工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用路徑

劉洪濤

（萊鋼淄博錨鏈公司，山東淄博 255167）

0 引言

在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，制造業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化。在自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛使用工業(yè)機(jī)器人，顯著提升了制造效率，促進(jìn)了制造行業(yè)的健康發(fā)展。為在自動(dòng)化領(lǐng)域更好地應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，應(yīng)著重培養(yǎng)工業(yè)制造人才，提高相關(guān)研發(fā)能力，提高企業(yè)市場競爭力。工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中優(yōu)勢顯著，具有較高的靈活性，切實(shí)滿足了生產(chǎn)需求。因此，有必要做好自動(dòng)化領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用研究，充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢。

1 工業(yè)機(jī)器人內(nèi)涵與特征分析

1.1 內(nèi)涵

工業(yè)機(jī)器人自由度較高，可以依靠自身動(dòng)力與控制能力自動(dòng)執(zhí)行操作命令，這也是其獨(dú)特的優(yōu)勢。工業(yè)機(jī)器人也可以接受人類指揮，按照預(yù)先設(shè)計(jì)程序執(zhí)行命令。在自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人可以快速輸入程序，依據(jù)機(jī)器人功能設(shè)置相應(yīng)信息，依據(jù)工作情況自動(dòng)提取信息，確保后續(xù)工作順利開展[1]。

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用控制功能可以控制運(yùn)動(dòng)速度與形態(tài)，也可以計(jì)算周邊信息，依據(jù)計(jì)算結(jié)果完成運(yùn)動(dòng)路線的設(shè)定，形成整體控制模式；工業(yè)機(jī)器人還具有自動(dòng)反饋功能，根據(jù)運(yùn)行路線變化不斷調(diào)整自身狀態(tài)和姿勢，及時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息共享，提高機(jī)器人運(yùn)行效果。

1.2 特征

工業(yè)機(jī)器人無法自主思考，不能自主進(jìn)行任何簡單的操作，但卻無條件執(zhí)行指示操作。對實(shí)踐應(yīng)用情況進(jìn)行分析，工業(yè)機(jī)器人有著顯著的優(yōu)勢，具體如下。

1.2.1 靈活性強(qiáng)

使用工業(yè)機(jī)器人時(shí)，需要提前設(shè)定參數(shù)與具體指令。不同行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，結(jié)構(gòu)形態(tài)不相同，較為常見的就是具有機(jī)械臂且能簡單移動(dòng)操作的機(jī)器人。根據(jù)工作性質(zhì)的差別，工業(yè)機(jī)器人主要分為焊接類、運(yùn)輸類、制造類等。在生產(chǎn)工作過程中，操作人員只需要輸入或調(diào)整數(shù)據(jù)就可以讓機(jī)器人投入生產(chǎn)，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，具有極高的靈活性。

1.2.2 效率較高

效率較高是工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢之一，可以從繁重勞動(dòng)中將人解放出來，提高工業(yè)生產(chǎn)效率，方便人們的工作生活。例如，以往使用運(yùn)輸機(jī)器人時(shí)，需要人工方式搬運(yùn)大型工業(yè)設(shè)備，實(shí)際工作效率偏低，還有可能損壞設(shè)備。工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人則可以長時(shí)間工作，不會感覺到疲憊，只要有充足能源供給就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的連續(xù)性工作，有著較強(qiáng)的生產(chǎn)效率[2]。

1.2.3 適用性廣

工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精密且安全，可以獨(dú)立預(yù)測故障并簡單處理，而且有著較高的運(yùn)算精度，能最大程度降低設(shè)備的故障產(chǎn)生率，避免因?yàn)楣收显斐傻娜藛T傷害。除此之外，工業(yè)機(jī)器人對外在環(huán)境要求不高，可以在偏遠(yuǎn)地方工作，或是進(jìn)行一些工人難以勝任的崗位，提高生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性，顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

2 自動(dòng)化領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢及影響因素

2.1 優(yōu)勢分析

相比于傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人有著顯著優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化，完成不同類型的機(jī)械加工，提高加工過程的安全性。

隨著工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，其中最具代表性的技術(shù)就是CNC 技術(shù)[3]。這一技術(shù)有著顯著的自動(dòng)化優(yōu)勢，向著無人化方向轉(zhuǎn)變，在機(jī)械加工過程中依賴計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)控制。工業(yè)機(jī)器人有著顯著優(yōu)勢，減少人為因素的影響，體現(xiàn)出自動(dòng)化領(lǐng)域的優(yōu)勢，促使其向著精準(zhǔn)化方向發(fā)展。還可以統(tǒng)一加工標(biāo)準(zhǔn)，減少誤差出現(xiàn)，有效控制自動(dòng)化領(lǐng)域企業(yè)生產(chǎn)成本。

