基于工業機器人的智能制造生產線設計方法

付保英

（鶴壁職業技術學院 河南省鶴壁市 458030）

隨著時代的進步，我們的生產和生活都日益進入了科技的時代。在生產加工種，為了更好的提升效率，滿足市場需求，智能化工廠、智能化生產線已成為必然的趨勢。這就促進了工業智能化，設備智能化和生產力智能化的發展。作為工業生產的基礎，對產品的制造和運輸實現智能化管理顯得更加迫切。在工業智能化發展的同時，工業機器人具有可持續操作性，在保證日常維護和保養的前提下可以進行24小時高效工作，使用壽命也遠遠超過10年，是目前運用到智能制造生產線中最廣泛的用具之一。許多行業在進行工業生產制造過程中均選擇使用工業機器人完成諸如分揀、跟蹤、搬運、裝配和儲存等復雜任務。隨著現代制造業中工業機器人技術的成熟和生產線的智能化，在現代智能制造生產線中得到了廣泛的應用。

1 工業機器人的結構和特點

1.1 工業機器人

工業機器人是運用在工業生產中的一種可通過技術人員手動操控或系統智能操控的一種機械手，他可以通過系統設置自由活動完成系統下達的指令。并能憑借自身的能源和控制力實施產品的創造和制造。在智能制造生產線中，需要提前編輯好程序，根據提前下達的指令行駛生產。

1.2 工業機器人的結構

工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三大部分組成。主體部位具有強大協調運作能力，可模擬人體完成抓握、提舉、分離、放置等操作。驅動器相當于人的運動神經，是操控器械運動的重要組成部分。工業機器人的控制系統是下達命令和指令的重要樞紐，可以決定工業機器人各項功能協調合作運行的主要因素。控制系統通過提前的程序編程對對驅動器下達行動指令，進行操控。驅動系統通過接收控制系統發送的命令信號，驅動元件產生相應的動作并與執行器合作完成各種操作任務。

1.3 工業機器人的特點

工業機器人具有較高的智能制造水平，可以根據自身的能源完成系統或人工操控下達的指令和動作。在工業生產線中，很多復雜的環境人工操作起來非常的麻煩，但是應用工業機器人處理就能很好的解決此類問題。它對于復雜的環境復雜的動作都有很好的應對性。工作人員只需提前編寫程序或者手動操控既可以完成工作。工業機器人在使用時間上更為持久，工作時間更多，對于相關工作可以做到更加準確無誤。在保證日常維護和維修對情況下，工業機器人可以全天不停歇對進行工作。這極大對提高來工作效率，提高來生產量。

1.4 工業機器人的應用

目前的智能制造生產線中，工業機器人主要負責技能和運輸方面的工作，在技能工作上主要負責的是焊接、繪制、信息收集、裝配、定位、產品測試等。在運輸方面比如包裝、堆垛、傳輸等。通過運用工業機器人實施工作提高了生產的效率、速度和準確性，為智能制造生產線帶來了便利。

2 智能制造生產線

通過使用SolidWorks軟件，根據智能制造生產線各組單元的相關性能參數及結構尺寸，對其進行空間布局，將各單元擺放的位置進行調整優化。Visual Component其功能可以對數控機床、機器人相關附屬設備運行情況進行仿真操作，擁有著良好的智能制造設備模型，進而利用該軟件就能夠建立出貼合實際的智能生產線以及運動的仿真模擬，找出其中不足便可優化。Visual Component 軟件模型庫中擁有著加載機床、機器人、夾具、傳送帶等一些零部件，通過這些工具搭建出相對真實的虛擬化生產線設計，從而編寫相對應的程序對生產線進行調整，進而驗證智能制造生產線的實際運行效果同時便于優化。

利用空間布局與Visual Component 軟件的仿真模擬效果相結合，就可以實現對實際生產線進行相對應布局與組建。組建的智能制造生產線。通過對智能制造生產線的測試實驗，可以明顯看出其生產線可以更高的完成壓縮機殼體的自動化加工，并同時可以在加工過程中對其進行實時監控。據統計分析，智能制造生產線相比于傳統加工模式的工作效率來說，足足提高了30%以上。

