Без сварки не обходится, пожалуй, ни одно производство. Сварочным операциям отводится значительная часть времени при изготовлении самых различных конструкций из металла. Сегодня применение роботов и роботизированных систем в производстве считается, согласно мнению компетентных специалистов, совершенно необходимым условием для выпуска качественных товаров и скорости производимых работ.
Сварка в цехах и на участках, на конвейерах и сборочных линиях становится все более роботизированной. Что подразумевается под такой сваркой? Под ней обычно понимают автоматическую сварку, в процессе которой все операции производятся манипулятором. Подобная сварка, выполняемая специальными типами роботов, хорошо подходит, к примеру, для изготовления повторяющихся деталей и изделий, для производства мелких, средних и крупных партий различной продукции. Манипулятор, которого запрограммировали для сварочной операции в той или иной конструкции либо детали, производит сварку абсолютно одинаково, можно сказать — под копирку. На тех производствах, где объем подобных работ обширен, внедряются роботизированные комплексы. P align=justify>Сварка в цехах и на участках, на конвейерах и сборочных линиях становится все более роботизированной. Что подразумевается под такой сваркой? Под ней обычно понимают автоматическую сварку, в процессе которой все операции производятся манипулятором. Подобная сварка, выполняемая специальными типами роботов, хорошо подходит, к примеру, для изготовления повторяющихся деталей и изделий, для производства мелких, средних и крупных партий различной продукции. Манипулятор, которого запрограммировали для сварочной операции в той или иной конструкции либо детали, производит сварку абсолютно одинаково, можно сказать — под копирку. На тех производствах, где объем подобных работ обширен, внедряются роботизированные комплексы.
Неразлучная пара
Известные в мире и крупные предприятия и компании изготавливают все больше новых типов роботов для сварочных работ. Манипуляторы и роботизированная техника широко используется в машиностроении, судостроении, автомобилестроении и в других отраслях промышленности. Значительная доля в функциях таких устройств отводится сварочным работам. Как же работают такие манипуляторы?
Рассмотрим это на примере новосибирской компании «Термофор». Предприятие изготавливает банные и отопительные печи, воздухогрейные котлы и камины. Оно закупило у CLOOS, известной в мире немецкой компании по изготовлению роботов-манипуляторов и роботизированных систем, устройства для сварочных работ. На участок установили два манипулятора, функционируют они в паре. Один из них подает на специальную конструкцию предварительно обработанную заготовку для печи — топку. Второй опускает свой «хобот», то есть пистолет, и начинается сварка. Минут десять уходит на обработку заготовки по всей геометрии. Такой робот на производстве заменяет 6 (в среднем) сварщиков. За один час он производит обработку 5 топок, за одну смену — 40. Вот где резерв производительности труда, который нетрудно высчитать. Сравнивать качество работ манипулятора и рабочего-сварщика просто не стоит. Манипулятор не может отвернуться, у него не дрогнет рука, ему не надо увеличивать в какой-то ситуации режим тока. Чтобы быстрее и качественнее варить, не нужен молоток, не нужно постукивание или подгибание.
Обычно сварочное устройство производит непосредственно сварку и оснащается различным рабочим инструментом: например, для точечной сварки — специальными клещами, для дуговой же — горелкой с электродами, плавящимися либо неплавящимися. Дуговая сварка позволяет успешно применить все преимущества манипуляторов: скорость, точность траектории и гибкость программирования. В состав такого комплекса одновременно входят чаще всего два сварочных робота: один для подачи требуемых деталей и сборки заготовки под нужную операцию, а второй — непосредственно для сварки. Наш пример — хорошая иллюстрация такого факта.
Сварочный робот в конструктивном плане состоит из основания либо базы (изготавливаются подвижными или стационарными), руки (набор из различных звеньев) и рабочего инструмента. Кроме этого, в устройстве применяются разного типа датчики (для определения положения заготовки под сварку и рабочего инструмента), имеется система управления и всякие вспомогательные приспособления, например трубопроводы.
Рабочий инструмент обычно делается съемным. Манипулятор функционирует по заранее определенной программе, которую при необходимости можно перепрограммировать. Ведь одним из главных классификационных признаков сварочных манипуляторов считается количество степеней свободы их «руки». Чем больше подобных степеней свободы (то есть подвижности), тем сложнее операции он может выполнять. Прообразом такой машины стала человеческая рука, которая имеет, согласно физиологии, 37 подвижностей. Большей части сварочных устройств такое число не требуется ввиду ограниченности количества выполняемых операций. Стандартом считают 3—7 степеней свободы или подвижности.
