автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности гибкого производственного модуля и методика выбора промышленного робота

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЬЮГЕ? 11'КОЛЫ v. ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ'/": ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ гг-,л ' "СТАНКИН"

•'«и П ~

На-правах рукописи

УДК

|^658.52.011.56.012.3:621.941.23-529):621.865.043.3

СЕМАХИН АНДРЕИ МИХАИЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБКОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МОДУЛЯ И МЕТОДИКА ВЫБОРА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Московского Государственного Технологического Университета "СТАНКИН"

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор Султан-заде Н.М.

кандидат технических наук, профессор Схиртладзе А.Г.

доктор технических наук, профессор Аршанский М.М.

кандидат технических наук, доцент Корьячев А.Н.

Мое СКЕ АЛ и АС

Защита состоится " 1993 года в_час.

на заседании Специализированного Совета К 063.42.04 при МГТУ "СТАНКИН" по адресу 101472, г. Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д.З а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН" за один месяц до защиты

Автореферат разослан " " \ 993 ГОда

Ученый секретарь Специализированного Совета К 063.42.04 к.т.н., доц.

Егоров С.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Анализ эксплуатации станков с ЧПУ в ме-ханообрабатываюшем произволстве и применение промышленных роботов /ПР/ для загрузки-разгрузки основного технологического оборудования показал, что коэффициент загрузки металлорежущих станков с ЧПУ в среднем составляет 0,4, а из десяти ПР только три полностью работают на рабочем месте, остальные либо частично работают в рабочую смену, либо полностью простаивают, либо остаются на складах в упаковке, а затем списываются вместе с устаревшим оборудованием. Это объясняется тем, что во-первых, уделялось больше внимания сокращению основного времени за счет широкого внедрения скоростных методов обработки. Дальнейшее проведение работ, направленных на сокращение основного времени дает эчень незначительное повышение производительности труда, примерно на 0,5$. В тоже время, доля времени на транспортирование, установку и снятие деталей, контроль и т.д. составляет 95% от общего времени, затраченного на изготовление деталей, поэтому сокра-иение вспомогательного времени позволяет повысить производитель-гость более чем в 4' раза. Во-вторых, методик выбора основного технологического оборудования разработано предостаточно, а мето-шк выбора вспомогательного технологического оборудования ^ПР, гагазинов-накопителей, робокаров, складов) мало и носят они неконкретный характер. Часто выбор ПР ведется по аналогии с отдельной существующими разработками без учета особенностей реализа-(ии технологического процесса. Мало учитываются или почти не гчитываются эти особенности при проектировании устройств управ-гения ПР, что приводит к неоптимальным решениям.

В связи с этим, разработка способа повышения эффективности Ш и разработка методики выбора ПР является актуальной научной адачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. В результате исследования размерных и времен-ых связей производственного процесса выявление закономерностей, станавливающих зависимость параметров и технических характерис-ик моделей ПР для загрузки-разгрузки основного технологического борудования, от габаритных размеров и массы обрабатываемых дета-ей, формы и размеров рабочих зон металлорежущих станков с ЧПУ.

Разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения выбора моделей ПР на этапе проектирования ГПМ, обеспечивающих эффективную реализацию роботизированного технологического процесса.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются роботизированный технологический процесс механической обработки деталей типа тела вращения /валы/ и структуры ГПМ механической обработки, отнесенные к классу автономно функционирующих и управляемых производственных подсистем в общей иерархической системе ГПС.

ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. В теоретических исследованиях применены системный анализ, основы технологии машиностроения, математическая статистика, теория механизмов и машин, теория исследования операций и теория обыкновенных дифференциальных уравнений.

Экспериментальные исследования выполнены на ГПМ, включающим токарный станок с Ш SLLpeR~tu.fi П 3 /Япония/ и ПР /ФРГ/.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В

- установлении связей между габаритными размерами, массой обрабатываемых деталей, формой и размерами рабочих зон токарных станков с ЧПУ с одной стороны и техническими характеристиками моделей ПР с другой;

- установлении корреляционной связи между основным временем и габаритными размерами обрабатываемых деталей;

- выявлении влияния системы управления ПР на коэффициент загрузки металлорежущего станка с ЧПУ и коэффициент использования ПР;

- разработке математической модели оптимизации роботизированной технологии;

- разработке методики выбора моделей манипуляционных ПР для загрузки-разгрузки металлорежущих станков с ЧПУ;

- разработке программно-математического обеспечения, являющегося основой формализованного аппарата выбора моделей ПР.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в создании методики выбора моделей ПР для загрузки-разгрузки основного технологического оборудования и соответствующего программно-математического обеспечения, позволяющего решать задачи, связанные с рациональным использованием возможностей манипуляционных ПР.

