СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ МЕХОТРОННОЙ СИСТЕМОЙ ДЛЯ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопрос использования в производственном процесс изготовления кабельно-проводниковой продукции электротранспортных средств, работающих на базе автономной мобильной роботизированной системы. Работа мобильных мехатронных систем для кабельного производства представлена как блок-схема, в которой отражены основные рабочие параметры и характеристики. Для интеграции системы управления в производственный процесс кабельного предприятия был выбран электропогрузчик и электрокара. Представлена обобщенная схема ОУ, как взаимодействие блоков и узлов, как бортовой вычислительный комплекс. Дано пояснение по разработанной типовой схеме системы управления перемещением объекта управления и функциональной нагрузке ее блоков.

ABSTRACT

The article deals with the use of electric vehicles based on autonomous mobile robotic system in the manufacturing process of cable and wire products. The operation of mobile mechatronic systems for cable production is presented as a block diagram, which reflects the main operating parameters and characteristics. An electric forklift and an electric truck were selected to integrate the control system into the production process of a cable manufacturing company. A generalized scheme of the EI is presented as an interaction of blocks and nodes, as an on-board computing system. An explanation of the developed typical scheme of the control system of the control object movement control and functional load of its blocks is given.

Ключевые слова: интиллектуализрованная система, автономная мобильная роботизированная система, внутрицеховой электротранспорт, электропогрузчик, электрокара, мобильная мехатронная система, мобильная транспортная система.

Keywords: intellectualized system, autonomous mobile robotic system, in-shop electric transport, electric forklift, electric car, mobile mechatronic system, mobile transport system.

Введение

Актуальность внедрения в производственный процесс интеллектуализрованных систем неразрывно связана с острой необходимостью замены человеческого труда машинным. Одним из востребованных направлений работы в этом направлении является интеллектуализация мобильных транспортных средств, задействованных в производственных процессах.

Использование промышленных роботов в различных технологических процессах обеспечивает минимизацию ручного труда в выполнении монотонных и однообразных технологических операций, таких как сборка, сварка элементов конструкции изделий, обслуживание и диагностический анализ рабочих систем.

Автономная мобильная роботизированная система (АМРС) — это направление в робототехнике, которое может стать полноценными участником в производственном процессе изготовления готовых изделий, в том числе и кабельно-проводниковой продукции. Для кабельного производства модернизация и усовершенствование конструкции внутрицехового электротранспорта (электропогрузчик, электрокара) позволит обеспечить эффективность его использования, в среднем на 80%, за счет оптимизации маршрутов перемещения грузов, скорости их движения и сокращения производственных затрат. Выбор сценария по траектории перемещения цехового электротранспорта и принятие оптимального решения осуществляется системой управления (СУ), которая определяет направление движения по маршруту следования, очередность и количество остановок, объем транспортируемого груза. Эффективность работы СУ зависит прежде всего от точности результатов вводных и рабочих параметров: уровень загрузки кабельного оборудования производственным заказом, машинное время на изготовление изделия, технических характеристик технологического оборудования, показаний датчиков, данных сенсорной системы и бортовой системы.

Выбор сценариев перемещения мобильных мехатронных систем (ММС) определяется результатами анализа данных при построении наиболее оптимального маршрута следования и направления движения, который является результирующим сигналом (рис.1). К параметрам рассматриваемой системы можно отнести: производственных (производственное задание, объем загрузки кабельной машины, расстановка кабельных машин/план цеха), технологических (расчетное/машинное время работы, рабочая скорость для каждой единицы оборудования, допуски и ограничения, расстояние между кабельными единицами, технологический маршрут), технические характеристики (оборудования, электромеханической, гидравлической, пневматической систем, электропривода, гидропривода), взаимодействие которых и связи построены на соблюдении законов механики, информатики, теории управления и грамотном сочетании параметрических данных микропроцессорной техники и контрольно – измерительной аппаратуры/систем.

Рисунок 1. Блок схема работы мобильной мехотронной системы

Основной функциональной нагрузкой в работе транспортных/грузовых систем и технических средств являются погрузочно-разгрузочные работы внутри производственного помещения (цеха/участка), то ММС должна обеспечить: мобильность перемещения грузов различной весовой нагрузки; своевременную доставку груза к конечной цели в неопознанном, быстро изменяемой окружающем пространстве, исключив возможность столкновений в прилегающем производственном пространстве в условиях постоянно перемещающихся объектов/людей и наличия препятствий. Обеспечение требуемого функционала мобильной транспортной системы (МТС) необходимо ориентировать на наличие: рабочих одной, двух и трех смен работы; безопасность, надежной и безотказной работой системы управления.

