с 01.01.2006 по настоящее время
Улан-Удэ, Республика Бурятия, Россия
УДК 629.735 Летательные аппараты тяжелее воздуха с силовой установкой. Самолеты, винтокрылые летательные аппараты и т.д.
Рассмотрены некоторые примеры применения роботизированных технологических систем и комплексов (РТС и РТК) в авиастроении. Рассмотрена роботизированная ячейка контактной точечной сварки, основной состав которого это – промышленный робот (ПР), сварочные клещи, модуль линейного перемещения ПР, кантователь. Здесь ПР выполняет сварку, в качестве рабочего органа оборудован сварочными клещами. Кантователь, оснащенный шаговым двигателем производит поворот панели вокруг оси и придает свариваемой детали необходимое положение в процессе сварки. Перемещение ПР также осуществляется за счет модуля линейного перемещения. Рассмотрена роботизация производства жгутов, с применением автоматических плазов и колаборативных роботов, которые перемещаясь вдоль специализированных плазов, с помощью модуля линейного перемещения, осуществляют расстановку держателей на плаз и вязку проводов в жгуты. После завершения операции укладывают готовые жгуты в бункер-накопитель. Рассмотрен роботизированный технологический комплекс изготовления деталей типа «нервюра», в составе которого ПР, оснащенный вакуумным захватом, технологическое оборудование – пресс вырубной и гибочный. Технологический процесс состоит из двух этапов: вырубка и гибка. Вырубленные заготовки выдуваются из пресса на приемный лоток. ПР выполняет подачу заготовок в рабочую зону технологического оборудования и укладку в соответствующий накопитель. Представлены 3D-модели роботизированных участков, перечислен их состав. В заключении установлена важность анализа технологического процесса, которая должна определить целесообразность роботизации. Представлен алгоритм анализа технологического процесса. Установлено, что внедрение роботизации в определенных технологических процессах позволяет снизить влияние опасных производственных факторов.
роботизация, промышленный робот (ПР), авиастроение, производство жгутов, заготовительно-штамповочное производство, контактно-точечная сварка
Введение
Развитие и распространение роботизации сказывается на различных отраслях и авиастроение не является исключением. Интерес в применении промышленных роботов (ПР) в авиастроении появился в последние десятилетия.
Для увеличения конкурентоспособности, производительности труда стабильности и качества продукции, а также покрытия дефицита производственного персонала авиационной промышленности необходимо проводить роботизацию технологических процессов (ТП). Кроме того, роботизация может решить проблему низкой производительности труда, повысить качество производимой продукции [1].
Проектирование промышленных роботов представляет собой весьма многостороннюю проблему. Необходимо учитывать требования применения проектируемого робота к определенному классу технологических операций [2].
Авиационная промышленность характеризуется небольшими объемами выпускаемой продукции, что накладывает ограничения для внедрения роботизированных технологических систем и комплексов (РТС и РТК), т. к. в условиях серийного производства не всегда целесообразно проводить роботизацию ТП. Поэтому перед внедрением РТС и РТК необходимо проводить аудит производства, который определит узкие места на производстве и целесообразность роботизации.
В статье приведены некоторые примеры применения РТС и РТК в авиастроении.
Роботизация контактной точечной сварки
При изготовлении панелей летательных аппаратов из листовых материалов находит широкое применение контактная точечная сварка, т. к. обладает рядом преимуществ: возможность получения гладкой поверхности; высокая работоспособность при различных нагрузках.
Точечная сварка – это вид контактной сварки, при котором сваривание деталей происходит по отдельным участкам касания несколькими точками с определённым шагом [3].
Роботизированная ячейка контактной точечной сварки (рис. 1) состоит из промышленного робота 1, сварочных клещей 2, кантователя 3, модуля линейного перемещения робота 4, защитного ограждения с фотобарьерами 5, сменных ложементов 6 и свариваемых деталей 7.
На этом участке происходит сварка продольного силового набора с заданным шагом. После сварки первого ряда, робот перемещается к следующему. Перемещение сварочных клещей вдоль ряда осуществляется как за счет перемещения манипулятора, так и за счет перемещения линейного модуля.
