智能制造中機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化控制研究

郭傳社

在科技飛速發(fā)展過(guò)程中，智能制造在推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展上發(fā)揮著巨大作用，在這一過(guò)程中機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)是主要應(yīng)用趨勢(shì)。應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)能夠保證生產(chǎn)過(guò)程更加高效，在減少生產(chǎn)成本的同時(shí)提升產(chǎn)品質(zhì)量，避免對(duì)人力資源過(guò)于依賴，而應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)能夠讓生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到精確控制的目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定性與可靠性目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。因此，研究機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化控制在智能制造中的應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)踐意義。

一、智能制造的基本概念與特點(diǎn)

（一）智能制造的定義與內(nèi)涵

智能制造的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是信息化。智能制造過(guò)程中對(duì)信息數(shù)據(jù)需求量比較大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理與分析，能夠讓生產(chǎn)過(guò)程得到實(shí)時(shí)監(jiān)控與優(yōu)化。二是自動(dòng)化。智能制造中應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備與技術(shù)，能夠提升生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制水平，保障生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。三是柔性化。在智能制造過(guò)程中，需要從市場(chǎng)實(shí)際需求出發(fā)，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃與工藝流程進(jìn)行有效調(diào)整，讓生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到柔性化要求。四是個(gè)性化。智能制造可以從客戶需求出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的定制化，從而達(dá)到市場(chǎng)的個(gè)性化需求。五是綠色化。智能制造將環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約放在主要位置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化后，能夠減少能耗與排放，達(dá)到綠色生產(chǎn)的目的。

（二）智能制造的關(guān)鍵技術(shù)

智能制造包含多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。一是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將生產(chǎn)設(shè)備、物料、產(chǎn)品等與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸與共享。二是大數(shù)據(jù)技術(shù)。在對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，將生產(chǎn)中的潛在價(jià)值挖掘出來(lái)，這樣決策才能獲得可靠支持。三是云計(jì)算技術(shù)。利用云計(jì)算平臺(tái)，能夠?qū)ιa(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中儲(chǔ)存與管理，從而減少企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施投資。四是人工智能技術(shù)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，能夠提高生產(chǎn)過(guò)程的智能化與決策水平。五是機(jī)器人技術(shù)。在機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化與柔性化控制。六是虛擬仿真技術(shù)。在虛擬仿真技術(shù)的支持下，能夠讓生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到模擬與優(yōu)化的目標(biāo)。

（三）智能制造的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

對(duì)智能制造來(lái)說(shuō)，主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)反映在以下幾點(diǎn)：一是有利于提高生產(chǎn)效率，在應(yīng)用自動(dòng)化與智能化技術(shù)的過(guò)程中，能夠保證生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行更加高效，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升的目標(biāo)。二是有利于降低生產(chǎn)成本。在對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，不僅能夠減少能耗與物料消耗，也能對(duì)生產(chǎn)成本的控制起到促進(jìn)作用。三是有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。在實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能優(yōu)化過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到穩(wěn)定性與可靠性的目標(biāo)。四是有利于縮短生產(chǎn)周期。通過(guò)靈活制定生產(chǎn)計(jì)劃與工藝流程，能夠促使生產(chǎn)產(chǎn)品的周期大幅縮短。五是有利于提高市場(chǎng)響應(yīng)速度。對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃與工藝流程進(jìn)行快速調(diào)整，能夠達(dá)到市場(chǎng)的個(gè)性化需求目標(biāo)。六是有利于減少環(huán)境污染，在應(yīng)用綠色生產(chǎn)技術(shù)的過(guò)程中，不僅能夠控制生產(chǎn)過(guò)程中的能耗與排放，也達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

二、機(jī)器人技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

（一）自動(dòng)化生產(chǎn)線

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，通過(guò)使用裝配機(jī)器人、焊接機(jī)器人以及搬運(yùn)機(jī)器人等，能夠讓生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到自動(dòng)化與高效化目標(biāo)。對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，能夠結(jié)合預(yù)設(shè)的程序完成精確操作，保證生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)提升，也能有效降低生產(chǎn)成本。以裝配機(jī)器人為例，在汽車制造中能夠快速準(zhǔn)確進(jìn)行零件的組裝，保證了生產(chǎn)過(guò)程的高效性。而焊接機(jī)器人在航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用，能夠完成高強(qiáng)度、高質(zhì)量的焊接作業(yè)。搬運(yùn)機(jī)器人主要在倉(cāng)庫(kù)、工廠等場(chǎng)所應(yīng)用，能夠?qū)ω浳镞M(jìn)行自動(dòng)搬運(yùn)，從而達(dá)到減輕人力勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。

