ROBOTIZÁLT GYÁRTÁSI RENDSZEREK SZERVEZÉSI FOLYAMATÁNAK SZAKASZAI ÉS FELADATAI A szervezési folyamat szakaszai . A rendszer határainak rögzítése
feladatai — — —
a szervezési munkában a feladatok megosztásában a megmaradó munkahelyeken
Helyzetvizsgálat, elemzés
— a tervezési alapadatok meghatározása — munkahelyelemzés, a munkahelyre vonatkozó és a rendszer tervezés szempontjából lényeges adatok kiértékelése — a robotizálás műszaki és gazdasági ráfordításainak becslése, célszerűségének vizsgálata
Rendszertervezés
— előzetes tervezési változatok készítése, a robitizálási fel adat elvi megoldásainak keresése — a sikeresnek ígérkező tervezési változat kiválasztása — részletes műszaki terv készítése, a munka struktúrájának meghatározása, az optimális munkafolyamat kialakítása — a robotizálás gazdaságosságának értékelése — a biztonságtechnikai és karbantartási követelmények ki elégítése
Bevezetés, feltételbiztosítás
— az új technika betanítása — a bevezetés ütemezése, az üzembe helyezés hálótervének elkészítése — a beszerzendő berendezések megrendelése, megbízások ki adása — — — —
a robotizált gyártás sajátosságai szerinti terméktervezés a termelésirányítás automatizálása a robottechnikai adatbank létesítése robottechnikai szabványosítás
AZ ADATGYŰJTÉSI FELADATOK ÉSSZEMPONTOK RENDSZERE Adatgyűjtési feladat
Adatgyűjtési szempont
Munkahelyjellemzők leírása
— —
a munkahely megjelölése a gyártóeszközök fajtája és száma
Termelési jellemzők leírása
— — — — —
a napi munkaórák száma a munkadarabok típusainak száma évenként átállási gyakoriság sorozatnagyság időegységre eső termelés
A gyártóeszközök leírása
— felépítés — méretek — felállítás, alapozás — az automatizáltság mértéke — anyag hozzá- és elvezetés helyzete és jellege -- csatlakozások
A munkadarab jellemzőinek leírása
— — — —
fajta geometriai jellemzők anyagjellemzők tömeg
A műveleti sorrend jellemzőinek
1
2
Kézzel adagolt munkadarabok (alkatrészek)
Kézzel kezelt szerszámok és készülékek
a megmunkálási ciklus a gépek közötti anyagáramlás a munkadarabok szállításának módja rendezettség jelleg szám tömeg méretek művelettípus rendezettség különleges tulajdonságok változatok száma jelleg szám tömeg méretek készenléti állapot jellege automatizáltság foka változatok száma
Részben szerelt alkatrészcsoportok
jelleg szám tömeg méretek alakjellemzők szállítási állapot különleges tulajdonságok
A munkadarab kezelése
kézzel végzett kezelési funkciók a kezelési funkciók megjelölése a mozgás pályájának, sebességének és pontosságának adatai változékonyság megkövetelt érzékszervi képességek
3
A szerszámok kezelése
Illesztési funkciók
a megmunkálási eljárás leírása a szerszám mozgásainak mennyiségi leírása szükséges tartóerők megkövetelt érzékszervi képességek jelleg szám illesztőelemek illesztési irányok illesztési mozdulatok illesztési tér illesztési erő vagy nyomaték megkövetelt érzékszervi képességek
1 A kezelési folyamat (technológiai művelet) jellemzőinek leírása 2 A kézi munkával kapcsolatos tárgyak jellemzőinek leírása 3 A kézzel végzett munka funkciójának leírása
1
Ellenőrzési és egyéb mellékfunkciók leírása
Segédanyag hozzávezetésés hulladék eltávolítás jellemzőinek leírása
Munkafeltételek leírása
— — — —
ellenőrizendő helyzetek és állapotok (tárgy, ellen őrzött mennyiség, időrend) segédeszközök zavarok esetére vonatkozó előírások átvitel lehetősége
— — — — — —
jelleg szám halmazállapot tömeg méretek gyakoriság
— — — —
fizikai megterhelés szellemi és pszichikai megterhelés környezeti feltételek baleseti veszély
A MUNKAHELY ERGONÓMIAI JELLEMZŐINEK SÚLYOZÁSI TÉNYEZŐI Kritériumok
Balesetveszély Egyhangúság, zaj Hőség, piszok és por, fárasztó munka Hideg, olaj, nedvesség, savak és lúgok, gázok, gőzök, gyenge világítás Rezgések, kényelmetlen testhelyzet, mozgást nehezítő védőruházat
Súlyozási szorzó 5 4 3 2 1
A munkafeltételek ismeretében lehetővé válik a munkahelyek robotosításának osztályozásaszociális szükségesség szerint. A munkahelyeket az alábbi öt alkalmassági kategória egyikébe sorolhatjuk be: — minden nehézség nélkül igen alkalmas robotosításra a munkahely, ha kis ráfordítással és kevés eszközzel oldható meg, és nagy megbízhatóságot Ígér; — jól megfelel a robotosításra a munkahely, ha a várhatóan magas költségeket és a termék vagy termelőeszközök nagyobb változtatásának szükségességét nagyfokú megbízhatóság egyenlíti ki; — bizonyos változtatások után csak feltételesen célszerű robotosítani ott, ahol a magas költségeken túlmenően a termelés átállítására is szükség van; — az egyáltalán nem vagy csak igen nehezen robotosítható, alkalmatlannak mirösí-tett munkahelyeket nem kell tovább vizsgálni; — etikai okokból robotosítandó munkahelyek (itt nem az emberi munka teljes kiiktatására, hanem tehermentesítésére kell törekedni). Az előzetes elemzés szolgáltatta eredmények ismeretében néha nem dönthetnek egyértelműen a robotok alkalmazásárói. Ezekben az esetekben a rendszertervezőknek a munkahely részletes elemzése során kapott eredményekkel kell kiegészíteni az értékeléshez szükséges információkat.
A munka a meglevő munkahely alapos értékelésével kezdődik, amelynek során meghatározzuk az alkalmazandó robotrendszerrel szemben támasztott funkcionális követelményeket, technikai adatokat. Ehhez a következő szempontokat kell figyelembe venni: — pontosság és sebesség, — munkamennyiség, — elrendezés, — szerszámozás, — a környezet hatása az adott munkahelyre. A pontosság és a sebesség A visszaadási és beállási pontosság, valamint a mozgási sebesség a robotosított munkahely legfőbb jellemzői, amelyek pontos meghatározása a munkahelyelemzés feladata; hiszen ha egyszer egy műveletet a robot megtanult, azt sokáig kell ugyanúgy ismételnie. A visszaállás! pontosság értéke arra jellemző, hogy a programozáskor rögzített pontokra, illetve pályára a visszajátszáskor a robot milyen pontossággal képes ráállni. A beállási pontosság a robotok mozgásának átmeneti állapotában jelentkező lengési tulajdonságokat fejezi ki. A visszaállítási pontosság csak kismértékben függ a berendezések specifikációs jellemzőitől, nagyobb mértékben függ attól, hogy milyen módon és milyen pontossággal bocsátják a munkadarabokat a robot rendelkezésére. Ne felejtsük el tehát, hogy a munkadarabokat, mielőtt a robot azokat felvenné, „kezelni" kell, vagyis a robot előtt levő valamilyen készülék segítségével valamilyen rendbe kell rakni valamennyit. A beállási pontosság rögzítése különösen fontos a robot szűk helyen való mozgása esetén, mivel a robotkar számításba nem vett lengése ütközést és ezáltal selejtgyártást vagy üzemzavart okozhat, továbbá mivel a robot valamely pozícióba való beállásakor esetleg jelentkező lengés csillapodásának ideje kihat a program ciklusidejére. Egy másik szem előtt tartandó szempont, hogy meg kell adni a visszaállási és a beállási pontosságra maximális és minimális terhelés mellett egyaránt vonatkozó tűréshatárokat. A mozgási sebesség —és általában a különféle működtetések végrehajtási sebessége — körültekintő megállapítása is nagyon lényeges, mivel a ciklusidőt sok technológiai műveletnél éppen ezek a mozgási műveletek határozzák meg. Célszerű tehát átgondolni azt, hogy a kívánt visszaállási és beállási pontosság a gyors mozgások esetén is biztosítható-e közvetlen fékezéssel, anélkül, hogy az elérni szándékozott pozíció túlhaladásának és visszatérő mozgás alkalmazásának elkerülése érdekében a mozgási útvonalnak egy hoszabb vagy rövidebb szakaszát kis sebességgel kellene megtenni. A munkamennyiség A munkamennyiség megadása lényeges a rendszertervezési alapok meghatározása során, mikor is számos korlátozó tényezőt kell figyelembe venni. Ezek közül a legfontosabb a munkavégzés módja — vagyis, hogy fogó-áthelyező, gyártó, összeszerelő vagy ellenőrző munkát végeztetünk — , amely meghatározza az elvégezhető munka mennyiségét. A munkamennyiség megválasztásának két további területen vannak korlátai: az egyik a telepítés környezete, a másik a saját tervezés lehetősége. Ezeken túlmenően a gazdasági tényezők is közrejátszanak, ezeket azonban a későbbiekben tárgyaljuk. Az egyik környezeti korlátozó tényező a robot felállításához rendelkezésre álló hely, amely meghatározhatja a munka mennyiségét mind a helyigény, mind pedig a vállalatvezetés döntései alapján.
A rendelkezésre álló helynek elégnek kell lennie az elvégzendő munka mennyiségéhez, a kapcsolódó berendezések elhelyezéséhez, a felügyelő és karbantartó személyzet munkavégzéséhez. A másik korlátot a műszaki vezetés hozzáállása adhatja, amely nem minden esetben megfelelő a gyártási sikerek megjelenése előtt. Bizonyos esetekben a szerszámozás mértéke is fontos tényező lehet a munkamennyiség megválasztásakor. Például a rögzítőket, pozicionálókat és megfogó szerkezeteket különbözőekre kell tervezni a munkamennyiség függvényében. Tehát a munkamennyiséget nem egyszerű mennyiségszámítással határozhatjuk meg. Az e lr e n d e z é s A meqfelelő munkahelyelrendezést a robot telepítésének módja, a szabályozó és vezérlőrendszerek, valamint a szerszámok figyelembevételével írhatjuk elő. Brankamp [20], Hunt [81], Hartley[73] és mások szerint két általános irányzat alakult ki: a vonalas, munkafolyamatok egy sorban és a csoportos. A harmadik irányzat a kettőt egyesíti, ez a közbenső irányzat. A vonalas, a csoportos és a közbenső munkahely-elrendezési alaptípusok vázlatait a 9. ábra mutatja. Vonalas elrendezés. Alkalmazói szerint az ideális, leghatékonyabb elrendezés az egymás utáni, egyszerű műveleteket végző robotok alkalmazása, mintha egy-egy embert helyettesítenének. Ennek előnye, hogy egy meghibásodott robotot könnyen kivehetünk a gyártósorból, megjavításáig egy ember is végezheti a robot munkáját. Csoportos elrendezés. A csoportosítás képviselői néhány nagyon intelligens robottal végeztetnek egy munkahelyen összetett műveleteket. Előnye, hogy elkerülhető több hasonló gép működtetése, hátránya a munkahely zsúfoltsága, ami a segédberendezések számának növekedéséből adódik. Közbenső elrendezés. Ez az irányzat sorba állított szerszámgépeket és részegységeket összeállító robotokat javasol. A félig szerelt részegységeket egy másik, továbbszerelő robotközponthoz szállítószalag viszi. A gépek speciális befogó készülékekkel, szerszámtartókkal vannak felszerelve. Ez azzal az előnnyel j ár , hogy a robotokhoz nem szükséges oldalsó adagoló, szerszámtartó, így az érzékelő kamera áttekinthető képet tud adni a munkatérről. A szerszámozás A szerszámozást a kívánt felhasználási terület, a pontosság, az adagolás jellemzői stb. határozzák meg. Néhány szerszámot a robotgyártóktól is megrendelhetünk, másokat a felhasználó is készíthet. Mivel a szerszámozás mértékének növelése erősen növeli a költségeket, a rendszertervezésben a legelőnyösebb minimális szerszámozási igényt adjuk meg. A környezeti tényezők hatása az adott m u n k a h e l yr e A munkahely részletes elemzésének része a munkakörülmények tisztázása, mivel a munkahelyre telepítendő robotnak ki kell állnia a környezet szélsőséges hatásait, amelyek között üzemel. A telepítéssel elő kell segítenünk olyan munkakörülmények kialakíthatóságát, amelyek megfelelnek a végzendő tevékenység fiziológiai természetének és jellegének. Gondolnunk kell telepítés esetén a hőmérsékletre, páratartalomra, szellőztetésre, porszennyeződésre, rezgésre, elektromágneses zavarokra és egyáltalán a tisztán tarthatóságra vonatkozó követelményekre, a munkaegészségügy általánosan kötelező szabályaira. Az e téren fellelhető hiányosságok gyakran csak a munkavégzés kényelmi szem-
pontjait lebecsülő káros szemléletre vezethetők vissza. Éppen ezért az alábbiakban részletesen tárgyaljuk azokat a leggyakoribb problémákat, amelyekkel a rendszertervezőnek szembe kell nézni, amikor a nehéz környezeti feltételek közepette kell a robotot üzembe állítani. A főbb robotgyártó cégek műszaki adatait áttekintve kitűnik, hogy általában az üzemi hőmérséklet-tartomány - szobahőmérsékleti szintnél - 5 °C-tól 50 °C-ig terjed, és a relatív páratartalom 8-80% között mozog. Ezek elfogadható tartományok, bár nem az optimális állapotok. Mind a hőmérséklet, mind a páratartalom esetében az ideális értékek az elfogadható szintek középpontjához közelebb vannak. Ha a robotrendszer üzemi hőmérsékletét meg akarjuk határozni, a robot alkatrészeinek kisugárzott hőjét (hőleadását) is hozzá kell adni az alkalmazási terülten levő hőmérséklet értékhez. Külön figyelmet kell fordítani erre a probléma kis zárt helyiségekben történő alkalmazás esetén. Bizonyos esetekben szükségessé válhat a robotok megfelelő üzemeltetése - azaz helyes működése -érdekében légkondicionálás alkalmazása vagy fűtőberendezés beiktatása. A levegő gáz- és porszennyezettsége a robotokra veszélyes lehet. A szennyeződést előidéző gázok az alkatrészek korrózióját és ezáltal meghibásodását eredményezhetik. A kéndioxid, nitrogéndioxid és a savas klórgázok közismerten korrózió előidézőek, és az elektromos alkatrészek tönkremenéséhez vezetnek. Emellett más korrozív gázok is vannak. Ha korrozív gáz van, vagy gyanakszunk rá, hogy jelen van, akkor azt meg kell mérni, és regisztrálni kell. A korrozív gázok felső határértéke az egy köbméterben megengedhető mikrogrammban kifejezett gázsúllyal vagy az egy milliárdra eső gázrészecske „darabszámának" egy évre átlagolt számtani középértékével fejezhető ki. Annak a gyártó cégnek, amelyiknek a berendezését meg akarjuk venni, rendelkezésre kell bocsátani ezeket az adatokat, hogy meg tudjuk határozni milyen hatást gyakorolnak ezek a robot teljesítőképességére és megbízhatóságára. Egyes iparágakban gyakori, hogy a gyártás során finom szemcsék kerülnek a levegőbe. Ezt makrorészecske szennyeződésnek nevezzük. Ezek a részecskék lerakódhatnak, és olyan port képeznek, amely áramkörök és érintkezők meghibásodását eredményezheti elektromos berendezésekben,továbbá a mechanikus részek túl korai kopását idézheti elő. A levegőben lebegő és oldódó vagy lerakódó makrorészecskék felső határát a 30 naponként egy cm2-re eső mikrogrammokban kifejezett makrorészecske súllyal vagy a köbméterenkénti makrorészecske súllyal fejezhetjük ki, amelynek értékét is meg kell mérni, fel kell jegyezni, s ugyancsak meg kell tárgyalni a gyártó céggel. A makrorészecskék forrásától és összetételétől függően robbanásveszélyes atmoszféra állhat elő, s ez szükségessé teheti a robotok gyújtószikra-mentes alkatrészekkel történő tervezését. Egy másik igény a porelszívó berendezések beépítése lehet. Egy robot lehetséges alkalmazási területén más gyártóberendezések rezgést idézhetnek elő, amely, ha a robotnak szánt telepítésre kijelölt helyre továbbítódik, akkor annak működését befolyásolhatja, így pl. a visszaállást pontosságát ronthatja. Ez az idő folyamán akár a robot, akár a termék, akár a gyártóberendezés károsodásához is vezethet. A javasolt robottelepítési helyen a folyamatos és/vagy átmeneti rezgések kitérését és gyorsulási csúcsértékét meg kell mérni, és regisztrálni kell. Ez az adat más környezeti tényezők értékével együtt lehetővé teszi a rendszertervező számára, hogy megfelelően értékelje a robotokat, az adott területre való megválasztáskor. Ennek ismeretében írhatja elő a szükséges rezgésmentes alkatrészeknek a padló és a robot alja közé történő építését, és igényelheti rezgéscsillapító-alap építését. Bár ez a pontos tájolást megnehezíti, de ez kiküszöbölhető a mozgó alkatrészek nagyobb rávezetési szögének kialakításával, és pótlólagos megnevezést biztosító tájoló szerkezetek alkalmazásával.
