工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用

文/王帥 周恩生

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等的推動(dòng)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日益成熟，在國(guó)內(nèi)外企業(yè)中都得到了一定的應(yīng)用，這種生產(chǎn)模式有著人工作業(yè)不具備的優(yōu)點(diǎn)，比如安全性更強(qiáng)、效率更高，因此也逐漸被大眾接受。在汽車工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人能夠完成搬運(yùn)、碼垛、焊接、噴涂等工作，大大降低了人力成本。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步拓寬。信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用提供了重要?jiǎng)恿?。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工重復(fù)性作業(yè)，不僅能夠提升生產(chǎn)質(zhì)量和安全性，還能降低對(duì)人力資源和物力資源的消耗，擴(kuò)大企業(yè)的綜合效益?；诖?，本文將通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的介紹，重點(diǎn)介紹其在智能制造中的應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人可以分為兩類，其中一類將工業(yè)機(jī)器人定義為能夠完成多項(xiàng)工作的可編程操作機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，完成指定操作。另一類將工業(yè)機(jī)器人看作是可重復(fù)編程，具備多種用途的操作機(jī)器，尤其是在搬運(yùn)和焊接等工序中應(yīng)用非常廣泛。

在現(xiàn)代企業(yè)的智能制造中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用融合了多種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，能夠憑借其高效益、軟件硬件結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)柔性制造、一體化智能制造。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)機(jī)械制造的模式，大幅提升了企業(yè)生產(chǎn)的效率，促進(jìn)了企業(yè)的創(chuàng)新，加快了其智能化、信息化、一體化的步伐。并且隨著工業(yè)機(jī)器人功能的持續(xù)拓展，將會(huì)推動(dòng)制造模塊化生產(chǎn)的進(jìn)程，這對(duì)于提升我國(guó)的工業(yè)制造水平具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍不斷拓展，在工業(yè)生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。因此，制造企業(yè)要考慮生產(chǎn)需求，選擇合適的工業(yè)機(jī)器人，逐步取代部分人工操作環(huán)節(jié)，減少誤差，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)提高企業(yè)生產(chǎn)效益的目的。

智能制造中工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

智能制造中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，具有較高的靈活度、生產(chǎn)效率高，且具有較強(qiáng)的可拓展性，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，受到制造企業(yè)的青睞。

靈活度較高

靈活度是衡量工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)的重要指標(biāo)，能夠在工業(yè)生產(chǎn)中反映出工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作的連貫性和靈活性。在具體應(yīng)用過(guò)程中，可以采用直線運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線等方式，對(duì)其靈活性進(jìn)行測(cè)試。另外，自由度也是表現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人靈活性的重要參數(shù)，具體指的是機(jī)械臂可以獨(dú)立移動(dòng)的關(guān)節(jié)數(shù)量。目前，工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中，可以將每個(gè)關(guān)節(jié)看作是獨(dú)立的伺服裝置，每根主軸都有一個(gè)服務(wù)器，機(jī)械臂需要在控制器的作用下，協(xié)同作業(yè)。相比于人工操作，靈活性更強(qiáng)，也能更為高效的完成相應(yīng)操作，滿足制造需求。

生產(chǎn)效率高

作為一種高科技的機(jī)械裝置，同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用可以取代傳統(tǒng)的手工制造，并且展現(xiàn)出快、準(zhǔn)、穩(wěn)的特點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也提高了生產(chǎn)效率，這主要是由于工業(yè)機(jī)器人可以在短時(shí)間內(nèi)完成重復(fù)作業(yè)，并且生產(chǎn)的精度比人工更高。工業(yè)機(jī)器人設(shè)置好程序后，會(huì)按照程序持續(xù)操作，期間也不會(huì)出現(xiàn)停頓，相比于人工，其生產(chǎn)效率更高，更可以滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，提高企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

可拓展性較強(qiáng)

傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)，工藝改進(jìn)和技術(shù)引入需要消耗大量的時(shí)間和精力對(duì)工人進(jìn)行培訓(xùn)考核，需要一定的周期才能保證新技術(shù)和設(shè)備的使用效果，不利于企業(yè)快速提升生產(chǎn)效益。

而應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行制造，能夠利用其可擴(kuò)展性，通過(guò)編程、自動(dòng)控制等方式，讓機(jī)器人的功能得以拓展，從而快速完成指定生產(chǎn)工序。在智能制造快速發(fā)展的今天，工業(yè)機(jī)器人通過(guò)編程拓展功能的這一特點(diǎn)，讓其更具生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可以根據(jù)需求，及時(shí)拓展內(nèi)容，增強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人的功能性，滿足生產(chǎn)需求。

工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用

智能制造過(guò)程中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，需要選擇合適的技術(shù)，打破傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的限制，提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

無(wú)人行車技術(shù)的應(yīng)用

智能制造過(guò)程中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，一個(gè)重要方向就是無(wú)人行車，當(dāng)前主要用于匹配庫(kù)位及調(diào)運(yùn)鋼卷，顯著提升工作效率并降低工作強(qiáng)度。傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)時(shí)，上述工作進(jìn)行過(guò)程中需要人工控制，合理利用吊運(yùn)技術(shù)，做好相關(guān)的信息傳遞工作，在這一過(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)問(wèn)題，從而影響正常作業(yè)的推進(jìn)。而應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人具備的無(wú)人行車功能，能夠完全突破工人控制的限制，按照既定的運(yùn)輸計(jì)劃，自動(dòng)完成庫(kù)位匹配和運(yùn)輸任務(wù)。并且工業(yè)機(jī)器人還能對(duì)運(yùn)輸計(jì)劃和行車路線進(jìn)行科學(xué)測(cè)算，保證最短運(yùn)輸距離和路程，從而減少對(duì)運(yùn)輸時(shí)間的消耗，提升生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)約更多的成本。企業(yè)應(yīng)用無(wú)人行車技術(shù)時(shí)，要考慮自身實(shí)際情況，制定合適的運(yùn)行方案，充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用，降低運(yùn)行成本，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

自動(dòng)貼簽與噴涂

工業(yè)機(jī)器人的貼簽功能也被廣泛應(yīng)用到當(dāng)前的智能制造中，在具體作業(yè)過(guò)程中，能夠快速準(zhǔn)確完成貼簽工作。相應(yīng)數(shù)據(jù)指令傳遞給數(shù)據(jù)系統(tǒng)后，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析會(huì)向工業(yè)機(jī)器人輸入相應(yīng)的指令，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)操作指令完成相應(yīng)動(dòng)作，會(huì)快速完成分析，之后執(zhí)行打印、拾取、貼簽操作，從而完成制定的貼簽工作。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工作業(yè)，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人開(kāi)展貼簽工作，實(shí)際工作效率高，且可以規(guī)避人為因素造成的錯(cuò)誤。而且單就貼簽效果分析，機(jī)器人貼的更為平整、結(jié)實(shí)。因此，智能制造的一個(gè)重要內(nèi)容，就是工業(yè)機(jī)器人貼簽，這已經(jīng)逐步成為企業(yè)的首選方式。

如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，操作十分繁瑣，對(duì)于質(zhì)量的要求也很高。若將其全部交由人工來(lái)完成，效率極低，而且存在很多返工問(wèn)題。但是利用工業(yè)制造機(jī)器人，可以通過(guò)對(duì)其內(nèi)部自動(dòng)化程序的提前設(shè)定來(lái)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，工業(yè)機(jī)器人能夠給聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)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，減小誤差，還能使質(zhì)量更加精細(xì)。在實(shí)際操作過(guò)程中，如果噴涂部位存在工藝問(wèn)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(duì)其工藝問(wèn)題展開(kāi)計(jì)算，針對(duì)噴涂思路和方法等就進(jìn)行改進(jìn)，以此解決問(wèn)題。