Дружная команда роботов
Роботизированные системы, или комплексы, для сварочных работ, которые выпускаются немецкой фирмой CLOOS, по праву считаются одними из лучших в мире. Эти «команды» манипуляторов применяются в самых различных отраслях промышленности. Крупным потребителем продукции этой компании является немецкая фирма ФАУН. У нее целый парк роботов, целые роботизированные системы, команды для сварочных операций. И это не случайно. Весьма много времени отводится сварочным операциям в ее изделиях. С целью повышения производительности и качества выпускаемых контейнеров самому крупному на европейском континенте производителю автомашин-мусоровозов компании FAUN фирма CLOOS предложила возвести производственную линию автоматической сварки. На участке площадью в 900 квадратных метров расположилась система с манипуляторами для сварки контейнеров различных параметров. Сварка одного такого изделия длится примерно от 2,5 до 6 часов. Контейнеры весом в 3 тонны могут с помощью роботов перемещаться по этой линии от одной станции к другой. Роботизированная линия с четырьмя рабочими сварочными станциями
Производственная система состоит из четырех отдельных сварочных постов: два из них для контейнеров, два же — для систем загрузки. Все роботизированные посты двигаются по 42-метровому рельсовому пути и состоят из мобильных сварочных манипуляторов, расположенных на Г-образной колонне. Благодаря подобной свободе перемещения манипулятора система дает возможность сваривать контейнеры с параметрами 7 метров в длину, 2,4 метра в ширину и столько же в высоту. Роботы могут проводить сварочные операции со всех сторон конструкции.
Как же протекает в системе сам процесс роботизированной сварки? На подготовительном этапе на сборочной станции собранная на прихватках манипулятора заготовка отправляется при помощи особой транспортной системы на конкретный участок и устанавливается на сварочном посту. Свариваемое изделие зажимается особым манипулятором, выполняющим функции кантователя. Подобные кантователи приспосабливаются ко всем видам и типам заготовок, они дают возможность кантовать их в любое положение в процессе сварки.
Все роботы оснащаются системой автоматической смены своего инструмента. В тех местах, где это возможно, осуществляется сварка «тандем» с помощью двух проволок, ведь такой процесс обеспечивает значительно высокую скорость сварки, причем, отметим это, с меньшими деформациями свариваемой заготовки. В местах, где доступ затруднен, сварка производится стандартным процессом «MIG/MAG».
Многие пользователи роботизированных сварочных комплексов нередко сталкиваются с одной и той же основной проблемой — с достаточно большим числом, на языке производственников, зазоров и допусков. Чтобы их избежать, чтобы сварка осуществлялась в том месте, где того требует технология, сварочные роботы оснащаются специальными сенсорами.
Обычно тактильные сенсоры сварочного манипулятора устанавливаются для поиска начала места сварки и расположения заготовки в пространстве. С этой целью устройство касается соплом горелки к поверхности заготовки. Функция обнаруживает края, скажем, контейнера и потом рассчитывает точное место расположения начала свариваемого шва.
Для слежения за свариванием тавровых швов у робота имеется функция по контролю за напряжением. Ввиду того, что изделие способно деформироваться в процессе сварочных работ, такая функция считается крайне важной. В то время когда устройство производит различные колебательного характера движения с целью заполнения сварочного катета, постоянно измеряется напряжение дуги. Благодаря этим измерениям сварочной горелке придается правильное положение относительно заготовки. С целью сварки стыков применяется онлайн лазерный сенсор CST Flex S. Такой сенсор сканирует все зазоры и допуски в процессе сварочной операции и сравнивает их с положением и параметрами предварительно запрограммированной геометрии сварных швов.
Как один из основных изготовителей в области разработки и выпуска высококачественных сварочных устройств для промышленного использования, компания CLOOS использует для постоянного развития приобретенный многолетний опыт и инновационные технологии. За счет интеграции роботизированных и сварочных технологий такие сварочные устройства нового поколения представляют особую ценность и особые преимущества в производстве.
Промышленные роботы-манипуляторы составляют свыше 80 процентов от всех существующих в настоящее время подобных устройств. Они могут фактически полностью заменить работников на многих предприятиях, человеку остается лишь контролировать их. В таком подходе немало плюсов: автоматические «рабочие» не допускают ошибок, они не устают, перекуры не делают, им, в конце концов, не требуется платить зарплату. ЭПИЛОГ, или о том, почему в России производственники часто стали приобретать манипуляторы и роботизированные комплексы
Сварочные устройства могут быть стандартными либо изготавливаться под конкретный заказ, учитывая определенные технические требования покупателей данного товара. Второй тип изделий дороже, ведь его выпуск подразумевает проведение предварительных проектных, а также и расчетных работ, однако позволяет более полно учесть конкретные производственные условия.
Почему же в России хозяйственники часто стали покупать сварочные манипуляторы и роботизированные системы? Сварочные работы порой отнимают большую часть времени при выпуске различных конструкций из металла. Для создания действительно качественного сварного шва нужны значительные временные затраты, требуется высококвалифицированный, а подчас и высокооплачиваемый персонал. Кроме того, нельзя не учитывать воздействие вредных производственных факторов на здоровье сварщиков. Использование промышленных роботов-манипуляторов, роботизированных систем существенно снижает затраты на подготовку и переоснащение участков, цехов, способствует снижению нагрузки на профессиональных сварщиков в процессе выполнения монотонной работы, привлекая их лишь для сварки нестандартных конструкций.