Egy kiválasztott robot telepítésének szakszerű előkészítése érdekében a rendszertervezőnek meg kell ismernie az alkalmazási helyen fellépő elektromos és elektromágneses jellemzőket. Az általában előforduló zavarforrásokra —, amelyek a robot működésében jelátviteli hibákat idézhetnek elő — néhány példát az alábbiakban sorolunk fel: — fluoreszkáló, neon és izzólámpás világítóeszközök, — villamos teljesítmény elosztó egységek, beleértve a transzformátorokat és generátorokat, — a szerszámgépeken és más gépi berendezéseken levő motorok, — jelgenerátor és biztonsági jelzőrendszerek, — ívhegesztő, plazmavágó és szikraforgácsoló berendezések, — a porkohászati présekben levő elektromágneses mezők stb. Természetesen a hibalehetőséget csökkenthetjük az elhelyezés megfelelő megtervezésével, valamint a jelátvivő kábelek zavarforrásokról történő leválasztásával, továbbá megfelelő árnyékolási és földelési eljárásokkal. Az adott típusokra vonatkozó útmutatást és irányelveket a robotgyártó cégektől kaphatjuk meg. A robot alkatrészeinek a különböző környezeti szennyeződésektől való megvédésére általában védőburkolatok, továbbá csapágyaknál zárt szelvényű s csúszó éleken törlő típusú tömítések használatosak. A gyártó cég javaslatát követő hatékony megelőző karbantartási programmal együtt ezek a szerkezeti elemek a legtöbb alkalmazási területen megfelelő robotvédelmet eredményeznek. Számos hidraulikus működtetésű robotot gyártó cég most már javasolja, hogy a hidraulikus folyadékból időnként mintát kell venni, nem pedig az üzemórát figyelni a szűrőcsere vagy a hidraulikus folyadék kicserélése szükségességének megállapításához. A pneumatikus működtetésű robotok gyártói levegőszűrési eljárást írnak elő, hogy ezzel biztosítsák a tiszta száraz levegő bevezetését. Ez azt jelenti, hogy minél több a környezeti szennyező, és minél nehezebb környezeti feltételek vannak, annál nagyobb figyelmet kell fordítani a karbantartási folyamatra. A munkahely részletes elemzésében külön feladatot jelent a robot és segédberendezései megválasztása szempontjából mértékadó követelményrendszer összeállítása. A követelményrendszer a robot mozgásával, a kezelendő anyaggal, a szerszámmal, továbbá a robot környezetével kapcsolatos jellemzőket tartalmazza. Vignet [181 ] tanulmánya alapján példaként egy olyan munkahely jellemzőit foglaltuk össze a 13. táblázatban, ahol anyagmozgatási műveletet kell automatizálni.
ANYAGMOZGATÁSI MUNKAHELY JELLEMZŐINEK RENDSZEREZÉSÉRE Sorszám
Vizsgált jellemző
Könnyű
Lehetséges komplexitás
1.
Mozgások
Egyszerűek
2.
Müveletek
Egységesek
Összekapcsoltak Nem egységesek
>3-10" 3.
Mennyiség/rész
>3-10 3
Nehéz
Nagyon nehéz
Nem egyszerűek
Komplex összekapcsoltak Nem egységesek, komplexek
Bonyolult egységesek >100
<100
a táblázat folytatása 4.
Időtartam/rész (nap)
>170
>90
>20
>10
5.
Fogás helye és minősége
Pontos
Vázlatos
Zavaros
6.
Tájékozódása fogásról
Fix
Irány hiányában
7.
Figyelembe vehető eltérés
Igen
Lehetséges
Nehéz
8.
A levétel minősége és irányítása
Fix felület
Fix helyzet
Vázlatos
9.
A munkadarab forgása
5*1 tengely
>2 tengely
> 3 tengely
>egy dimenzió
>két dimenzió
Nem fix Igen nehéz
10.
A mozgás típusa
11.
A mozgás hossza (mm)
<150
<350
<650
12.
A mozgás kitérése (mm)
<350
<850
<2500
13.
A beállítás tűréshatárai (mm)
>2
>\
>0,1
14.
A munkadarab súlya (kg)
<2
<15
<65
>70
15.
A munkadarab fogásmérete (mm)
16.
Maximális hosszúság
17.
14x15x16
<50
<150
<450
>450
> három dimenzió
A robottól megkívánt jellemzők rendszerezése segítséget ad a munkahely (művelet) komplexitásának felbecsülésére. Vigyázzunk azonban arra, hogy a nehezen teljesíthető paraméterek megadásakor gazdaságosan járjunk el. Célunk optimális rendszer kialakítása minimális ráfordítással. Ennek jó átgondolása a telepítendő robot üzemeltetésére nézve is sokkal hasznosabb, mint bármely más tényező fejlesztése. A robottal szemben támasztandó követelmények előírása után meg kell határozni a munkahelyek automatizálásának sorrendjét. A sorrend meghatározásának szempontjai a munkahelyi feltételek és a gazdaságosság. A műszaki követelményrendszer alapján hasonló .munkahelyek típuscsoportokba vontok össze. Ez kiküszöböli a továbbiakban a szubjektív értékelést, és lehetőséget teremt olyan modulrendszer kialakítására, amely alapja lehet a későbbi szabványosításnak. Végül össze kell foglalni azokat a változtatásokat, tervezett intézkedéseket, amelyek a kézi üzemről az automatizált üzemre való áttérés esetén szükségesek. Ilyen feladatokat tartalmaz a 14. táblázat. Ez a módszeres előkészítés megkönnyíti a döntési folyamatot, egyidejűleg biztosítékot nyújt az előírások tiszteletben tartására is.
A MUNKAHELYROB0TOSÍTÁS FELADATAINAK ÖSSZEFOGLALÁSA Tervezett intézkedések Szükséges szervezeti változások
— — — —
változtatások a gyártásszervezésben munkahely-átalakítások szállítási utak módosítása több egyedi munkahely összekapcsolása
Szükséges műszaki fejlesztés
— — — — —
a tervezett intézkedésektől függő a segédberendezésektől függő az eljárástól függő az érzékelőktől függő a terméktől függő
Lehetséges megoldási változatok
— — — — —
változtatások a gyártási eljárásban új gyártóeszközök beállítása különleges gépek beállítása a termék megváltoztatása átadás más vállalatoknak
RENDSZERTERVEZÉS A helyzetvizsgálat által feltárt adatok áttanulmányozása, a munkahely elemzése után következik az ipari robottal automatizálandó gyártási részfolyamat rendszertervének elkészítése. A tervezésre kerülő funkció céljának egyszerű és gazdaságos megvalósítása érdekében alkalmas személyi és tárgyi feltételeket kell teremteni, és a legcélszerűbb munkavégzési módot kell kidolgozni. Mindezek rendszerbe foglalt előírása a részletes terv, amely a szükséges kísérletek és jóváhagyás után a munkavégzési utasítás lesz. A rendszertervezés a szervezői munkának az a része, amelyben fokozottan érvényesíteni kell a körültekintést és az előrelátást. Ezen az értendő, hogy előre fel kell ismerni a megváltoztatott gyártási folyamat minden várható hatását, hogy ezeket figyelembe véve az üzemeltetés során mentesüljünk a kellemetlen meglepetésektől. Minél átgondoltabb és részletesebb a tervezés, annál nagyobb biztonsággal nézhetünk az automatizált gyártási rendszer működése elé. Bármennyire eltérőek is a szervezés különböző formái, vannak olyan közös alapelvek, amelyeknek minden rendszer megtervezésekor érvényesülniük kell. A rendszerterv elkészítésének szakaszában iránymutatással szolgáló elv, hogy a terv az adottságoknak és a kitűzött feladat megoldási lehetőségeinek megfelelően több változatban készüljön el. A változatokban való gondolkodás a megoldás keresésének alapvető szabálya, tudniillik: — minden tervezési feladat a változatok egész sorával oldható meg; — a változatok a személyi feltételek, a munkamódszerek és az eszközök különféle kombinációi, és — e három tényező kívánatos összhangja többféle variációban hozható létre. A változatok egybevetése megelőzheti a szakszerűtlen rendszertervezés gyakori hibáit, éspedig:
— megóvja a tervezőt — és a döntést hozó vezetőt — az egyféle elképzeléssel egyet jelentő rögtönzés egyoldalúságától; — az eredmények és a célok állandó részletezésével a komplexitásra törő szemléletet a tervezési szakaszban is érvényesíti; — nem kényszerít az elbírálás során az egyetlen elképzelés védelmében szubjektív állásfoglalásra. Kétségtelen, hogy a sok tervezési változat kidolgozása munkaigényes, és meghosz-szabbítja a rendszertervezési folyamat átfutási idejét. Nem vét azonban a részletesség szabálya ellen a tervező, ha gondolatait előbb — mintegy nagyvonalú előtervezésként, elhagyva a részleteket — a lényeges összefüggések gyors felvázolására irányítja, s a számba vehető koncepciókat csupán az elbíráláshoz és nem a kivitelezéshez szükséges mélységben dolgozza ki. A változatokat az üzemvitel fontosabb jellemzői, a szükséges ráfordítás és a hasznosság mértéke szerint egymással összehasonlítva értékelik. Az értékelés alapján lehet kiválasztani az adott szempontok szerint optimális megoldást, amire azután a részletes rendszerterv elkészül.
Előzetes tervváltozatok készítése Az előzetes tervváltozatok készítésének kiindulásához tartozik a munkahelynek — a részletes elemzés eredményeivel összhangban álló — konkrét technikai-szervezési megváltoztatása. Annak érdekében, hogy a vizsgálat ne korlátozódjon egyes, véletlenül adódó megoldások értékelésére, az összfunkciót részfunkciókra kell felosztani. Meg kell keresni az elvi megoldást minden egyes részfunkcióra, majd ezeket az összfunkció szem előtt tartásával kell több alternatív megoldás kialakításához megfelelően kombinálni. Ezután lehet az egyes változatokat összehasonlító elemzés alá vetni, és azt a megoldást megkeresni, amely műszaki, gazdasági és emberi szempontból a legelőnyösebb. Az előtervezésa következő főbb lépésekre tagozódik: — a robotosítandó munkahely leírása, — a robotizálási feladat elvi megoldása, rendszerváltozatok képzése, — a rendszerek összehasonlító értékelése, — az optimális tervezési változat kiválasztása.
A ROBOTOSÍTANDÓ MUNKAHELY LEÍRÁSA A helyzetvizsgálat során a munkahellyel kapcsolatban minden olyan információt össze kell gyűjteni, amely a további munkafázishoz szükséges. A munkahely leírása a munkahelynek ezen adatokra alapozott szabatos meghatározása. A munkahely leírásához szükséges a teljes műszaki rajzdokumentáció, alkatrészrajz részletességgel, a technológiai tervek és utasítások, műveleti időnormák, anyagjegyzék, a gyártás adatai, a részletes költségadatok, szabványok, katalógusok, prospektusok stb. A végrehajtáskor törekedni kell a felvett adatok teljességére és megbízhatóságára, de célszerű mérlegelni egy-egy adat fontosságának és a ráfordításnak az arányát is. A felvett tervezési adatok alapján a munkahelyet a szükséges mélységig tagolni kell, majd részeit egymáshoz rendezni, csoportosítani. A felvett információk rendszerezése
után a tervező kiállítja az un. Törzslapot, l e g l é n y e g e sebb adatakon kívül a funkciókra és részfunkciókra, a munkahellyel szemben támasztott igényekre vonatkozó értékelést is tartalmazza. (A funkciómegállapítás csak a következő munkafázisban történik.)
A ROBOTIZÁLÁSI FELADAT ELVI MEGOLDÁSA, RENDSZERVÁLTOZATOK KÉPZÉSE Ebben a szakaszban a robotizálási feladat elvi megoldására a funkcióelemzést ismertetjük, megjegyezve, hogy ez az eljárás a robotok üzembe állításakor e tervezési fázisban általánosan elterjedt. Alkalmazását egy anyagkezelési feladat megoldásának bemutatásával tesszük szemléletesebbé. Az ilyen jellegű feladatok arra irányulnak, hogy a megmunkálandó munkadarabot előírt helyzetben és időben meghatározott helyre, a szerszám működési körletébe kell vinni, ott behelyezni és befogni, majd megmunkálás után onnan kivinni, továbbítani. A kezelési feladatok megoldásához szükséges lépések a következők: Ha a munkadarab és a gyártóberendezés jellemzőiből indulunk ki, akkor a feladatmegoldás a rendszerbe állítandó berendezés funkcióinak meghatározásával kezdődik. Példánkban ezt a kengyel alakú munkadarabok továbbítás-funkciói jelentik. A második lépésben a funkciókat részfunkciókra bontjuk. Az így előálló funkcióláncot elsősorban Felföldi [49], Kocsis [97], továbbá Brankamp [20], Noro és Okada [133] munkáinak idevonatkozó részében megadott, szabványosított szimbólumokkal lehet leírni. Ezek a szimbólumok hasznos tervezési segédletet jelentenek, segítségükkel a funkciólánc jobban érvényesül, mint a szavakkal való leíráskor. A következő lépésben hozzárendeljük a lehetséges funkcióhordozókat a részfunkciókhoz, oly módon, hogy megszerkesztjük a részfunkciók morfológiai sémáját, amelyet ki lehet tölteni jelképekkel, de ahogy azt a példa mutatja, kitölthető szavakkal is, amennyiben a használt fogalmak világosan definiálva vannak. Az összehasonlító morfológia módszertani célja itt is az adott komplex problémakör mozgásterének teljességre törő, szisztematikus, áttekintése, és a megoldások összességét — a változatok elhatárolt elemeinek valamennyi kombinációját — tartalmazó problémamezőből a legkedvezőbb változat levezetése. Az elemek hozzárendelése a funkcionális ábra tagjaihoz végezhető szabványosított elemek katalógusa alapján, de végezhető számítógépes adatrendszerek segítségével is. Ez úgy történik, hogy a funkcióelemzés eredményeinek megfelelően a tervező meghatározza azokat a követelményeket, amelyek szerint a specifikus elemek kiválaszthatók. Ezután a katalógussal vagy számítógéppel segített funkcionális elemkiválasztás egyszerű logikai megfeleltetéseken, kérdéseken alapul. A kiválasztott megoldások legfontosabb jellemzői a típusjel, a gyártócég, a mozgásmód stb. A funkcióhordozók részfunkcióhoz való hozzárendelését követi az elemek kombinációja alternatív rendszerekké. A lehetséges változatok kialakítása során el kell végezni az összeegyeztethetőségi elemzést, mikor is a megvalósíthatatlan megoldásokat zárjuk ki. Ez azt jelenti, hogy megvizsgáljuk, az egymást követő részrendszerek összekapcsolhatók-e. A munkadarabok kezelésének, egyáltalán a robotizálás problémájának rendszerszemlélettel való közelítése egyes esetekben oda vezethet, hogy a munkadarabok és/vagy a gyártóberendezés paramétereit változtatjuk mégolyképpen, hogy az automatizálási feladat leegyszerűsödjön. A robotos anyagkezelési feladat elvi megoldásának lépéseit a 10. ábra szemlélteti.
