機器人自動化及生產線關鍵標準研究

楊書評，宮迎輝，王海丹，王思斯

（北京機械工業自動化所，北京 100120）

0 引言

“高檔數控機床與基礎制造裝備”重大專項主要解決高檔數控機床與基礎制造裝備的共性技術發展問題，而自動化及生產線是基礎制造裝備提升的關鍵問題之一，自動化及生產線標準化的先導性對其技術的完善起非常重要的作用。

隨著全球汽車生產向著多品種、小批量、車型更新快的方向發展，對汽車生產線柔性化的要求也越來越高，自動化生產線的柔性主要體現在機器人的應用上，國外汽車生產線中機器人的應用比例非常高，目前，國際上自動化生產線成套裝備研究的技術重點涉及生產線的數字化設計和制造、在線檢測和監控及快速整定等方面。

1 機器人自動化及生產線標準化需求分析

現行的我國國家標準和行業標準中，機器人自動化及生產線的設計、制造、檢測和可靠性方面的共性標準基本沒有，只有一些應用于特定行業的生產線驗收規則、工藝規范，如啤酒玻璃瓶灌裝生產線的組成、單機生產能力的選配、技術要求等，在系統與集成領域有少量國家標準和行業標準。

我國機器人自動化及生產線領域需重點進行現代先進設計技術、計算機仿真技術、先進制造工藝技術等行業共性技術標準化研究：

1.1 設計和制造

機器人自動化及生產線虛擬設計制造技術標準：數字化設計是汽車生產線發展方向，該標準將規范運用先進制造技術（例如虛擬制造技術）進行汽車白車身焊接生產線設計制造的技術架構、方法和流程。

機器人自動化及生產線焊接夾具標準：當前，各汽車自動化生產線上的夾具都遵守各廠家的企業標準或歐洲標準，需研究我國自主研發自動化生產線的夾具設備標準，夾具設備標準化的研究對汽車自動化生產線多品種、混流具有重要作用，具有重大的經濟社會效益，也有不少難度。

新一代工業機器人標準：汽車制造業是數控機床與基礎制造裝備最重要的用戶，今后，我國整車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝“四大工藝裝備”面臨從傳統生產線向現代自動化生產線的全面過渡，對機器人自動化及生產線的應用將有大幅的增長，急需制定新型工業機器人標準，以滿足國內機器人產業化的需求。

1.2 性能檢測與監測

生產線過程質量控制和在線檢測標準： 汽車裝配檢測正由終端檢測向過程質量控制和在線檢測方向發展，在線檢測是汽車行業發展要求。在線檢測可以實時判斷下線產品的質量是否合格，對零部件供應商的產品質量進行監控管理，提高汽車產品的質量。

1.3 可靠性

機器人自動化及生產線可靠性規范： 國際標準化組織ISO沒有發布過機器人自動化及生產線可靠性方面的國際標準，但美國有此方面的國家標準，我國可以參考這些先進國家的標準，研究制定我國可靠性評價方面的國家標準?？煽啃詷藴手贫ū容^困難，尤其零件的可靠性將建立在零件可靠性數據庫的基礎之上，零件可靠性數據庫的建設需要國家財力物力長期支持。

1.4 系統集成

生產過程計算機管理（MES）標準：近年來，SAC/TC159已制定了制造執行系統功能體系結構和企業控制系統集成等國家標準，也有一些行業（比如石化行業）制定了自己行業的MES標準。由于MES系統從工藝流程到生產組織方式，流程生產行業和離散制造行業都存在較大的差別， 所以在MES的具體實施上，行業特征非常明顯。因而可以研究為汽車整車生產企業提供涵蓋沖壓、焊裝、涂裝及總裝四大工藝的MES規范。

2 機器人自動化及生產線關鍵標準框架

“高檔數控機床與基礎制造裝備”自動化及生產線領域急需研究和制定的關鍵標準框圖如圖1所示。

圖1 機器人自動化及生產線關鍵標準框圖

3 工業機器人標準化需求分析

工業機器人是“高檔數控機床與基礎制造裝備”重大專項中重要的功能部件，它的標準化是生產線及自動化標準化的重要組成部分。機器人的國家標準由SAC/TC159/SC2制定，截至2010年共制定了17項國家標準和5項行業標準。制定國際機器人標準的國際組織有ISO/TC184/SC2和ISO/TC44（主要負責焊接機器人標準）。