當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)向著深層次方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)可以充分滿足各種切割消除工藝需求。自動(dòng)化技術(shù)豐富自動(dòng)化的各種復(fù)雜需求，如復(fù)雜外部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部各種幾何形狀。自動(dòng)化領(lǐng)域過程中操作人員雖然起著重要作用，但不需要手把手操作設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就可以完成操作。在這一模式下，意味著操作人員處于相對安全的環(huán)境中，減少可能出現(xiàn)的安全事故。傳統(tǒng)的重復(fù)性體力勞動(dòng)被機(jī)械取代，確保加工出質(zhì)量一致的產(chǎn)品，切實(shí)滿足機(jī)械生產(chǎn)需求。

2.2 影響因素

2.2.1 軟件因素

在自動(dòng)化領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人硬件的運(yùn)行需要通過軟件控制解決日常運(yùn)行中出現(xiàn)的異常情況。但在實(shí)際工作中，如果軟件不夠規(guī)范，工業(yè)機(jī)器人將難以在系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)問題，最終導(dǎo)致系統(tǒng)故障的發(fā)生，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2.2 人為因素

工業(yè)機(jī)器人的安全性還容易受到人為因素的影響，但智能機(jī)器人在運(yùn)行的過程中，需要由專業(yè)的技術(shù)人員完成日常的管理和維護(hù)工作。技術(shù)人員的專業(yè)水平和檢修管理制度的落實(shí)也會影響系統(tǒng)的安全性。施工時(shí)容易出現(xiàn)步驟與質(zhì)量沖突的問題，此時(shí)就需要專業(yè)人士進(jìn)行協(xié)調(diào)[4]。

2.2.3 硬件因素

工業(yè)機(jī)器人具有很多的硬件設(shè)備，包括繼電器等，這些設(shè)備的材料不合格也會影響裝置功能的發(fā)揮，進(jìn)而影響工業(yè)機(jī)器人的安全穩(wěn)定性。因此，在購買設(shè)備時(shí)，需要重視材料的檢驗(yàn)工作，保證設(shè)備材料符合規(guī)定，切實(shí)發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用。自動(dòng)化過程中要將安全放在首位，例如，安裝電線過程中安裝保護(hù)套，安裝時(shí)電線外層與外界不要摩擦，保護(hù)電線外層配電箱選擇防火防爆材料。

3 自動(dòng)化領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用路徑分析

在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，要打破傳統(tǒng)模式的限制，切實(shí)發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用，具體措施如下。

3.1 依據(jù)生產(chǎn)需求選擇合適的工業(yè)機(jī)器人

在自動(dòng)化領(lǐng)域，要選擇適應(yīng)環(huán)境的工業(yè)機(jī)器人，確?？刂乒δ艿陌l(fā)揮，滿足專業(yè)化的生產(chǎn)需要。在條件相對惡劣的環(huán)境中，工業(yè)機(jī)器人安裝之后會出現(xiàn)不同程度的問題。對于自動(dòng)化領(lǐng)域而言，如果需要保證數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，需要選擇適用性較強(qiáng)的工業(yè)機(jī)器人，也就是說需要保證工業(yè)機(jī)器人對惡劣環(huán)境的耐受性。盡管主動(dòng)測量工業(yè)機(jī)器人和數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域，但在實(shí)際應(yīng)用中，該工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng)容易受到外界因素的影響，其中電子元件對環(huán)境參數(shù)的要求相對較高。因此，工業(yè)機(jī)器人，如果不能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境，就會影響其功能的發(fā)揮[5]。

為實(shí)現(xiàn)高精度控制的目的，需要采用自主的測量系統(tǒng)，保證系統(tǒng)能夠獨(dú)立開展數(shù)據(jù)采集，同時(shí)還能夠根據(jù)系統(tǒng)指令調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而更好地滿足自動(dòng)化系統(tǒng)的需要，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在工業(yè)機(jī)器人的日常使用過程中，需要及時(shí)了解工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行過程中存在的錯(cuò)誤，有目的性地解決工業(yè)機(jī)器人中存在的問題，保證工業(yè)機(jī)器人的安全穩(wěn)定運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人還需要及時(shí)做好檢查和維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化控制存在的問題，嚴(yán)格按照型號開展專項(xiàng)檢查，并做好記錄工作。在開展采購工作時(shí)，需要重視對工業(yè)機(jī)器人質(zhì)量的評估，科學(xué)選擇符合生產(chǎn)環(huán)境的工業(yè)機(jī)器人。在安裝過程中，需要做好調(diào)試工作，并及時(shí)做好記錄，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)制造中的應(yīng)用

3.2.1 焊接環(huán)節(jié)應(yīng)用

在汽車工業(yè)制造中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最多的工種就是焊接處理，其中又以點(diǎn)焊和弧焊技術(shù)應(yīng)用最多。因此，工業(yè)機(jī)器人又被分為點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人兩類。鑒于汽車制造過程的復(fù)雜性，每輛車身上至少有4000 個(gè)焊點(diǎn)，甚至更多，如果將這些工作全部交由工人完成，不僅要耗費(fèi)極大的人力，其加工完成所要的時(shí)間也非常久，而且對于質(zhì)量也不能完全保證。但若將這些工作全部交由工業(yè)機(jī)器人完成，不論是點(diǎn)焊還是弧焊工業(yè)機(jī)器人，不僅能夠根據(jù)要求做到精準(zhǔn)控制、合理施工，而且能夠按照程序設(shè)置好的要求完美作業(yè)，保證質(zhì)量的同時(shí)提高效率，相比傳統(tǒng)人工操作效果更好，最關(guān)鍵的是省時(shí)省力。在自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，要意識到工業(yè)機(jī)器人對社會發(fā)展產(chǎn)生的深刻影響。相關(guān)技術(shù)人員需要考慮工業(yè)機(jī)器人使用過程中的安全性，采取有效預(yù)防措施避免出現(xiàn)信息泄露等安全問題。同時(shí)，利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，全面發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用。自動(dòng)化與工業(yè)機(jī)器人的有機(jī)融合，可以提高自動(dòng)化領(lǐng)域的處理效率[6]。

