基于工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線研究

李曉娜

（山東華宇工學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人逐漸走入大眾視野，為自動化生產(chǎn)線提供了新的發(fā)展方向。通過在自動化生產(chǎn)線中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，可以大幅提升工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)效率，降低廢品率，在確保產(chǎn)品加工質(zhì)量的同時，降低生產(chǎn)成本，為工業(yè)行業(yè)的長久發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與日俱增，市場競爭環(huán)境日漸復(fù)雜，制造行業(yè)的發(fā)展也將面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在這種發(fā)展背景下，工業(yè)機(jī)器人的引入，可以大幅提升制造業(yè)的自動化生產(chǎn)水平，加快行業(yè)智能化發(fā)展速度，幫助企業(yè)在競爭激烈的市場中占據(jù)一席之地，促進(jìn)制造業(yè)全面轉(zhuǎn)型，提升其經(jīng)濟(jì)效益。

1 工業(yè)機(jī)器人背景與技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人設(shè)計的最初目的是解放生產(chǎn)力、優(yōu)化生產(chǎn)線、幫助工業(yè)企業(yè)完成自動化生產(chǎn)，最終實現(xiàn)制造業(yè)的現(xiàn)代化操控，工業(yè)機(jī)器人是一種融合多種聯(lián)動機(jī)械為一體的裝置。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用，而工業(yè)機(jī)器人則是通過把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和機(jī)械生產(chǎn)相結(jié)合，把生產(chǎn)過程中的各種生產(chǎn)操作設(shè)置為自動化控制程序，形成一條基于工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線。在實際生產(chǎn)加工過程中，由于生產(chǎn)產(chǎn)品類型的不同，使用的工業(yè)機(jī)器人形態(tài)和功能也有所不同，這也給工業(yè)機(jī)器人提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。不但要求其具有較高的生產(chǎn)效率，還要具備占地空間小的優(yōu)勢，只有這樣才能滿足現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)的需求。所以，工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)部位，需要使用強(qiáng)度和腐蝕性過硬的不銹鋼材料，延長工業(yè)機(jī)器人的使用壽命。同時，使用電力驅(qū)動系統(tǒng)，為機(jī)器人的運轉(zhuǎn)提供強(qiáng)勁有力的動力支持，確保機(jī)器人可以快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行工作和運轉(zhuǎn)。除此之外，還要為機(jī)器人配置先進(jìn)的計算機(jī)系統(tǒng)，提升作業(yè)準(zhǔn)確度。

2 工業(yè)機(jī)器人簡述與特點

工業(yè)機(jī)器人是組成自動化生產(chǎn)體系的重要部分之一。工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)大體可以分為驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩種。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)改變了原本的生產(chǎn)加工模式，不但大幅提升了生產(chǎn)效率，同時也確保生產(chǎn)線的加工準(zhǔn)確率。由于工業(yè)機(jī)器人在投入使用前，就已經(jīng)被輸入編制好的程序和指令，所以也就賦予了機(jī)器人相當(dāng)于人腦的智慧，同時，內(nèi)在的驅(qū)動系統(tǒng)在實際工作中也發(fā)揮了肌肉和經(jīng)絡(luò)的作用，幫助機(jī)器人準(zhǔn)確實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)操作，確保各種操作任務(wù)能夠有效、準(zhǔn)確的執(zhí)行。

工業(yè)機(jī)器人最大的特點就是具有良好的自動化性能，在實際加工和生產(chǎn)過程中，可以通過自身的動力系統(tǒng)和編程操作，代替人力實現(xiàn)復(fù)雜化的工業(yè)生產(chǎn)操作。機(jī)器人的各種運轉(zhuǎn)都是通過事先編寫的程序來進(jìn)行，但是在實際操作中，如果有需要，也可以在線編程來修改相關(guān)指令，或者通過手動人工干擾來改變機(jī)器人的運轉(zhuǎn)。工業(yè)機(jī)器人參與的制造業(yè)生產(chǎn)與傳統(tǒng)人工生產(chǎn)相比，具有智能化、自動化的特點，生產(chǎn)作業(yè)效率更高，操作準(zhǔn)確度好，工業(yè)機(jī)器人的持久性工作能力更好，可以實現(xiàn)長時間、不間斷的精準(zhǔn)作業(yè)。