A RENDSZEREK ÖSSZEHASONLÍTÓ ÉRTÉKELÉSE A vállalatvezetés számára az a vonzó, ha a robotot az jellemzi, mint egy tökéletes munkaeszközt, vagyis amelynél speciális összehangolást, integrálást nem kell megoldani, amely az üzembe helyezéskor azonnal dolgozik, amely nem igényel műszaki finomítást vagy mérnöki erőfeszítéseket, hogy maximális teljesítőképességgel üzemeljen. Mint azt később látni fogjuk, a maximális teljesítőképesség meghatározása, amely bármely adott ipari robottal elérhető, nem egyszerű feladat. Rendkívüli mértékben függ az adott feladattól, és alapjaiban érteni kell a robot működését, hogy azt előre meg tudjuk határozni, illetve előre tudjuk jelezni. Hagyományosan ezt az elemzést a dolgozók közötti, valamint az ember és a robot közötti funkcióelosztás alapján végzik. A számításhoz szükséges információk a műveletek időtartamára, a művelet végzéséhez szükséges mozdulatokra és más munkakörülményekre vonatkoznak. A műveletek elvégzéséhez szükséges mozdulatok elemzésekor az ember és a robotok munkavégzési képességeit bizonyos mértékben össze kell hasonlítani. A mozdulatokat mozdulatelemekre bontva meg kell határozni az elvégzésükhöz szükséges időtartamokat, valamint a kisegítő eszközöket. Miután a végzendő feladatot minden részletében tisztázták, módszeresen meg kell vizsgálni a szóba jövő változatokat. A robotokat és azok képességeit ugyanis annak alapján lehet a legjobban illeszteni az elvégzendő feladathoz. Természetesen az előzőekben felsoroltakat csak a robotok képességeinek ismeretében lehet végrehajtani, vagyis ismerni kell a beszerezhető robotokat és az ember által teljesíthető munka jellemzőit. Az ember és a robot teljesítőképességének összehasonlítása Az ember és a robot teljesítőképességének összehasonlítása különösen olyan esetekben szükséges, amikor valamely műveletsor végrehajtásakor a robot mellett emberi munkát is igénybe kell venni. Ennek fontosságát támasztja alá az a tény, hogy a legtöbb napjainkig üzembe állított robotnak közvetlenül az emberek mint gépkezelök helyettesítését kell végezni. McDaniel és Gong [33] megállapítása szerint sajnos ez azt eredményezte, hogy a termelékenység kárára a robotok és az emberi gépkezelők, vagyis a munkások közötti összehasonlítás nem megfelelő. Ugyanakkor csak azok a megoldások vezetnek teljes sikerhez, amelyek részletesen vizsgálják az emberi tényező szerepét az automatikus gyártásban. A 11. ábrán bemutatott 3 dimenziós vázlat ehhez ad hasznos útbaigazítást.
segedesztaozokkel
7 7. ábra. Az ipari robotok javasolt alkalmazási területe
Schraft [156] három tényező — a sebesség, az időtartam és a súly — hatását vizsgálja annak eldöntéséhez, hogy a tervező embert, embert segédeszközzel, robotot vagy célgépet válasszon egy adott feladat elvégzéséhez. Amit nem szabad szem elől tévesztenünk, az az, hogy egy adott gyártási technológián belül a technológusnak ezeket az üzemeltetési módokat esetleg össze kell hangolnia a legelőnyösebb megoldás érdekében. Az ember mint gépkezelő számára a helyes szerep megválasztása lényegében olyan fontos, hogy itt ezzel célszerű tovább foglalkozni. Az ember és a robotok teljesítőképességének összehasonlítására számos közzétett táblázat használható. Az összehasonlító táblázatok a fizikai jellemzőkre, méretekre, megengedett igénybevételre, (túl) terhelhetőségre és környezeti tényezőkre terjednek ki. A meglevő kutatási eredmények érzékeltetésére elegendőnek tartjuk, ha az emberek és a gépek viszonylagos előnyeire vonatkozóan a Fitts-féle listát ismertetjük [177], valamint ha a robot és az emberi képességek és jellemzők összehasonlítására Nof és Fisher [132] robot-ember „funkciókatalógusának" egy részletét mutatjuk be a 15. és 16. táblázatban. 15. táblázat AZ EMBEREK ÉS GÉPEK VISZONYLAGOS ELŐNYEIRE VONATKOZÓ FITTS-FÉLE LISTA Jellemző Gép Ember Reagálási sebesség
Rendkívül gyors lehet
1 másodperces késéssel
Teljesítmény
Nagy és egyenletes lehet
1500W.10 másodpercig 150 W az egész munkanap folyamán
Kiegyensúlyozottság
Rutin jellegű tevékenység
Nem megbízható, gyakorlott-
esetén jó
ság és kifáradás befolyásolja
Memória
Szó szerinti reprodukálásra jó
Alapelvekre és stratégiákra jobb
Következtetés
Jó, deduktív Újra programozása munkaigényes
Jó, induktív Ujraprogramozása könnyű
Számítás
Gyors, pontos Hibakorrekcióban gyengye
Lassú, hibára hajlamos Hibakorrekcióban jó
Bemenet megválasztás
Rossz rendszerérzékelés Rugalmatlan
Jó rendszerérzékelés, széles szint és típus tartományban. Pl. a szem a helyet, a mozgást és a környezet által befolyásolt színt vizsgálja.
Túlterhelés
Hirtelen tönkremenés
Méltóságteljes „romlás"
Intelligencia
Semmi, célok összekapcsolása nem lehetséges
Tud alkalmazkodni a váratlanhoz
Manipulációs képesség
Meghatározott
Nagy a sokoldalúsága és mobilitása
Megjegyzés: az ember és a gép kiegészíti egymást, nehéz az emberek által biztosított előnyöket számokkal kifejezni. Ahogy a feladat egyértelműen meghatározható, úgy lesz egyre alkalmasabb a gépek számára.
A ROBOT ÉS AZ EMBERI KÉPESSÉGEK ÉS JELLEMZŐK ÖSSZEHASONLÍTÁSA (részlet) Jellemző
Robot
Ember
A) MŰVELET ÉS MANIPULÁCIÓ 1. Manipulációs képességek Tipikus robotfelépítések: — poláris robot, — hengeres robot — hengeres, mozgó robot, — felvevő-lerakó robot %
a) Egy vagy több kar. Automatikus „kézváltás" lehetséges b) További hasznosítás tervezhető minden újabb kéz esetében c) Állandóan Ugyanolyan mennyiségű visszajelzést igényel az egész művelet alatt
a) Két kar, két láb, többcélú kezek b) A két kéz nem tud egymástól függetlenül működni c) A visszacsatolási igény típusa és menynyisége változik a gyakorlattal — kezdetben viszonylag magasabb, mint a roboté, 'a vizuális visszacsatolás dominál a többi visszacsatolási formához viszonyítva
d) A mozgási idő a mozgási távolságtól függ a sebesség, a gyorsulás és a lassulás szerint. és növekszik a nagyobb pontossági követelményeknél e) Példák a robotkarok mozgás és a gyorsaság értékeire: Ki-be nyúlás 600 mm-től 1320 mm-ig 1200 mm/sec-tól 915 mm/sec-ig Le-fel lengés a vállnál semmitől 60°-jg 60°/sec Le-fel emelés a könyöknél semmitől 300 mm-ig 1000 mm/sec Forgatás 200°-tói 240°-ig 65°/sec-tól 180°/sec-ig
d) A mozgási időt és pontosságot a F'rtts-törvény szabja meg. A nagy pontosságú mozgások interferálhatnak'a gondolkodási folyamatokkal e) Gyorsaság- és mozgásparaméterek: maximálisan kb.: 1500 mm/sec lineáris (egyenes vonalú mozgás esetén)
A táblázat folytatása Jellemző
Robot Csuklóforgatás 300°-tói 360°-ig 110°/'sectól90°/sec-ig Csuklóhajlftás 200°-tói 220° -ig 110°/sec Csukló oldalirányú kitérése 200° -tói 360°-ig 110°/sec Ujjak nyitása-zárása van vagy nincs Az alaptörzs hosszanti mozgása semmitől 300 mm-ig; 1000 mm/sec Az alaptörzs keresztirányú mozgása van vagy nincs f) A manipulációvezérlés típusa és terjedelme: pontról pontra, folyamatos pálya, sebességvezérlés vagy egyik sem g) Az elhelyezés pontossága: ± 5 mm-től ± 0,1 mm-ig
Ember
f)
Korlátozott manipulációvezérlés
g) Az elhelyezés pontossága visszacsatolással viszonylag jó (0,1 mm); visszacsatolás nélkül nagyon rossz (3—Sem) a) Magasság, súly
2. Testméretek
3. Terhelés és erő
a) Test: Magasság: 0,1 m-től 1,6 m-ig Szélesség (kar): 0,2 m-től 1,6 m-ig Mélység: 0,1 m-től 1,4 m-ig Súly: 5 kg-t ól 2500 kg-ig b) Szükséges üzemterület: a semmitől (kis model leknél) az 1 méteren túlig minden irányban a) 0,1 kg-tól 900 kg-ig terjedő hasznos teher művelet közben, normálsebesség esetén; ez csökken a normál feletti sebességek esetén
b) Szükséges üzemterület: (munkarádiusz) 1 m
a) Maximális karterhelés: kevesebb, mint 30 kg; alapvetően függ a mozgí típusától, a terhelés irányától stb.
Jellemző
Robot
Ember
b) Az erő a hasznos tehertől függ
b) Teljesítménykifejtés: 1500 W10sec-ig 340 W120sec-ig 150 W folyamatosan (21 ki/perc) Változhat a statikus ós dinamikus feltételek között
4. Egyenletesség, állandóság
Abszolút egyenletesség, ha nincs üzemzavar
a) Alacsony b) Növelhető gyakorlással és az eredmény vissza jelzésével c) Hajlamos fiziológiai és pszichológiai elfáradásra d) Megkívánhatja a teljesít mény külső „monitorizálását"
5. Teljesítmény túl/alul terhelés esetén
a) Állandó teljesítmény a tervezett határig, ezen felül drasztikus meghibásodás b) Azalulterhelésnek nincs hatása a teljesítményre
a) A teljesítmény csökken „meghibásodás" esetén
b) Az a!u!tarhelés unalom kiváltásával csökkentheti a teljesítményt
6. Reakcióidő
A jelzés vételétől a mozgás megkezdéséig eltelt idő széles tartományban változhat
Reakcióidő tartománya: 1/5-1/3 sec között
7. Öndiagnózis
A beállítást és a karbantartást szolgáló öndiagnosztika beépíthető
Képes felismerni funkcióinak változását, romlását
A. táblázatok jellemző értékei az ember és a robotok közötti funkcióelosztás megtervezése során az ember és a gép, illetve a robot viszonylagos szerepére világítanak rá. Ezzel kapcsolatban megjegyzendő, hogy a gép képességei úgy változnak, ahogy a technológia fejlődik, míg a mi szempontunkból nem valószínű, hogy az ember gépkezelő képességei jelentősen változnának, kivéve bizonyos esetekben, amikor megfelelően kialakított segédeszközök állnak rendelkezésre. Tulajdonképpen az intelligens robotok azok, amelyek elősegítik az ember és a gép között funkcióban, felfogásban és döntéshozatalban jelenleg meglevő igen nagy szakadék áthidalását.
Ezt azt mutatja, hogy bizonyos hurkokat és ennélfogva a teljesítményt egyértelműen befolyásolja a szakértelem és a tapasztalat a fő visszacsatolási hurok, az ember felsőbbrendű beépített érzékelő rendszere következtében, amely igen széles körülményskálán belül képes „üzemelni". Ezen a rendszeren keresztül képes látni, hallani, gyorsulást, valamint szögsebességet stb. érzékelni. Ezért világos, hogy az adatfeldolgozástól, a döntéshozatali és teljesítmény-növelő képességtől függetlenül az emberi kezelőnél „ingyen kapunk" sok érzékelőt. Gyakran a kezelő embernek ez a jellemzője rendkívül drága, ha teljesen automatikus rendszerrel akarjuk helyettesíteni. A 12. ábra hasznos a tervező számára egy másik fontos megközelítési szempontból is. Ha egy komplex integrált embergép rendszert tartunk legjobb megoldásnak egy adott feladatra, a kapcsolási rajz a tervezőt arra bátorítja, hogy a legjobb segédeszközökre összpontosítson. Egy tevékenységlistából, amelyen az egymásra ható tevékenységek gyakorisága is fel van tüntetve, meghatározható, hogy a segédeszköz egy „intelligens" érzékelő, meghatározó és reagáló algoritmus vagy csak teljesítmény-növelő legyen. Végül a 12. ábrán látható blokkdiagram egyértelműen mutatja, hogy a gépkezelő ember hogyan befolyásolja a teljesítményt produktív gondolkodásával, azaz az „ember emberként való felhasználásával".
A robotok teljesítőképességének összehasonlítása Miután áttekintettük az emberek és a robotok közötti funkció elosztásának és a teljesítőképesség összehasonlításának a szempontjait, a robotváltozatok összehasonlító értékelésével foglalkozunk. Ehhez ismernünk kell a különböző robotok alapvető jellemzőit, amelyek segítségével meghatározhatjuk a robotok teljesítőképességét. Az összehasonlításhoz szükséges számítások elvégzéséhez egy előre meghatározott időállandós munkamódszer ésszerűsítő metodikát hívunk segítségül. Ez a Methods Time Measurment módszer robot idő- és mozgástanulmányozásra átültetett eljárása. A Robot Time Measurment eljárás megőrizte a MTM módszer lényeges jellemzőit, vagyis hogy: — alkalmazható minden robottal végrehajtott robottevékenység jellemzésére; — a műveletek ún. alapmozdulatokra bonthatók, amelyek külön-külön és összefüggéseiben elemezhetők; — az alapmozdulatok kódjai nemzetközi viszonylatban bevezetett, azonos jelek; — minden alapmozdulathoz Time Measurement Unitban adott időérték tartozik; — az időértékek táblázatokban rendszerezhetők. A mozdulatoktól s a körülményeiktől függő TMU értékek a mozdulatok betűjeleinek kombinációjából következnek; — az RTM módszerrel meghatározott időigény — feltételezve a körülmények figyelembevételét — a robotok teljesítőképességének előrebecslésére használható.
Ez azt tükrözi, hogy az RTM főleg olyan — számítógépes — rendszertervezés esetén ad hasznos bővítési lehetőséget, amelyhez megfelelő adatbázis kapcsolható. Belátható, hogy az elemzéshez egy sor RTM alapelemet és jelölést kellett kifejleszteni. Ezen a területen közel egy évtizede Paul és Nof [137] végzett úttörő munkát, akik kidolgozták az RTM alapelemeit és jelöléseit (17. táblázat). 17. táblázat
18. táblázat RTM ALAPELEMEK ÉS JELÖLÉSEK Alapelemek
n-szegmensért nyúlni Leállni hiba esetén Leállni erő/érintés esetén n-szegmenst mozgatni Megfogni Elengedni I Látni 1 Folyamatidő késés
Jel
AZ MTM ALAPELEMEK RTM EGYENÉRTÉKEI MTM alapelemek
Egyenértékű RTM alapelemek
Rn
RA
Rn, SE
SE SF/ST Mn GR RE VI TI
RB RC RD RE MA MB MC G1A G1B G1C G2 G3 G4 G5 P1 P1 és P3S P3SSésP3NS
Rn, SF, SF X R, SE, V., R, SF R, SE X Mn Mn, SF, SF GR
SR, ST
x
I
\
X SE, SF, RE X GR SF SF, M1, SF SF, M1, M1, SF
Egyértelmű, hogy az RTM az MTM tapasztalataira épül, bár mint a 18. táblázatban látható, annak nem egy az egyben megfelelője, mivel egyes alapelemek a robot teljesítőképességének határán túlnyúlnak. Természetesen minden technológus X A robot nem Képes elvégezni. kifejlesztheti saját RTM rendszerét, de az bizonyos, hogy körültekintő munkát kell végeznie, hogy az adott robotnak megfelelő „szintetikus" időket meghatározza.
Az RTM módszer alkalmazása Az RTM számítások lépéseit és a közelítések eredményeiből levonható következtetéseket egy gyakorlati példa megoldása segítségével írjuk le. A szóban forgó robottal elvégeztetendő művelet: egy szivattyúfedél továbbítása. A művelet ciklusidejének meghatározásához a mozgás RTM alapelemeit a 19. táblázatban adtuk meg, melyben viszonylag nem túl nagy az eltérés a mért és az RTM idők között. Összehasonlítás végett a művelet kézi végrehajtása elemezhető MTM-mel, de ez a jelenlegi vizsgálat problémakörén kívül esik. Ha a 19. táblázatot gondosan tanulmányozzuk, akkor a mért és a számított alapmozdulat-idő eltérések a robot időállandóinak meghatározásához kiegészítő adatforrásként egy regressziós elemzés elvégzésének szükségességére utalnak. Ennek oka az, hogy az elterjedt nézetekkel ellentétben a robotok nem túlzottan jól meghatározható szerkezetek. Műveletelvégző képességük rendkívül nagymértékben függ attól, hogy az adott időszak-
19. táblázat
ASTANFORD ARM ROBOT MOZGÁSÁNAK RTM ELEMZÉSE -
Időállandó (sec) Alapelem sorszám
Jel
Mozdulat hossz táblá(cm) zatból
A mozgások leírása regressziós modellből
mérés alapján
1.
RE
2T,20
1,15
0,95
0,46
Menni a fedél helyére
2. 3.
SE1 GR2
0,05 5,10
0,83 0,90
0,79 0,90
0,37 0,90
Megállni Megfogószerkezetet a fedél középpontjához érinteni, pozíciót feljegyezni
4. 5. 6. 7.
RE R3 SE1 GR1
32,90 0,05 5,10
0,36 1,19 0,83 0,36
0,22 1,11 0,79 0,37
0,21 1,58 0,29 0,42
Megfogó ujjait kinyitni Alaphelyzetbe menni Megállni
8. 9. 10. 11.
RE R3 SE1 GR1
52,00 0,05 5,10
0,36 1,23 0,83 0,36
0,22 1,35 0,79 0,37
0,21 1,42 1,08 0,42
8,00
7,86
7,36
Összesen -
(sec)
Ujjakat zárni, pozíciót és elhelyezkedést feljegyezni Ujjakat kinyitni, fedelet elengedni Menni a felső helyzetbe Megállni Megfogni a szivattyúfedelet
ban a robot milyen üzemi környezetben és mennyi ideje dolgozik, vagy hogy melyik műszakról van szó stb. Emellett az ugyanattól a gyártó cégtől vásárolt, hasonló robotok működésében, illetve teljesítőképességében is jelentős eltérések vannak. Ennélfogva igen fontos az előzetes tervezést végző technológus számára, hogy a jellegzetes teljesítőképesség-változásokkal tisztában legyen. Nof [130] egy sor RTM regressziós diagramot tett közzé a robotot „fekete dobozként" kezelve, és az elemi időállandókra lineáris függvényt feltételezve. A 14. ábrán a
Maghatározott szóródási határ A tr»nd egyenlete: R3= 11.19 -0.005L]. M.