Методы.

Анализ существующих методов управления АМРС показал, что они построены на базе действующих моделей и алгоритмов, в основе которых лежат способности:

• к адаптации в изменяющихся условиях работы в зоне действия прилегающей территории и окружающей среды,
• быстрая реакция на непредвиденные (нештатные) ситуации, не учтенные в производственном процессе, а также человеческий фактор.

Достижение перечисленных выше возможностей зависят от скорости обучения системы, построенной на опыте проверки различных действий и параметров системы, рассматриваемый как результат обработки данных предыдущего действий и результатов производственной работы.

Транспортная служба кабельного предприятия состоит из авто – и электротранспорта. Эффективность использования автотранспотра на производственных площадях и в технологии, определяется скоростью перемещения и мобильностью машины, который прежде всего зависят от работы двигателя внутреннего сгорания и квалификации водителя. Интеграция в механическую систему автопогрузчика СУ это сложная техническая задача, решение которой и ее целесообразность определяется возможностью совмещения разнородных по физической природе рабочих систем и узлов, требующих полной их перестройки. В случае модернизации электротранспорта (погрузчик и кара), функциональность которых определяется работой электромеханической системы (электропривод и аккумуляторная батарея), использование СУ строится на синтезе электромеханических и информационных систем с использованием элементов искусственного интеллекта.

Таким образом производственный электротранспорт, далее «Объект управления» (ОУ), осуществляет транспортировку разных производственных грузов (кабельная тара, катушки, мешки, ящики) в рамках выполнения определенных «Сценариев», т.е. по маршрутам из обозначенной начальной точки – «Старт» к конечную точку «Финиш», в условиях неструктурированного рабочего пространства. ОУ, по сути представляет собой многоканальную нелинейную динамическую систему ориентированную на требования производственно-технологического характера.

Работа рассматриваемой группы электротранспорта, согласно принятой классификации мобильных робототехнических систем по функциональному назначению (таблица 1), ориентирована на:

• штатный состав полезной нагрузки, в рамках объема получаемой (заложенной) информации [5];
• уровнем мобильности передвижения в (производственном) рабочем пространстве по заданному маршруту с обозначенными временными интервалами,
• выполнение заложенных алгоритмов по заранее составленной программы управления.
• возможность самостоятельной ориентации в окружающем пространстве и адаптация.

Таблица 1.

Классификация мобильных робототехнических систем по функциональному назначению

Выполнение всех перечисленных функций и заданий ОУ необходимо рассматриваться как объем выполнения установленного задания с учетом опыта работы, что по сути является собственным для рассматриваемой единицы управления искусственным интеллектом (ИИ), который не привязан к действиям оператора [3]. При этом необходимо создать условия для рассматриваемой системы способной обеспечить постоянный доступ к хранению и обработке получаемого объема информации и данных [1].

Таким образом, рассматриваемое транспортное средство конструктивно представляет собой самоходное средство и является многофункциональным объектом, оснащенным аппаратурой разведки, рабочим оборудованием и инструментом, системами дистанционного управления и видеонаблюдения. Работа данного ОУ осуществляется в рамках взаимодействия блоков и узлов, как бортовой вычислительный комплекс (БВК), обобщенная схема которого приведена на рис. 2. При этом, БВК представляет собой часть интеллектуализированной системы (ИС), которая осуществляет адаптивное управление энергетической, информационной и управляющей системами; электроприводом; уровнем расходования электроэнергией; трансмиссией и ходовой частью; взаимодействием с окружающей системой (кабельные машины, рабочий и обслуживающий персонал).

В обобщенном виде БВК представляет собой систему (рис.2):

• информационно-управляющий блок: аппаратура управления, система датчиков и микроконтроллеров, система видеоуправления, точка операторного управления (пульт управления) и обработки данных;
• блок приемо-передачи данных: приемная и передающая аппаратура для обеспечения передачи информации, обработки данных и команд управления;
• блок управления движением, обеспечивающий планирование движения при детерминированных условиях окружающего производственного пространства (картографическая база данных), и обработка и анализ непрерывно поступающих информационных потоков в систему ОУ.

Рисунок 2. Обобщённая схема мобильного транспортного средства

Полученные результаты:

Реализация физического исполнения работы модернизированной электрокары/электропогрузчика основано на разработке типовой схемы системы управления перемещения ОУ (СУП) (рис.3).