自動(dòng)搬運(yùn)

在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，存在大量的零部件搬運(yùn)工序，傳統(tǒng)的作業(yè)都是人工和設(shè)備配合完成，但隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，搬運(yùn)強(qiáng)度也成倍增加，人工的效率難以滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。面對(duì)這種情況，將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到產(chǎn)品和零部件的搬運(yùn)工序中，能夠大幅提升搬運(yùn)效率，并且降低作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)，有利于提升企業(yè)的綜合效益，推進(jìn)企業(yè)的智能化建設(shè)。

如汽車在生產(chǎn)制造企業(yè)中，汽車裝配時(shí)會(huì)涉及到很多小體積零件，可以通過(guò)工業(yè)機(jī)器人快速搬運(yùn)零件，減少人工來(lái)回操作。機(jī)械臂工業(yè)機(jī)器人模仿人體完成相應(yīng)物品搬運(yùn)，并將其運(yùn)送到相應(yīng)位置。操作人員通過(guò)操作面板輸入相應(yīng)指令后，機(jī)器人面對(duì)不同的指令會(huì)完成不同的動(dòng)作，從而滿足人們的生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益。

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，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)等等，而且即使任務(wù)難度、需求等增加，也不影響其完成工作的質(zhì)量和效率。近些年，隨著我國(guó)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(wú)法滿足生產(chǎn)要求。但是汽車裝配專用機(jī)器人能夠給按照程序設(shè)定對(duì)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、車窗以及座椅等的裝配與安裝工作。在具體安裝過(guò)程中，不僅誤差系數(shù)小、速度快，而且整體性能得到

焊接

焊接作業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工序，焊接作業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，并且焊接的質(zhì)量對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的質(zhì)量具有重要的影響。傳統(tǒng)的人工焊接需要工作人員具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況完成相關(guān)的作業(yè)，還要做好檢測(cè)工作，保證焊接效果，因此整個(gè)焊接作業(yè)需要消耗一定的時(shí)間成本和人力成本。目前將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到汽車制造領(lǐng)域中，能夠快速完成大量焊接任務(wù)，提升焊接的精準(zhǔn)性和焊接效果，有效避免人工作業(yè)的失誤。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展，焊接機(jī)器人智能化程度不斷提升，開(kāi)始逐步應(yīng)用弧焊技術(shù)，顯著提高焊接作業(yè)效率，降低人工作操作誤差產(chǎn)生的可能。

如在汽車工業(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(guò)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來(lái)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(duì)于質(zhì)量卻不能完全保證。但若將這些工作全部交由工業(yè)機(jī)器人來(lái)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)人工操作可謂精細(xì)，最關(guān)鍵省時(shí)省力。

機(jī)械加工

機(jī)械加工是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的重要方面。隨著我國(guó)工業(yè)化程度提升，各行各業(yè)生產(chǎn)中都在使用各種機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備都是由不同零部件組成，特別是大型特種設(shè)備，要求各零部件具有較高精度，對(duì)相關(guān)崗位人員要求較高，這些高端人才在很大程度上決定著以前工業(yè)的發(fā)展質(zhì)量。而如今，隨著工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世和應(yīng)用，在這些設(shè)備的加工作業(yè)中，控制人員可以將相關(guān)的參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)設(shè)備，利用機(jī)器人完成自動(dòng)化加工，不僅能夠確保加工精度，還能提升加工效率。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的流水線作業(yè)中，零部件裝配是非常重要的工序。對(duì)于我國(guó)的當(dāng)前大部分工業(yè)企業(yè)而言，依然需要人工完成零部件的裝配，但工作人員在長(zhǎng)時(shí)間工作后，會(huì)出現(xiàn)精力不濟(jì)等問(wèn)題，影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量?？紤]到這一問(wèn)題，目前越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人開(kāi)展裝配作業(yè)。要想實(shí)現(xiàn)上述目的，就需要合理應(yīng)用傳感器，借助傳感器完成相應(yīng)工作。如，利用視覺(jué)傳感器，工業(yè)機(jī)器人通過(guò)其分辨零部件，將其安裝到相應(yīng)位置，確保設(shè)備組裝的精確性；合理利用觸覺(jué)傳感器，其功能在于幫助機(jī)器人補(bǔ)償工件位置，減少裝備誤差，避免機(jī)器人之間出現(xiàn)碰撞問(wèn)題；力傳感器的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)Λ@取的數(shù)據(jù)信息對(duì)腕部受力情況進(jìn)行分析，從而控制操作力度，保證裝配質(zhì)量。相信隨著相關(guān)技術(shù)的日益成熟，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用成本會(huì)逐步降低，屆時(shí)機(jī)器人工智能制造中的應(yīng)用將會(huì)變得更加廣泛。