28
A2
56 70 Mozdulathosszlcm)
14. ábra. Példa az RTM időállandók regressziós modellel történő meghatározására
STANFORD ARM robot R3-as mozdulateleme kísérleti mérésének eredményei vannak feltüntetve. A meghatározott szóródási sáv jelentős, különösen a viszonylag nagy és viszonylag ki mozgások esetén. Tapasztalati alapon ebből arra következtethetünk, hogy ez a holttér és a súrlódási hatások, továbbá nagyobb mozgási határok esetében a maximális mozgás sebesség és a lassulási fázis közötti átmenetnél adódó változó viselkedés következménye A teljesítőképesség meghatározása ciklusidő alapján A korábbiakban hangsúlyoztuk már, hogy annak, aki a robotizált gyártási rendszer előzetes tervét készíti, célszerű számításokat végeznie a robot teljesítőképességére vonatkozóan. Ennek célja az, hogy felbecsülje: a rendszer (pl. gyártósor) eléggé kiegyensúlyozott-e, mielőtt a részletes tervezéshez hozzákezdene. Ha az RTM elemzést nem tudják elvégezni, vagy nem működik a saját üzemükben hasonló robot, akkor hogyan végezhető el egy ilyen számítás? A válasz az, hogy mindaddig, amíg a robotgyártó cégek nem biztosítják a leendő vevőknek a kinematikai jellemzőket, csak nehézségek árán. Különböző ismertetőket tanulmányozva azonban azt tapasztaltuk, hogy a 20. táblázatban összefoglalt robotjellemzők bármely adott típusra könnyen hozzáférhetőek. 20. táblázat A ROBOTTÁJÉKOZTATÓKBAN KÖZÖLT ÁLTALÁNOS JELLEMZŐK 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Robotfelépítés típusa (hengeres stb.) Terhelhetőség (kg) Tengelyek száma Hajtás (elektromos, pneumatikus, hidraulikus) Vízszintes kinyúlás (m) Függőleges kinyúlás (m) Elfordulási szög a tengely körül (fok) Adatbevitel Működés programozási típus (tanítástól függő stb.) Memória kapacitás (pozíciók, programok) Visszaállási és beállási pontosság (mm) Eladási ár (nem tartalmazza a felszerelési költségeket) Lehetséges alkalmazási területek felsorolása Különleges jellemzők (DNC csatlakozás, építőszekrényes elv stb.)
Az ilyen információk igen hasznosak, de érdemes megjegyezni, hogy semmilyen adat nem áll rendelkezésre, amellyel a technológus meghatározhatná azt, hogy a robot a munkadarabot milyen sebességgel tudja szállítani. Viszont mint a következő gondolatmenetből látni fogjuk, ha a gyártó cégek kicsivel több információt rendelkezésünkre bocsátanak, akkor messzebbre is eljuthatunk. A leírások gondos elolvasása során gyakran találunk olyan robotjellemzőt, amelyet szögsebességnek nevezünk, s amely egy adott robotra minden tengely körüli mozgás esetén eltérő. Amint az a 15. ábrán látható, a szögsebesség a maximális sebesség, amelyet a robotkar mozgása során elérhet. Ennek ismeretében egyszerű matematikai összefüggéseket alkalmazva lehetőség nyílik arra, hogy meghatározzuk a robotnak az egyetlen adott hosszúságú lépés megtételéhez szükséges lépésidejét és az ezzel összefüggő zárt mozgási folyamatának ciklusidejét, de minta 15. ábrán látható, ezek
Ha a sebesség-idő függvényt gyorsulási, haladás? és fékezési szakaszokra bontva vizsgáljuk, amik egyébként a meghajtó-rendszer teljesítményének fizikai határait jelentik, becslési célra hasznos és reális mozgási időértékeket kapunk. Tehát néhány sebesség-idő diagramot a potenciális robot szállítótól megkapva a rendszertervező már könnyebb helyzetben van, legalábbis a lehetséges változatok tanulmányozásának pontossági igényéhez mérten. Az eljárás az, hogy a sebesség-idő függvényt egyenes vonalú szakaszokkal közelítjük, amelyek segítségével megbecsülhetjük a legnagyobb pozitív gyorsuláshoz, a szögsebességhez és a legnagyobb negatív gyorsuláshoz, a fékezéshez tartozó értékeket. Ezután a 15. ábrán megadott összefüggésekkel egyszerűen meghatározhatjuk a különböző mozgásszakaszok időértékeit. A ciklusidő-számításokkal kapcsolatban fel kell hívnunk a tervezők figyelmét a robot tranziensek hatásának figyelembevételére. Itt a csillapodási időt úgy határozzuk meg, mint azt az időt, amelyre a robotnak a nyugalmi állapot eléréséhez van szüksége. Ez a csillapodási idő nagymértékben változhat attól függően, hogy a működési tartományon belül a robot milyen helyzetben van. Az azonban bizonyos, hogy a ciklusidő megközelítés akkor ésszerű, ha a csillapodási időt hozzáadjuk minden egyes mozgás elméletileg meghatározott értékéhez. Ugyanis a tranziens hatás a szögsebesség számításokkal meghatározott ciklusidőt több száz %-kal is megnövelheti, és ezzel a robot teljesítőképességét akár 1/3-ára is csökkentheti. Itt jegyezzük meg azt, hogy azok a bonyolult vezérlési rendszerek, amelyek ezt a hatást csökkenteni fogják, jelenleg a gyakorlati vizsgálatok tárgyát képezik. Természetesen a robotok összehasonlítását és előzetes kiválasztását az előbbi számítások elvégzésén kívül még jobban megkönnyíti az, ha a tervező számára rendelkezésre állnak bizonyos összehasonlító táblázatok. Ilyen táblázatok összeállításának céljával tanulmányozta Nof és Fisher [132] a különböző ismertetőkben leírt 282 ipari robottípus jellemzőit. A vizsgálatba bevont japán, amerikai és európai gyártmányú robotok hosszirányú és forgó mozgási képességét jellemző sebesség—út és szögsebesség—út diagramokat a 16. ábrán foglaltuk össze. A burkológörbéket az áttekinthetőség érdekében az eredmények szélső értékeinek öszszekötésével rajzolták meg, ennek következtében a közbenső értékek a diagram területén belülre esnek. A 16. ábra alapján megállapítható, hogy a megvizsgált robotok elmozdulás és sebesség arányai lényegesen eltérnek. Ebből következik, hogy a mozgási ciklusok gondos megtervezésével, a mozgások jellemzőinek célszerű kiválasztásával minden mozgási folyamathoz a megfelelő robottípust kell kikeresni a rendelkezésre álló választékból. Ezzel áttekintettük a rendszertervező előtt álló feladatokat és buktatókat, amikor érté kelni igyekszik a különböző rendszerváltozatokat. Ezzel kapcsolatosan a legfontosabb az hogy hangsúlyozzuk a technológus mint rendszertervező szerepét. A rendszertervező az, akinek olyan helyzetben kell lennie, hogy meg tudja határozni az egyes rendszerekben levő összes gépi és emberi alkotórész teljesítőképességét úgy, hogy a termelékenység a lehető legjobb legyen. Mindezek ellenére nem elég a rendszerek összehasonlításakor a szükséges berendezéseket a robotizálási feladat szerint értékelni, és nem elég a már meglevő technológiai megoldásokra támaszkodni. Az újszerű technológiai változatok és gépi rendszerek értékeléséhe; a piaci előrejelzéseket és a gyártási lehetőségeket is figyelembe kell venni. Ezt az alapelve" már a termék tervezési szakaszától meg kell valósítani, hogy a leghatékonyabb technológiai alkalmazásának lehetősége biztosítva legyen.
3.3.1.4. AZ OPTIMÁLIS TERVEZÉSI VÁLTOZAT KIVÁLASZTÁSA A rendszerváltozatok tervezését és a rendszerek összehasonlító értékelését az optimális megoldás kiválasztása követi. A kiválasztás az előkészítési folyamat egyik legfontosabb szakasza. A kiválasztáshoz a tervezési változatokat olyan áttekinthető rendszerbe kell összeállítani, amely kimutatja a kölcsönös összefüggésüket vagy éppenséggel egymást feltételező, illetve kizáró jellegüket. Fontos, hogy a kiválasztás az egyes koncepciók, beruházási elképzelések tárgyilagos szempontjaira épüljön. Ehhez először rögzíteni kell a kiválasztás alapját képező optimálási jellemzőket. A kiválasztás szempontjai Az optimális technológiai megoldás kiválasztását számos, egymással szorosan összefüggő tényező befolyásolja, melyek közül a leggyakoribb célkritériumok: — az üzembe-állítási költségek, — az üzemeltetési költségek, — a fenntartási költségek, — a termelékenység, — a rendszer munkaerő-szükséglete, — a rendszer rugalmassága, — a megbízhatóság, — a baleset elleni biztonság. A robotizált gyártási technológia alkalmazásának döntés előkészítési szakaszában költségszámításokat kell végezni, amely megalapozott választ ad arra a kérdésre, hogy a vizsgált automatizálási feladattal megoldandó gazdaságosság-növelési cél, valamint az üzem egészére megadott termelési feladat milyen mértékben teljesíthető. Minthogy az ipari robot beruházási igénye nem sokban különbözik egy szerszámgép beruházásától, a legcélszerűbb típus kiválasztására vagy a beszerzésre vonatkozó döntést egy gazdasági számításra kell alapozni, vagyis mennyiségileg is értékelni kell azokat az előnyöket, amelyeket a; egyes berendezések nyújthatnak. Ebben az értelemben feltétlenül számításba kell venni a; összes olyan költségtényezőt — vagy legalább azok túlnyomó részét —, amelyek a robotüzemben tartásának költségét meghatározzák. Az üzembe állítási, az üzemeltetési és • fenntartási költségek — a teljesség igénye nélkül — jó segítséget nyújtanak ahhoz, hogy tárgyilagos költségszámítást végezhessünk. Az ipari robot alkalmazásának gazdaságossági elemzései a tényleges termelékenység növekedés mértékét három alapfeltétel függvényében vizsgálják: 1. Miként nőnek a hasznosítható gépiidők? 2. A műszaki megoldás hogyan képes az emberi teljesítőképesség korlátait feloldani? 3. Mennyiben közelíti meg az elméleti termelékenységi határt a konkrét technológia? A gépidő jobb kihasználását megszabja a kisebb átállítási idő, a többgépes kiszolgálás amely kezelő nélkül is folyamatos működést tesz lehetővé, a gép töltési-ürítési folyamat nak kisebb az idővesztesége, a munkahelyen elvégzendő programozásoknak kisebb az idő szükséglete stb. A dolgozók korlátozott teljesítőképességét olyan területeken terjeszti ki az ipari robot mint pl. a műveleti sebesség, a munkavégzés időtartama, a terhelhetőség, az egyenletessé a pontosság, a fáradási jelenségek, a koncentráció lazulása, a teljesítményingadozás, pihenésre, természetes szükségletekre fordított idők stb. A termelékenység növelését t hát a műveleti idők — nagyobb műveleti sebességgel összefüggő — csökkentése és a műveleti
ciklus időtartamának rövidítése együttesen eredményezi. Az optimális technológiai elgondolás kiválasztásához meg kell ítélni a rendszer munkaerő-szükségletének változását, mivel minden üzem élő szervezet, amelynek helyes működése pusztán tárgyi intézkedésekkel nem biztosítható. Az üzem nemcsak technikai egység, hanem egyszersmind emberi közösség is. Ezért a technológiai fejlesztés döntés-előkészítési szakaszában el kell bírálni, hogy a meglevő állomány alkalmas-e, s ha nem, milyen mértékben nem alkalmas a vizsgáit tevékenységek eredményes elvégzésére. Ehhez mindenekelőtt meg kell ismerni a fejlesztésben érintett létszám és a terhelés viszonyát. A vizsgálatok során abból célszerű kiindulni, hogy a robotok sikeres alkalmazásával mind közvetlenmunka-megtakarítás, mind termelékenység és minőségjavulás áll elő, ami a közvetlenmunka-megtakarítást segíti elő. Nehéz azonban ezt robotonként! haszonra lebontani, mivel az eredmény számos tényezőtől függ, pl. a robotizálás előtti műszaki színvonaltól, a szükséges műszakok számától, valamint attól, hogy a robotok milyen mértékben vesznek részt a termelési folyamatban, és a folyamatnak milyen szerepe van a megtakarításokban. Ezen nehézségek ellenére a robotok munkaerő-szükségletre gyakorolt hatását Fleck [50] szerint műszakonként 1,6—2,9 fő/robot átlagértékhez hasonlíthatjuk. Valamelyest azonban megnövekszik a közvetett munka nagysága — műszaki, karbantartási tevékenységek —, így a munkaerő-szükséglet számbavételekor figyelembe kell venni ezeket a közvetlen munka módosító tényezőket is. Ez a tényleges munkaerőmegtakarítási értéket kb. 2,5 fő/robotra módosítja. A létszám mennyiségi elemzésével párhuzamosan meg kell ismerni a minőségi vonatkozásokat. A minőségi jellemzők az új munkamódszer megtervezése és a résztevékenység személyekre való szétosztása során játszanak szerepet, mert ekkor már tudnunk kell a rendelkezésre álló munkaerők képességeiről, ismereteiről és egyéb, a munka szempontjából szóba jövő tulajdonságairól. Az optimális megoldás kiválasztásakor a számításba veendő meggondolások közé tartozik a rendszer rugalmassága. Ezzel kapcsolatban fontosa robottal elérhető rugalmasság határainak ismerete, ugyanis minél ,,többet tud" a robot, annál drágább, ezért a rugalmas automatizálásnak jól körvonalazódó gazdaságossági határa és ezzel összefüggő ára van. Minden egyes beruházásnál el kell dönteni, hogy gazdaságilag milyen megoldás indokolt: — újra programozható rugalmas ipari robot vagy — a vizsgált művelethez céljelleggel kialakított egyszerűbb manipulátor. Ezt a vizsgálatot olyan alaptényezőkre építik, mint például: — a megmunkálandó tételek hasonlósága, — az ipari robot, a szerszámgép és a segédberendezések átállításának időszükséglete, — a munkadarab-változatok gyakorisága, — a technológiai folyamat egészének automatizálási színvonala. Annál rugalmasabb ipari robotra van szükség, minél inkább eltér az egyes anyagkezelési feladatok során mozgatott tételek geometriája, illetve minél gyakrabban változnak az elvégzendő feladatok. Nem lehet azonban tetszőleges gyakorisággal átállítani a robotot sem, mert a termelőberendezéseket arra az időre le kell állítani, és ez rontja a termelékenységet. A döntés során ezért ismerni kell, hogy a sorozatnagyságoktól függően időegység alatt hány átállításra van szükség, és az elvégzendő feladatok hasonlóságától függően miként alakul ezek időszükséglete. Ha kiválasztották az optimális mértékben rugalmas robotot, annak előnyeit a teljes technológiai folyamatban érvényesíteni kell, mert különben a nagyobb ár miatti többletkiadás nem térül meg az elvárt időtartam alatt.
A robotizálás műszaki előnyei a munkavégzés állandóságából és a minőség javulásából származnak. A rendszer megbízhatóságát a karbantartási feladatok sikeres végrehajtásával teremthetjük meg. Ez annál könnyebben megvalósítható, minél kevésbé függ a felhasználó vállalat a gyártó cégtől, és annál kevesebb lesz a robot kiesése miatti veszteségidő. A karbantartáshoz gyakran különleges szerszámok szükségesek, amelyeket célszerű a berendezéssel együtt beszerezni, és hasonlóképpen különleges műszerek szükségesek a különböző technológiai funkciók ellenőrzéséhez. Minden esetben célszerű arra törekedni, hogy a lehető legnagyobb mértékben megszabaduljunk a szállító szolgáltatásaitól, bár ez nyilvánvalóan nem érhető el teljes mértékben. Egy másik figyelembe veendő szempont a műszaki felügyeleti szolgálat és a cserealkatrész-ellátás reális rendelkezésre állásának vizsgálata; gyakran kiderül, hogy a berendezés eladásakor olyan ígéreteket tesznek, amelyeket azután legtöbbször nem tartanak be. A felügyelő szakemberre napokat kell várni, a cserealkatrészek több napos vagy több hetes késéssel érkeznek meg, és a karbantartási igények, valamint az erre rendelt szolgálat teljesítménye bizonyos mértékben nincs egyensúlyban egymással. Ezért a berendezés megválasztásakor az előzőekben felsorolt meggondolásokon túlmenően célszerű mérlegelni az eladó cég műszaki szolgáltatásainak reális helyzetét és tényleges teljesítőképességét is, továbbá szükség esetén egy kis tartalékkészletet létrehozni azokból az alkatrészekből, amelyek leggyakrabban elkopnak vagy meghibásodnak. Végül egy kevésbé nyilvánvaló szempont a robot baleset elleni biztonságának mérlegelése. A robot alkalmazásának tervezési fázisában gyakran elhanyagolják például a balesetvédelmibiztonságtechnikai követelményeket, és ez a ,,feledékenység" utólag csak védőrácsok, ajtók és különféle elzáró szerkezetek helyszíni szerelése útján orvosolható. Általában a robotnak csak a szó szoros értelmében vett munkaterére terjed ki a figyelem, és megfeledkeznek arról, hogy továbbító mozgások esetén egy munkadarab, a megfogó szerkezetből véletlenül kiszabadulva, a berendezés hatósugarán jóval túlra is kirepülhet.