Кантователь, оснащенный шаговым двигателем, производит поворот панели вокруг оси, придавая панели необходимое положение в процессе сварки. Таким образом, робот, перемещаясь от ряда к ряду, производит сварку продольного силового набора всей панели.
Недостатком компоновки роботизированной ячейки, показанной на рис. 1 является то, что при сварке панелей из алюминиевых сплавов требуются большие сварочные токи и усилия сжатия электродов, они зависят от толщины свариваемых деталей, марки материала. Большинство сварочных клещей представленных на рынке производителей не обеспечивают вышеперечисленные условия. Поэтому данная компоновка подходит для сварки панелей, требующих небольших сварочных токов и усилий сжатия электродов.
Стационарные машины для контактной точечной сварки имеют ряд преимуществ по сравнению со сварочными клещами, такие как: больший сварочный ток и усилие сжатия электродов.
Роботизированный технологический комплекс сварки панелей, в составе которого – стационарная машина, представлен на рис. 2. Состав РТК: 1 – стационарная машина для контактной точечной сварки; 2 – техническое зрение; 3 – стол для подачи свариваемых деталей; 4 – модуль линейного перемещения с двумя независимыми платформами; 5 – промышленный робот с захватным устройством;
6 – стол для готовых деталей; 7 – защитное ограждение с фотобарьерами.
Здесь два ПР, работая синхронно, перемещают свариваемую деталь на заданный, конструкторской документацией, шаг. Для устранения перекоса и обеспечения точности позиционирования панели в процессе сварки предусмотрено техническое зрение. Захват детали осуществляется с помощью вакуумных присосок.
Модуль линейного перемещения с двумя независимыми платформами отвечает за перемещение ПР.
При открытии сервисной двери или пересечении фотобарьеров ПР в этой зоне останавливается. При входе оператора в рабочую зону система безопасности ограничивает возможность перемещения робота до тех пор, пока оператор не выйдет и не нажмет кнопку подтверждения на пульте управления.
Роботизация производства жгутов
В настоящее время процесс изготовления жгутов в авиастроении представляет собой неавтоматизированное производство. Как и много лет назад раскладка и вязка жгутов производится вручную.
После формирования жгутов, кобот 1 снимает готовые жгуты с плаза и укладывает в бункер-накопитель, откуда поступает на склад готовой продукции. Особенностью коботов является то, что они могут перемещаться вдоль автоматической линии сборки жгутов модулем линейного перемещения.
В целом, производство жгутов в авиастроении представляет огромный потенциал для автоматизации, роботизации
процессов.
Роботизация заготовительно-штамповочного производства
Особенностью листовой штамповки является незначительное машинное время, затрачиваемое на обработку одной заготовки. Вспомогательными операциями являются операции транспортирования, загрузки и выгрузки штучных заготовок и полуфабрикатов в технологическом оборудовании. Именно они и определяют в основном производительность листоштамповочных комплексов [6].
РТК (рис. 5 и рис. 6) укомплектован промышленным роботом KUKA установленным на пьедестале между двумя прессами, накопителем для заготовок с щеточно-воздушным разделителем листов, накопителем для вырубленных деталей, накопителями для штампованных деталей, системой управления и системой безопасности. Робот оборудован двухсекционным вакуумным захватом: секция с вакуумными присосками и секция c губчатой подушкой, что позволяет производить захват заготовок как за плоские поверхности (нервюры), так и за неровные (рифленки).
В рассматриваемом РТК технологический процесс состоит из двух этапов: вырубка и гибка. На первом этапе оператор укладывает заготовки в накопитель в рабочей зоне РТК. Промышленный робот с помощью вакуумного захвата снимает заготовку с накопителя. Для облегчения снятия листа с накопителя, а также для исключения возможности взятия слипшихся листов в накопителе установлены щеточно-воздушные разделители.
Далее ПР устанавливает заготовку в вырубной пресс. Вырубной пресс совершает цикл вырубки. Вырубленные заготовки выдуваются из пресса на приемный лоток. Далее ПР продвигает лист заготовки в рабочую зону пресса и цикл вырубки повторяется до окончания листа заготовки. ПР перемещает отход листа в контейнер, а вырубленные детали из лотка в накопитель. Для определения местоположения и ориентации вырубленных деталей в лотке применяется техническое зрение.
