Как устроено современное автоматизированное производство. Датчики и сенсоры для промышленных роботов

Эта статья поможет прояснить взаимосвязь между технологиями автоматизации и обрабатывающей промышленностью. Мы рассмотрим как контролируемые, так и неконтролируемые среды, в которых оборудование автоматизации используется для повышения безопасности и производительности.

Марш в сторону автоматизации еще далек от завершения. Мы вступили в фазу, когда автоматизация защищает квалифицированных рабочих от аутсорсинга, увеличивая ценность их времени и усилий. В отрасли с оборотом в 5.2 триллиона долларов США повышение стоимости человеческого капитала никогда не было столь важным.

UR16e тяжелого cobot долга с полезной нагрузкой 16 кг (35,3 фунтов)  работающую в непосредственной близости к человеку

ЧТО ТАКОЕ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА?

В 1913 году Генри Форд навсегда изменил мир производства с помощью передвижной сборочной линии, укомплектованной рабочими, специализирующимися на конкретных задачах. Сегодня происходит еще одна эволюция в производстве: автоматизированное производство (см. также определение автоматизации).

Люди устают, теряют фокус и совершают честные ошибки. Повторяющиеся задачи, требующие точности, становятся сложнее для людей, чем дольше они должны их выполнять. Автоматизация производства вносит оборудование для автоматизации в уравнение для повышения безопасности и эффективности.

Благодаря технологическим достижениям, таким как интуитивно понятные подвески для программирования, теперь можно легко создавать подробные инструкции для роботов. Современные датчики позволяют роботам понимать окружающую среду и взаимодействовать с ней. Усовершенствованные конструкции снижают необходимость в техническом обслуживании, позволяя автоматизированным производственным средам работать круглосуточно.

СТЕПЕНИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

Вы найдете различные степени автоматизации в производстве. Например, совместные роботы предназначены для совместной работы с людьми с целью точного выполнения опасных или повторяющихся задач. Другие производственные предприятия почти полностью полагаются на машины для автоматизации с минимальным участием человека.

Такая гибкость кардинально меняет способ проектирования и эксплуатации цепей поставок. Например, за последние четыре десятилетия количество рабочих мест на производстве в Европе и США неуклонно снижалось. Совместная автоматизация помогает замедлить (и, возможно, повернуть вспять) этот спад, так как производители инвестируют в решения, которые увеличивают производительность каждой единицы труда при одновременном улучшении условий труда.

КАК АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ?

Существует три категории автоматизации в производстве:

Стационарная автоматизация

Как следует из названия, данный вид автоматизации производства предполагает создание специализированного оборудования. Вместо компьютерных схем и микросхем инженеры программируют машину с помощью зубчатых передач, кулачков и других аппаратных средств на этапе проектирования.

Если производитель хочет выполнить другую задачу, ему необходимо будет существенно модифицировать или заменить станок. Фиксированная автоматизация наиболее полезна на предприятиях с большими объемами производства, где процессы и продукты редко меняются.

Программируемая автоматизация

Этот тип автоматизации является более гибким, позволяя создавать партии с уникальными конструкторскими инструкциями. Вместо того, чтобы полагаться на специализированные машины, производители используют компьютеры для программирования своих машин для выполнения более широкого круга задач.

В промежутках между партиями системы выводятся в автономный режим для переконфигурации. Поэтому данный вид автоматизации лучше всего подходит для производителей, которым необходимо выполнять большие тиражи аналогичных изделий — это снижает необходимость вывода системы в автономный режим для перепрограммирования.

Гибкая автоматизация

Гибкая автоматизация позволяет производителям создавать множество продуктов с помощью промышленных роботов без необходимости остановки производственной линии для перепрограммирования. Программист использует удаленный терминал для изменения или загрузки новых инструкций по требованию.

Эти инструкции могут быть сложены в стек, что означает, что один робот может выполнить несколько сложных этапов, прежде чем изделие перейдет к следующему этапу.

Благодаря своей малой занимаемой площади и мобильности коботы продвигают эту гибкость еще на шаг вперед. Все производители компании Axis Machining, расположенной в Техасе, установили своего кобота UR10 на пьедестал почвенной подставки (на фото ниже), чтобы его можно было легко перемещать между различными задачами на заводском этаже.

Коботы — гибкая альтернатива традиционной автоматизации

ПРИМЕРЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Для подробного ознакомления с примерами автоматизации в реальном мире, вам следует изучить примеры из практики Universal Robots’ Automation Case Studies (Универсальные роботы). Каждый из них выделяет конкретный пример компании, использующей технологии для улучшения производства и безопасности.

В этом разделе мы перечислим несколько примеров важных отраслей, использующих автоматизацию для создания положительных изменений.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВНЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЛИНИИ

Автоматизация в производстве выходит за рамки физического производства продукции. Автоматизация также используется в других ключевых областях, в том числе:

  • Исследования и разработки
  • Закупка
  • Продажи
  • Обработка заказов
  • Логистика / Дистрибьюция
  • Обслуживание клиентов
  • Операции

Каждая из этих ключевых областей влияет на итоговый результат.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ УЛУЧШАЮТ РАБОЧУЮ СРЕДУ

В прошлом технологи утверждали, что мир сегодня будет в значительной степени автоматизированным, при минимальном труде, выполняемом человеком. Может быть, когда-нибудь, но не сегодня и не завтра. Человеческий труд играет важнейшую роль в проектировании и производстве продукции, на которую мы полагаемся сегодня.