A kiválasztás módszerei Az előzetes rendszerváltozatok szelekciójára, az optimális tervezési változat kiválasztására többféle módszer alkalmazható. Ezek közül a leginkább használatos a döntési mátrix, a döntési fa és a MULTIFAKTOR technika. A lehetséges rendszerkonfigurációk döntési mátrixszal való értékeléséhez minden egyes változatra meg kell határozni a műszaki, gazdasági és egyéb kritériumokat. Cselényi, Kovács és Mang [32] tanulmányában egy robotos anyagmozgató rendszer változatait a 21. táblázatban megadott értékelési szempontok szerint hasonlítja össze. A döntési táblázatba számos további változat vagy értékelési szempont építhető be. A döntést hozó munkáját azonban megnehezíti ezeknek egy bizonyos határon túl történő bővítése, mivel ez nagymértékben befolyásolja a döntés megbízhatóságát. A döntések elemzésének egyik legjobb módszere az ún. döntési fa, mely Hoványi [79] szerint abban segíti a döntéshozót, hogy — lehetővé teszi a rendelkezésre álló változatok közül legalább a legfontosabbak áttekintését; — világosan érzékelje a döntési lehetőségek kapcsolódását, a döntési pontokat a jövő alakulását felvázoló folyamatokban; — átlássa a jövő alakulását leíró események kapcsolódását, a döntéseket követő elágazási pontokat;
21. táblázat ROBOTOS ANYAGMOZGATÓ RENDSZE RVÁLTOZATOK ÖSSZEHASONLÍTÓ MÁTRIXA Értékelési szempontok
Tervezési változatok 1
2
3
4
5
6
Kiszolgálási program
kötött
kötött
kötetlen
kötött
kötött
kötött
Megvalósítható ütemidő
kicsi
közepes
közepes
közepes
nagy
közepes
Helyigény
nagy
közepes
nagy
közepes
kicsi
nagy
Megfogószerkezettel szemben támasztott követelmény
egyszerű
nagyon bonyolult bonyolult bonyolult nagyon bonyolult bonyolult
Átrakási műveletek aránya
nagy
kicsi
nagy
kicsi
kicsi
nagy
Javítható selejt visszajuttatása biztosított-e?
nem
nem
nem
nem
nem
nem
Vezérlés bonyolultsága
nagyon nagyon bonyolult nagyon bonyolult bonyolult bonyolult
nagyon nagyon bonyolult bonyolult
Anyagmozgató segédberendezések aránya a rendszerben
közepes
kicsi
nagy
kicsi
kicsi
nagy
Robot üzembeállítási költségeinek aránya a rendszerben
nagy
közepes
közepes
közepes
kicsi
közepes
— logikai összefüggésükben tekintse át a döntési és elágazási pontokhoz kapcsolódó költségráfordításokat és megtakarításokat és ezek bekövetkezésének valószínűségét. A döntési fa módszerének alkalmazását beruházási változatok gazdaságossági értékelésére Divinyi [36] egyszerűsített példájával mutatjuk be, melyet a 17. ábra szemléltet. A módszer alkalmazása összetett esetekben úgy történik, hogy először döntési fákat dolgoznak ki minden egyes változatra. Másodszor döntési fákat dolgoznak ki az egyes fák kimeneteinek kombinálására. Erre különösen akkor van szükség, ha az egyes tervezési változatok között valamilyen, pl. beszerzési vagy értékesítési vonatkozású kölcsönhatás van. E probléma megoldásához sokszor számítógépre is szükség van. A döntési fa módszerének hátrányaként meg kell említeni, hogy ezzel a gyakran különböző kritériumok szerint meghatározott eredmények nem mérhetők össze. Ezek együttes és arányos értékelése csak különböző matematikai módszerek segítségével végezhető el. Az optimális tervezési változat kiválasztása történhet a MULTIFAKTOR technika alkalmazásával, ennek lépései a következők: 1. Meg kell határozni — a rendszer létesítésének fő célkitűzése szerint — a kiválasztott jellemzők egymáshoz viszonyított jelentőségük szerinti súlyát. Ennek módszere az, hogy a döntésben részt vevő szakemberek pl. 0—10 pontig értékelhetik a kritériumokat. A fontossági sorrend a csökkenő összpontszámokból következik.
2. Az egyes változatok minősítése kritériumonkénti részletességgel úgy, hogy a csoporttagok kritériumonként!' - pl. 10-10 pontjukat - felosztják a változatok között. 3. A súlypontszámok és a minősítési pontszámok kritériumonként! szorzatai változatonként összegezendők, amik alapján azok sorolhatók. A legnagyobb szám adja a legjobb változatot. A pontszámszorzatokat a könnyebb összesítés érdekében célszerű %-os értékre is átszámítani. A MULTIFAKTOR technika alkalmazását az optimális tervezési változat kiválasztását befolyásoló tényezők súlyozására a 22. táblázat segítségével mutatjuk be Susánszky [160] könyvéből átvett példa alapján. A táblázatból az is kiderül, hogy a MULTIFAKTOR technika nem csupán a tényállapot és az előzetes tervezési változatok összevetésére alkalmas, hanem a javaslatok gyenge pontjára is felhívja a figyelmet. Az értékelés és kiválasztás során bármelyik módszert alkalmazzuk, a kritériumokat kielégítő változatokra célszerű ún. hatásvizsgálatot végezni, hogy a rendszer pontosan körülhatárolt kisugárzási körletén belül valamennyi következményt, gyűrűző hatásokat is előre számbavegyünk. Az összehasonlító gondolkodást feltételező és további objektív elbírálási kritériumokra támaszkodó hatásvizsgálattal olyan újabb prognózis jellegű információkhoz jutunk, amelyek jelzik az elfogadott változat bevezetésekor várhatóan jelentkező nehézségeket. Ily módon a hatásvizsgálat a rendszer előzetesen figyelembe vehető műszaki-gazdasági jellemzőinek megítélése alapján az automatizálási folyamat előzetes elemzési és tervezési fázisa ellenpróbájának tekinthető. 22. táblázat AZ OPTIMÁLIS TERVEZÉSI VÁLTOZAT KIVÁLASZTÁSA MULTIFAKTOR TECHNIKÁVAL Kritériumok
Követelmények
Súlyozás
a) változat
b) változat
Minősítés Súlyozás Minősítés Súlyozás
Melyik változat biztosítja a robotizálási feladat és az ipari robot alkalmazásának jobb összhangját?
— olyan gyakran ismétlődő, egyértelműen meghatározható anyag- és szer számkezelési műveleteket tartalmazó folyamatok választása, amelyek nagy mértékben automatizálhatóak — a kezelendő anyag, munkadarab, szerszám automatizáláshoz igazodó ki alakítása — optimális vezérléstechnikai megoldás megvalósítása
52
56
X
X
Minősítés
Minősítés
2912 (24%)
14
728 (7%)
a 22. táblázat folytatása Kritériumok
Követelmények
a) változat Súlyozás Minősítés
Melyik segíti elő jobban a robotosított munkahely automatizáltsági fokának növelését?
Melyik rendszer rugalmassága nagyobb?
Melyik változatnak nagyobb a teljesítőképessége?
Melyik megoldás illeszthető jobban be a technológiai folyamatba?
— az automatizálás az üzemeltetési feltételek, a szerszámok kopásának, utánállításának felügyeletére, ellenőrzésére is ki terjed — automatikus hibameghatározás — automatikus segédanyaghozzávezetés és hulladék eltávolítás — a továbbító és tárolórendszerrel egybeépített munkadarabkezelés — a gyártás átállítási időinek csökkentése érdekében: az ipari robotok és segédberendezések vezérlési színvonalának, rugalmasságának növelése — a technológiai folyamat építőszekrényes elvű fel építése, könnyen cserélhető, újrahasznosítható elemekre építve — optimális sorozatnagyság képzése a gyártandó tételek hasonlósági jegyeinek felhasználásával
— az alapjellemzők: megbízhatóság, az átállítható1 ság, a műveleti sebesség, a robot visszaadási és beállási pontossága, a tárolt 1 információk stb. alapján az automatizálás műszak színvonalának növelése — többműszakos termelés munkaellátása — gépkiszolgáló ipari robot többcépes működési körzetének kialakítása — az egyes részfolyamatok termelékenységi, rugal massági színvonalának arányos fejlesztése
56
47
b) változat
Súlyozás x Minősítés
2632 (22%)
Minősítés
Súlyozás x Minősítés
23
1288 (12%)
i
28
38
1064 (9%)
32
41
29
1189 (10%)
41
35
28
980 (8%)
42
896 (8%)
1681 (16%)
1470 (15%)
a 22. táblázat folytatása
Kritériumok
Követelmények
Súlyozás
a) változat Minősítés
Súlyozás
b) változat Minősítés Súlyozás
X
X
Minősítés
Minősítés
Melyik csökkent; inkább a balesetveszélyt?
— az ipari robot biztonságos kialakítása — a biztonságos munkahely kialakítása a robot alkalmazásának műszaki tervezésekor — a robot üzemére vonatkozó üzemviteli előírások elkészítése
62
34
2108 (17)
36
2232 (21%)
Melyik változat valósítható meg kisebb költséggel. és melyik csökkenti jobban a termelési költségeket?
— rövid megtérülési idő biztosítása — közvetlen költségek: a bér-, a gépóra-, a szállítási-, az átállítási-, az anyag-, a selejtköltség stb. csökkentésével a vállalati nyereség növelése
47
24
1128 (10%)
46
2162 (21%)
12013
10457
(100%)
(100%)
3.3.2. Részletes terv készítése A tervezésnek ebben a fázisában a kiválasztott előzetes tervet tartalommal kell megtölteni. A részletes tervben a megvalósítandó automatizálási folyamat minden elemét a legalaposabban ki kell dolgozni. A szükséges mélységben le kell írni a kivitelezendő egyes munkák tartalmát, a munkák szakaszainak kapcsolódását, megtervezni a berendezések elrendezését, és elkészíteni a megoldás műszaki-gazdasági értékelését. Az ilyen részletezés nem felesleges aprólékosság, hanem a későbbi bizonytalanságok és párhuzamosságok elkerülésének a biztosítéka. Minél átgondoltabb és részletesebb a tervezés, annál nagyobb biztonsággal nézhetünk a megvalósítandó robot-gép rendszer működése elé. A részletes terv elkészítéséhez a kiindulási alapot a munkahelyi elemzés és a kiválasztott előzetes terv adják. Részei — műszaki terv, — a gazdaságossági számítás és — a rendszer biztonságos üzemeltetéséhez szükséges eszközök, berendezések terve és az üzemviteli előírások. A részletes terv kidolgozása alkotó munkát igényel, amelyben a tervezési érzéknek, az intuíciónak is fontos szerepe van. Ennek megfelelően erre részletes módszertan nem adható. A részletes terv felhasználhat vagy átalakíthat már ismert tervezési modelleket, de tartalmazhat egészen új megoldásokat is. Cotel [26] szerint a különböző részmegoldások kidolgozásakor az új rendszer belső egyensúlyát kell szem előtt tartani. Bármi legyen is egy-egy részmegoldásban a tervezés tárgya — pl. a robot és segédberendezései, az elrendezés.
az információfeldolgozás —, mindig a javasolt megoldás célszerűségére, zavartalan lebonyolításának biztosítására, későbbi fejlesztésének lehetőségére kell tekintettel lenni. A részletes terv összeállítására akkor kerülhet sor, amikor a tervezők elképzelései legalkalmasabb személyi és tárgyi feltételek tekintetében kikristályosodtak.
3.3.2.1. MŰSZAKI TERVEZÉS Az ipari robot alkalmazását előkészítő műszaki terv általában a következő részfeladato megoldására irányuló dokumentációt (rajz és leírás) tartalmazza: — az ipari robot(ok) és segédberendezéseinek kiválasztása, — a berendezések elrendezése, — a megmunkálás és ellenőrzés automatizálása, — az anyag hozzá- és elvezetés automatizálása, — a teljes rendszer működésének optimálása. Ezek a kérdések összefüggnek egymással. Ezért a konkrét esetre (függőségekre) vonatkozó sorrendben kell az egyes részfeladatokat kidolgozni. Ennek alapulvételével állítottuk össze a 23. táblázatot, melyben a fontosabb részfeladatok szerepelnek a tervezési adatokkal együtt. A táblázat érzékelteti azt, hogy a műszaki tervezés részfeladatai összetettek és sokrétűek. Ezért a műszaki tervezésre, amelyik részfeladat megoldására ez lehetséges, célszerű megfelelő segédletek kidolgozása. Erre legelőnyösebbnek a számítógépes eljárás tűnik mert lehetővé teszi a lehetséges megoldások eredményes összehasonlítását minimális idő alatt, továbbá a tervezési idő csökkenését, és egyben a tervezés is eredményesebbé válhat. Ugyanakkor hasonló bonyolultságú feladatok megoldására az ember helyettesítése adott feldolgozó rendszerrel még a jövőben is lehetetlen. A könnyen használható teljes megoldáshoz vezető számítógépes program gazdaságilag nem igazolható többletkiadást okozna. Igy az adott lehetőségek értékelése vezethet pl. egy interaktív számítógépes rendszerhez szabad kezet adva a tervezőnek, egyúttal mentesíti a tervezőt az ismétlődő tevékenységeitől, mint pl. az egyszerű számításoktól, a katalógusból történő megfelelő eszközök kiválasztásától stb. A következőkben ennek szellemében igyekszünk a műszaki tervezés részfeladatait megoldani. Ennek előmozdítására a részfeladatokat egy tervezési folyamat integráltuk, figyelembe véve a műszaki tervezést megelőző és követő feladatokat. A 1 ábra ennek a tervezési rendszernek a logikai felépítését mutatja. Az ábrán különválasztottuk a tervező kézi műveleteit a számítógép segítségével elvégezhető feladatoktól, és megjelöltük az ezek megoldásához szükséges adattípusok. A megmunkálás és ellenőrzés, valamint az anyag hozzá- és elvezetés automatizálását a számítógépes feldolgozás lehetőségéből kirekesztettük. Mindkét feladatban olyan sok változat lehetséges, hogy egy általános rendszer nem dolgozható ki. A robottípus kiválasztásának munkaszakaszát nem választottuk külön a berendezés területi elhelyezkedése és az ezt befolyásoló tényezők figyelembevételétől. Ezeket a rész feladatokat ugyanis többnyire nem lehet külön-külön megoldani, mert kölcsönös függőségben vannak egymással. A robotokkal szemben támasztott követelmények a berendezések elrendezésétől függnek. Az ezzel kapcsolatos problémák jelentősen korlátozhatják a jónak látszó változatok alkalmazhatóságát. A kérdés fordítva is jelentkezhet: eset a kiválasztott robottípusnak megfelelően kell megválasztani a berendezések elhelyezését.
23. táblázat A MŰSZAKI TERVEZÉS RÉSZFELADATAI A TERVEZÉSI ALAPADATOKKAL MŰSZAKI TERVEZÉS RÉSZFELADATAI Az ipari robotok kiválasztása
- gépelrendezés - rendelkezésre álló terület - a szerszámgépek száma és fajtái - az elrendezés és a kibocsátó csatornák viszonya - a hozzáférési helyek elrendezése - munkadarab jellemzők (alak, súly, méretek) - adagolóhelyek, hulladék elhelyezés - alkalmazott szerszámok - kimenet (mennyiség)
A segédberendezések kiválasztása
A berendezések A megmunkálás elrendezése és ellenőrzés automatizálása
Az anyag hozzáés elvezetés automatizálása
—munkadarab — felhasznált - az adagolandó — a folyamat jellemzők ipari robotok alap- és segéd automatizált(alak, méretek) száma anyagok, vaságának mérés típusai lamint a hul—a munkadaratéke ladék anyagok bok szállítása — felhasznált — a gyártóbegyártóberenmennyisége —kimenet rendezések —környezeti dezések száma élettartama és fajtái feltételek és fajtái —az adagolás és kora —gépelrendezés — bemeneti és — a meghibásodás és a hulladék—rendelkezésre kimeneti elhelyezés gyakorisága álló terület gyakorisága csatornák — szükséges elhulladék el—bemeneti és helyzete lenőrző fel helyezés kimeneti csaadatok — hozzáférési ideje és helye tornák helyzete — az ellenőrzés helyek el — felhasznált gyakorisága rendezése alap- és se— rendelkezésre — lehetséges ki gédanyagok egészítések az álló terület — kiépítési fel tételek — kiegészítések az újra megmunkáláshoz
A teljes rendszer működésének optimálása — a robot és a gépek kapcsolt tevékenységi ideje — a robot ön álló tevékenységi ideje — a robot üzemeltetési költsége — a gépek üzemeltetési költsége
ellenőrzéshez
TERVEZÉSI ALAPADATOK
Hasonlóan szoros az összefüggés a termelő berendezések (ipari robotok) és a segédberendezések kiválasztása között. Ez azt jelenti, hogy a berendezések elhelyezésének tervezésekor gondoskodni kell a segédberendezések beállításának és karbantartásának helyszükségletéről. Ha a berendezések elrendezése adott, akkor ennek figyelembevételével kell a kiszolgálás, szállítás síb. problémáit megoldani. A 18. ábrán látható műszaki tervezési folyamatban külön szakaszt képeztünk a teljes rendszer működésének optimálására, melynek eredményességét azonban minden egyes részfeladat megoldása befolyásolhatja.