3 基于工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線構(gòu)建

3.1 運行方式

在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線建立過程中，首先要明確不同生產(chǎn)中的運行方式，以沖壓生產(chǎn)過程為例，把工業(yè)機(jī)器人運用到?jīng)_壓自動化生產(chǎn)過程中，首先要做的就是為工業(yè)機(jī)器人編制科學(xué)合理的工作流程，設(shè)定精準(zhǔn)的生產(chǎn)路徑，從而提升工業(yè)機(jī)器人的工作效率，確保工業(yè)機(jī)器人可以在沖壓自動化生產(chǎn)過程中安全可靠的運轉(zhuǎn)。由于工業(yè)生產(chǎn)包含了各種類型的自動化生產(chǎn)線，所以在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)模式和操作流程上都有所不同，而沖壓自動化生產(chǎn)線與其他工業(yè)生產(chǎn)相比，在工序要求上更為復(fù)雜。在實際生產(chǎn)中，主要包含垛料、拆垛和板料對中等流程，在完成板料對中后，可以使用上料機(jī)器人進(jìn)行放料操作，這樣可以大幅提升生產(chǎn)效率，確保后期沖壓操作順利進(jìn)行。在結(jié)束沖壓操作后，仍然可以通過下料機(jī)器人進(jìn)行取放料。由于不同生產(chǎn)工序要求不同，所以沖壓自動化生產(chǎn)的循環(huán)次數(shù)也有所不同。

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

對于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)而言，工業(yè)機(jī)器人的使用和引入已經(jīng)是勢在必行，同時，工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線也在不斷的優(yōu)化和完善，實用性和功能性也在不斷的增強(qiáng)。為了提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，工業(yè)機(jī)器人在控制系統(tǒng)的設(shè)計方面也要積極的創(chuàng)新，而工位設(shè)計精度則決定了控制系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性。舉例來說，在進(jìn)行汽車車架生產(chǎn)過程中，首先要做的就是根據(jù)生產(chǎn)流程來進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計，了解焊接工藝和施工標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實際工作標(biāo)準(zhǔn)要求確定焊縫和焊接點數(shù)量，從而使用相應(yīng)數(shù)量的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)加工。同時，為了滿足自動化生產(chǎn)需求，就要做好自動化操作系統(tǒng)編程。目前應(yīng)用的編程方式有示教器編程和軟件離線標(biāo)編程兩種，示教器編程指的是以機(jī)器人運動軌跡和運行路徑為基礎(chǔ)的一種編程語言，通過手動記錄的方法實現(xiàn)程序編程。軟件離線編程指的是通過計算機(jī)的建模和程序設(shè)計進(jìn)行預(yù)先編程，最終通過技術(shù)人員的調(diào)試和試運行實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計。

3.3 自動化生產(chǎn)線操控系統(tǒng)

自動化生產(chǎn)線操控系統(tǒng)指的是以機(jī)器人設(shè)備為核心技術(shù)的自動化生產(chǎn)流水線。其實質(zhì)是把自動化生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中，并結(jié)合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化和數(shù)字化。自動化生產(chǎn)操控系統(tǒng)主要包含遠(yuǎn)程控制方案、資源管理系統(tǒng)以及自動化柔性管理技術(shù)等。其中遠(yuǎn)程控制方案，可以通過先進(jìn)的通信系統(tǒng)技術(shù)、傳感技術(shù)等對機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)測與管控，便于調(diào)節(jié)整個生產(chǎn)流程，為工業(yè)生產(chǎn)的高效運行提供有力支持，最終實現(xiàn)生產(chǎn)線自動化調(diào)節(jié)與控制。資源管理系統(tǒng)是整個工業(yè)自動化生產(chǎn)線的倉庫，構(gòu)建了企業(yè)和制造工藝的連接橋梁，可以對工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行實時更新和提升，有利于建立一條完善、精準(zhǔn)的制造生產(chǎn)線，便于處理生產(chǎn)過程中的突發(fā)性臨時事件。由于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)流程復(fù)雜，所以，有必要使用自動化柔性管理技術(shù)來進(jìn)行信息管理，工業(yè)機(jī)器人通過配備的信息輸入、輸出模塊提升整個管理系統(tǒng)的可靠性，確保信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)高效、無縫銜接，便于對工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行開放性控制。

