготовок и т.д.), модуль плазменной обработки (для сварки, порошковой плавки, напыления, поверхностной термообработки, финишного поверхностного упрочнения), модуль термической обработки (в составе элеваторной вакуумной закалочной печи типа СЭВР-33/11.5ИЗ, двух специализированных шахтных печей с кипящим слоем, закалочного устройства), 2 электроэрозионных станка (модели 4Л723ФЗМ и МА96ФЗ), блок алмазного электроэрозионного шлифования (для эксплуатации на токарных и фрезерных модулях или автономно), автоматизированную транспортно-складскую систему (в составе крана-штабелера, электроробокара, транспортно-накопительного устройства на базе роликового конвейера). Часовая производительность системы — 5-10 деталей размером до 550х550х550 мм, а в будущем до 1000 мм. Обслуживают его 5 человек в смену (без учета САПР-Д, АСТПП). В перспективе ИППС будет оснащена токарно-фрезерными модулями с полной обработкой деталей, включая финишные и суперфинишные операции.ИППС заказного привода предназначена для сквозного проектирования, изготовления и отладки электроприводов мощностью от нескольких ватт до 15-25 кВт, в т.ч. безредукторных, линейных, на аэродинамических и магнитных подвесках и т.д. Система включает в себя модули изготовления комплектующих, сборки, отладки и контроля, АСУ, АРМ, транспортный модуль. В перспективе все операции в ИППС будут автоматизированы, включая сборку.ИППС полупроводниковых структур (разрабатывается инженерным центром ГПС при Ленинградском (Петербургском) Государственном техническом университете) и предназначена для автоматизированного проектирования, изготовления, сборки и контроля полупроводниковых приборов, БИС и СБИС, в первую очередь специализированных и особо сложных микросхем, выпускаемых малыми сериями (вплоть до единичных опытных экземпляров). Такие мини-цеха можно будет использовать на предприятиях электронного профиля и на предприятиях — изготовителях продукции с большим удельным весом электронных компонентов. На ИППС можно будет изготавливать: 1) полупроводниковые приборы на основе кремния, арсенида галлия и т.д., 2) МДП и биполярные микросхемы, 3) цифровые аналоговые и совмещенные микросхемы, 4) дискретные полупроводниковые приборы и датчики физических величин, 5) силовые полупроводниковые приборы. Основные принципы построения ИППС: модульное построение всех подсистем; возможность индивидуальной обработки полупроводниковых пластин по дискретно-непрерывной технологии, реализуемой в малогабаритных герметичных технологических модулях; использование гибкой системы формирования топологических рисунков на базе электронной литографии по кристаллу и субмикронной проекционной литографии для быстрого изготовления шаблонов в аналогичных модулях. Система ориентирована на обработку полупроводниковых пластин малого диаметра (15 мм). Производительность ИППС — 10 пластин, длительность полного технологического цикла — 6-24 час., минимальный размер элементов топологии — 0,5 мкм, количество гибких производственных модулей — от 10 до 30 ед., запыленность в локальных гермозонах — 1 частица диаметром менее 0,1 мкм на 1 л воздуха, занимаемая площадь — 800 м², в т.ч. производственного комплекса — 450 м². Система обслуживается персоналом из 5-7 человек. Концепция ИППС была отмечена на Всесоюзном конкурсе по микроэлектронике в 1987 году в г. Зеленограде.ИППС печатных плат включает в себя гальванический модуль, лазерный модуль (для нанесения рисунка на плату путем испарения фольги), фрезерно-сверлильный модуль (для фрезерования дорожек плат и т.д.) и модуль защитных покрытий (для лужения, лаковых покрытий). Время изготовления одной новой печатной платы — от 1 до 5 дней. ИППС занимает площадь 200-300 м². Каждая СППС занимает площадь — 5 тыс. м², обслуживается экипажем из 120-130 человек и стоит -25 млн. руб. (в ценах 1990 года), в т.ч. ИППС механообработки — 5-7 млн. руб., ИППС полупроводниковых структур — 5-6 млн. руб., ИППС печатных плат — 3-4 млн. руб., ИППС заказного привода — 1,2-2 млн. руб.

