ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

подразумевает, что технологические процессы, конструкции и компоновки

машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются от

необходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого

процесса производства составляли и будут составлять технологические

процессы получения материалов, их обработки, контроля и сборки изделий,

материализованные в конструкциях и компоновках машин, аппаратов и их

систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности

качества и количества выпускаемой продукции, экономической

эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника не может

дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного

производства обладают невысоким потенциалом из-за низкой интенсивности,

отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени.

Одностороннее замещение функций человека в системах, которые

десятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям,

бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного

оборудования, спроектированного высококвалифицированными

разработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия

разработчиков были направлены на «искоренение» ручных операций, а

вопросы качества продукции, быстродействия машин и их надежности в

работе упускались из виду. Иначе говоря, правильные общие лозунги типа

«ручной труд—на плечи машин» иногда понимаются формально и

прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести к созданию технических

средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании или

управлении машинами. В результате появляется новая техника, работающая,

как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкая и

дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономически

неэффективная.

Автоматизация производства есть комплексная конструкторско-

технологическая задача создания новой техники, принципиально отличной

от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизации производственных

процессов — не в замене человека при обслуживании известных машин и

аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологических процессов и

высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообще

невозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности

работ в этой области является необходимой предпосылкой формирования

научных принципов и научных основ технической политики в области

роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-технического прогресса

является то, что определяющим фактором при разработке новой техники

становится ограниченность материальных и людских ресурсов. Необходимо

так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы при

реальных возможностях получать наибольшие социально-экономические

результаты.

В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному

техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где мы

можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной

технологии, новых методов и процессов,—-концентрации операций,

многопозиционной и многоинструментной обработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегать тиражирования тех

технических средств роботизации, которые не обеспечивают высоких

конечных результатов или эти результаты односторонние, например

сокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных

производственных условиях следует руководствоваться наряду с известными

методами расчетов и обоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принцип достижения конечных результатов: средства

роботизации должны не просто имитировать или замещать действия

человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, лишь

тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-

либо категории работающих или замена ручного манипулирования

автоматическим — не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического

эффекта получается благодаря более высокой производительности

автоматизированного оборудования по сравнению с неавтоматизированным;

15—20 % — за счет повышения или стабилизации качества и лишь

10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому при

планировании и обосновании работ по роботизации необходимо

предварительно проанализировать, как могут повлиять намечаемые

мероприятия на качество и количество выпускаемой продукции; численность

обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических

промышленных роботов, которые позволяют получить выигрыш по всем

источникам эффективности благодаря улучшению качества изделий,

повышению производительности машин, сокращению численности

производственного персонала, работающего в тяжелых и вредных условиях

производства.

Второй принцип технической политики при роботизации производства —

принцип комплексности подхода. Все важнейшие компоненты

производственного процесса—объекты производства, технологии, основное и

вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания,

кадры, удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге

решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из

поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, например

конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации

оказывается неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить

автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, скажем,

созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при

сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. И промышленные

роботы, и автоматизированные системы управления должны разрабатываться

и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе

приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогда они будут

эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства —

принцип необходимости: средства роботизации, включая самые

перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно

приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники и вычислительной техники —

не только и не столько в замене функций человека при обслуживании

известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностях создания

на их основе средств производства, которые раньше не могли быть

созданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков,

прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них

одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это

объясняется ограниченными возможностями человека, который не может

одновременно управлять несколькими процессами или объектами. Применение

современной электроники позволяет создавать оборудование с высокой

степенью концентрации технологического процесса, со многими

одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому

техническая политика, особенно при создании роботизированных

производственных систем для серийного производства, должна быть

направлена в первую очередь на проектирование , внедрение

многоинструментных и многопозиционных машин с дифференциацией и

концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного

однопозиционного оборудования и где ручные, нероботизированные операции

невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он

«врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных

объектов роботизации такие, где человек в паре с действующими

механизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принцип своевременности: внедрение и

тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкими перспективами роботизации,

мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкции роботов, едва-едва

доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем

и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-технического направления

несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначально созданием

промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительной

технике, технической кибернетике и т. д., которые ранее

производственными вопросами автоматизации не занимались и вполне

искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота,

прежде всего систему его управления, и комплекс управляющих программ

для процессов манипулирования, имитирующих действия человека, а

остальное, как говорится, будет делом техники. К такой формации

специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги. По-видимому,

совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресов

разработчиков конструкций, схем, математического обеспечения, не

рассматривает ни одного конкретного примера производственного, цехового

внедрения промышленных роботов, ограничиваясь лишь общими положениями и

рекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-то сверхъестественным. Их

внедрение может быть эффективным или убыточным, сокращать кадровый

дефицит или обострять его—все зависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании

известных машин. Они явились тем недостающим звеном, которое позволило

объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные

гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов.

Именно таким системам принадлежит будущее. Поэтому промышленные роботы

будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы

ни старались дискредитировать их поспешными и непродуманными

действиями. Однако не следует смешивать перспективы с реальными

возможностями сегодняшнего дня. Очень спорно с учетом несовершенства

конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных

ошибок, чтобы промышленные роботы уже в ближайшее время могли

существенно повлиять на общий уровень ручных работ на производстве, тем

более на уровень производительности труда во всех возможных

приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами. Придет время, когда

без промышленной робототехники представить себе и производство, и быт

будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля или телевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растет стремительными

темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации

завтра — таков лейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться.

Раскрыть будущее промышленных роботов с позиций уже не научной

фантастики, а конкретного научного анализа и прогнозирования — это

важнейшая, увлекательная задача.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием

позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением

тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или

второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые

появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель

фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной

робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня

остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать

специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно

того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно

появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения

о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.

Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по

принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения

которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное

устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет

упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда

просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого

металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и

манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с

уровнем сложности используемых технических средств можно представить в

такой последовательности.

1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок

металлического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета. Основы робототехники

Робототехника, не роботы

Эта книга о потенциально широкой области робототехники, а не только о

тех роботах, которые существуют уже сейчас. Другими словами—эта книга

была написана в то время, когда вокруг создания и применения роботов

бушевали страсти, и если бы она была посвящена только тем их образцам,

которые имелись на период написания, тогда то, что вы сейчас читаете,

безнадежно устарело бы.

Темпы развития робототехники связаны с успехами в области

совершенствования вычислительных машин. Часто цитируемые статистические

данные в отношении их сводятся к следующему. Если бы автомобилестроение

развивалось так же быстро, как вычислительная техника, то

тридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2

фунта стерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной

пинты бензина и машина развивала бы достаточную тягу для движения на

крутом подъеме. Этот пример в какой-то степени показывает, как быстро

сейчас движется вперед робототехника. Однако, хотя техника и

усложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в

основе быстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение

этими принципами и является ключом к раскрытию секретов нового мощного

«взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до

того, как были начаты первые работы в этом направлении, которые в конце

концов привели в начале 60-х годов к успешному применению промышленных

роботов.

В течение всей истории человечество в своем воображении создавало

машины, наделенные способностью чувствовать (по крайней мере частично).

В древних греческих мифах бога огня Гефеста сопровождали, помогая ему,

две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового

гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеского нашествия. Более

двух тысяч лет назад Герои Александрийский в «Трактате о пневматике»

описал множество автоматов, таких, как движущиеся фигуры и поющие

птицы,— прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти

замечательные игрушки оставались единственным реальным применением

пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил для Людовика XII

механического льва, который при въезде короля в Милан выдвигался,

раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянно

усложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжении

последующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык

лишь в начале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела

Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы»

выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей,

разве что только по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от

чешского слова “работа”, означающего принудительный

труд, и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе

получили бы сегодня скорее название «андроиды», чем «роботы» (которые,

как теперь считается, должны быть механическими), неправильное

употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс» (робототехника) придумано мастером научной

фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец»,

появившемся в марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная

фантастика», А. Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона

робототехники.