4 在自動化生產(chǎn)線中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

4.1 焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中應(yīng)用的典型代表，目前經(jīng)常使用的是弧焊焊接機(jī)器人和激光焊接機(jī)器人兩種。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，汽車制造業(yè)是使用焊接機(jī)器人最多，也是使用效果最好的行業(yè)之一。由于在汽車生產(chǎn)過程中焊接點數(shù)量較多，如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的人工焊接方式，不僅工作效率低，還會對工作人員身體健康和汽車質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。而焊接機(jī)器人的使用，不但可以減少焊接工作人員的工作壓力，還能提升工作效率，降低生產(chǎn)成本。近年來，隨著焊接機(jī)器人的不斷發(fā)展成熟，在汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛的領(lǐng)用，并且多年的實踐表明，工業(yè)機(jī)器人的使用大大提升了相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)水平。

4.2 裝配機(jī)器人

在工業(yè)自動化生產(chǎn)線中，裝配機(jī)器人也是重要的組成部分之一，它在生產(chǎn)過程中主要擔(dān)任了裝配的角色。裝配機(jī)器人相比較于其他工業(yè)機(jī)器人，在設(shè)計原理和組成結(jié)構(gòu)方面有很大的不同，是一種更為高端的科技類產(chǎn)品。裝配機(jī)器人不僅利用了現(xiàn)代先進(jìn)的微電子技術(shù)，還融合了通信技術(shù)和自動化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，所以如果對裝配機(jī)器人能夠科學(xué)合理的使用，就能大大提升工作準(zhǔn)確度，有利于資源的整合利用。比如在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域中，大量細(xì)小繁雜的零件在組裝過程中，如果使用裝配機(jī)器人，可以有效的提升工作效率，確保裝配準(zhǔn)確度。如果使用人工裝配，那么就不可避免地會受到經(jīng)驗和技術(shù)水平的影響，導(dǎo)致裝配工作產(chǎn)生誤差，不但影響了整體施工質(zhì)量，還降低了生產(chǎn)加工效率。

4.3 搬運機(jī)器人

在自動化生產(chǎn)過程中，另一個經(jīng)常使用的工業(yè)機(jī)器人就是搬運機(jī)器人，它可以實現(xiàn)快速的流水搬運作業(yè)。通常工業(yè)機(jī)器人有著較為靈活的安裝空間，但是搬運機(jī)器人與其他工業(yè)機(jī)器人相比，通常會安裝在末端執(zhí)行器上，通過傳達(dá)不同的工作指令，來實現(xiàn)搬運的相關(guān)操作，這樣可以大大解放勞動力，在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時提高搬運作業(yè)效率。除此之外，通過搬運機(jī)器人在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用，還能大大提升行業(yè)市場競爭力，為國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有力支持。

5 工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)技術(shù)得到進(jìn)一步的完善和優(yōu)化，在制造業(yè)加工生產(chǎn)過程中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，使得工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了新的發(fā)展階段。未來工業(yè)機(jī)器人將朝著更加智能化、自動化的方向發(fā)展，相關(guān)人員在工業(yè)機(jī)器人的研究方向?qū)⒅饕性谌嵝詸C(jī)器人技術(shù)和情感類智能機(jī)器人上。同時，云技術(shù)和虛擬技術(shù)的發(fā)展也將給工業(yè)機(jī)器人提供新的發(fā)展思路。也就是說，性能更加完備，技術(shù)水平更加優(yōu)良的工業(yè)機(jī)器人將會應(yīng)用到制造業(yè)加工生產(chǎn)中，為工業(yè)生產(chǎn)打造出一個全新的智能化時代。但是越來越多工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，將會導(dǎo)致越來越多的人面臨著失業(yè)問題，尤其是對于我國這樣人口眾多的國家來說，如何平衡好人工與工業(yè)機(jī)器人的競爭關(guān)系，將是當(dāng)前社會發(fā)展面臨的主要問題之一。所以，要想使工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)技術(shù)更好的發(fā)展，注重人與工業(yè)機(jī)器人的競爭，使兩者可以協(xié)同合作，促進(jìn)社會發(fā)展進(jìn)步。

6 結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)勢在必行，它不但在一定程度上解放了勞動生產(chǎn)力，同時也給工業(yè)提供了一個新的發(fā)展方向。所以，在新時代的發(fā)展背景下，制造業(yè)應(yīng)該充分利用工業(yè)機(jī)器人的自動化優(yōu)勢，提升生產(chǎn)作業(yè)效率，以便為制造業(yè)的長久發(fā)展打好基礎(chǔ)。