關(guān)于機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

摘 要：機電一體化是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一項關(guān)鍵技術(shù)，通過對該技術(shù)的應(yīng)用，可以促進焊接生產(chǎn)向著自動化和智能化的方向發(fā)展，實現(xiàn)對傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的改造升級。本文從焊接機器人和生產(chǎn)線兩個方面對機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了探討，希望對焊接生產(chǎn)工作能夠有所裨益。

關(guān)鍵詞：機電一體化；焊接生產(chǎn)；焊接機器人

中圖分類號：TG409；TH-39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0172-02

Analysis of the Application of Mechatronics in Welding Production

WANG Feifei

（Xinxiang Vocational and Technical College，Xinxiang 453006，China）

Abstract：Mechatronics is an indispensable key technology in modern industrial production. The application of this technology can promote the development of welding production towards automation and intelligence，and realize the transformation and upgrading of traditional welding production system. This paper discusses the application of mechatronics in welding production from two aspects of welding robot and production line，hoping to provide some reference for welding production.

Keywords：mechatronics；welding production；welding robot

0 引 言

在當(dāng)今世界，機電一體化已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的一項關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用，促進了生產(chǎn)系統(tǒng)向著自動化和智能化的方向發(fā)展，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的改造升級。而焊接作為現(xiàn)代化制造中的一項基礎(chǔ)工藝手段，也亟需進行技術(shù)升級，這就為機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了契機。事實上，現(xiàn)代化的焊接生產(chǎn)已早已擺脫了手工操作的模式，它已經(jīng)發(fā)展成為了一種精密加工手段，通過將機器人、智能化生產(chǎn)線與焊接工藝進行集成應(yīng)用，能夠解決傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)存在的質(zhì)量控制難、生產(chǎn)效率低等問題，在使人們獲得高質(zhì)的產(chǎn)品焊接和高效的生產(chǎn)節(jié)奏方面具有重要意義。本文從機器人和智能生產(chǎn)線兩個方面對機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了探討，希望能對推動焊接生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

1 機電一體化概述

所謂機電一體化是指從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化控制技術(shù)以及傳感器技術(shù)等進行綜合應(yīng)用，從而達到對系統(tǒng)各個功能模塊的合理組織和優(yōu)化配置，進而使生產(chǎn)系統(tǒng)運行最佳化的系統(tǒng)工程技術(shù)。從上述定義不難看出，機電一體化是一個綜合性的概念，它不僅涉及到眾多先進技術(shù)的集成應(yīng)用，還包括落實這些技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品，即機電一體化技術(shù)產(chǎn)品。機電一體化已經(jīng)成為了目前工業(yè)界發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)，它帶動很多傳統(tǒng)工業(yè)實現(xiàn)了升級改造。在“工業(yè)4.0”等先進理念的影響下，在“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略實施的關(guān)鍵階段，機電一體化還在不斷地被賦予更多新的內(nèi)涵，這些決定了產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的過程中離不開機電一體化的應(yīng)用。

機電一體化是一項系統(tǒng)工程技術(shù)，它是很多先進科技融合應(yīng)用的成果，經(jīng)過實踐發(fā)展，衍生出了幾項核心技術(shù)。下面將對機電一體化的主要核心技術(shù)進行簡單介紹：第一，機械技術(shù)。機電一體化是“機”和“電”的有機結(jié)合，而“機”主要指代的就是機械設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)，所以機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)。目前為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)機電一體化的發(fā)展趨勢，機械技術(shù)也更加注重對各種高新技術(shù)的應(yīng)用，力求在結(jié)構(gòu)、材料以及性能上實現(xiàn)優(yōu)化，縮小體積、提升穩(wěn)定性和性能。第二，計算機信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機電一體化系統(tǒng)涉及各種信息數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、計算分析以及決策等功能，這些功能的實現(xiàn)離不開計算機信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。第三，系統(tǒng)技術(shù)。機電一體化的本質(zhì)是一門工程系統(tǒng)技術(shù)，它是相關(guān)高新科技綜合應(yīng)用的結(jié)果，離不開系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。只有從系統(tǒng)和全局的角度出發(fā)，將生產(chǎn)系統(tǒng)分解成若干功能的模塊，對這些模塊進行合理組織和優(yōu)化配置，才能促使生產(chǎn)系統(tǒng)的運行效益得到最佳。第四，自動控制技術(shù)。機電一體化與傳統(tǒng)的人工操作模式有著顯著差異，這種差異的一個重要體現(xiàn)就是自適應(yīng)控制，包括對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時調(diào)節(jié)、對系統(tǒng)設(shè)備進行自動校正、對生產(chǎn)加工質(zhì)量進行自動檢測和誤差補償?shù)龋@些也都是自動控制技術(shù)的研究應(yīng)用領(lǐng)域。最后，傳感器技術(shù)。自動化生產(chǎn)的一個最大特點就是構(gòu)建了閉環(huán)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，而制造過程感知是搭建閉環(huán)控制的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也是進行閉環(huán)控制決策的依據(jù)。所以通過傳感器尤其是多傳感器集成方面的應(yīng)用，對獲得生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)感知非常重要。