Методика реализована на ПЭВМ IBM PC на алгоритмическом языке высокого уровня TURBO С в интегрированной среде TURBO С++ вер-

сия 2. Использование данной методики позволяет сократить трудоемкость принятия решений и повысить их обоснованность при технологическом проектировании автоматизированных производственных систем. Разработанная программа на основе созданной методики может использоваться самостоятельно, например, в учебном процессе или в качестве одной из технологических подсистем САПР роботизированного производства.

Основные результаты диссертационной работы могут быть использованы в дальнейших исследованиях по данной тематике.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы внедрены на АО "Икар" Курганском заводе трубопроводной арматуры. Разработанное программно-математическое обеспечение используется в учебном процессе кафедры "Технология машиностроения" МГТУ "СТАН-КИН".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции "Роботы в механооб-рабатывающем, сборочном и сборочно-сварочном производствах", проходившей в г. Ижевске в 1985 г., на научно-технической конференции "Сокращение ручного труда на основе повышения эффективности использования режущего, штампового инструмента, деталей машин и оборудования в машиностроении", проходившей в г. Оренбурге в 1986 г., на кафедре "Технология машиностроения" Московского Государственного технологического университета "СТАНКИН" в 1992 и 1993 гонах, на научно-технической конференции "Новые материалы и технологии машиностроения", проходившей в Московском Государственном авиационном технологическом университете в 1993 г., на научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", проходившей в Московской Государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения в 1993 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликовало 6 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЫМ РАБОТЫ. Диссертация состоит и.з введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изгажена на 299 страницах машинописного текста, содержит 76 рисун-сов, 31 таблицу, в список литературы включено 239 наименований, филожение на 153 страницах. Общий обьем работы 477 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены основные положения, характеризующие

актуальность темы диссертационной работы, показана ее научная новизна, цель и практическое значение.

В ГЛАВЕ 1 приведен анализ развития ГПС в мире, отечественного и зарубежного опыта внедрения ПР в производство, методик выбора основного технологического оборудования и ПР. Количество ГПС в мире неуклонно возрастает. После сдержанного роста в 1987 - 1988 годах рынка ПР за рубежом, с 1989 г. наблюдался вновь ускоренный рост в этой области. Приводится математическая модель распространения технических нововведений, разработанная Т.Ерун-сом и Т.М. Шюнеманном (гамбургский университет, ФРГ).

Результаты математической модели применительно.к распространению ПР на примере ФРГ в период с 1977 г. по 2000 г. подтверждают, что количество используемых в промышленности ПР будет ежегодно увеличиваться, темп внедрения достигнет максимальной величины в 1993 - 1995 годах. Среди отраслей промышленности по числу используемых ПР, механообрабатывающая промышленность занимает второе место, уступая автомобильной промышленности. Среди областей применения ПР, загрузка-разгрузка основного технологического оборудования занимает первое место, опережая такие области применения ПР, как сборка и сварка.

Роботостроение в нашей стране развивалось в рамках отраслевых программ. Уровень развития отечественного роботостроения отстает от современных достижений в развитых странах. Ло 1985 г. выпуск ПР ежегодно увеличивался и был доведен до 15400 шт/год. В последующие годы начался спад производства ПР в связи с резким сокращением потребностей предприятий-потребителей в условиях нарождающегося рынка. В 1989 г. было изготовлено 4593 ПР.

Методик выбора основного технологического оборудования разработано предостаточно. Все их многообразие можно свести к двум направлениям: анализ соответствия технических характеристик станков условиям различных технологий и совокупность экономических факторов.

Методик выбора вспомогательного технологического оборудования разработано мало и носят они неконкретный характер. Для выбора модели ПР заслуживают внимания два подхода: математическое программирование и экспертные системы. Сложность при использовании модели целочисленного программирования заключается в необходимости составления требований для каждой задачи. Экспертные системы, основанные на правилах, мало приспособлены для оптимизации. Поэтому необходим поиск путей обьединения двух подходов.