（二）智能倉(cāng)儲(chǔ)與物流

近年來(lái)我國(guó)智能制造行業(yè)發(fā)展速度很快，也讓物流行業(yè)面臨著巨大挑戰(zhàn)。機(jī)器人技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)與物流領(lǐng)域應(yīng)用，能夠?yàn)榻鉀Q以上問(wèn)題提供新的思路。以自動(dòng)引導(dǎo)車為例，能夠在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航，完成對(duì)貨物的搬運(yùn)、分揀以及上架等工作。在無(wú)人化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，能夠保證倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存密度與作業(yè)效率實(shí)現(xiàn)提升，并達(dá)到降低人力成本的目的。而應(yīng)用無(wú)人機(jī)、無(wú)人車等新型物流方式后，也為智能制造行業(yè)的發(fā)展提供了高效且快速的配送服務(wù)。在智能物流系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，既能夠減少配送的時(shí)間，還能控制運(yùn)輸成本，保證智能制造的順利進(jìn)行。

（三）柔性制造與定制化生產(chǎn)

近年來(lái)，消費(fèi)者需求表現(xiàn)出多樣化與個(gè)性化特點(diǎn)，對(duì)柔性制造與定制化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，也是未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，機(jī)器人在這方面具有很大的應(yīng)用潛力。對(duì)機(jī)器人采取編程與調(diào)整的方式，能夠?qū)Χ喾N產(chǎn)品進(jìn)行快速切換與生產(chǎn)，讓不同客戶的實(shí)際需求得到滿足。機(jī)器人也能夠與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造等系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，能夠提升生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化與智能化水平。對(duì)以上生產(chǎn)模式來(lái)說(shuō)，既能夠保證生產(chǎn)過(guò)程更加高效，也能有效降低生產(chǎn)成本，確?？蛻魧?duì)產(chǎn)品品質(zhì)、交貨期等的需求得到滿足。

（四）人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)

在人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，也為機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了新的機(jī)遇。將人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于機(jī)器人中，確保智能制造中對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析與處理，保證生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠預(yù)測(cè)設(shè)備存在的故障，提前采取維修措施，防止由于設(shè)備故障引起生產(chǎn)中斷的情況。此外，人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也能讓機(jī)器人具備更強(qiáng)大的學(xué)習(xí)與適應(yīng)能力，能夠有效應(yīng)對(duì)智能制造中的各種變化與挑戰(zhàn)，讓生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到靈活性與穩(wěn)定性的要求。

（五）人機(jī)協(xié)作

在未來(lái)智能制造發(fā)展過(guò)程中，人機(jī)協(xié)作也是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，可以應(yīng)用協(xié)作型機(jī)器人，讓人類與機(jī)器人共同完成智能制造任務(wù)，保證生產(chǎn)過(guò)程的效率與安全性。協(xié)作型機(jī)器人能夠從人類的動(dòng)作與意圖出發(fā)，采取實(shí)時(shí)調(diào)整與優(yōu)化措施，能夠保證人機(jī)協(xié)同作業(yè)的過(guò)程更加緊密。以裝配線為例，工人能夠使用協(xié)作型機(jī)器人對(duì)物料進(jìn)行搬運(yùn)，也可以完成各種精細(xì)的操作，機(jī)器人則結(jié)合工人的動(dòng)作與意圖進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，保證生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到高效的要求，也避免發(fā)生安全事故。人機(jī)協(xié)作也能促使工人滿意度提升，這是由于工人與機(jī)器人合作過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的工作價(jià)值。

