Prof. dr hab. inż. Jan Szadkowski Em. prof. zw. ATH Bielsko-Biała, 21.10.2014 AUTOMATYZACJA I ROBOTYZACJA PROCESÓW PRODUKCYJNYCH ZIIP/S/I, wykłady 30g. K o n s p e k t I. WPROWADZENIE DO AUTOMATYKI 1. Pojęcia sterowania i regulacji. Schematy blokowe. Wielkości wejściowe, wyjściowe, zakłócenia. Otwarte układy sterowania, układy kompensacyjne. Wprowadzenie ujemnego sprężenia zwrotnego, wybór wielkości wyjściowej, układy regulacji. Przykłady rozwiązań wyż. wym. Układów. 2 g. 2. Pojęcia o układach adaptacyjnych i samoorganizujących się,. Pojęcie informacji początkowej i informacji roboczej. Klasyfikacja układów sterowania i regulacji, z uwzględnieniem: Ciągłości funkcjonowania ; obecności zasięgu informacji roboczej; obecności zespołów nieliniowych podziału na układy regulacji stałowartościowe, programowe i.. Pojęcie serwomechanizmu. 2 g. 3. Regulatory automatyczne. Podstawowe zespoły regulatorów: proporcjonalny, całkujący, iniercyjny, roz rzeczywisty, oscylacyjny. Sygnały próbne: funkcja skokowa, impuls jednostkowy, funkcja sinusoidalna. Odpowiedzi zespołów (wyjścia) na wymienione sygnały próbne. 2 g. 4. Klasyfikacja regulatorów: ze względu na przeznaczenie, przykłady; ze względu na konstrukcję, przykłady; ze względu na sposób przekazywania sygnałów, przykłady; ze względu na użytkowanie energii pomocniczej, przykłady; 1
ze względu na sposób regulacji (dwupołożeniowe, proporcjonalne (statyczne) P, całkowite (astatyczne) I, proporcjonalno- całkowe (izodromowe) PI, proporcjonalno- różniczkowe (statyczne z wyprzedzeniem) PD, proporcjonalno-całkowo- różniczkowe (izodromowe z wyprzedzeniem) PID. Charakterystyki (odpowiedzi) skokowe wymienionych regulatorów. Przykłady. 5. Linowe układy regulacji. Opis dynamiki zespołów przy wykorzystaniu równań różniczkowych zwyczajnych liniowych o stałych współczynnikach. Zastosowanie przekształcenia Laplace a. Transformaty typowych funkcji, pojęcie transmitancji operatorowej. Reguły przekształcenia transmitancji zgodnie ze schematem blokowym układu. Pojęcie transmitancji widmowej. Charakterystyka amplitudowo-fazowa, charakterystyki częstotliwościowe. Pojecie stabilności układu regulacji. Kryteria algebraiczne i częstotliwościowe. Kryterium Nyguista. Pojecie o dyskretnym przekształceniu Laplace a, przykłady. 4 g. II. WPROWADZENIE DO BUDOWY I ZASTOSOWAŃ ROBOTÓW PRZEMYSŁOWYCH ( RP) 6. Pojecie robota dyskusja spotykanych definicji. Manipulatory i pedipulatory, roboty przemysłowe, teleoperatory i egzo.., roboty do eksploracji obszarów trudnodostępnych. Roboty intelektualne. Podstawowe zespoły i układy robotów przemysłowych. Generacja robotów. 1g. 7. Podstawy kinematyki robotów. Formuła Grueblera- Kutzbacha-Somowa- Małyszewa (GKSM). Macierz 4x4. Układy szeregowe, transformacje układów odniesienia. Kinematyki równoległe w budowie robotów, obrabiarek i robotoobrabiarek. Platformy Gough a i Steward a. Hexapod, hexaglide, triody. Struktury równoległo- szeregowe. Problemy prędkości ruchów, sztywności i dokładności. Zastosowania firmowe, 2 g. 2
8. Budowa i podstawy projektowania chwytaków i urządzeń peryferyjnych robotów. Chwytaki mechaniczne, podciśnieniowe, magnetyczne i elektromagnetyczne. Końcówki chwytne: sztywne, sprężyste, elastyczne, wykorzystanie efektu pamięci kształtu. Chwytaki sterowane numerycznieprogramowalne. Wykorzystanie osiągnięć bioniki. Automatyczna wymiana chwytaków. Przykłady rozwiązań chwytaków. Urządzenia peryferyjne robotów: systemy palet, magazynów (pasywne, częściowo aktywne, aktywne), pozycjonerów, urządzeń pomiarowych. Współczynnik robota z urządzeniami peryferyjnymi. Przykłady rozwiązań przemysłowych. 2g. 9. Komputerowe układy sterowania RP. Urządzenia napędowe (silniki, przekładnie mini falowe i cyklo)., urządzenia pomiaru położenia ramion RP. Układy sensoryczne RP drugiej i trzeciej generacji stykowe i bezstykowe, przetworniki siły i naprężeń, przetworniki dotykowe typu sztuczna skóra, przetworniki innych wielkości fizycznych. Układy wizyjne RP- identyfikacja położenia przedmiotów, rozpoznawanie obrazów. 