4

Вопросами повышения эффективности ГПС и разработкой методик выбора ПР занимались Соломенцев С.М., Баскаев JI.K., Петрина A.M., Кирилович В.А., Мелетьев Г.А., Хаддад Г.Н., Маймон, Фишер и др.

На основании проведенного критического анализа работ сформулированы цель и задачи исследований настоящей работы.

Лля достижения указанной выше цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать коэффициент загрузки металлорежущего станка с ЧПУ Кз и коэффициент использования ПР Кисп в зависимости от габаритных размеров и массы деталей.

2. Установить корреляционную связь между габаритными размерами деталей и основным временем механической обработки.

3. Исследовать влияние системы управления ПР на коэффициент загрузки металлорежущего станка с ЧПУ Кз и коэффициент использования ПР Кисп.

4. Разработать математическую модель выбора ПР.

5. Экспериментально исследовать способ повышения эффективности ГПМ и методику выбора ПР.

6. Определить технико-экономический эффект.

В ГЛАВЕ 2 исследуется коэффициент загрузки токарного станка с ЧПУ Кз и коэффициент использования ПР Кисп в зависимости от габаритных размеров и массы деталей (валов|. На рис.1 изображен токарный ГПМ с ПР VERSAtRA tl 500. Для исследования токарных ГПМ используется системный подход.

Коэффициент загрузки Кз рассчитывается по формуле

т

-^—ж-, (')

L*-t

где ~b-Oi - основное время механической обработки деталей ¿'-й номенклатуры:.

~bSL ~ вспомогательное время;

Th-3i~ подготовительно-заключительное время;

tti - партионность деталей l-й номенклатуры;

l - номенклатура деталей, L — /, гп.

Вспомогательное время рассчитывается по формуле

Токарный станок с ЧПУ

252,7 Дж 449,3 Дж

Магазин-накопитель заготовок

шга

468,2 Дж 266,6 Дж

Магазин-накопитель

деталей

Рабочая зона

Рис.1 Токарный ГШ с ПР 500. Траектории переме-

щения схвата ПР с деталью /вал/ (А-£=150 мм, 0100 и ф -¿=300. 01<ю)

шт.

Рис.2 Графики функций токарного 1Ж с ПР

M-YEksAtR/m. 500 (max],f -Versаwe€cL (min)

£ лм/у. + ~кх-х + £

си

(г)

т^МАН - время загрузки-разгрузки металлорежущего станка с ЧПУ ПР;

£х-Х время холостых ходов; ~ь си ~ время смены инструмента. Для исключения действия неуравновешенных сил, вызванных массой переносимой детали, а также вычисления общих исходных координат взаиморасположения ПР и основного технологического оборудования рассчитывают координаты центра тяжести детали, по которым производится захват детали схватом ПР.

Рабочие зоны загрузки токарных станков с ЧПУ подразделяются на 12 вариантов. Зоны загрузки отличаются друг от друга количеством ограничивающих поверхностей. Для описания препятствий вводится понятие поверхности покрытия, представляющая собой гиперболический параболоид. Траектория перемещения охвата ПР с деталью есть кривая пересечения поверхности покрытия и направляющей плоскости. Для описания движения схвата ПР в базовой системе координат используют представление Денавита-Хартенберга /ДХ-представление/. Однородные матрицы преобразования, связывающие ¿чо и (¿-1 | -ю систему координат имеют вид: для вращательного сочленения

г-/

(Аь = Тх,(£ -Тх,а -Тх,оС = (з)

соз91 -совоСс -в¿/где аьсоз&1

в1п 91 СОЗсЦ • СОЬ 91 - SLn.dc -соБ 61 ¿¿¿-61 О вьпоСс совоСс сСй

О О О /

для поступательного сочленения

¿—У

А 1= & - • Тх,аС =

и

СОВ 01 -^¿¿^¿П&С О

s¿7l#¿ совсИ-сов^ - в ¿п^ с-со о О зЬпоЦ созаС1 с11

0 0 О /

„_ где 7*2^ в - однородная матрица элементарного поворота оси ><■ на угол 01 ;

- однородная матрица сдвига вдоль оси ^ ¿-/на расстояние ;

Тх ,<3. - однородная матрица элементарного сдвига вдоль оси XI на расстояние сС с ;

ТУ.,оС- однородная матрица элементарного поворота вокруг оси У.1 §на угол ; _ ——

С - звенья ПР, (- = 1, Я- ;

Для описания перехода от ¿-й системы координат к (¿-1) -й справедливо выражение

(М

' /1 матрица перехода;

Д I - радиус-вектор точки, заданной в системе координат ¿-го звена.