Az ipari robot és segédberendezéseinek kiválasztása Az ipari robotok minősítésének célja, hogy elősegítse a tervezett alkalmazási helyre a legmegfelelőbb robot kiválasztását. Ehhez a tevékenységhez hozzátartozik a különböző berendezések összehasonlítása. A robotok összehasonlítását egymással mindenekelőtt különbözőségük nehezíti. Az egyes robottípusok az alkalmazhatóság megítélését befolyásoló számos jellemző — főmozgás iránya, szabadságfok, munkatér, terhelhetőség, vezérlési mód, visszaállási és beállási pontosság, mozgási sebesség stb. — tekintetében többé-kevésbé mind eltérnek egymástól, és emiatt közvetlenül nem hasonlíthatók össze. További gondot jelent, hogy ma még mind a jellemzők értelmezése, mind pedig a mérési módszerek — amelyekre az egyes cégek által megadott adatok vonatkoznak — több esetben eltérnek egymástól. Emiatt a rendszertervezéskor a különböző robotok összehasonlítása helyett célszerűbb az adott helyre vonatkozó felhasználási követelményrendszert és az egyes robottípusok jellemző adatait közvetlenül összevetni, és a legmegfelelőbb típust ennek alapján kiválasztani. Az ipari robot és segédberendezéseinek kiválasztása a munkahelyelemzésből rendelkezésre álló követelmények alapján történik. A követelményrendszerben összefoglalt robotjellemzők száma az adott feladattól függ. Ez a szám igen nagy is lehet, átfoghatja az ipari robot valamennyi működési és az üzemeltetéssel összefüggő egyéb jellemzőjét, a gyakorlatban azonban ennél kevesebb. Minél több jellemző értékét adjuk meg ugyanis a robot kiválasztását meghatározó követelményrendszerben, annál kisebb annak a valószínűsége, hogy a megadott összes követelményt kielégítő berendezést a piacon megtaláljuk. A robot azonban önmagában még nem döntő, mert a segédberendezések meghatározása és a teljes rendszer összehangolása ugyanolyan jelentőségű. Ezen okokból az ipari robotoknak és segédberendezéseinek az adott termelési feladathoz történő kiválasztása csak szisztematikus előkészítéssel és tervezéssel végezhető el megfelelő eredménnyel. Az első munkalépes azoknak a feladatoknak a megítélése, amelyeket nem a robotnak kell elvégezni, hanem más funkcióteljesítő egységeknek, pl. a segédberendezéseknek. Emellett az ilyen berendezések általános képességeit és teljesítményhatárait figyelembe kell venni, hogy kezdettől fogva az adott feladatokra való alkalmatlanságukat kiszűrjük. Miután a technikai berendezések fajtáit meghatároztuk, a robotok részletes követelményrendszerének kidolgozása következik, amit el kell végezni a segédberendezésekre is. Ehhez ellenőrző jegyzékek alkalmazása ajánlatos, annak biztosításához, hogy valós jellemzőket és műszaki értékeket vegyünk figyelembe. A leggyakrabban megadott minőségi robotjellemzők a következők: Karrendszer — főmozgás iránya, — szabadságfok, — munkatér, — terhelhetőség, — visszaállási és beállási pontosság, mozgási sebesség
Vezérlés — vezérlési mód, — a programozható lépések száma, — a programozható pozíciók száma, — a programozás módja, — a bemeneti, kimeneti jelek száma. Hajtás
Környezeti feltételek A segédberendezésekre vonatkozó követelményeket
— — — —
a munkadarab, a rendszertechnikai megoldás, a szükséges teljesítmény és a környezeti feltételek határozzák meg.
Példaként a 24. táblázatban egy ellenőrző jegyzéket mutatunk be, amely a tervező számára a segédberendezések (a megmunkálási helyek közötti szállítóberendezések) kiválasztásához ad segítséget. A robotok és segédberendezéseik kiválasztásánál alapvető követelmény, hogy a rendelkezésre álló összes berendezés közül csak akkor történhet meg a végleges kiválasztás, ha előzőleg már egy durva kiválasztási módot alkalmaztunk. Ungeheuer, Bette és Hausmann [178] szerint abban az esetben, ha az alkalmas berendezés nem áll rendelkezésre, a megmunkálásra és anyagmozgatásra orientált munkadarabok átszerkesztésének útját kell választani, a korábban felállított követelményekhez igazodva, és további kiválasztási eljárást kell végezni. A segédberendezések kiválasztására is alkalmas ez az eljárási mód. Itt még a feladathoz igazodó új segédberendezés konstruálásának lehetősége is figyelembe vehető. Az ipari robotok létesítési költségei alapján azonban a feladathoz igazított új konstrukciók lehetősége csaknem kizárt. Ha ez az út sem vezet kielégítő eredményre, meg kell kísérelni, hogy a megmunkálási és anyagkezelési funkciókra vonatkozóan- más követelményeket hozzunk előtérbe, és az egész kiválasztási eljárást még egyszer végre kell hajtani. A robotok komplex értékelő rendszere Kétségtelenül nehéz és bonyolult egy vállalat vezetőinek olyan döntésre jutni, amely robot üzembe helyezését irányozza elő. De amikor már eldöntötték, hogy beszereznek egy robotot, az a probléma, hogy melyiket válasszák ki a kereskedelmi forgalomban beszerezhető számos robot közül. Ez azért van így, mert a különböző termelési folyamatok automatizálására felhasználható- ipari robotokat — amint arra az eddigiekből is következtethetünk — sokféle tulajdonság jellemzi. Ennek megfelelően a rendszertervezőnek számos műszaki-gazdasági jellemző együttes figyelembevételével kell a robotkiválasztás döntési feladatát megoldania. Ebből arra a megállapításra juthatunk, hogy szükséges olyan módszertani eszközök használata, amelyek segítik a robotkiválasztás döntési eljárását. Az ilyen célra szolgáló döntési segédleteknek legalább három követelményt kell kielégíteniük. Először is segítségükkel könnyen hozzá lehessen férni egy adatbázishoz, hogy kiküszöbölhető legyen a kiterjedt információkeresés szükségessége. A második követelmény az, hogy a döntési segédlet biztosítson a döntést hozó számára preferenciái feltárására és a változatok azt követő értékelésére könnyen használható megközelítést. Végül a döntési segédletnek könnyen kezelhetőnek kell lennie, és biztosítani kell egy hatékony szisztematikus rendszert. A robotok komplex értékelésére számos eredményes "módszer alakult ki, melyek közül Jones, Malmborg és Agee [90] döntéstámogató rendszere elégíti ki leginkább a fentebb említett három követelményt. Ez a modell a következő fő lépések szerint működik A felhasználó meghatározza a robot kiválasztási feladata szempontjából fontos értékelés jellemzőket. Ezután meg kell adni az értékelési jellemzők teljesítésének követelményszintjét.
24. táblázat ELLENŐRZŐ JEGYZÉK A MEGMUNKÁLÁSI HELYEK KÖZÖTTI SZÁLLÍTÓBERENDEZÉSEK KIVÁLASZTÁSÁHOZ Sorszám
1.
2.
Szempontok
Sorszám
Alapkövetelmények
Sorszám
Minimális követelmények
Sorszám Maximális követelmények
Általános követelmények
1.1.1.
Moduláris felépítés
1.2.1.
1.3.1.
1.1.2.
Bővíthetőség
Kismértékű gyártási és szerelési ráfordítás
Beszerzési ár
Munkadarab
2.1.1.
Méretek
2.2.1.
Tűrések
2.3.1.
Anyag
2.1.2.
Súly
2.2.2.
2.1.3.
Alak
Darabszám Sorozatnagyságok Termékváltozatok
2.2.3. 2.2.4.
3.
Teljesítmény
3.1.1.
3.1.2. 3.1.3.
Előre- és hátramozgás
3.2.1.
Szállítóteljesítmény
3.3.1.
Maximális sebességeltérés
Visszaadási pontosság
3.2.2.
Üzemelési időtartam
3.3.2.
Változtatható sebesség Kézi továbbítás
Terhelés
4.
Szállítási segédeszköz
4.1.1. 4.1.2.
Méretek Moduláris felépítés
4.2.1.
Automatikus átvétel és átadás
4.3.1.
5.
Kezelés
5.1.1.
Hozzáférhető - felülről
5.2.1.
Löketnagyság
5.3.1.
- jobbról. balról - - alulról
5.2.2. 5.2.3.
5.1.2.
Szabadságfok
5.2.4.
Munkasík magassága Csatlakozási méretek Tárolókapacitás
Tetszés szerinti benyúlás a palettákhoz
6.1.1.
A kezelőszemélyzet magas baleset elleni védelme
6.2.1.
A berendezés nagy áttekinthetősége
7.1.1.
Automatikus üzemelés
7.2.1.
7.3.1.
Automatikus adatrögzítés
7.1.2.
Kézi üzemelés
A csatlakozás lehetősége a folyamatirányító számítógéphez
6.
Biztonság
7.
Vezérlés
Ekkor a program azonosítja azokat a robot-modelleket, amelyek kielégítik a döntéshozó minimális követelményeit. A következő lépés olyan értékelő függvények kiválasztása, amelyek legjobban leírják a felhasználó minden egyes értékelési jellemzőjével kapcsolatos követelmény preferenciáját. Ezen értékelő függvények segítségével konvertálja a program az értékelési jellemzőket 0 és 1 közötti skálázott értékké. A döntési eljárás befejező lépése az értékelő jellemzők fontossági súlyának megadása, illetőleg ennek ismeretében egy egyszerű additív-modell felhasználásával a robotok preferencia sorrendjének megállapítása. A modell alkalmazásának előnyei — A módszer előnye, hogy az arány- vagy intervallumskálán mért értékelési jellemzőket nem kell visszatranszformálni a középponti skálák mérési szintjére. Ebből következően, ha az imponderábilis jellemzők mérési szintjét az intervallumskála mérési szintjére tudjuk emelni, akkor a modell a preferenciaintenzitások intervallum szintű értékelését is biztosítja. — A modell használatbavétele nem kíván az alkalmazótól speciális matematikai ismereteket. Gyakorlati vizsgálataink szerint a BRIDGMAN-modellel meghatározott és az egyéb — sokkal összetettebb és számításigényesebb — modellek által szolgáltatott preferenciasorrendek igen nagy korrelációt mutatnak [60]. — Végül megjegyezzük, hogy a fentiekben ismertetett komplex értékelési módszert hatékonyan csak olyan csoportmunkában alkalmazhatjuk, amely elsődlegesen a technológiai igényből indul ki, és az alkalmazási cél az irányadó. A robotok értékelésének számítógépes eljárása A robotok összehasonlító értékelésének egyszerűsítésére és gyorsítására számítógépes eljárást dolgoztunk ki. A komplex értékelő rendszer számítógépes programja a BIRDGMAN modell felhasználásával készült. A „ROBOTÉRTÉKELÉS" nevű program moduláris szerkezeti felépítésű, a főbb részfeladatok megoldását jól elhatárolható modulegységek végzik. A négy modul funkcióját és kapcsolati rendszerét a 20. ábra mutatja. A felhasznál számára lényeges moduljellemzők az alábbiak. Az 1. modul feladata a program adatainak beolvasása. Az adatbevitel történhet a számítógép billentyűzetével interaktív üzemmódban vagy lemezen tárolt szekvenciális file-okból. Az utóbbi módon történő adatbevitel előnye az, hogy — a futtatási időn belül szétválasztható az adatbeviteli és az értékelési funkció, — lehetővé teszi a programfuttatás számos és gyors ismétlését, — kevés számú robot és/vagy értékelési jellemző megváltoztatása — pl. új értékelési jellemzők felvétele, bizonyos adatok törlése stb. — egyszerű file-javító programm könnyen megoldható. A 2. modul-ban az adatbevitel után értékelő blokk állítja elő a robotok teljes hasznosságának értékeit. Ez az értékelési jellemző preferencia-irányának figyelembevételével előbb bizonyos transzformációkat hajt vége majd a BRIDGMAN-rnodell alapján számol. Itt jegyezzük meg, hogy a robotértékel mátrix (A) adatbeviteli értékei a robotok értékelési jellemzőnkénti hasznosságát fejez ki. Ez azért lényeges, mert minimalizálási kritériumú értékelési jellemzők esetén a meghatározott értékek reciprokai jelentik a hasznosságokat. Az értékelő modul a teljes hasznosság meghatározásán és sorbarendezésén túl egyéb feladatokat — az előnyös és hátrány értékelési jellemzők meghatározását — is elvégzi, de ez már a 3. programegység működtetésével egyidőben történik. A 3. modul a nyomtatási feladatokat végzi el, amely a fejléc feliratain kívül felsőre az összemérendő robotok megnevezéseit tárolási sorrendben és ugyanúgy az összemé értékelési jellemzőit. A nyomtatási kép csak szélességi irányban korlátos, ily módon 1 szöleges számú robot összemérése elvégezhető nyomtatási akadály nélkül. A 4. modul az adattárolást végzi. Erről a 2. blokk ismertetésekor már szóltunk. Itt hívjuk fel azonban a figyelmet arra, hogy a tárolt adatok az adatbevitel során kapott — és ellenőrzött — alapadatok, tehát a nem transzformált robotjellemzők.
GAZDASÁGOSSÁGI ELEMZÉS
Az ipari robotok alkalmazásának előkészítése magában foglalja a robotok üzembe állításával kapcsolatos vizsgálatokat. Ez érthető, hiszen egy ipari robotokra épülő gyártórendszer esetenként nagy beruházással jár, abban a reményben, hogy a beruházás még nagyobb jövedelmet eredményez. Ahhoz, hogy ez a fejlesztési cél megvalósuljon, minden lényeges összetevőt figyelembe vevő, pontos gazdaságossági számítások szükségesek. A döntés előkészítés során az alábbi gazdasági szempontok figyelembevételére, mérlegelésére van szükség: — az ipari robot beállítása a termelésbe hány fő munkaerőt szabadít fel, — mekkora költségcsökkenést eredményez a robot alkalmazásával összefüggő anyagos energia megtakarítás, valamint a termelékenység fokozódása és a gyártmány minőségének javulása, ugyanakkor — mekkora költségnövekedést okoz az ipari robotnak és segédberendezéseinek beruházási, programozási, üzemeltetési és karbantartási költsége. Az eredmény az egyes alkalmazási területeken eltérő, de még azonos technológiai területeken is szóródik a robottal automatizált részművelet jellegétől, a kiváltott munkaerő nagyságától és minőségétől, valamint a befogadó környezettől függően. Ezért a gazdaságosság — és az ahhoz szorosan kapcsolódó kockázatszámítási módszerekkel kapcsolatban elöljáróban hangsúlyozni kell, hogy az oksági összefüggések szinte áttekinthetetlen láncolata következtében bármilyen módszerről, számítási eljárásról is legyen szó, a valóságos összefüggéseket, hatásokat azok mindig és szükségszerűen csak megközelítően képesek kifejezni, visszatükrözni. A gazdaságosságszámítás tehát nem elsősorban módszer vagy módszerek kiválasztásának kérdése. A gazdaságosságnak a robotok üzembe állításával kapcsolatos döntésekben játszott szerepe meghatározó, de nem kizárólagos. Például adódhatnak esetek, amikor külkereskedelmi vagy környezetvédelmi szempontok fel sem merülnek, más esetekben szerepük kiemelkedővé válik, és van, amikor a gazdaságosság követelménye más szociálpolitikai érdekekkel ellentétbe kerül. Az ily módon keletkező ellentmondások Barta [10] szerint a szélesebben értelmezett hatékonyságot szem előtt tartva feloldhatók, mivel a gazdaságosság követelménye az élet minden területén értelmezhető és érvényesíthető. A gazdaságossági számítások általános szempontjai A gazdaságossági számítások esetében a vállalat mint rendszer működését biztosító tényezőkkel való beavatkozás hatásának, eredményességének méréséről van szó. A kínálkozó számítási eljárások bemutatását megelőzően a számításokkal szembeni általános követelményeket indokolt röviden áttekinteni: — Az egyes robottelepítési célok vagy változatok nagyságrendi különbözőségei folytán a robotok üzembe állításának gazdasági mérésére a hányados típusú mutatók alkalmasabbak az egyenleg típusúaknál. A hányados típusú mutatókat ezért ajánlatos előnyben részesíteni. — Az eredmények és a ráfordítások időben általában változóak. Mindamellett a mai és holnapi ráfordítás, illetve eredmény nem azonos értékű. A korábban befektetett eszközök bizonyos hozamok elérését biztosítják. Következésképp egy bizonyos cél elérése érdekében lekötött eszközök miatt kieső hozamokat a számításokban figyelembe kell venni. Erre a célra szolgálnak a dinamikus eljárások. A dinamizálás az időpreferenciát kifejező kamatszámítással vagy diszkontálási eljárással történik.