3.2.2 噴繪環(huán)節(jié)應(yīng)用

在汽車制造工藝中涉及很多噴涂工作，其中包含車身和很多零部件的噴涂，操作十分煩瑣，對于質(zhì)量的要求也很高。若將其全部交由人工完成，不僅效率極低，而且存在很多返工問題。但是利用工業(yè)制造機(jī)器人，可以通過對其內(nèi)部自動(dòng)化程序的提前設(shè)定完成快速噴涂工作，保證車身表面噴涂的勻稱性。最關(guān)鍵的是，工業(yè)機(jī)器人能聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，通過計(jì)算機(jī)對噴涂部位圖像信息進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，不僅能節(jié)約原材料，而且誤差更小，完成質(zhì)量更高。在實(shí)際操作過程中，如果噴涂部位存在工藝問題，機(jī)器人內(nèi)部的操控系統(tǒng)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并針對其工藝問題展開計(jì)算，對噴涂思路和方法等進(jìn)行改進(jìn)，解決噴涂工藝問題。此外，工業(yè)機(jī)器人需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的服務(wù)內(nèi)容，提供更多個(gè)性化服務(wù)項(xiàng)目。

3.2.3 裝配環(huán)節(jié)應(yīng)用

相比普通工人，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行汽車整體裝配，不僅專業(yè)化水平更高，而且精確程度明顯提升。最關(guān)鍵的是，汽車裝配專用機(jī)器人能夠應(yīng)用于各種不同工作環(huán)境，比如高溫環(huán)境、低溫環(huán)境、高空作業(yè)等，而且即使任務(wù)難度高、需求量大，也不影響其完成工作的質(zhì)量和效率。近些年，隨著我國汽車制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及生產(chǎn)水平的大幅度提升，很多零部件的體積不斷縮小、性能不斷優(yōu)化、產(chǎn)量不斷增加，單純的人工裝配已經(jīng)不能滿足其在精度方面的要求，而且人工裝配費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法滿足生產(chǎn)要求。但是汽車裝配專用機(jī)器人能夠按照程序設(shè)定對汽車零配件進(jìn)行完美組裝，包括車座電池、儀表、方向盤、車燈、車窗以及座椅等。在具體的安裝過程中，不僅誤差系數(shù)小、速度快，而且整體性能更高[7]。

3.3 做好工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的安全管理

補(bǔ)丁管理一旦發(fā)現(xiàn)安全漏洞就要及時(shí)解決，由此產(chǎn)生的安全更新需要跨越現(xiàn)有系統(tǒng)，及時(shí)部署，以減少攻擊者的可乘之機(jī)。在像工廠這樣工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場景中，向已經(jīng)部署的系統(tǒng)應(yīng)用補(bǔ)丁并不容易。首先，在大多數(shù)情況下，應(yīng)用軟件更新需要中斷生產(chǎn)，導(dǎo)致成本增加和工作延遲，帶來了不間斷熱修補(bǔ)操作系統(tǒng)和用戶空間應(yīng)用程序的挑戰(zhàn)；其次，大多數(shù)工業(yè)路由器和控制器沒有在發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)安全漏洞時(shí)自動(dòng)更新其固件的程序，為了避免將它們連接到互聯(lián)網(wǎng)，解決回歸問題的合理關(guān)切，以及在更新使得受控系統(tǒng)不可用的情況下避免可能的生產(chǎn)中斷，更新軟件的決定取決于客戶，軟件更新受客戶對安全問題的認(rèn)識以及客戶對網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)評估的影響。采用安全且有彈性的體系結(jié)構(gòu)，一種有效的防御方法是采用更安全的體系結(jié)構(gòu)提高攻擊門檻并降低其影響。在它們最基本的形式中，轉(zhuǎn)化為以最小特權(quán)原則設(shè)計(jì)系統(tǒng)，減少硬件和軟件組件之間的隱含信任，劃分系統(tǒng)，使得單個(gè)漏洞不足以造成完全的危害。此外，建議實(shí)施軟件簽名，以保證固件更新以及插件和附件軟件的完整性。

4 結(jié)語

在自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，需要全面衡量生產(chǎn)情況，制定合適的方案，切實(shí)發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用。為了充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢，考慮工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行需求與原理，優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)行模式，可以更好地為自動(dòng)化領(lǐng)域提供服務(wù)，滿足行業(yè)發(fā)展需求，推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的高水平發(fā)展。