3 工業機器人在智能制造生產線的應用范圍

（1）目前工業機器人在智能制造生產線的應用中主要以機械制造工業為主，主要工作內容包括鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切割和機械裝配等自動化生產環節，以及用于空白制造、加工、裝配、檢驗和包裝等不同工序的集成電路。

（2）工業生產往往具有較高的風險，而勞動強度也比較高。在一些工業生產環境中，利用工業機器人代替人組成智能生產線，完成各種復雜的生產活動。完成不同的工業任務。智能化生產線是一種輸送系統和控制系統，它自動連接一套自動化機床和輔助設備，在一套智能制造生產工作流程中，通過系統設置，機器相互協作完成工作。

4 智能制造生產的全部過程

4.1 智能制造系統運作方式

在智能制造生產線上，為了保證機器人的正常可靠運行，第一步是設計工作流程、以及機器人精確的動作路徑，使其能夠安全有效地執行各種控制指令。不同類型的工業智能制造生產線在智能系統的編程、操控方式上是不同的。但普遍的機械智能生產線來說，普遍都需要堆垛、碼垛、運輸此類工作

4.2 智能制造系統組成部分

智能制造系統主要包括碼垛、裝卸、輸送、對齊和沖孔等幾個主要工序。相應地，沖壓智能生產線應包括開袋系統、進料系統和鋼絲尾輸送系統。工業機器人在城垛序列拆裝中的應用和自動化系統的建立，可以大大提高堆垛的效率和安全性。智能系統通常由剝離機、碼垛小車和自動噴油裝置組成。運用工業機器人可以保證日夜不停的生產。通過出口傳送帶傳送到中心倉庫，并通過進口傳送帶送至噴油機。堆垛車通常停在物料的上層，主要方便機器人裝卸物料。涂油過程是在拉延環節進行的，因此，板材的拉出率很大。涂層能有效地消除冷軋板上的滑線，不僅使表面符合要求，而且提高沖壓板的防銹性能。

4.3 智能制造系統生產線的控制

控制系統包括三個部分：數據層、物理層和人機交互平臺。數據層在整個系統中起著非常重要的作用，數據傳送和分析的效率直接影響系統的可靠性。數據層負責數據傳輸和分析。在工業智能制造中，物理層與設備之間的數據交換主要依靠現場總線。智能系統通過相關網絡設備監視網絡系統的對接，通過總控系統集中或分散的控制，通過這種方式可以在一定程度上避免因機器人的循環運動而引起的數據損壞，提高系統運行的穩定性。物理由控制站、操作站和現場控制層組成。它主要負責數據收集和遙感。大多數物理層設備都是開放型設備。系統可以實時地掌握各層設備的運行狀態，從而實現運動路徑的精確控制，提高動作執行的準確性。

4.4 智能制造系統生產線的安保系統

為了提高智能生產線的運行效果，必須采取一系列的安全防范措施，避免工業機器人的故障。雖然智能生產線被劃分成不同的區域，并且它們的設備也在特定區域內，但許多設備都會有一些相關聯的情況。如果沒有合理的控制和部署，工業機器人就容易發生碰撞。由于控制系統的種類繁多，需要加強系統的日常部署，在智能系統生產線工作流程中，必須通過各種參數和計算及時調整工業機器人的工作和方法。智能省產線的保護可以通過硬件保護和軟件保護得到改善。例如，有必要通過硬件監測來加強系統的的抗干擾能力。此外，監控系統應保證數據傳輸過程中的屏蔽性，提高安全系數。

4.5 智能制造系統生產線的模擬仿真系統

智能制造系統可以通過提前設置生產線來縮短在制造過程中按安裝及調試的時間。工業機器人具有離線功能，我們可以利用其該項功能過模擬出工作速度以及在生產線中對運動軌跡和有效負荷。通過智能制造生產線中方針性對測試，可以避免在實操中現場操作中會遇到對問題及干擾，這樣既提高了生產對安全性又提高來生產線對可靠性。

