МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» Факультет «Кибернетика и информационная безопасность» Кафедра «Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации» ОТЧЕТ по дисциплине «Проектирование роботизированных систем управления» Лабораторная работа №1 Выполнил: студент 4 курса группы БУТ1901 Пирогов А.М. Проверил: к.п.н., доц. Яблочникова И.О. Москва 2022 1. Общие сведения 1.1. Полное наименование системы: Роботизированная система для управления станком. 1.2. Краткое наименование: РСдУС. 1.3. Работа выполняется на основании решения конкурсной комиссии Совета по грантам Президента Российской федерации № 15.2013.1098- МД от 3 февраля 2021 г. и договором № 14.125.13.1098-МД от 4 февраля 2021 г. (далее Договор). 1.4. Наименование организаций 1.4.1. Заказчик Полное наименование: Министерство образования и науки Российской Федерации Сокращённое наименование: Минобрнауки России. 1.4.2. Разработчик Полное наименование: Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Московский технический университет связи и информатики», Кафедра “Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации”. 1.4. Начало работ: сентябрь 2021 г. Окончание работ: «31» декабрь 2022 г. 1.5. Источники и порядок финансирования определяются договором от 4 февраля 2021 г. 1.6. Работы по созданию РСдУС сдаются Разработчиком поэтапно в соответствии с календарным планом. По окончании каждого из этапов работ Разработчик сдает Заказчику соответствующие отчетные документы этапа, состав которых определены Договором. 2. Назначение и цели создания системы Роботизированная система для управления станком предназначена для осуществления управления станком в автономном режиме с удаленным контролем состояния всей системы в целом. Целью работы является разработка роботизированной системы управления станком, позволяющей осуществлять: – автоматическую подачу входной продукции для произведения обрабатывающих или прочих манипуляций; – автоматическое управление перемещением объектов на производственной линии; – снижение выполнения операций к минимуму, выполняемых человеком непосредственно на самой производственной линии; – высокоскоростная обработка информации и незамедлительное принятие решения относительно дальнейших действий над объектом. - отслеживание процесса производимых манипуляций над объектом и контроль получаемого результата посредством анализа процесса на основании показаний датчиков 3. Характеристика объекта автоматизации Основные характеристики роботизированной системы: Параметр Значение Радиус действия 100-10000мм Грузоподъемность 0-100кг Количество осей подвижности 6 Масса манипулятора 250кг Стабильность повторяемости +- 0,01мм позиционирования Рабочая температура окружающей От 5 до 60 С среды Класс защиты IP 40 Габариты установки 6500х6500х3000 Масса всей установки Не более 800 кг Электропитание 320В, 100 Гц 4. Требования к системе 4.1. Требования к системе в целом 4.1.1. Требования к структуре и функционированию системы Требования к структуре и функционированию системы определяются перечнем функциональных подсистем, их назначением и основными характеристиками, требованиями к числу уровней иерархии и степени централизации системы. 4.1.2. Требования к численности и квалификации персонала системы и режиму его работы В состав персонала, необходимого для обеспечения эксплуатации системы управления роботизированной ячейкой с использованием машинного зрения, необходимо выделение следующих ответственных лиц: – инженер технического облуживания – 1 чел.; – инженер программной части – 1 чел.; – оператор – 1 чел.; – специалист безопасности эксплуатации системы – 1 чел.; Ответственные лица должны выполнять следующие функциональные обязанности: – инженер технической части должен проверять и обеспечивать стабильную работу всех механических частей роботизированной ячейки; – инженер программной части должен обеспечивать стабильную работу программной части роботизированной ячейки, следить за актуальностью версии прошивки, лицензированием ПО ячейки, настройкой и отладкой сбоев в системном коде; – оператор обязан следить за выполняемой работой, следить за точностью выполнения заданных действий и реагировать на сбой в системе управления роботизированной ячейки; – специалист безопасности по эксплуатации должен своевременно проверять выполнения правил ТБ в процессе работы с роботизированной системой, проводить предварительный инструктаж всего рабочего состава, а также следить за изменениями в данной области, в следствии чего корректировать всю необходимую документацию, а также обновлять ее; 4.1.3. Требования к квалификации персонала: – инженер технической части – высшее профессиональное образование (техническое) и стаж работы в профессиональной области не менее 5 лет; – инженер программной части – высшее профессиональное образование (техническое), стаж работы программиста не менее 3 лет, образование узкого направления в области информационной безопасности – защита и профилактика утечки данных; – оператор – высшее профессиональное образование (техническое), стаж не менее 2 лет; – специалист безопасности по эксплуатации – высшее профессиональное образование (техническое), опыт работа с оборудованием того же или похоже рода, общий стаж работы в данной области не менее 5 лет; 4.1.6. Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы Элементы системы управления выполняется в пыле- и влагозащищенных корпусах. Система эксплуатируется в следующих условиях: – в диапазоне температур от -10 до +50 °С; – в диапазоне широт – не более 55º; – при влажности – 25 %–98 %. Рекомендованное техническое обслуживание должно проводиться техническим персоналом, который знаком с работой радиоэлектронной и компьютерной аппаратуры, изучил данное руководство по эксплуатации и прошёл инструктаж по технике безопасности при работе с электротехническим оборудованием. Порядок технического обслуживания изделия. Обязательное техническое обслуживание. В состав обязательного технического обслуживания входят следующие работы: – замена батарей; – внешний осмотр и проверка работоспособности составных частей РСдУС; – проверка работоспособности РСдУС по программе типовых испытаний. Периодичность проведения работ 1 год. Рекомендованное техническое обслуживание. Перечисленные ниже работы по техническому обслуживанию носят рекомендательный характер. Перечень работ и их периодичность устанавливаются предприятием-потребителем в зависимости от условий эксплуатации РСдУС. Перечень рекомендованных работ: – очистка РСдУС от грязи и пыли; 114 – внешний осмотр состояния РСдУС: проверка крепления приборных соединителей и элементов индикации, проверка состояния гальванического покрытия корпуса и проверка комплектности; – проверка надёжности сочленения электрических соединителей, а также отсутствие обрывов или повреждений изоляции соединительных кабелей; – проверка качества заземления; – проверка надёжности крепления РСдУС; проверка качества внешней системы вентиляции в месте установки РСдУС. Периодичность проведения рекомендованного технического обслуживания зависит от условий эксплуатации и в общем случае должна составлять 3 месяца. Проверка работоспособности осуществляется в процессе предстартовой диагностики. РСдУС должно храниться в теплом сухом помещении в фабричной упаковке и устойчивом положении. При хранении должны строго выполняться требования предупредительных надписей на упаковке. Температура хранения: от +5 °С до +40 °С, относительная влажность воздуха в помещении для хранения: до 80 % при +25 °С. В помещении для хранения не допускается наличие паров кислот и щелочей, вызывающих коррозию. 4.1.7. Требования к защите информации от несанкционированного доступа Запуск системы осуществляется под паролем, вводимым начальником смены или руководителем полетами. На рабочих местах оператора спецнагрузки, оператора управления движением и оператора терминалов телекоммуникации устанавливается антивирусное программное обеспечение. 4.1.8. Требования по сохранности информации при авариях. При всех типах отказов, все данные о полете (до 8 часов) должны сохраняться в энергонезависимой памяти. 4.1.9. Требования к защите от влияния внешних воздействий Система выполняется во влаго- и пылезащищенных корпусах. Система должна иметь возможность функционирования при колебаниях напряжения электропитания в пределах 20 %. Система должна функционировать в диапазоне температур от -40 °С до +55 °С. 4.1.10. Требования по стандартизации и унификации Система разрабатывается с применением стандартных промышленно выпускаемых изделий и программного обеспечения. 4.1.11. Дополнительные требования Система должна обеспечивать режим обучения персонала с использованием программно-аппаратного моделирующего комплекса. 4.1.12. Требования безопасности При внедрении, эксплуатации и обслуживании технических средств системы должны выполняться меры электробезопасности в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». Аппаратное обеспечение системы должно соответствовать требованиям пожарной безопасности в производственных помещениях по ГОСТ 12.1.004-91. «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования». Должно быть обеспечено соблюдение общих требований безопасности в соответствии с ГОСТ 12.2.003-91. «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности» при обслуживании системы в процессе эксплуатации. Аппаратная часть системы должна быть заземлена в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50571.22-2000. «Электроустановки зданий. Требования к специальным электроустановкам. Заземление оборудования обработки информации». 4.1.13. Требования к транспортабельности для подвижных систем не предъявляются, т.к. установка устанавливается единожды, без возможности перемещения. 4.2. Показатели назначения 4.2.1. Параметры, характеризующие степень соответствия системы назначению Система управления должна обеспечивать: – автоматическое (без участия оператора) и дистанционное (с участием оператора) управление роботизированной системой, а также самостоятельно корректировать отхождения от алгоритма, по возможности; – возможность изменения оператором заложенных алгоритмов действий относительно поступающей информации с датчиков; – погрешность определения не должна превышать 1% от общего объема объекта; – скорость перемещения осей не должна изменяться относительно параметров, заложенных в алгоритме; – Активация манипулятора должна обеспечиваться, как с помощью алгоритма действий, так и с помощью ручного управления с использованием smartpad’а в целях сохранения безопасности как самой установки, так и всей производственной линии в целом; 4.2.2. Требования к сохранению работоспособности системы в различных вероятных условиях В случае сбоя в работе алгоритма действий, программного обеспечения, при отказе ручного управления, оси подвижности, манипулятора, осуществляется остановка основных частей системы до исправления неполадки, после чего производится перезапуск установки; 4.2. Требования к функциям, выполняемым системой 4.2.1. Система манипулятора Система роботизированного