2 機電一體化在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 焊接機器人

焊接機器人是機電一體化在焊接生產(chǎn)中的一個典型應(yīng)用，是完成現(xiàn)代化焊接作業(yè)的重要機電產(chǎn)品，也是很多現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成單元。焊接機器人自誕生以來經(jīng)過了多代發(fā)展。早期的焊接機器人因為無法對生產(chǎn)環(huán)境和加工結(jié)果進行有效感知，僅僅是對工人的操作方式進行再現(xiàn)，存在一定的質(zhì)量誤差問題。在此基礎(chǔ)上，誕生了具有一定感知能力的焊接機器人產(chǎn)品，這類產(chǎn)品往往集成應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，可以對外在環(huán)境和生產(chǎn)質(zhì)量進行測量感知，但不具備自行決策功能。目前發(fā)展出的最新一代的智能焊接機器人，不僅具有感知功能，還能根據(jù)所處環(huán)境進行一定程度的自行決策，即按任務(wù)進行動作規(guī)劃和自適應(yīng)編程。這也是當(dāng)前焊接機器人研究的熱點前沿領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)不同，焊接機器人的應(yīng)用開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式。它使得單件、小批量生產(chǎn)也可以依靠機器實現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備依據(jù)專用設(shè)計，僅適用于中、大批量生產(chǎn)的缺陷。焊接機器人的應(yīng)用還彌補了人工操作的缺陷。因為焊接生產(chǎn)環(huán)境往往都比較惡劣，工人在這種環(huán)境下長期作業(yè)很容易產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致人工焊接的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性受到影響。焊接機器人不會疲勞，它可以不間斷地進行作業(yè)，不僅生產(chǎn)效率極高，而且工作狀態(tài)和焊接質(zhì)量都可以維持穩(wěn)定，極大地改善了生產(chǎn)條件。

按照實際用途分類，焊接機器人又可以進一步被細分為點焊機器人和弧焊機器人兩類，下文對這兩類焊接機器人進行了詳細探討：第一，點焊機器人。該類機器人主要是為了實現(xiàn)點焊操作的自動化，其運動方式主要是點位控制，如圖1所示。與人工點焊作業(yè)相比，點焊機器人可以根據(jù)程序規(guī)劃的路徑迅速完成多點定位，具有定位精度高和焊接質(zhì)量好的優(yōu)點。第二，弧焊機器人。這種機器人的受控運動方式是基于連續(xù)軌跡的，在焊接操作中，焊槍可以按照預(yù)期規(guī)劃的軌跡和速度運行，進而形成焊縫。

在現(xiàn)代化的生產(chǎn)系統(tǒng)中，點焊機器人和弧焊機器人一般會進行結(jié)合應(yīng)用，比如將兩者同時應(yīng)用在一個工站上進行協(xié)同作業(yè)。這樣的應(yīng)用方式更加利于組成柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠?qū)Σ煌愋偷墓ぜM行高效加工。

2.2 焊接生產(chǎn)線

焊接生產(chǎn)線是將焊接作業(yè)過程中需要的各種上料、卸料、焊接以及無損檢測等設(shè)備進行集成，并按照焊接操作的工藝流程進行有序排列而形成的機電一體化作業(yè)線。焊接生產(chǎn)線主要可以分為剛性和柔性兩種。前者屬于傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)線，其設(shè)備一般是根據(jù)專用化進行設(shè)計，雖然在單獨工序上實現(xiàn)了自動化，但缺乏靈活性，不能很好地適應(yīng)單件、小批量的生產(chǎn)模式；后者屬于典型的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，它通過不同設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，可以滿足工件變位等復(fù)雜作業(yè)需求，能夠很好地適用小批量、多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)方式，對快速響應(yīng)市場需求具有重要價值。

柔性焊接生產(chǎn)線是目前焊接生產(chǎn)線的一個主要發(fā)展趨勢。在柔性焊接生產(chǎn)線中，控制主站可以對焊接生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)進行信息采集，進而實時地掌握生產(chǎn)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)過程進行合理調(diào)度和優(yōu)化，可達到生產(chǎn)效益的最大化。柔性焊接生產(chǎn)線的工作單元大量采用機器人和計算機控制協(xié)同作業(yè)的模式，方便對不同工件進行高效加工。

3 結(jié) 論

目前隨著智能化技術(shù)的應(yīng)用水平在工業(yè)生產(chǎn)中不斷提升，將焊接生產(chǎn)線與智能化技術(shù)進行深度融合，必將促使柔性焊接生產(chǎn)線向著更加智能化的方向發(fā)展，這必將會給制造業(yè)帶來巨大的變革。

參考文獻

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作者簡介：王飛飛（1981.04-），女，漢族，河南濟源人，畢業(yè)于河南科技學(xué)院，講師，本科。研究方向：機電。