其他領(lǐng)域的應(yīng)用

借助工業(yè)機(jī)器人，能夠?qū)C(jī)械制造中原本極為復(fù)雜難處理的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化處理，促進(jìn)瓶頸問(wèn)題的快速解決。實(shí)際上，在機(jī)械制造和制造過(guò)程中，會(huì)牽扯到各種類型的數(shù)據(jù)計(jì)算，但是借助工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)@些復(fù)雜計(jì)算進(jìn)行快速處理，降低制造過(guò)程中的計(jì)算量和計(jì)算難度，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)精度。在開(kāi)展新型機(jī)械制造研發(fā)工作時(shí)，借助工業(yè)機(jī)器人的加持，能夠幫助制造師快速提升并優(yōu)化產(chǎn)品各項(xiàng)性能和指標(biāo)，使其達(dá)到制造規(guī)范要求，符合制造規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。在提升研發(fā)速度，節(jié)省科研時(shí)間，材料、資金等等的同時(shí)，幫助企業(yè)最大限度降低研發(fā)投入成本。另外，如果在進(jìn)行機(jī)械制造和制造過(guò)程中，將動(dòng)力學(xué)模型和工業(yè)機(jī)器人結(jié)合，能幫助制造人員在最短時(shí)間獲取關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、熱態(tài)等方面的重要數(shù)據(jù)信息；而如果將計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人結(jié)合，則能夠針對(duì)產(chǎn)品各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算，針對(duì)機(jī)械運(yùn)行中可能存在的隱患進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和規(guī)避，提升其運(yùn)行安全性。

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，其可涉及的范圍極為廣泛。而對(duì)制造師而言，任何形態(tài)、體積、功能的機(jī)械產(chǎn)品制造都可能涉及。但在針對(duì)大中型機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行制造時(shí)，所涉及的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其零部件的制造是整個(gè)制造工作中難度最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要制造師根據(jù)所制造機(jī)械產(chǎn)品的大小、用途、部位等對(duì)零件的型號(hào)、大小、樣式等進(jìn)行清晰規(guī)劃。傳統(tǒng)大中型機(jī)械產(chǎn)品在制造時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)零配件裝配問(wèn)題。究其根本，其內(nèi)部零部件太過(guò)繁多，生產(chǎn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，或者工人在裝配時(shí)出現(xiàn)工作失誤，對(duì)設(shè)備質(zhì)量和運(yùn)行效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。通過(guò)工業(yè)機(jī)器人能針對(duì)零部件裝配過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行快速檢查和發(fā)現(xiàn)，在裝配完成后，還能直接對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，幫助企業(yè)減少經(jīng)濟(jì)損失，提升生產(chǎn)效益。

綜上所述，在自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用到越來(lái)越多的領(lǐng)域，改變了我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的面貌，提升了我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，有利于推動(dòng)企業(yè)的轉(zhuǎn)型，助力我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但我們依然需要明確我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還有差距，因此需要做好高端精尖技術(shù)的研發(fā)，讓工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)的制造行業(yè)中發(fā)揮更大的價(jià)值。