манипулятора предназначена для распознания объектов, определения его скорости движения по конвейеру, определения координат нахождения объекта и места его установки. Технические характеристики системы: Размерность Режим Автономность Задействие коррекции осей подвижности Точность Мм +- 2 мм Да 6 См +- 0,5-1 см Да 0 Пиксели (p) +-50p Да 0 определения координат Точность определения скорости объекта Точность распознания объектов Точность мм +-3 мм Да 6 размещения объекта 4.2.2. Датчики внешней среды Размерность Датчик движения +/- Величина Нет-да объекта Датчик угла отклонения Градусы -180-180 Датчик 0-2000 определения пиксели координат Датчик скорости См/с 0-5 движения 4.2.5. Диагностическая система Диагностическая система предназначена для выявления сбоев в работе устройств, входящих в Систему управления и передачи диагностической информации в аварийную систему. Критерием отказа диагностической системы является отсутствие сигнала «ОК» в течение 3 с. 4.2.6. Аварийная система Аварийный блок реализован на базе устойчивых к сбоям микросхем. Перечень диагностируемых ситуаций, способов их диагностики и реакций системы управления определяется дополнительно. Критерием отказа аварийной системы является отсутствие сигнала «ОК» в течение 3 с. 4.2.7. Видеокамера предназначена для определения координат объекта относительно начального положения, а также для распознания образа объекта в общей системе шаблонов по принципу минимального совпадения. 4.3. Требования к видам обеспечения 4.3.1. Требования к математическому обеспечению В системе управления используется математическая модель роботаманипулятора, базирующаяся на уравнениях твердого теля и кинематическом движении. Используются позиционно-траекторные алгоритмы управления. 4.3.2. Требования к информационному обеспечению Система должна сохранять образы объектов, заложенные оператором, хранить единовременно координаты объекта относительно начальной точки, после чего корректировать на их основании координаты конечного движения манипулятора. 4.3.3. Требования к лингвистическому обеспечению Для лингвистического обеспечения системы используются следующие языки программирования: – язык описания сценариев и функций Python, Java. 4.3.4. Требования к программному обеспечению. Перечень покупных программных средств: Robcad WORKVISUAL UGOPEN Tool Center Point 4.3.5. Требования к техническому обеспечению Роботизированные ячейки разделены между собой двумя конвейерными лентами. Установлены ячейки в полузакрытых поликарбонатных корпусах, каждый из которых оснащен компьютером для управления общей системой и смарт-падом для управления манипулятором в ручном режиме. 5. Состав и содержание работ по созданию системы Перечень этапов выполнения работ 6. Порядок контроля и приёмки системы 6.1. Система подвергается испытаниям двух видов: 1. Испытания системы под экстремальной нагрузкой в разных областях применения. 2. В реальных производственных условиях. 4.3. Требования к надежности 4.3.1. Состав показателей надежности для системы в целом Надежность должна обеспечиваться за счет: – применения технических средств, системного и базового программного обеспечения, соответствующих классу решаемых задач; – соблюдения правил эксплуатации и технического обслуживания программно-аппаратных средств; – предварительного обучения операторов и обслуживающего персонала. 4.3.2. Требования к надежности технических средств и программного обеспечения К надежности оборудования предъявляются следующие требования: – в качестве аппаратных платформ должны использоваться средства с повышенной надежностью; – с целью повышения отказоустойчивости системы в целом необходима обязательная комплектация системы укрепленных подвижных деталей из твёрдосплавных металлов; 4.4. Требования к эргономике и эстетике Система должна обеспечивать удобный для оператора интерфейс, отвечающий следующим требованиям: – единый стиль оформления для пользовательских интерфейсов; – взаимодействие оператора осуществляется на английском языке; – аварийные в нештатные ситуации отображаются графически и дублируются звуковыми сообщениями; – интерфейс операторов должен быть ориентирован на работу с клавиатурой и манипулятором графической информации «мышь»; – должно быть реализовано отображение на экране только тех возможностей, которые имеют прямое влияние на тот процесс, который рассматривается самим оператором; – должна быть реализована возможность работы с системой при двух мониторной конфигурации дисплеев; – представление информационных управляющих элементов элементов, (окон, экранных панелей и форм т.п.) должно и их быть унифицировано. Экранные формы должны полностью находиться в видимой площади экрана монитора. 7 Требования к документированию В ходе выполнения проекта создаются следующие виды документации: Этап Разработка Документация технического проекта Ведомость технического проекта. системы управления Пояснительная записка к техническому проекту. Разработка рабочей документации Паспорт системы. пользователя. Инструкция Руководство Спецификация. по эксплуатации. Программа и методики испытаний. Текст программ. Описание программ Изготовление системы управления Приемосдаточное испытание Ведомость покупных изделий и Протокол испытаний. Акт приемки поставка системы управления Пусконаладочные работы и участие в Протокол испытаний. Акт приемки испытаниях системы управления в условиях реального производста 8. Источники разработки Настоящее техническое задание разработано на основании практики по получению профессиональных навыков.