Обшее дифференциальное уравнение, описывающее траекторию движения схвата ПР относительно базовой системы координат имеет вид

^Фг1... (6)

Для обеспечения беспрепятственного выхода рабочей руки ПР из зоны загоузки вводится определитель частных производных

и Р/

- частные производные по х и у;

д =

ах

^ р где э ^ ) ц, - частные производные -^гр - - частные производные ЙУ по х и у;

поверхность покрытия (гиперболический параболоид\ зоны загрузки токарного станка с ЧПУ; /4х + направляющая плоскость.

В обшей виде уравнение кривой, образованной пересечением лс-у и ^-/выражается формулой

X'

(в)

В

Решением является случай, когда уравнение 8 и некоторая траектория, полученная при решении обобщенного дифференциального уравнения не пересекаются.

Дифференциальное уравнение кривой по которой движется охват ПР имеет вид

г Срс А 23

с±±

У

А%2 + + А%1

сСу ±у » Аз-/

сИ "у

Д2^ + Агз + Дл/

<¿2 ±у- а

£¿2.3+ Аз/

где У - скорость перемещения схвата ПР; ^

Д Д зГ 0ПРеделители (частные производные Ьсу и К-/

по X и У, У и Z , Z и X соответственно),

Д=Д^-Д23-Дз/ (ю)

Если определитель Д=0, то ПР не может вывести деталь из зоны загрузки станка по кривой, полученной пересечением S^-f и R-/, потому что при Д =0 невозможно составить дифференциалы«)е уравнение, решение которого совпадает с пересечением jl-/и R-f. Если Д/0, то схват ПР может двигаться по пересечению и потому что при этом можно составить дифференциальное уравнение, решение которого совпадает с кривой, образованной пересечением Сформулирована задача Коши, которая решается методом Рунге-Кутты четвертого порядка.

На рис.2 приведены графики функций зависимости коэффициента загрузки токарного станка с ЧПУ с ПР различных моделей от подачи и партионности деталей.

Коэффициент использования ПР определяется по формуле

/72 tri tri , .

Z/заJ~.AoT.i-nj lT1) Кисп. =~m ~пг m L ~7n >

ZL Anp.i-n.i-h ziAuni-n с+ ¿1a выщ-Щ-f- > AaSim i^-f ¿=y ¿ = -/

где Азаг. - работа, совершаемая при загрузке металлорежущего станка с ЧПУ;

Авыг. - работа, совершаемая при разгрузке металлорежущего станка с ЧПУ;

Аоб. - работа, совершаемая при механической обработке деталей;

Апр. - работа, совершаемая ПР;

^ L - партионность деталей; . _

I - номенклатура деталей, ¿=-/»/72.

Работа, совершаемая ПР при загрузке-разгрузке основного

технологического оборудования рассчитывается по формуле п /п

Апр-^ MabL'&L + TtFABj-Sf, М

где Мдв£ - движущий момент привода вращательной парч ПР;

FqBJ'- движущая сила привода,поступательной пары ПР; - угол поворота звена, L ПР;

5> - перемещение звена ПР; , -— количество вращательных пар ПР, L = ^, Fj-; 10 j'- количество поступательных пар ПР.^^ 7, /71.

Кисп , к

Рис.3 Графики функций Кисп.^Б^П.) ПР : О

А-Радв> (теп)

160

Рис.4 Графическое представление уравнения регрессии

-Ьо = (0,25*12.6 0,056&0.£3-с]С)±0,&5

Для определения движущих сил и движущих моментов приводов звеньев ПР произведен кинетостатический анализ манипуляторов ПР. Для определения перемещений и углов поворотов звеньев ПР решена обратная задача кинематики (геометрический подход). На рис.3 изображены графики функций коэффициента использования ПР Кисп в зависимости от подачи и партионности деталей.