Головным разработчиком проекта СППС «Кибер» и программы «Создания инженерного обеспечения машиностроительных производств» был определен инженерный центр ГПС при Ленинградском Государственном техническом университете (ЛГТУ). Программа была одобрена Постановлением Совмина РСФСР от 13.01.1991 года №396 и была рассчитана до 2000 года. На первом этапе (к 1995 году) планировалось создать первые 2-3 СППС, а на втором (до 2000 года) — развернуть сеть СППС в 33 основных регионах страны, способных с 2000 года ежегодно производить 100 ИППС.45 Распад СССР и последовавший за ним тяжелый экономический кризис помешали полной реализации этой программы. В настоящее время она преобразована в программу «Российская инжиниринговая сеть технических нововведений».

Разрабатываются также проекты создания и космических самовоспроизводящих систем. Так, Проект Тизенхаузена и Дарбро (США) предусматривает создание лунного самовоспроизводящегося комплекса (ЛСВК) массой 100 т , размещенного на платформе диаметром 120 м с солнечным куполом для получения электроэнергии.46 ЛСВК должен иметь 8 основных секторов: центральный пункт управления, химическое производство (где лунный грунт перерабатывается в полуфабрикаты), технологическую линию (на которой из полуфабрикатов изготавливаются компоненты робота), участок сборки (там из компонентов монтируются роботы), роботизированную систему добычи полезных ископаемых, строительный комплекс (в рамках которого роботы-строители будут возводить платформу под ЛСВК и прокладывать дороги для роботов-шахтеров) и сеть импульсных радиоответчиков. ЛСВК будет разбит на две одинаковые части, в каждой из которых имеется сектор химического производства, технологическая линия и склад, расположенные по радиусам от центра платформы. Добычу ископаемых на Луне предполагается вести рядом с указанными секторами. Основным элементом проекта является универсальный строительный агрегат (УСА), способный построить любую систему, в т.ч. себе подобную. Агрегат состоит из 2-х элементов: серии мобильных универсальных строительных машин и стационарного универсального строительного центра, которые управляются главной системой. Получая в результате автоматизированной добычи полезных ископаемых и производства изделий все необходимые материалы, УСА создает элементы для строительства новых самовоспроизводящихся комплексов. Согласно оценке, для описания ЛСВК и программы воспроизведения необходимо примерно

фирма хадзами-гуми создала роботы,блочно-мульных установок следующих типов,влияние действующего станкостроительного завода-автомата,ряде отраслей применяются роботы-лаборанты,японская фирма mitsui создала,созданы первые автоматизированные мостовые,фирма фудзицу фанук пустила,автоматизированную транспортно-складскую систему,фактически отменено развитием робототехники,линии автоматически собирается поршень-шатун

Комментариев нет

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Планы мероприятий
Игра викторина по ЭКОЛОГИИ-10 класс

  Цель игры «Викторина по экологии» : углубить экологические знания Весь класс разбит на четыре команды по 6 человек. Время обдумывания ответа -1 минута. Ведущий читает высказывания великих людей с паузами , там , где пропущены слова. Команды должны вставить эти слова «Оценивать … только по стоимости её материальных богатств- …

Задания
Хирургия и Реаниматология. Тесты. Методическое пособие

Тестовые задания. Хирургия и Реаниматология.   Профилактика хирургической инфекции. Инфекционная безопасность в работе фельдшера   Обезболивание   Кровотечение и гемостаз   Переливание крови и кровозаменителей, инфузионная терапия   Десмургия   Ведение больных в полеоперационном периоде   Синдром повреждения. Открытые повреждения мягких тканей. Механические повреждения костей, суставов и внутренних органов   …

Планы занятий
Профориентационный тест Л.А. Йовайши на определение склонности человека к тому или иному роду деятельности

ПРОФЕССИЯ – это вид трудовой деятельности человека, который требует определенного уровня знаний, специальных умений, подготовки человека и при этом служит источником дохода. Профессиональная принадлежность – одна из важнейших социальных ролей человека так как, выбирая профессию, человек выбирает себе не только работу, но и определенные нормы, жизненные ценности и образ жизни, …