Рисунок 3. Типовая схема СУП ОУ

Типовая схема СУП ОУ имеет своем составе функциональные блоки [3, 7], описание которых приведено в таблице-2, где СУ представлена как двухуровневая: первый (верхний) и второй (нижний). 

Таблица 2.

Функциональная нагрузка блоков типовой схемы СУПО

Конечным этапом реализации поставленной задачи, является формирование карты местности и оптимизация маршрута следования, формирование которых строится на анализе данных полученных с сенсорных систем (базовое положение нулевых и рабочих точек), представляющие собой большой информационный массив: параметры и координаты участка местности (цех/производственный участок, склад сырья и материлов и готовой продукции) с габаритными координатами размеров кабельных машин (установочные и рабочие). Запланированные маршруты движения ОУ, представляю собой направленное перемещение и лежат в пределах действия определенного, утвержденного «Сценария». Реальное воплощение движения ОУ осуществляется поэтапно, представляя собой фрагментальную передачу проанализированных и обработанных данных Блоком управления системы, которая формирует траекторию движения (ТД). Синтез ТД — это последовательный и поэтапный анализ входных данных, который строится на координатах: начальной, последовательного множества промежуточных и конечной точек; технологических единиц по производственному маршруту; систем заграждения. К данным априорной информации по месту нахождения ОУ, в рамках заданного направления перемещения, относится информационный поток входящих данных в БВК от рабочих систем: сенсорной (слежение), чувствительная и датчики.  

Эффективность разработанного алгоритма по соблюдению требуемого уровня адаптации посредствам ИС определяется уровнем распознавания степени неопределенности и сложности прилегающей территории, а также характером и сложностью предстоящей к выполнению задачи. Сценарий движения включает в себя необходимую степень автономности ОУ, который зависит от перечня действий, обозначенный в Протоколе, подлежащий к обязательному выполнению СУ без участия человека–оператора. Данный способ в обязательном порядке должен предусматривать потерю времени, которая зависит от уровня задержек предусмотренные как действие оператора: загрузка и выгрузка тары; ограниченностью пропускной способности каналов связи; неполнотой, точностью и ограниченностью получаемой информации; достоверность информации [2].

Вывод:

Типовая схема СУП ОУ позволит при разработке СУ МРС кабельного производства, обеспечить реализацию функциональной нагрузки:

• посредствам системы датчиков и БВК воспринять и распознать поступающую информацию от прилегающего пространства;
• быстрый информационный обмен с оператором;
• оптимизация маршрута перемещения ха счет планирования и перепланирования действий.
• управление электромеханической системой и электроприводом с обеспечением требуемого значения точности и устойчивости системы;
• информационный обмен данными с технологическим оборудованием для определения очередности перемещения груза между кабельными машинами, складом готовой продукции и складом сырья и материалов.

Предложенный вариант по перемещению ОУ по территории производственного цеха/участка позволит смоделировать окружающее пространство как карту в масштабе, построение которой строится на уточнении поступающих данных и параметров систем, а также анализе информации, поступающей от сенсорной системы [4]. Формирование Модели перемещения осуществляется в двух уровнях (масштабированные величины), где первый уровень определяет предел достигаемости для сенсорной системы, а второй описывает прилегающую территорию (местность) перед ОУ [6].

Список литературы:

1. Астапкович А.М., Анисимов А.Л., Елисеенко А.Г., Суханов И.О. Современные тенденции построения систем управления дистанционно-пилотируемыми летательными аппаратами. // В кн.: Информационно-управляющие системы для подвижных объектов. СПб: Политехника, 2002. С. 7 32.
2. Бобровский С. Навигация мобильных роботов/Сергей Бобровский/ PC Week/RE («Компьютерная неделя») / – Режим доступа: http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=66917.
3. Основы роботехники. – Режим доступа: http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/76/98/.
4. Курейчик В.М. Генетические алгоритмы и их применение/В.М.Курейчик .– Таганрог: ТРТУ, 2002.
5. Плотников В.А. Анализ эффективности существующих методов уклонения от столкновения для мобильного робота / Плотников В.А. – Донецк: Штучний інтелект – 2010.
6. Плотников В.А. Анализ эффективности существующих методов уклонения от столкновения для мобильного робота / Плотников В.А. – Донецк: Штучний інтелект – 2010.
7. Commande d’un robot mobile rapide aroues non directionnelles sur sol naturel. These de doctorat presentee a l’universite Рaris 6: 10.04.2008 - 198с.