三、自動(dòng)化控制技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

（一）自動(dòng)化控制技術(shù)在生產(chǎn)線上的運(yùn)用

自動(dòng)化控制技術(shù)在智能制造中是重要組成部分，能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化與智能化控制。如應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控與調(diào)整生產(chǎn)線上的各種參數(shù)。包括溫度、壓力、速度等，從而提升生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性與效率。自動(dòng)化控制系統(tǒng)也能對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)維護(hù)與故障診斷，保證生產(chǎn)效率與設(shè)備使用壽命得到延長(zhǎng)。這樣能夠減少人工干預(yù)與生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)提升。

（二）自動(dòng)化控制技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)能夠模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量實(shí)現(xiàn)提升。如應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)師能夠在虛擬化環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并借助自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化與驗(yàn)證。通過(guò)這種措施能夠有效縮短設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)成本，保證產(chǎn)品具備更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)有利于設(shè)計(jì)出快速完成復(fù)雜計(jì)算與分析任務(wù)，如應(yīng)用有限元分析軟件，能夠?qū)Ξa(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度以及疲勞等方面的分析。此外，也可以采取多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)產(chǎn)品性能加以優(yōu)化，確保各個(gè)客戶的實(shí)際需求得到滿足。

（三）自動(dòng)化控制技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用

在科技飛速發(fā)展過(guò)程中，自動(dòng)化控制技術(shù)在物流管理領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。在自動(dòng)化控制技術(shù)的支持下，企業(yè)能夠?qū)}(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，保證物流效率得到提升，有效減少運(yùn)營(yíng)成本。物流管理中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。一是應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)}(cāng)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)入庫(kù)、出庫(kù)以及盤點(diǎn)等。在應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備后，如無(wú)人搬運(yùn)車、自動(dòng)堆垛機(jī)等，能夠快速提升倉(cāng)庫(kù)操作效率，減少人工操作的錯(cuò)誤，保證庫(kù)存達(dá)到準(zhǔn)確性要求。此外，在應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，也能對(duì)庫(kù)存進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保企業(yè)可以及時(shí)掌握庫(kù)存狀況，對(duì)生產(chǎn)與采購(gòu)計(jì)劃進(jìn)行合理安排。二是應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)ξ锪髀窂竭M(jìn)行優(yōu)化。在對(duì)物流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?yàn)槲锪鬈囕v規(guī)劃最佳行駛路線，防止進(jìn)入擁堵路段，減少運(yùn)輸時(shí)間，降低物流成本。自動(dòng)化控制系統(tǒng)也能夠?qū)ξ锪鬈囕v進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保貨物安全準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。

（四）自動(dòng)化控制技術(shù)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用

在智能制造過(guò)程中，企業(yè)加強(qiáng)質(zhì)量管理有利于自身核心競(jìng)爭(zhēng)力提升。自動(dòng)化控制技術(shù)在質(zhì)量管理中應(yīng)用，能夠幫助企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，保證產(chǎn)品質(zhì)量水平得到提升，也能有效減少質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。具體來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化控制技術(shù)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。一是應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備支持下，如在線檢測(cè)系統(tǒng)、傳感器等，能夠?qū)ιa(chǎn)中的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，讓產(chǎn)品質(zhì)量滿足相關(guān)要求。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)z測(cè)結(jié)果加以分析，找到質(zhì)量問(wèn)題的原因，為企業(yè)改進(jìn)智能制造過(guò)程提供依據(jù)。二是自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)追溯。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品唯一標(biāo)識(shí)與生產(chǎn)、檢測(cè)、銷售等環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠幫助企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的全生命周期信息進(jìn)行追溯，讓產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到可追溯的目標(biāo)，通過(guò)這種方式能夠提高客戶對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的信任度，促使客戶滿意度也不斷提升。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化控制在智能制造中具有廣泛的應(yīng)用前景，通過(guò)對(duì)這些技術(shù)的深入研究，可以為制造業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，推動(dòng)制造業(yè)向智能化、綠色化、高效化的方向發(fā)展。目前機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如系統(tǒng)集成、人機(jī)交互、安全性等問(wèn)題。未來(lái)的研究需要繼續(xù)深入探討這些問(wèn)題，以期為智能制造的發(fā)展提供更加完善的解決方案。

（作者單位：山東哈工卓越智能有限公司）