В ГЛАВЕ 3 установлена корреляционная связь между габаритными размерами валов (длина, диаметр) и основным временем. Уравнение регрессии имеет вид

Ьо = (0,25426-0,015&2&2.-1+0,056&22.3-с[)±0,83 3)

Коэффициенты уравнения регрессии определены методом наименьших квадратов. Графическое представление уравнения регрессии 13 приводится на рис.4. Поскольку результаты корреляционно-регрессионного анализа, полученные на базе ограниченного числа экспериментальных данных, являются случайными величинами, необходимо оценить их достоверность. Производится оценка достоверности коэффициентов корреляции, оценка значимости коэффициентов регрессии,, оценка адекватности уравнения регрессии. Математическое описание взаимосвязи между основным временем и габаритными размерами валов (длина, диаметр) используется в математической модели оптимизации роботизированной технологии.

В ГЛАВЕ 4 выявлено влияние системы управления ПР на коэффициент загрузки токарного станка с ЧПУ Кз и коэффициент использования ПР Кисп. Для этого были определены оптимальные узловые конфигурации ПР. Необходимо найти путь с минимальной длиной на графе допустимых конфигураций манипулятора ПР. Для решения этой, задачи использовалась рекуррентная вычислительная процедура метода динамического программирования. Критерий качества-записывается в птше М--/

где !~0- основное время, мин: £ - длина вала, мм; с[. - диаметр вала, мм.

£

где

Ь вы г.

2.4 2,0 1.6

1 ,2

о.а

0,4'

с

-0.4 -О „8 -1 ,2 -1.6 -2.0 -2.4

35 105 175 245 315 385 455 525 Рис.5 Графики функций обобщенных координат ПР 1/ей5<4-^'а в зависимости от времени

12 3 ^ 5 67 8 9 10 Рис.6 Графики функций обобщенных координат П?

в зависимости-от времени,

а- А-#зШ

12 13 14

13

м

В зависимости от требований минимизации общего времени или суммы перемещений в сочленениях всех звеньев, в качестве меры расстояния ^¿171 {К\ соответственно принимаются величины

?{т(К) или ^т(К)

= О5)

^/п(К)= ^ Е(^¿¿(^-^¿(К^Л С И

где максимальное значение скорости привода ¿-го сочленения;

О-С- весовой коэффициент, характеризующий удельные энергетические затраты в ¿> -ом приводе ПР;

- обобщенные координаты ¿-го звена /'-ой конфигурации ПР; . . _ ~ТТГ

4-- звенья ПР, ~ ^; .

У- допустимые конфигурации ') Н -

/С- узловые точки траектории перемещения схвата ПР, /С= .

Узловые конфигурации, обеспечивающие минимум функции 14 определяются из рекуррентных соотношений

+ ог(к+$) 11,

К=М-$, М-5-

Полученные значения времени манипулирования и перемещений звеньев ПР подставляются в формулы 1 и 11. Результаты расчетов представлены на рис.5 - рис.8 в виде графиков функций обобщенных координат ПР различных моделей в зависимости от времени.

В ГЛАВЕ 5 приводится математическая модель оптимизации роботизированной технологии, включающей два этапа. На первом этапе производится отбор моделей ПР по классификационным признакам: грузоподъемности, точности позиционирования, повторяемости, системе координат, форме и размерам рабочих зон ПР и т.д. На втором - выбор оптимальной модели ПР из числа предварительно выбранных моделей на первом этапе. В качестве целевой функции используются затраты на изготовление деталей, включающие следующие статьи за-

Н Ч*1

~Ьвыг.

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Рис.7 Графики функций обобщенных координат ПР Рйав в зависимости от времени . о — (~Ь ), □ — ^ (±.) , А —

град

Ььыг.

1 2 3 * 5 6 7 8 Г'. 10 11 12 13 14 15

Рис.8 Графики функций обобщенных координат ПР Ри/ла 762 в зависимости от времени, ф — ^ —

трат: затраты на основные материалы, режущий инструмент, силовую электроэнергию, амортизацию оборудования, текущий ремонт, содержание и обслуживание оборудования, подготовку программ, заработную плату наладчиков и т.д.

В общем виде целевая функция записывается

т

ZЯ = 2 1С (hL{k'tiLj-t~B>Ljk)-*~tniri (is)

¿-у

при огганкчениях

_ * . *

<

где

WW , ..