Компания Universal Robots продала более 46 000 совместных роботов. Эти современные роботы предназначены для работы бок о бок с людьми, помогая снизить уровень травматизма на рабочем месте. Роботы позволяют производителям наилучшим образом использовать людей и роботов; первые обеспечивают творческие навыки решения проблем, гибкость мышления и реальные знания, в то время как роботы обеспечивают повторяемость, точность и круглосуточную доступность.

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ

В строительной отрасли зарегистрировано самое большое количество смертельных травм на рабочем месте по сравнению с другими отраслями промышленности. В настоящее время все чаще появляется возможность разгрузки роботов для выполнения работ с повышенным риском. Роботы позволяют строительным фирмам перевести рабочих с высоконапорных прессов и бурового оборудования, работающего под высоким давлением, на выполнение более сложных задач.

Коботы характерны и для строительной отрасли. Autodesk внедрил UR-роботы, чтобы раздвинуть границы сотрудничества между человеком и роботом. Недавно Autodesk установил UR-роботов вместе с инженерами во время конференции, а участники конференции были приглашены помочь построить павильон «Улей», построенный с использованием бамбука и других тонких, хрупких материалов. Участники научились использовать программное обеспечение Autodesk и оборудование UR для строительства павильона, продемонстрировав, что коботы могут быть использованы в строительстве, чтобы снизить вероятность получения травм.

Робот UR10, вырезающий заранее определенные секции гипсокартона.

ВАЖНЕЙШИЕ ИННОВАЦИИ В ОБЛАСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

По мере того, как коботы доказывают свою способность выполнять сложные задачи в сложных условиях, кривая инноваций в более контролируемой среде становится еще более примечательной. Одним из примеров является инвестирование отрасли электронной коммерции в высокотехнологичные центры, где коботы помогают людям в организации инвентаризации и комплектации продукции. Люди также работают вместе с роботами, чтобы обеспечить точность заказов и успешную доставку.

Инновации продолжают развиваться, так как производители инвестируют в проверенные технологии для защиты своих сотрудников и повышения производительности труда.

Совместная автоматизация позволяет людям и роботам работать в непосредственной близости без использования клеток.

ДАТЧИКИ И СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

Достижения в области сенсорных технологий автоматизации открыли новую эру инноваций, позволяя роботам понимать окружающую их среду, а также их влияние на объекты, которыми они запрограммированы манипулировать.Например, датчики приближения позволяют роботу измерять, насколько близко находится объект, но понимание размера и формы объекта, которым он должен манипулировать, требует совместной работы нескольких датчиков.

Речь идёт не только о создании изображения. Умные 3D датчики зрения робота, используемые коботами, полагаются на различные датчики, работающие вместе. В зависимости от их применения, коботам может потребоваться комбинация до 7 различных типов датчиков:

Световые датчики могут использоваться коботами для предоставления контекста информации, генерируемой другими датчиками. Это может быть чрезвычайно полезно при создании всеобъемлющего трехмерного изображения объектов, которыми они манипулируют.

Звуковые датчики могут обеспечивать получение звуковых инструкций или сканировать окружающую область (аналогично SONAR), используя различия в звуковых частотах, чтобы построить карту окружающей среды.

Датчики приближения полагаются на электромагнитное излучение, передаваемое и принимаемое параллельными датчиками. В роботах обычно встречаются три типа датчиков приближения:

ИК-трансиверы могут обнаруживать отражение света и предупреждать кобота о ближайшем объекте. Также можно использовать звуковые волны, аналогичные ультразвуку. А фоторезисторы измеряют изменения в присутствии света, предупреждая кобота об изменениях интенсивности света при приближении объекта.

Тактильные датчики для замыкания цепи полагаются на поверхностный контакт. Кнопки лифта — широко известный пример: когда вы нажимаете кнопку лифта, он временно замыкает цепь, которую компьютер преобразует в команду.

В автоматизации производства тактильные датчики играют решающую роль в оповещении коботов о том, что они соприкасаются с объектом. В то же время, датчики силы могут использоваться для информирования кобота о том, насколько сильным является его захват.

Датчики температуры преобразуют изменения напряжения в показания температуры. Измерение температуры объекта имеет решающее значение для обеспечения желаемого результата в некоторых процессах. Например, если материалы станут слишком теплыми, они могут погнуться или расплавиться. Если они слишком холодные, расширение может снизить точность измерений.

Датчики навигации используются, чтобы помочь коботам понять свое географическое положение. В центрах выполнения заказов, упомянутых ранее в этой статье, роботы используют навигационные датчики, чтобы помочь им перемещаться по складу, не заблудившись и не заходя в запретную зону. Коботы могут получать информацию о геолокации с помощью спутников (GPS) или магнитных полей (компас).

Коботы обычно работают в определенном рабочем пространстве или ячейке, поэтому GPS недостаточно точен, чтобы быть полезным. Однако цифровой магнитный компас можно использовать, например, для подтверждения ориентации производственной руки.

Датчики ускорения помогают роботам понять, насколько быстро они увеличивают или уменьшают скорость при движении. Акселерометры могут измерять как скорость, так и ориентацию. Динамическая сила является критическим параметром для коботов, когда они манипулируют объектами. Без этих передовых датчиков автоматические машины не смогли бы разумно взаимодействовать со своей средой.