Роботизированная сварка — это переход уже на совершенно другой уровень качества и культуры производства. Современный робот-манипулятор, системы и комплексы для сварочных работ обладают высокой надежностью, широким выбором функций и параметров при решении самых разных технологических задач. Они могут выполнять работу в течение десятилетий, представляя собой весьма эффективный способ развития и по-настоящему оправданные инвестиции.
| Андрей Седов,
руководитель направления сварки. Развитие рынков общей промышленности. ООО «КУКА Роботикс Рус» (г. Москва) — Появились ли достойные конкуренты данному виду сварки? — Как таковых, достойных конкурентов роботу нет. Существуют автоматизированные сварочные машины (сварочные тракторы). Они способны выполнять операции сварки в автономном режиме, но их функционал весьма ограничен. Помимо этого робот может выполнять не только прямолинейные и кольцевые швы, но также швы со сложной геометрией в самых труднодоступных местах. — О каких правилах в освоении этой технологией стоит помнить потребителю? — Чаще всего встречается ситуация, когда, приобретая робот со сварочным аппаратом, потребитель надеется решить проблемы заготовительного производства, что на самом деле не всегда возможно реализовать. Для успешного внедрения роботизированной линии по сварке на производстве в первую очередь необходимо задуматься о совершенствовании участков производства деталей и только потом приобретать сварочный робот. При этом многие проблемы заготовительного производства также способен решить промышленный робот, но уже не в сварочной комплектации. — Какое, на ваш взгляд, будущее в дальнейшей роботизации сварки? — Роботизация сварки, как и всего производства в целом, — это современный, прогрессивный метод построить конкурентоспособное, высокотехнологичное и экономически выгодное производство. Мы видим серьезный потенциал в использовании роботов на современном производстве. Роботы — это стабильность, повторяемость, невероятно высокое качество сварных швов и оптимизация технологических процессов! Самое главное, роботы позволяют отказаться от монотонного, опасного ручного труда и способны заменить человека на опасном и вредном производстве. |
| Андрей Зиновкин,
руководитель отдела автоматизации и интеграции, компания ООО «ШТОРМ» — Появились ли достойные конкуренты данному виду сварки? — На наш взгляд, роботизированную сварку трудно сравнивать с другими видами сварки. Применение роботов дает возможность выполнять сварку конструкций различной формы с постоянно высоким качеством, исключая при этом влияние человеческого фактора. Но не всегда применение роботов дает возможность получения максимально эффективных результатов, например, при сварке изделий простой конфигурации с прямыми швами более эффективным будет использование автоматических установок. Также менее эффективным является применение роботов при сварке большого количества единичных изделий из-за необходимости постоянно перепрограммировать установку для сварки следующего изделия.
Таким образом, роботизация сварки является незаменимым инструментом повышения производительности и получения стабильного качества изделий сложной конфигурации при серийном и массовом производстве. При сварке же относительно простых изделий с прямолинейными швами по-прежнему остается наиболее эффективным использование автоматизации сварки. — О чем в освоении этой технологией стоит помнить потребителю? — При внедрении роботов очень важным аспектом является качество сборки, которое должно находиться на высоком уровне, чтобы обеспечить требуемые характеристики соединения. При очень низком качестве сборки робот не сможет обеспечить высокого качества сварки, даже при наличии систем адаптивного управления (системы слежения или технического зрения).
Для обслуживания корректной работы робототехнического комплекса необходимо наличие высококвалифицированного обслуживающего персонала, который также сможет писать программы для изготовления различных видов продукции. При этом написание программы занимает значительную часть времени предварительной подготовки робота под сварку. Таким образом, как уже отмечалось выше, наиболее эффективным будет использование роботов для сварки крупных серий однотипных изделий, что не требует больших временных затрат на предварительную настройку комплекса.
Так как роботизированные комплексы позволяют выполнять сварку практически без перерывов, наиболее эффективным вариантом их использования является применение установок с несколькими рабочими местами. При этом на одном рабочем месте выполняется установка изделия или его сборка, а на втором выполняется сварка. Таким способом удается добиться минимальных простоев в работе робота. — Какое, на ваш взгляд, будущее в дальнейшей роботизации сварки? — Такие особенности текущего состояния сварочного производства, как нехватка квалифицированных сварщиков, ужесточение требований к качеству продукции — все это приведет к значительному росту применения роботов при сварке.
Наибольшего роста достигнет использование роботов для дуговой сварки (MIG/MAG, TIG сварка), также произойдет значительное увеличение использования роботов для лазерной сварки и гибридных технологий (например, сочетание лазерной и MIG/MAG сварки).
Применение роботов для контактной сварки будет оставаться примерно на текущем уровне и определяться развитием рынка производства автомобилей, где роботизированная контактная сварка находит наиболее широкое применение. |
«Промышленные страницы Сибири» №3 (87) март 2014 г. Саркис Папазян.
|
