基于工業機器人的自動化生產技術應用

■丁春艷 上海日立電器有限公司

一、引言

人口眾多、勞動力成本低廉是我國這幾十年制造業飛速發展的助推器。但是這幾年，用工荒問題越來越突現。根據國家統計局數據顯示，我國人口增長率1984年達到頂峰，2000年后開始迅速下降。到2017年，將出現負增長，“人口紅利”將消失，勞動力將越來越稀缺。2008年政府實施新勞動法后，勞動力成本大幅提升。這促使了一些大型勞動密集型制造企業轉移到勞動力成本更加低廉的東南亞各國。體育用品巨頭阿迪達斯、耐克相繼搬遷，關閉了其在中國的工廠。中國已經不再是一個廉價的制造國。經濟大環境發生了變化，國內制造企業更應重視提升生產線自動化水平，重視少人化精益改善。

2011年，富士康對外宣布將引入100萬臺“機器人”，開始大規模的在生產線推廣應用機器人。通過應用機器人自動化技術替代人工作業方式來實現減少生產人員數，消減人員定編，以此從根本上解決“用工荒”問題，緩減大幅上升的勞動力成本。

二、工業機器人應用發展

目前國內外機器人自動化技術發展迅速，應用非常廣泛。不同的機器人應用領域不同，尤其是工業機器人，在制造行業中廣泛應用。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，它可以按照預先編排的程序運行。工業機器人的應用主要目的在于削減人員編制和提高質量穩定性。日本素有“機器人王國”之稱，在1967年從美國引進第一臺機器人。1976年以后，隨著制造業的快速發展和市場需求急劇增加，日本當時勞動力顯著不足，工業機器人在企業里受到空前的歡迎，使日本工業機器人快速發展，大大減緩了勞動力匱乏的問題。目前美國、德國、法國等歐美國家工業機器人技術的發展也相當迅速。

據統計，當前在國內外各行業中工業機器人的使用情況分別是：焊接類占31%、上下料、搬運占28%、裝配占22%、其他如檢測、噴涂、沖壓等。就目前而言汽車行業機器人應用最為廣泛。汽車生產的各主要工藝環節：沖壓車間，車身焊接，油漆。發動機和變速箱制造以及總裝作業等車間均大量使用工業機器人，工業機器人在汽車制造廠中除總裝車間以外的其他車間已經在絕大多數工位上取代了人工作業，實現了無人作業。

常見機器人技術的應用：

1.焊接機器人的應用

焊接機器人是從事焊接工作的工業機器人。焊接機器人按照使用類型分為弧焊機器人、激光焊接機器人、點焊機器人等。在汽車制造行業，焊接機器人被廣泛使用。目前應用最多的還是點焊和弧焊機器人。據不完全統計，一輛整車的焊接點將近4000個。手工焊接不僅容易損害工人健康，且很難保證質量。焊接機器人可以替代人工，克服環境的影響，大幅度提高焊接速度和質量。焊接質量明顯優于人工，大大提高點焊質量的穩定性和作業的生產率。焊接機器人目前已廣泛應用在汽車制造業，汽車底盤、座椅骨架等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。圖1為豐田汽車焊接流水線，機器人點焊60秒可達到近30個焊接點。豐田的焊接流水線已經實現了無人化生產。

圖1 焊接流水線

2.裝配機器人的應用

裝配機器人是工業生產中用于裝配生產線對零件或部件進行裝配的工業機器人。它屬于高、精、尖的機電一體化產品，它是集光學、機械、微電子、自動控制和通訊技術為一體的高科技產品，具有很高的功能和附加值。裝配機器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統配套使用，主要用于各種電器的制造行業。現階段汽車上要求安裝的精度和速度也越來越高，且小配件越來越多，人工安裝已經很難滿足生產需求。用于裝配作業的機器人，在小到車門、儀表盤、前后擋板、車燈、電池、座椅的安裝，大到發動機的裝配等，發揮了越來越重要的作用，大大提高了汽車裝配的效率。

3.搬運機器人的應用

搬運機器人是可以進行自動化搬運作業的工業機器人。搬運機器人可安裝不同的末端執行器以完成各種不同形狀和狀態的工件搬運工作。搬運機器人可以被廣泛應用于各種行業。機床上下料、沖壓自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。搬運機器人可以不受行業工藝技術的限制，直接替代人工，大量節省勞力，實現少人化生產。圖2為搬運機器人操作崗位。通過應用1臺搬運機器人上下料，直接替代了4個人工。

圖2 搬運機器人應用

4.檢測機器人的應用

檢測機器人是可以對產品質量進行檢查的機器人。現在許多的生產流水線設有人工崗位，對產品進行全數檢查。檢測機器人可以通過視覺、光感、觸感等多傳感器對目標產品做出檢測判斷。目前主要應用于半導體、電路板、藥品包裝行業。

三、應用機器人的考慮要素

各行各業的要求盡相同，工業機器人也不能完全拿來就用。應用機器人不能盲目。在應用機器人之前，因從三個方面進行考慮：

1.技術依據

機器人不是一個單獨的個體，在生產線的應用需要考慮與原來設備的信息連接等配套技術改造問題；機器人替代后是否能夠達到原由的工藝節拍和產品特性要求；原由設備空間布局會不會受到限制，需要進行重新布局調整；工藝操作方式要不要進行變更等等一些問題。需要全面的考慮，合理的選擇方案。

2.經濟效益

使用機器人的目的主要還是為了節省人工，提高生產率。應用機器人就不得不考慮其財務投資回報率（ROI）情況。假設1臺機器人的購買成本和配套設備技術改造費是80萬元，可替代人工是2人。按目前人工成本8萬/年計算。

其投資匯報率即為：

每年的投資回報率為30%，當第4年時，可以收回全部的投資成本，實現利潤回報。工業機器人地投入可以得到很高的利潤回報。

3.人員因素

機器人替代后，員工的操作方式完全改變。不再進行簡單的重復性勞動，需要員工具備更高的機器人操作技能。比如機器人的示教、位置調整、故障排除、維護保養等。在應用機器人后公司必須重點培養相關的技術工人。

四、結束語

工業機器人技術是先進制造技術的典型代表，技術發展日趨成熟。它的應用不僅能改善勞動條件，減輕操作者勞動強度，而且還能減少人工，提高生產和穩定產品質量。其具有的優勢明顯。在現今我國勞動力越來越短缺，人工成本不斷上升的大環境下，工業機器人必將迅速發展，受到制造企業的青睞。工業機器人技術必將逐漸成為工廠自動化生產線的主要發展形式。

[1]李瑞峰.中國工業機器人產業化發展戰略[J].航空制造技術.2010(09)

[2]孫志杰,王善軍,張雪鑫.工業機器人發展現狀與趨勢[J].吉林工程技術師范學院學報.2011(07)

[3]鄂俊強,李志輝.一種新型汽車噴漆機器人[J].涂料技術與文摘.2011(02)

[4]陳立新.工業機器人在沖壓自動化生產線的應用[J].機械設計與制造.2010(10)

[5]王晨.基于機械臂的工業生產自動化自動化博覽.2013（01）

[6]于永初.汽車工業機器人[J].現代零部件.2010(02)

[7]朱彥齊,陳玉芝.淺談工業機器人在自動化控制領域的應用[J].職業.2010(08)

[8]萬鵬.工業機器人在汽車生產中的應用[J].品牌與標準化.2010(06)