5 以汽車輪轂制造為例分析智能制造生產線生產設計

本文以汽車輪轂制造為例，從產品的生產加工到質量檢測、包裝入庫各個環節中，展現在智能制造生產線中，整套輪轂生產制造過程。在整個的生產制造過程中運用了大量的現代化智能設備，以及工業機器人。完整的展現了工業機器人在智能制造生產中的應用。智能制造生產線在接到系統發來的訂單后，會先對倉庫內庫存進行清點，如果有成品的情況下會直接使用成品。直接使用運輸機器人對庫房內產品進行搬運，使其運送到物流配送系統中。如果在庫房內沒有訂單所需要的產品，智能制造生產線會根據產品所需要的原料通過智能傳輸系統對其進行傳送及生產加工。

（1）首先用坐標機器人對接收到的原料取出防止到相應的載具中，中控系統會根據系統指令對原料進行加工，通過智能控制系統，可以判定是否達到加工要求，如果達成要求的產品即可通過傳感器送往下一個環節進行生產加工。

（2）在傳送過程中，控制系統檢測到半成品的材料后會將材料通過智能小車運送到其他環節進行加工，不同的環節加工指令和生產要求也不同。這些生產標準和加工工序都是通過中控系統操作。加工中心只需根據中控系統發送的指令進行操作即可。

（3）加工中心的搬運機器人主要是對原料及加工半成品的搬運。在接收到搬運指令后，搬運機器人會將加工完成的產品放回智能運輸小車中。

（4）智能相機是對半成品的零部件進行判斷監測的工具，主要是判斷半成品是否符合加工標準，針對監測情況進行記錄，沒有通過監測的零部件會被智能手臂放置入回收站。合格的產品將會再次通過搬運機器人及智能小車的通力合作運送到下一加工環節。

（5）在智能制造生產線中進行二次加工工作的機器人，在接收到由運輸機器人傳送過來的產品時，會將這些產品進行二次的加工。在整個傳輸的過程中都是運用工業機器人負責的，這樣既節省時間又節省了人力成本。在輪轂加工完成之后，再次由工業機器人將其傳送到智能檢測中心，通過智能相機等高科技產品對其進行二次的質量檢測。

（6）產品最終由監測系統對其進行最后的質量檢測，監測合格的產品會用機器人在其上面張貼合格標識，在進行產品的包裝和入庫。

以上所有的工作和步驟全都是通過總控系統對現代化智能設備及工業機器人下達編程和指令，由智能設備和工業機器人協作完成的。

6 工業機器人在智能制造生產線設計中的注意事項

（1）在運行過程中，工業機器人在接近產品時，一定要注意把運動速度變慢，再行動軌跡及路徑上，惡意增加多個教點，以便增加工業機器人運動路徑的可控性。

（2）想要實現Z軸方向偏移的操作，在控制氣動手爪在抓緊工作時，可以使機器人垂直上升，這樣就可以了。但是一定注意不要讓機器人運行軌跡發生傾斜，從而產生碰撞。

（3）在智能制造生產過程中想要調整機器人的姿態時，需要盡快讓機器人在路徑上一邊運動一邊調整。

（4）當機器人離開工作區的時候，在編程過程中提前設計速度加快，這樣可以提升工作效率，加快工作時間。

7 結論

在智能生產線上，工業機器人還要進行一些系統化的設置，如通訊信號軟件品質，工具坐標系統設置，有效載荷的設置等等，工業機器人已經成為國內外智能制造生產線的主要生產力，越來越多的生產制造廠都將其引進運用到生產過程中。未來機器人的開發將越來越方便，他將變得更加智能化，在生活的各個領域得到更多的應用。本文基于目前智能制造生產線的設計為前提，從操作方式、系統組成和控制系統等方面對工業機器人智能制造生產線的建設策略進行了探討，旨在促進工業機械在智能生產線中的應用，提高我國工業智能生產水平。