-
—
—
—
—
—
A gazdaságossági elemzéshez nem elégséges a választott gazdaságossági mutató csak egyetlen - legvalószínűbbnek tartott — értékének a kiszámítása, mivel az csak egy lehetséges helyzetet tükröz. Az előrejelzések bizonytalansága következtében ezért minden esetben „sávokban" kell gondolkodni, s a kockázatszámítás valamilyen módszerével meg kell kísérelni a bizonytalanság határainak meghatározását is. A gazdaságossági mutatót a hazai árakon kívül világpiaci áras változatban is célszerű kiszámítani annak érdekében, hogy a döntést hozó szerv vagy személy a versenyképesség nemzetközi mércével mért színvonaláról, illetőleg a nemzetközi színvonalhoz való felzárkózás körülményeiről is informálódjon, megalapozottabb döntést hozhasson. A számítások során figyelembe vett összes mutatót prognosztizálni kell annak érdekében, hogy a döntés a robotberuházás működési ideje alatt várható körülmények figyelembevételére legyen alapozható. A mutatók közül kiragadva az árakat igaz, hogy azok mindenkor az adott időszak ráfordítási viszonyait tükrözik, és így eleve nem lehetnek alkalmasak hosszú távú célok értékeléséhez. Másképpen fogalmazva, az aktuális áraknak nem elsősorban beruházási döntéseket, sokkal inkább a folyó gazdálkodással kapcsolatos döntéseket orientáló funkciója van. A gazdaságosság leszűkített értelmezésben csupán a ráfordítások és eredmények viszonyát tükrözi. A számítások során ezért arra kell törekedni, hogy a választott mutató értékében — a lehetőségekhez képest — a műszaki színvonal, minőség, korszerűség, versenyképesség stb. is tükröződjön. A számítási módszer, illetve mutató az ár- és költségrendszer fejlődésének tendenciáit figyelembe véve „fázis" szintű legyen annak érdekében, hogy a közvetett kapcsolódásoktól függetlenül az adott robotberuházás gazdaságosságát tisztán tükrözze. Ez a követelmény természetesen nem zárja ki kapcsolódó területek, tovagyűrűző hatások, az illeszkedés kérdéseinek értékelését. A döntések orientálása érdekében a számításokat érzékenységi vizsgálatokkal is célszerű kiegészíteni. Az érzékenységvizsgálat során feltárhatók, hogy miképpen alakul a robotberuházás gazdaságossága az egyes tényezők változásaira. A kritikus értékek számítása például az érzékenységi vizsgálatok egy speciális válfajának tekinthető. A kritikus érték ugyanis olyan pont, amelynek körzetében a gazdasági megítélés nagyon érzékeny.
A gazdaságossági számítás módszerei A gazdaságossági számítások különféle módszerei a ráfordítások és az ezek révén elért eredmény kvantifikált egybevetésével értékelik az egyes gazdasági folyamatokat, akciókat. A számítások során a gazdaságosság tekinthető statikusan és dinamikusan. A statikus módszer nem veszi figyelembe, hogy a ráfordítások és az eredmények milyen időpontokban és időközökben merülnek fel, ily módon átlagokkal és fajlagossal dolgozik. A dinamikus módszer a valós eredmény megállapításához nélkülözhetetlenül számba veszi, hogy a beruházási ráfordítások, illetve a belépő termelés nyeresége korábban vagy későbben, tehát mely időpontban jelentkezik, s az évek során hogyan változik nagyságuk. Ezekkel a módszerekkel mint alapmetodikákkal kiszámíthatók a robotberuházások gazdaságosságának értékelésére használt mutatók. Warnecke és Schraft [186], Hunt [81 ], Kraft [105], valamint Helm [74] szerint ezek a leghasználatosabbak: — a megtakarítás, — a megtérülési ráta és — a megtérülési idő, - a kritikus darabszám.
Ezeket egyszerűsége és kis munkaráfordítása miatt statikus jellegű számításokra főképp a kisebb (volumenű, költségű) robotberuházások, rutinszerű döntések esetében használják, de használják dinamikus számításokra is, többnyire a nagy robotberuházások során. Ugyanakkor az utóbbi esetekben az is előfordul, hogy a mutatókat párhuzamosan dinamikus és statikus módszerrel is kiszámítják egyes speciális szempontok kvantifikálására. A módszer kiválasztása a befektetés nagyságától és élettartamától, a kockázat mértékétől, a vállalat gazdasági alapjától, a bevezetett technika újszerűségétől, a vezetési stratégiától és más tényezőktől függ. Mindezek figyelembevételével a robotberuházási változatok gazdaságosságának összehasonlítására használatos mutatók kiszámítására a dinamikus módszer alkalmazását helyezzük előtérbe. A megtakarítás és kiszámítása A megtakarításszámítás lényege az, hogy két azonos célú, de különböző módon megvalósított (pl. kézi és robotosított üzemű) rendszer beruházási ráfordításának és üzemeltetési fotóköltségeinek összegét vetjük össze. Az ilyen helyzetekben tipikus jelenség,, hogy a nagyobb beruházási költséget kívánó megoldások a folyó, üzemeltetési ráfordításokban megtakarítást tesznek lehetővé. Ily módon az a megoldás a gazdaságosabb, amelynek a ráfordítási összege kisebb. A munkahely időegységre eső költségeivel (Ft/év) számolunk két azonos termelési kapacitású (db/év) rendszer összehasonlítása esetén, míg a darabköltség (Ft/db) számítása a helyénvaló, ha a két összehasonlítandó létesítmény termelési kapacitása különböző. A számításba veendő költségek részben állandó (Ka), részben változó költségek (Kv), amelyek lényegében megegyeznek a következő szakaszban leírtakkal. A költségek kiszámításával kapcsolatban teszünk említést arról, hogy a realitásokhoz közel álló gazdasági eredmény megállapítására a rendszerszemléleten alapuló költségnyereség-fedezeti számítás és a standardt költségelemzés együttes alkalmazása célszerű. E költségszámítási módszerek gyakorlati felhasználásának már kiterjedt szakirodalma van külföldön és hazánkban egyaránt. Az utóbbiak közül kiemeljük Ladó [107], valamint Maczó és Koltai [110] munkáját, amelyek az általános felhasználásra alkalmas eljárás alapelveit és módszertanát ismertetik. Az állandó és változó költségek ismeretében a megtakarítás: m n m n M = (∑ Kai + 2 ∑ Kv j ) 1 - v á l t o z a t -(2 ∑ Kj + 2 ∑ Kv,) 2.változat. i=1 j=1 i=1 j=1 A megtakarítás kiszámítására főképpen abban az esetben lehet szükség, ha az adott termelési célra kidolgozott, azonos termelő kapacitást biztosító beruházási változatok pénzbeli nyeresége nem állapítható meg, és a megoldások azonos nyereséget biztosítanak. A megtérülési idő és kiszámítása A megtérülési idő kiszámítása az egyik legegyszerűbb beruházás-gazdaságosságszámítási módszer. Lényegében nem egyéb, mint a beruházás révén elért termelés évi — rendszeres vagy átlagos — nyereségének és a beruházás kamatmentes költségének a hányadosa. A megtérülési időt általában a bruttó vagyis az értékcsökkenést is magában foglaló nyereség figyelembevételével számítják ki.
Eszerint a beruházási koiíseg megtérülési idő = ---------------------------------------------------- (év). nyereség + értékcsökkenési leírás A számítás eredménye azt fejezi ki, hogy a beruházás értéke hány év alatt „térül meg" a termelés eredményének tulajdonítható nyereség és értékcsökkenési leírás összegéből. Ez a mutató nem a beruházással elérhető nyereséget vagy gazdaságosságot jellemzi, hanem azt az időszakot mutatja meg, amely alatt különösen súlyos a beruházás kockázata, pontosabban a várt eredmény meghiúsulásának kockázata. Beruházási döntési kritériumként úgy alkalmazzák, hogy a különböző beruházási változatok közül az a legkedvezőbb, amelynek megtérülési ideje rövidebb. A megtérülési idő mutatójának mint beruházás döntési kritériumnak hátránya, hogy nem a megvalósult nyereséget veszi számításba. Minthogy figyelmen kívül hagyja a megtérülési időn túl a teljes használati idő alatt keletkező nyereséget, több változat közül könnyen olyan beruházás melletti döntéshez vezethet, amelynek össznyeresége kevesebb, gazdaságossága kedvezőtlenebb, mint a többi változaté. Ezért a megtérülési idő kritérium csak olyan előfeltételekkel vezethet optimális döntésre, ha a beruházások, illetve az alternatívák élettartama azonos, és bruttó nyereségük időben — megközelítően — egyenletes. A megtérülési ráta és kiszámítása A megtérülési ráta a beruházás eredményének tekinthető évi nyereség a beruházási költség — a befektetett eszközök — százalékában, tehát az egységnyi beruházási költségre jutó nyereséghányadot (%) mutatja. A nyereségen nettó nyereség értendő, amelynek vagy adózás előtti, vagy adózás utáni összegét — adózott nyereség — alkalmazzuk. Nyilvánvaló, hogy a vállalat szempontjából az utóbbi a mérvadó, hiszen csak az jelenti azt a nyereséget, amelynek maximálására a vállalatok általában törekednek. Ha a megtérülési rátát statikus módszerrel az átlagos évi nyereség alapján számítják ki, akkor nem érvényesül az egyes évek nyereségvolumenének esetleg jelentősen eltérő időbeli eloszlása. Ezért döntési kritériumként való alkalmazásra csak a dinamikus módszerrel — diszkontálással — meghatározott megtérülési ráta ajánlható. A diszkontált megtérülési ráta számítás lényege az, hogy a döntés tárgyával kapcsolatos minden pénzértéket - akár a múltban, akár a jövőben merül fel, és akár kiadások, akár bevételek azok — a vizsgálat időpontjára számítjuk át. Összehasonlítani egymással ugyanis csak az azonos időpontra vonatkozó és azonos dimenzióban kifejezett pénzmennyiségeket lehet. A különböző pénzmennyiségek jelen időpontra való átszámítását diszkontálásnak nevezzük. Az ily módon meghatározott diszkontált nyereség megtérülési ráta = ----------------------------------------------diszkontált beruházási költség
(%).
E relatív mutató segítségével rangsorolhatunk különböző célú robotberuházásokat, illetve adott beruházási cél megvalósítására vonatkozó tervváltozatokat: amelyik magasabb megtérülési rátát biztosít, az gazdaságilag hatékonyabb. Vigyázni kell azonban arra, hogy egy összehasonlítás keretében minden beruházásra nézve ugyanakkora időszakot vegyünk figyelembe.
A kritikus darabszám és kiszámítása Ha nem áll módunkban a ténylegesen várható darabszámot meghatározni, úgy a kritikus érték vizsgálatának sajátos válfajaként értelmezhető az a számítás, amely a különböző változatok gazdaságos alkalmazásának egymáshoz viszonyított határait állapítja meg. Előfordulhat például, hogy a technológiai jellemzők változásával az egyik variáns relatív gazdaságossága romlik, a másik variáns gazdaságossága pedig javul, egy adott pontig az egyik, az adott ponton túl pedig a másik változat alkalmazása előnyösebb, A vizsgált termelési mennyiségnek ezt az értékét — tehát ahol a két variáns gazdaságossági mutatója egymással egyenlővé válik — kritikus darabszámnak tekinthetjük. A kritikus darabszám meghatározásának alapvető célja abban fogalmazható meg, hogy választ ad a termelési mennyiség azon értékére, amelynek esetében az adott beruházási változat kedvezőtlenebbé válik. Ebből következik, hogy a kritikus darabszám vizsgálata a kockázat elemzéséhez is információkat ad. A kritikus darabszám meghatározásának technikája lényegében egyenletmegoldás. Módszere az, hogy az ismert, adottnak vett költségtényezők felhasználásával felírjuk a különböző gyártási rendszerekkel (pl. 1. változatban „merev automatizálással", 2. változatban robotizált gyártással) előállítandó termékek egységköltségét az alábbiak szerint:
A kritikus-darabszámszámítás főleg különböző termelési kapacitású létesítmények gazdaságosságának összemérésére használatos. A költségek számítása és tervezése Az ipari robot üzemben tartásának éves költségét részben az üzembe állításával kapcsolatban felmerülő állandó költségek, részben az üzemére jellemző változó költségek alkotják. Az időegységre eső állandó költségek összetevői a következők: — az ipari robot beszerzési költsége (B1), az alapberendezés ára, a működtetést, karbantartást biztosító berendezések, vizsgáló készülékek, amelyek a robot árában foglaltak; — a tartozékok ára (B2), megfogószerkezet, érzékelő(k), retisztrálók, tesztelők, amelyeket a robottal együtt vásárolunk meg; — a járulékos költségek (B3), járulékos kiegészítő berendezések ára, illetve használati költségei (szállító rendszerek, vezető sínek, irányító fülkék, csatlakozások, biztonsági berendezések);
A robotberuházás gazdaságossági elemzésének folyamata A robottechnikára épülő műszaki fejlesztési feladatból következik, hogy a nagy értékű és hosszú távú beruházás megindítása előtt mindenképpen egy komplex vizsgálatot célszerű elvégezni. A vizsgálat során a lehetséges változatok részletes elemzése szükséges, lehetőleg minél több gazdaságossági mutató kiszámításával együtt. Ugyanakkor a számításokat végzőknek tudatában kell lenniük, hogy az elemzés növekvő bonyolultsága honnan kezdve nem fizetődik ki. Az ezeknek a kritériumoknak egy időben megfelelő gazdaságossági elemzés egymást célszerű rendben követő lépésekből álló számítási, értékelési és döntési folyamat követését teszi szükségessé. Egy ilyen folyamatot mutat a 28. ábra. A gazdaságossági elemzés kezdő lépése a tervezési adatok megadása, mint pl. a költségek összetevői, a berendezés tervezett használati ideje, az értékcsökkenési leírás jellege stb. Ezután következik a lehetséges beruházási változatok termelési kapacitásának összehasonlítása. Ez alapján végezhető el ugyanis a beruházási költségek kiszámítása — időegységre eső vagy darabköltség-kalkuláció —, és választhatók meg a gazdaságossági értékelés mutatói. A gazdaságossági mutatók kiszámítását követően célszerű megvizsgálni azt, hogy a meghatározott eredmények kielégítő információt adnak-e a beruházási döntéshez. Ha nem, akkor a bizonytalanság és a kockázat csökkentésére érzékenységi vizsgálatot kell végezni, és csak ez után következhet a folyamat befejező lépése, a megvalósítandó beruházási változat kiválasztása.
BIZTONSÁGTECHNIKAI TERVEZÉS Az ipari robotok alkalmazásával járó előny nyilvánvaló, de a robot az ember biztonsága szempontjából bizonyos problémák forrása is. Ezzel kapcsolatban általános követelmény a berendezések biztonságos üzemeltetése, vagyis hogy a robotok ne okozzanak baleseteket, ne veszélyeztessék az emberek vagy felszerelések épségét, biztonságát. A robotfelhasználás sokfélesége miatt minden egyes alkalmazásra sajátos biztonsági követelményeket kell kidolgozni. Ennek ellenére léteznek bizonyos általános előírások, amelyeket a robot biztonságos használata érdekében be kell tartani. A robotfelhasználóknak és -gyártóknak ezért ismerniük kell az előforduló veszélyforrásokat, hogy azokat figyelembe vegyék már a rendszertervezés korai szakaszában. A gyakori veszélyforrások áttekintése A 30. ábra Weck és Schönbohm [187] nyomán azokról a fontosabb veszélyforrásokról ad áttekintést, amelyek a legtöbb üzemben előfordulnak a robotok alkalmazásakor. Gyakori veszélyforrás többek között, hogy az ipari robot — igen nagy erők kifejtésére alkalmas, — villamos rendszere áramütést okozhat, — elejtheti a nem megfelelően megmarkolt munkadarabokat, szerszámokat, — ütközéssel fenyegeti a mozgási tartományában tartózkodó személyeket, illetve oda kerülő tárgyakat. Az ábrán felsorolt veszélyek 3 nagy csoportba sorolhatók a védekezés módja szerint: 1. A legegyszerűbben konstrukciós módszerekkel úgy csökkenthetők az ipari robot alkalmazásával járó veszélyek, ha maga az ipari robot képes a biztonságtechnikai
előírások betartására: nem okoz tűzveszélyt, a legszigorúbb villamos-érintésvédelmi előírásoknak is megfelel, üzembiztosan tartja és mozgatja a megfogott tárgyakat. 2. Az ipari robot környezetében is alkalmazhatók a más gépeken sikeresen alkalmazott védőkorlátok, behatolás ellen védő rácsok, illetéktelenek belépését tiltó és meggátló biztonsági rendszerek. Itt az a sajátosság nehezíti a védekezést, hogy az ipari robot nagy mozgási energiával, gyorsan mozog, és olyan tárgyakat mozgathat, amelyekkel az ütközés súlyos következményekkel járhat. 3. Vannak olyan védelmi rendszerek, amelyek az ipari robot működését automatikusan kikapcsolják vészhelyzetekben, illetve amikor az éppen észlelt jellemző túllépi az előírt értékre megadott küszöbértéket. A robotok biztonsági kérdéseivel szorosan összefüggő feladat biztonságuk megteremtése, az előrelátható veszélyek elleni felkészülés már a tervezés időszakában. Az ipari robot biztonságos kialakításának követelményei Jelenleg az ipari robotok építésére, telepítésére és üzemeltetésére hazánkban nincsenek kötelező előírások. Ezért az általános előírások és a gyakorlat alapján határozzák meg azokat a biztonsági követelményeket, amelyeket adott esetben előírnak. Visontay [183] szerint a robotok tervezése során biztonságtechnikailag külön kell figyelembe venni az — általános — egyedi és — különleges feladatokat, továbbá ismerni kell a tevékenység — baieseti és — egészségkárosító veszélyhelyzeteit és lehetséges következményeit. A robotizált tevékenységet nem szabad csak a műszaki berendezés működésének igényei alapján vizsgálni. A robotok környezetében veszélyeztetett személyek is tartóz-
kodnak. Ezek a veszélyforrások emberi és gépi oldalról egyaránt felmerülhetnek, tehát az ember— gép rendszer veszélyeit kell elemezni a különböző hatások előfordulása alapján. Ezek figyelembevételével az ipari robotokat úgy kell kialakítani, hogy azok minden körülmény között biztonságosak legyenek. Különösen vonatkozik ez — a mechanikai szilárdságra: bizonyos határok között viselje el a túlterhelést, az anyaghibát és a kopást; — a karrendszerre: lehetőleg ne legyenek éles sarkai és működés közben vágó élet képező részei; — a hajtásra: energia kimaradáskor vagy a hajtás meghibásodásakor, illetve energiavisszatéréskor ne legyen a karrendszernek veszélyt hozó elmozdulása; — a megfogó szerkezetre: előzetes vizsgálat tárgyát kell képezze, hogy energia kimaradáskor a megragadott munkadarabot önzáróan megtartsa, illetve előre meghatározott módon letegye; és — a vezérlésre: illetéktelen beavatkozás ellen legyen védett, és feleljen meg a programozó és beállító üzemmód követelményeinek. A robotkiválasztás biztonsági szempontjai Miután a robotok programvezérlés hatására is képesek konfigurációjuk megváltoztatására, illetve előre nem látható mozgáskombinációkat végezhetnek, súlyt kell fektetni a biztonsági szempontokra már a kiválasztáskor is. Bár a legtöbb országban szabályok segítik a felhasználók eligazodását, Ránky [143] az alábbi jellemzők vizsgálatát tartja kiválasztás előtt a legfontosabbnak: — Követte-e a robot tervezése a hiba-védelemre való tervezési elvet? Barátságos-e a rendszer biztonsági szempontból? — Milyen vészleállítók vannak biztosítva? Software vagy közvetlen hardware úton hatnak, esetleg mindkettőn? — Milyen ellenőrzés áll rendelkezésre olyan esetekben, mikor a programozó operátornak a végpont közvetlen közelében kell dolgoznia? Megállítható-e a robot gyorsan, az éppen szerkesztett és/vagy megírt program elvégzése nélkül? — A különböző biztonsági berendezések fontosak, de a szigorú szabályok sajnos gyakran behatárolják azoknak a programozóknak, kezelőknek és karbantartóknak a hozzáférési lehetőségeit is, akiknek munkájuk végzéséhez kellene a gép közelében tartózkodniuk. Biztonság a robot programozása és beállítása közben Az embernek bizonyos esetekben érintkezésbe kei! lépnie a robottal. A robot programozásakor az embernek gyakran a robot munkaterén belül kell állnia. A robot tényleges munkavégzési ciklusa közben az embernek gyakran be kell lépnie a robot munkaterületére ahhoz, hogy oda új munkadarabokat vigyen be, vagy kész alkatrészeket hozzon onnan ki. Harmadszor, az embernek be kell mennie a robot munkaterületére karbantartás vagy javítási munkák elvégzése végett is. Programozó- és beállító üzemben az e munkákra hivatott személyzet védelméről kell gondoskodni. A pontról-pomra szerkó-vezérlésű robotok esetében a programnak a robot memóriájába való betáplálásához kézben tartott betanító egységet kell használni. A veszélyek elkerülése érdekében a robotok általában olyan biztonsági berendezésekkel vannak felszerelve, amelyek betanításkor korlátozzák a robot sebességét.