Далее цикл вырубки повторяется до заполнения накопителя вырубленных деталей или выполнения программы выпуска.
На втором этапе ПР с помощью вакуумного захвата снимает из накопителя заготовку и устанавливает в гибочный пресс. Пресс осуществляет цикл прессования. Затем ПР снимает готовую деталь с пресса и укладывает ее в соответствующий накопитель. Далее цикл гибки продолжается до окончания заготовок для гибки в накопителе. Во время осуществления цикла гибки оператор пополняет накопитель с заготовками для вырубного пресса.
Циклограмма работы ПР по обслуживанию пресса с учетом времени, необходимого для взятия заготовки и штампованной детали, времени на перенос и опускание заготовок и штампованных деталей представлена на рис. 7.
Заключение
ПР играют большую роль в техническом перевооружении авиационных предприятий, на базе которых можно автоматизировать, роботизировать существующие технологические процессы.
Анализ технологического процесса (ТП) является одним из наиболее ответственных этапов, от качества выполнения которого в значительной степени зависит эффективность разрабатываемого комплекса [7]. Алгоритм анализа ТП представлен на рис. 8.
В условиях серийного производства не всегда получается достичь экономического эффекта от внедрения РТС и РТК, поэтому ключевым фактором внедрения роботизации в производство может послужить повышение безопасности труда.
При наличии опасных для жизни и вредных для здоровья условий труда решение о роботизации принимают на основании предварительного отбора независимо от результата технико-экономического обоснования [8].
В работах [9, 10] подтверждается, что одной из причин внедрения роботизации является снижение влияния опасных производственных факторов.
В целом, внедрение роботизации зависит от множества факторов:
– необходимость решения проблем текучести и нехватки кадров;
– необходимость повышения качества продукции;
– возможность технологического перевооружения с минимальными объемами перепланировок производственных помещений.
Понимание и оценка этих факторов являются важным этапом в процессе решения вопроса о внедрении роботизации.
1. Эфендиева А.А., Хаджиева М.И., Канокова М.А. Исследование влияния процесса массовой роботизации и автоматизации производства на структуру трудовых ресурсов // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2019. № 6 (92). С. 186-193.
2. Колмаков Л.А., Однопалов А.Д., Шарапановская М.С., Шелест Ю.А. Применение роботов в аэрокосмической промышленности // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2020. 2020. Т. 1. С. 374-376.
3. Контактная точечная и шовная сварка, её определение и сущность, схемы, технология и оборудование // [Электронный ресурс]. URL: https://taina-svarki.ru/sposoby-svarki/kontaktnaya-svarka/kontaktnaya-tochechnaya-i-shovnaya-svarka-shemy-tehnologiya-oborudovanie.php. (дата обращения 16.11.2023 г.)
4. Сидоров С., Полторыхин Д. Инновационный подход к роботизации производства кабельных сборок и жгутов // Технологии в электронной промышленности. 2019. № 1. С. 64-69.
5. Еремин А. Жгутовые столы: старые проблемы и новые возможности // Технологии в электронной промышленности. 2020. № 6. С. 18-22.
6. Автоматизированное проектирование и управление технологическими процессами ОМД: электронное учебное пособие к курсовому проектированию [Электронный ресурс] / В. А. Михеев, Д. В. Савин; Министерство образования и науки Российской Федерации, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет). Самара. 2011. 8 с. 1 CD-ROM. Системные требования: ПК с частотой ЦП от 800 МГц и выше; Windows XP и выше; дисковод CD-ROM.
7. Евтеева Е.В. Применение мехатронных средств в промышленности // Вестник Волжского университета им В.Н. Татищева. 2011. № 17. С. 78-85.
8. Р 50-54-85-88. Рекомендации. Проектирование роботизированных технологических процессов. Всесоюзный научно-исследовательский институт по нормализации в машиностроении (ВНИИНМАШ). М. 1988. 26 с.
9. Стаханова Я.А., Кутузова А.В., Гусев А.Д. Повышение и анализ безопасности труда в процессах заготовительного производства в машиностроении // Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 627-631.
10. Пикалов А.А. Применение роботизированных систем при сборке авиационных конструкций, содержащих смешанные пакеты КМУ-Ti-Al // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. том 16. №1(5). С. 1550-1556.