“高檔數控機床與基礎制造裝備”標準項目里要需重點研究以下機器人標準：

3.1 基礎標準

主要由組成工業機器人技術共同語言方面的標準，如詞匯，術語符號等。工業機器人詞匯國家標準等同采用國際標準ISO 8373:1994，本標準已經不適應當前技術的發展，目前，ISO 正在修訂此項標準，我國專家也正在跟蹤此項國際標準，爭取早日修訂。

3.2 整機技術標準

整機技術標準重點是指有關整機的型號編制方法、通用及專用技術條件，如自動化及生產線中應用的新型工業機器人(如焊接標準)。此類標準的制定和修訂將為我國工業機器人的產業化在標準化方面提供技術支撐。

裝配機器人、弧焊機器人、噴漆機器人通用技術條件等標準：此類標準過去均參照原蘇聯的工業機器人標準制定，大部分標準標齡過長，引用標準陳舊，急需修訂。點焊機器人、弧焊機器人通用技術條件，將新增新型激光焊接機器人內容。噴漆機器人通用技術條件主要規范防爆裝置的內容。裝配機器人是高質量、高柔性、高效率完成自動裝配的理想手段，在汽車制造業它的需求逐年上升，目前，沒有裝配機器人的國際標準，瑞典和日本等國有自己的國家標準，我國有裝配機器人的行業標準，現在SAC/TC159/SC2正在制定裝配機器人的國家標準。

高溫鑄鍛機器人通用技術條件： 近年來，鑄鍛自動化生產在中國有了高速發展, 高溫鑄鍛機器人可用于鍛造生產和鑄件落砂等工作條件惡劣的場合，可以改善工人的勞動強度。目前尚無相關的鑄鍛工業機器人的技術規范，急需制定高溫鑄鍛機器人通用技術條件。

3.3 單元技術標準

此類標準主要指影響工業機器人功能和性能的技術及構件標準。本課題將在機器人控制器開放式接口和離線編程技術領域進行突破，填補國內標準空白。

機器人控制器開放式接口標準：隨著經濟的發展，人們對產品多樣化的要求越來越高。這就要求制造系統中的工業機器人能夠勝任不斷變化的任務，即功能柔性化。 要使機器人具有柔性，控制器必須是結構開放的，必須建立機器人控制器的開放式接口標準。目前機器人控制器的開放式接口標準國際國內標準空白。本標準將主要研究開放式工業機器人控制器硬件和軟件開放接口技術。

離線編成式機器人柔性加工系統：該系列標準將研究離線編程式機器人柔性加工系統的定義、技術要求、試驗方法等。將應用于噴涂、鑄件清理、塑料件加工等離線編程式機器人柔性加工系統。

3.4 性能測試標準

主要研究直接影響工業機器人的功能及性能和安全可靠性的有關標準，如工業機器人的各種位姿特性、軌跡特性、軌跡準確度和重復性、最小定位時間、靜態柔順性等各項性能指標的測試方法。此類標準對提高機器人產品的性能和可靠性至關重要。所以急需制修訂機器人性能測試標準及其配套的實施細則。

3.5 系統及支撐環境標準

圖2 機器人安全的標準和其他安全標準的關系圖

系統及支撐環境標準主要指直接影響工業機器人賴以工作的系統、周邊設置、工作的基本環境及系統集成方法標準。本課題主要研究工業機器人集成系統的安全要求。主要內容包括工業機器人的集成，安裝的特有危險和使用工業機器人要求等。

該系列標準是工業機器人領域最為關鍵的標準，對工業機器人在各種工業條件和工業環境中的安全措施、安全保障，提出了標準化要求。工業機器人集成系統安全與其他安全標準之間的關系如圖2所示。

4 工業機器人關鍵標準框架

需重點研究的工業機器人關鍵標準框架如圖3所示。

圖3 工業機器人關鍵標準框架圖

5 結束語

近年來，汽車工業對我國工業機器人應用的水平和規模起到了極大的牽引作用，也使我國的機器人應用水平躍上了一個新臺階。反之，工業機器人和機器人自動化生產線標準的研究和實施，也必將推動了汽車行業的快速發展，保證了其產品的質量和生產的高效。

[1] http://www.iso.org。

[2] 董欣勝,張傳思,李新.裝配機器人的現狀與發展趨勢[J].專題述評,2007,(8):1-4.

[3] ISO FDIS 10218-2.