П LP 4 ~Ьплан.

nfy ъо

^ ¿J'R} В Цк - коэффициенты;

- основное время; ~fc6- вспомогательное время; -bn-2>ij>~ подготовительно-заключительное время;

■¿плат) - планируемый период времени;_

L. - номенклатура деталей, L = ^ > ^ '- партионность деталей, У — /2 , Математическая модель оптимизации роботизированной технологии реализована на ПЭВМ IBM PC на алгоритмическом языке высокого уровня TÜRB0 С в интегрированной среде ТШЖ) С++.

в главе 6 приводятся результаты экспериментальной проверки способа повышения эффективности гпс и методики выбора модели пр. Экспериментальная проверка проводилась на токарном гпм МГ1У "станкин", включающим токарный станок с чпу Sup в R-tu/iП 3 /Япония/ и пр^ФД/фрг/. Полученные экспериментальные данные подтверждают соответствие разработанной математической модели реальному процессу..

В ГЛАВЕ 7 производится расчет технико-экономического эффекта /цены 1990 г./. В качестве базового варианта используется токарный ГПМ с ПР ~ver.s.awe¿c¿ В качестве нового варианта принят токарный ГПМ с ПР"УЁ 500- Годовая программа 1000

16 •

штук,, габаритные размеры валов: длина 300 мм, диаметр 100 мм, масса 20 кг. Текущие затраты - 3811 ,9 и 3240,1 руб., капитальные вложения - 95320 и 90701 руб., приведенные затраты - 18096 и 16845 руб. для базового и нового вариантов соответственно. Годовой экономический эффект составил 1251,04 руб. Срок окупаемости 7Г92 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ использования ПР в различных областях применения. Для этого использовалась математическая модель распространения технических нововведений, в основе которой лежит логистическая функция. Сделан вывод, что количество используемых ПР до 2000 г. будет ежегодно увеличиваться, темп внедрения

ПР в различных областях использования в 1993 - 1995 годах достигнет максимальной величины. Одно из первых мест по числу применения ПР среди различных областей использования занимает область манипулирования заготовками.

2. Проведен анализ методик выбора основного и вспомогательного технологического оборудования. Сделан вывод, что методик выбора основного технологического оборудования разработано предостаточно, в то время как методик выбора вспомогательного технологического оборудования - мало и носят они неконкретный характер. Для выбора модели ПР заслуживают внимания два подхода: математическое программирование и экспертные системы, базирующиеся на правилах. Сложность при использовании модели целочисленного программирования заключается в необходимости составления пользователем требований для каждой задачи. Экспертные системы, основанные на правилах мало приспособлены для осуществления эффективной оптимизации. Поэтому необходим поиск путей объединения двух подходов.

3. Для гсслетования ГПМ использован системный подход, как методология познания частей на основании целого.

4. Представлена математическая модель описания траектории перемещения схвата ПР при загрузке-разгрузке основного технологического оборудования, формализованное описание рабочих зон токарных станков с ЧПУ. расчет центра тяжести деталей и длины траектории перемещения ..хвата ПР. Сформулирована задача Коши, которая решена методом Рунге-Кутты четвертого порядка.

5. Исследован коэффициент загрузки токарного станка с ЧПУ

в зависимости от габаритных размеров и массы деталей. Сделан вывод о их существенном влиянии на коэффициент загрузки металлорежущего станка с ЧПУ. Среди исследуемых моделей ПР, работающих в различных системах координат, наибольший коэффициент загрузки имеет токарный ГПМ с ПР В ЦБ A~b.fi Л И . работающем в цилиндрической системе координат.

6. ¡4сследован коэффициент использования ПР в зависимости от габаритных размеров и массы деталей. Проведен кинетостатический анализ ПР, работающих в прямоугольной, цилиндрической, сферической и ангулярной системах координат. Рассчитаны движушие силы и движущие моменты приводов звеньев ПР, скорости и ускорения, перемещения и повороты звеньев ПР, полезная и общая работы. Результаты исследования представлены в виде графиков функций зависимости коэффициента использования ПР от подачи и партионности деталей. Среди исследуемых моделей ПР наибольшую величину коэффициента использования имеет ПР • работающий в прямоугольной системе координат.

7. Для определения основного времени, используемого в математической модели оптимизации роботизированной.технологии, установлена корреляционная связь между основным временем механической обработки деталей и габаритными размерами валов (длиной и диаметром). Коэффициенты уравнения регрессии рассчитаны методом наименьших квадратов. Проведены оценка достоверности коэффициента корреляции, оценка значимости коэффициентов регрессии, .оценка адекватностй уравнения регрессии.