1 g. 10. Znaczenie programowania w języku formalnym. Programowanie RP. Programowanie on line: dyskretne (teach-in, indirektes teach-in) i przez obwiedzenie toru ruchu ( continuous path, direktes teach-in. Wykorzystanie syntakserów (pajac, fantom). Programowanie samouczące. Programowanie off-line w kategoriach: położeń ramion robota i chwytaków lub głowic roboczych; położeń manipulowanych obiektów; celów działania robota. 2 g. 11. Sztuczna inteligencja ( maszynowa inteligencja) w elastycznej automatyzacji i robotyce. Reprezentacja i przetwarzanie wiedzy, planowanie celowych zachowań w złożonym środowisku zewnętrznym, uczenie się, współpraca człowieka z komputerem sterownikiem. Struktura i funkcje inteligentnego RP. Sieci neuronowe jako układy sterowania ruchem robotów. Sterowanie rozmyte (fuzzy control). Pojecie zbioru rozmytego i logiki rozmytej. Reguły 3
wnioskowania. Problemy samoorganizujących się (biologicznych) elastycznych systemów produkcyjnych 2g. 12. Podstawy projektowania zrobotyzowanych stanowisk pracy. Wybór typu robota i liczby stopni swobody. Wybór urządzeń peryferyjnych robota. Podstawy projektowania palet, magazynów i pozycjonerów współpracujących z robotem. Problemy współpracy- przy wspólnych obszarach przestrzeni roboczej robota z robotem i człowieka z robotem. Zastosowanie robotów inteligentnych. 2 g. III. ZAUTOMATYZOWANE SYSTEMY PRODUKCYJNE zagadnienia wybrane 13. Automatyzacja sztywna i elastyczna. Automatyzacja ciągłych procesów produkcyjnych. Przykłady z zakresu przemysłu chemicznego, systemów elektroenergetycznych, wytwarzania żywności. Automatyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych przemysł budowy maszyn, odzieżowy, obuwniczy i.t.p. Autonomiczne stacje obróbkowe. Automatyzacja linii przepływowych, gniazd i systemów elastycznych. Podstawy programowania maszyn wytwórczych. Automatyzacja montażu, montaż zrobotyzowany; robotyzacja obróbki skrawaniem, obróbki plastycznej, stanowisk odlewniczych, spawalniczych i zgrzewalniczych. 3 g. 14. Problematyka automatyzacji kompleksowej: regulacja wielu wielkości, blokady i zabezpieczenia, zbieranie i przetwarzanie danych pomiarowych i zewnętrznych w czasie rzeczywistym w celach operacyjnych i sprawozdawczych. Systemy automatyki. Określanie zadania automatyzacji, analiza obiektu pod względem zadań sterowania: bieg strumieniem materiałów i energii, wartości przepływów, ciśnień, temperatur, prędkości, wymiarów i innych wielkości fizycznych. Struktury i algorytmy sterowania. Optymalizacja procesu sterowania: składniki funkcji celu, ocena jedno- i wielokryterialna. Znaczenie techniki komputerowej, systemy rozproszone. Podstawy identyfikacji złożonych obiektów sterowania, funkcje korelacyjne, analiza regresyjna, analiza czynnikowa. Wielopoziomowe układy 4
automatyki, układy hierarchiczne: funkcje samoorganizacji, adaptacji, optymalizacji i regulacji. Ekonomiczne i społeczne aspekty automatyzacji i robotyzacji procesów przemysłowych. 3 g. Zalecana literatura: 1. Altintas Y.: Manufacturing Automation. Cambridge University Press 2000. 2. Gołda G., Kost G., Świder J., Zdanowicz R.: Programowanie robotów online. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2008.. 3. Grzesik W., Niesłony P., Bartoszuk M.: Programowanie obrabiarek NC/CNC. Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006. 4. Stryczek R., Pytlak B. Elastyczne programowanie obrabiarek. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2011. 5. Zając J. : Rozproszone sterowanie zautomatyzowanymi systemami wytwarzania. Politechnika Krakowska, Monografia 288, Kraków 2003. 6. Zdanowicz R.: Robotyzacja procesów technologicznych. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002. 7. Czasopismo POMIARY, AUTOMATYKA, ROBOTYKA. 5