A hidraulikus működésű robotok olyan fojtó-visszacsapó szelepekkel vannak ellátva, amelyek normál állapotban nyitott szelepek, de betanító üzemmódban fojtást iktatnak a robotkar olajvezetékébe. Villamos hajtású robotok esetében betanításkor a fentiekhez hasonló sebességszabályozó határolja a motor számára rendelkezésre álló feszültséget. Pneumatikus működésű robotok általában nincsenek ellátva betanító üzemmódban sebességszabályozással. A robot vezérlőrendszeréhez hasonlóan a robotbetanító egységen is található vészkikapcsoló „STOP" nyomógomb. Programozás közben a gépkezelő ennek benyomásával bármikor megszüntetheti a robot működtető szerveinek energiaellátását, és leállíthatja a robotot. A folyamatos pályavezérlésű robotok programjának betáplálásakor nem gombok nyomogatásával lépkednek végig a programon, hanem a robotkar végén levő fogantyút megfogva a robotkart végigvezetik a szükséges mozgások egész sorozatán. Az ember így közvetlen kapcsolatban van a robottal, ezért a biztonsági óvórendszabályokat is be kell tartani. Beprogramozható sebességű robotok esetében ajánlatos először viszonylag kis sebesség beállítása, majd a program végrehajtásának megfigyelése után fokozatosan változtatják az egymástól független mozgások sebességét az optimális ciklus eléréséig. A robot programozását csak az arra betanított személy végezheti. A mások által írt programot vagy a robot memóriájában tárolt programot dokumentálni kell, hogy a gépkezelő még a robot használata előtt megismerhesse a robot mozgásait. Működés közbeni biztonság A balesetmentes működés különösen nagy fontosságú a robotizált rendszerekben. Ezért a robottechnika három sajátos szempontja szerint meg kell védeni mindenekelőtt — a kiszolgáló és ellenőrző személyzetet, valamint — a szomszédos munkahelyen dolgozókat, a körülálló kíváncsiakat és — magát a robotot. Ehhez a robot tökéletes beprogramozása után, de még termelésbe állítása előtt megfelelő biztonsági óvintézkedéseket kell tenni. Potter [141], valamint Edwards [41] véleménye az, hogy a legjobb megoldás a működési terület fix vagy áthelyezhető korláttal vagy védőráccsal való bekerítése, és általában ezt is használják. Ennek munkalélektani alapja van abból kiindulva, hogy az ember védelmét nem szabad programokra és érzékelőkre bízni. A padlóra felfestett vonal vagy egy kifüggesztett figyelmeztető tábla nem szavatolja a biztonságos munkavégzést, miután az előírásokat sokszor figyelmen kívül hagyják, egyesek rendszeresen megszegik a szabályokat. Mindemellett a szakemberek azt is kifejtik, hogy egyes európai országokban szándékosan azért kerülik az erős védőberendezések felszerelését, hogy a személyzetben ne keltsenek hamis biztonságérzetet, és elősegítsék a robot kezelésekor szükséges önfegyelmet. A munkakultúra azonban nagyobb szerepet játszik, mint az erős védőberendezések jelenléte vagy hiánya, és a megfelelő összehasonlításhoz ezen szempontot is figyelembe kell venni. A biztonságos munkavégzés megvalósításának egy másik eszköze a váltóasztal, amely olyan kétállású körasztal, melynek egyik oldalán az ember, a másik oldalán pedig a robot dolgozik. A két munkaállás között korlát van. Ebben az elrendezésben az ember a munkadarab befogását és a folyamat ellenőrzését végzi, míg a robotra marad a technológiai művelet elvégzése. A leállás és újraindítás elkerülése végett a meglevő robotokra pótlólag különféle
készülékek szerelhetők fel. A robot mozgásának behatárolására olyan mechanikus készülék alkalmazható, amely az energiaellátás kikapcsolása nélkül, fix helyzetben rögzíti a robotot. A biztonsági bilincs lehetővé teszi az embernek a robot munkaterületére történő biztonságos belépését, mivel a szerkezet működésbe lépésekor rögzíti a robot karját vagy szerszámját, és megakadályozza annak mozgását. A robot mozgásának bilinccsel való megakadályozása helyett mozgáskorlátozó készülékek is alkalmazhatók. Ilyen mozgáshatároló segítségével a robot munkatere időlegesen, csupán egy adott területre korlátozható. A vezérlési rendszer biztosítékai azonban nem nyújtanak olyan biztonságot, mint a robot energiaellátásának a munkatérbe való belépés előtti kikapcsolása, és csak akkor szabad alkalmazni, ha termelési szempontból a lekapcsolás nem engedhető meg. A fizikai behatároláson kívül más biztonsági eszközök is alkalmazhatók. A berendezést körülvevő, a padlóba beépített nyomásérzékelők, továbbá a robot körül elhelyezett érintkezés nélküli vagy fotóelektronikus őrök stb. is használhatók illetéktelen behatolás esetén, a robot energiaellátásának megszüntetésére. Bármilyen megoldást keresünk is, a védelmi berendezéseknek kapcsolatban kell állni a robotvezérlő rendszerrel, hogy a programozó és karbantartó személyzet biztonságosan el tudja érni a robotot. A megfelelő biztonság érdekében kiemelkedően fontos, hogy ezeknek az eszközöknek a működése összhangban legyen az emberi reagálással, és a gép logikája szolgálja az embert, és nem fordítva. Mindemellett nem hagyható figyelmen kívül az a tény, hogy a biztonsági rendszer esetenként rendkívül körülményessé teheti a folyamatos munkavégzést, különösen, ha igen sűrűn működésbe lép, és ezzel automatikusan leállítja az ipari robot mozgását. Biztonság javítás és karbantartás közben Javítás és karbantartás közben a veszélyeztetettek a hibát megállapító és megszüntető dolgozók. Ezeketa munkákat többnyire a robot kikapcsolt állapotában végzik. Ha ez nem lehetséges, ugyanazokat a biztonsági előírásokat kell betartani, mint a beállító és az automatikus üzemben. Ezeknek a munkáknak a biztonságos elvégzéséhez különösen fontos, hogy — a robot felépítése világosan tagolt, áttekinthető legyen; — a rendszert alkotó egyes gépek, berendezések legyenek külön-külön be- és kikapcsolhatók; — a rendszerbe épített védőberendezések biztosítva legyenek, azokat csak a szakszemélyzet iktathassa ki; — megfelelő biztonsági eszközökkel gondoskodjanak arról, hogy kézi és gépi munka ugyanazon a helyen egyidejűleg ne legyen végezhető; — a javítási és a karbantartási munkák megkönnyítése érdekében az ipari robot legyen jól hozzáférhető, emiatt külön érdemes megfontolni a javításra, illetve karbantartásra váró robot helyettesítésének lehetőségét egy másik berendezéssel. A javítási és karbantartási munkák biztonságát az előzőeken túl üzemviteli utasítással kell még fokozni, ami megszabja a teendőket a rendszer különböző üzemi állapotaiban. Az üzemviteli utasítás adott rendszerre specifikus előírások mellett magában foglalja — a meghibásodások jelentésének kötelezettségét, — a tervszerű megelőző karbantartás programját, valamint — a kötelező kiképzést és rendszeres továbbképzést a kiszolgáló, beállító és karbantartó személyzet részére.
Az utóbbi arra utal, hogy valamennyi más védelmi módszernél lényegesebb az oktatás és a megfelelő felhasználói, karbantartói és rendszerdokumentáció, amiről akkor sem szabad megfeledkezni, ha a betanítási költségek esetleg magasak. KARBANTARTÁSTERVEZÉS Az ipari robotok karbantartásának célja a megbízható működés biztosítása, mejy a berendezések összetettsége miatt a legapróbb részletek hibátlanságát és a működés teljes összhangját kívánja meg. Ez nagy kihívás főképpen akkor, ha figyelembe vesszük, hogy a robotizálás célja nemcsak a több műszak, de a fel ügyeletszegény második és harmadik műszak fenntartása is. Ily módon a robotok üzembentartását vagy újbóli üzembe helyezését célzó munka különösen nagy fontosságú a robotizált rendszerekben. Ezt biztonyítja elöljáróban néhány jellemző adat (Wolfe [195], Husband [82]): — a korszerű robotok üzemképessége eléri a 98%-ot, — a meghibásodások közötti időtartam kb. 500 üzemóra, — a karbantartási munkák miatti állásidő legfeljebb 1,5 óra, ennek ellenére — a karbantartás átlagosan a költségek 30%-át teszi ki, és — a karbantartásra fordított idő átlagosan 70%-át hibakeresésre, 15%-át javításra, 15%-át kipróbálásra használják fel. Az ipari robot karbantartási rendszerei Az ipari robotok nagy terhelhetősége, a magas műszakszám egyértelműen feltételezi a tervszerű idő- és tevékenység beosztású megelőző karbantartást. Ez állapot meghatározásból és erre épülő normatív karbantartói (tisztító, utánállító), illetve alkatrészcsere programból áll. Ehhez a robotok normál üzemmódja gőzben történő állapot felügyelet és a rendeltetésszerű használaton kívül történő állapotvizsgálat rendszerének kialakítása szükséges. Az állapotfelügyelő-rendszer alapelve Bencsik és Rudas [13] meghatározása szerint az ipari robotok állapotfelügyelőrendszerének alapelve az, hogy a robot rendeltetésszerű üzemeltetése során a tényleges viselkedésnek megfelelő bizonyos számú jellemzőre végzett mérések eredményeit egy viszonyítási alapul szolgáló, az előírásos állapotot leíró ún. bázisjellel összevetve döntünk a robot állapotáról. Az állapotfelügyelő-rendszer kialakításához tehát a következő feladatokat kell meg-
oldani:
— a döntéshez elegendő információt adó mérhető jellemzők megválasztása, — ezek mérési módszereinek és a kapott eredmények rögzítésének kidolgozása, — a bázisjel-meghatározás módjának kidolgozása, — alkalmas döntési eljárás kidolgozása. Az ipari robotok mechanizmusában, illetve a vezérlésben bekövetkező bármilyen változás leginkább a térbeli mozgás paramétereinek az előírt értékektől való eltérésében jelentkezik. Eszerint a felügyelet során mérhető jellemzőként a következők szerepelnek: — a mozgási ciklus időtartama, — a tagok relatív elmozdulása, — a relatív elmozdulás sebessége,
— a tagok világkoordináta rendszerbeli ún. abszolút sebessége vagy gyorsulása, — a hajtómotorok nyomatéka vagy a motorok áramfelvétele. A felsorolt jellemzők egy részének mérőegységeit már eleve beépítik, így a mérések technikai feltételeinek megteremtése külön feladatot nem jelent az idő, az elmozdulás és a sebesség mérése esetében. A jellemzők másik csoportját azok alkotják, melyek pótlólagos mérőegységek elhelyezését igénylik. Ilyenek pl. a makro- és mikrogyorsulások, a deformáció. Ha az ipari robotot egy technológiai feladat végrehajtására kívánjuk alkalmazni, akkor a bázisjel a ciklusok ismétlése során állandó vagy megújuló lehet. Az állandó bázisjel meghatározása történhet mérések, a robot dinamikai modelljén alapuló számítások vagy az állapotváltozók becslése útján. A megújuló bázisjel meghatározása lényege, hogy a viszonyítási alapul szolgáló jelünk megadásakor nemcsak egy első ciklus, hanem több, a tényleges időpillanat előtt végzett mérés eredményeire támaszkodunk. Az ipari robot állapotáról a bázisjel és a tényleges mért értékek alapján nyert jel különbségeként adódó ún. hibajel jellemzői szerint lehet dönteni. A legegyszerűbb döntési eljárás az, ha megadjuk az előírásos állapothoz tartozó hibajel korlátját, és a továbbiakban csak azt vizsgáljuk, hogy a kapott hibajel ezen a korláton belül marad-e. Jobb módszer az, amikor a hibajel statisztikai jellemzői alapján döntünk a robot állapotáról. Az állapotvizsgálat általános kérdései Az állapotvizsgálat célja annak megállapítása, hogy a berendezés az összes - műszaki előírások által meghatározott — követelménynek eleget tesz-e. Ugyanakkor ezen követelmények körére és mértékére hiányoznak a szabványos előírások. A különböző forrásokban javasolt jellemzők között szerepelnek mérhető és nem mérhető specifikációs jellemzők, A robotok mérhető vizsgálati jellemzői és specifikációs jellemzői közötti kapcsolatokat foglalja össze a 31. táblázat. A közvetlenül nem mérhető jellemzők között megemlíthető — a kezelési kényelem és a könnyű programozhatóság, — a jó karbantarthatóság, — a környezettel szembeni ellenálló képesség, — a biztonságtechnikai intézkedések szintje. A mérhető specifikációs jellemzők meghatározására szolgáló vizsgálati módszerek felhasználhatók a karbantartási munka során az állapotvizsgálatra, vagyis — a berendezés aktuális állapotának meghatározására, — a hibás állapot elkülönítésére, — a javítás utáni állapot ellenőrzésére, de ugyanúgy felhasználhatók — a prototípus vizsgálatára, — a gyártás közbeni és végellenőrzésre, valamint — az átvételi vizsgálatokra. Az állapot meghatározás jelenlegi helyzete A jelenlegi - elektronikus vezérléssel működő - robotok többségükben fejlett állapotfelügyelőrendszerrel rendelkeznek. A robottechnikában jelenleg alkalmazott állapotfelügyelő-rendszerek — állandó bázisjellel működnek, melyet a gyártó határoz meg, és ugyancsak a gyártó adja meg a hibakorlátokat,
— a beépített érzékelők jelét hasznosítják, a kiértékelés on-line valós időben megy végbe, és a rendszer akkor jelez, ha már a hiba bekövetkezett, ami egyben vészleállítást is von maga után. Az állapotvizsgálat területén a helyzet az, hogy a robotgyártók maguk elvégzik a gyártás közbeni ellenőrzéseket, és a kész robotok specifikációs jellemzőinek ellenőrzését, de vizsgálati módszereiket, eszközeiket nem közlik a felhasználóval. így, ha egy-egy robottípus jellemzőinek ellenőrzéséhez és értékeléséhez a kezdetben nem állnak rendelkezésre kellő számú statisztikai megfigyelés alapján kidolgozott rendszerek és szükséges mértékek, igénybe kell venni bizonyos matematikai eljárásokat is a kis megfigyelésszámmal is kielégítő normatívák kidolgozásához.