8. Исследовано влияние системы управления ПР на коэффициент загрузки металлорежущего станка и коэффициент использования ПР. Для этого были определены оптимальные узловые конфигурации манипуляторов ПР, работающих в различных системах координат, посредством нахождения на графе допустимых конфигураций манипуляторов ПР пути минимальной длины. Для решения задачи использовалась рекуррентная вычислительная процедура динамического программирования. Критерием качества являлось минимальное время манипулирования деталями и минимальная сумма перемещений звеньев ПР. Результаты исследования представлены в виде графиков функций обобщенных координат ПР в зависимости от времени. Для ПР, работающего в прямоугольной системе координат, время цикла манипулирования составило 497,13 с; для ПР, работающего в цилиндрической системе координат, - 13,89 с; для ПР, работающего в сферической системе ко-

ординат, - 61,05 с; для ПР, работающего в ангулярной системе координат, - 15,3 с.

9. Разработана математическая модель выбора ПР, включающая два этапа. На перво:.: этапе производится выбор моделей ПР

по классификационным признакам. На втором - оптимизация роботизированной технологии. Результаты расчетов представлены в виде графиков функций затрат в зависимости от подачи и партионности деталей. Наименьшие затраты имеет токарный ГПМ с ПР VERSAÎRAtl 500< работающем в цилиндрической системе координат, при обработке номенклатуры валов с партионностью 150, 200, 50, 100 штук и подачей 0,3 мм/об. В этом случае затраты равны 1145,01 рубля. Аналогично для ПРVERSflWE -Ed-, работающего в прямоугольной системе координат, затраты равны 1402,68 рубля. Снижение затрат на обработку валов в 1,23 раза и повышение производительности в 2,94 раза.

10. Математическая модель реализована на ПЭВМ IBM PC на алгоритмическом языке высокого уровня TZiKBO С в интегрированной среде TURBO С+-*.

11. Проведена экспериментальная проверка математической модели выбора ПР на токарном ГПМ МГТУ "СТАНКИН". Полученные экспериментальные данные подтверждают соответствие математической модели реальной системе.

12. Произведен расчет технико-экономического эффекта. Годовой экономический эффект составил 1251,04 рубля. Срок окупаемости 7,92 года.

13. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют утверждать, что в диссертационной работе получено новое решение актуальной научной задачи, состоящей в нахождении способа повышения эффективности ГПС и разработке методики выбора ПР.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Моисеев Ю.И., Семахин A.M. Методика анализа эффективности роботизации рабочих мест. В сб.: Роботы в механообраба-тывающем, сборочном'и сборочно-сварочном производствах (тезисы докладов научно-практической конференции). Ижевск, 1985, с.23-29.

2. Моисеев Ю.И., Семахин A.M. Бальная оценка эффективности роботизации. В сб.: Сокращение ручного труда на основе повышения эффективности использования режущего, штампового инструмен-

та, деталей машин и оборудования в машиностроении (тезисы докладов научно-технической конференции). Оренбург, 1986, с.38.

3. ¡досталыгин Г.П., Моисеев Ю.И., Семахин A.M. и др. Разработка и внедрение гибких автоматизированных производственных систем. Отчет по научно-исследовательской работе, гос. регистрационный номер 01840004029, Курган, 1986, 212 с.

4. Мосталыгин Г.П., Коротенко В.М., Семахин A.M. и др. Система инструментального обеспечения и реорганизации производства. Отчет по научно-исследовательской работе, гос. регистрационный номер 01870015278, Курган. 1989, 203 с.

5. Семахин A.M. Оптимизация роботизированной технологии. В сб.: Новые материалы и технологии машиностроения (тезисы докладов научно-технической конференции). Москва, 1993.

6. Семахин A.M. Методика выбора ПР для токарных ГПМ. В сб.: Ресурсосберегающие технологии машиностроения (тезисы докладов научно-технической конференции). Москва, 1993.

Подл, в печ. I6/XI 1993 г. Формат 60x84 i/IG Тирак 100

Объем 1,25 п.л. Заказ 1065

БНИЗРХ. 101925, Москва, ул.Архяпова, 4/2