機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)研究

楊書評(píng)，宮迎輝，王海丹，王思斯

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所，北京 100120）

0 引言

“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”重大專項(xiàng)主要解決高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的共性技術(shù)發(fā)展問題，而自動(dòng)化及生產(chǎn)線是基礎(chǔ)制造裝備提升的關(guān)鍵問題之一，自動(dòng)化及生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)化的先導(dǎo)性對(duì)其技術(shù)的完善起非常重要的作用。

隨著全球汽車生產(chǎn)向著多品種、小批量、車型更新快的方向發(fā)展，對(duì)汽車生產(chǎn)線柔性化的要求也越來越高，自動(dòng)化生產(chǎn)線的柔性主要體現(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用上，國外汽車生產(chǎn)線中機(jī)器人的應(yīng)用比例非常高，目前，國際上自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備研究的技術(shù)重點(diǎn)涉及生產(chǎn)線的數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造、在線檢測和監(jiān)控及快速整定等方面。

1 機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)化需求分析

現(xiàn)行的我國國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、制造、檢測和可靠性方面的共性標(biāo)準(zhǔn)基本沒有，只有一些應(yīng)用于特定行業(yè)的生產(chǎn)線驗(yàn)收規(guī)則、工藝規(guī)范，如啤酒玻璃瓶灌裝生產(chǎn)線的組成、單機(jī)生產(chǎn)能力的選配、技術(shù)要求等，在系統(tǒng)與集成領(lǐng)域有少量國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

我國機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線領(lǐng)域需重點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)等行業(yè)共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究：

1.1 設(shè)計(jì)和制造

機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線虛擬設(shè)計(jì)制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)字化設(shè)計(jì)是汽車生產(chǎn)線發(fā)展方向，該標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)范運(yùn)用先進(jìn)制造技術(shù)（例如虛擬制造技術(shù)）進(jìn)行汽車白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)制造的技術(shù)架構(gòu)、方法和流程。

機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線焊接夾具標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)前，各汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線上的夾具都遵守各廠家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或歐洲標(biāo)準(zhǔn)，需研究我國自主研發(fā)自動(dòng)化生產(chǎn)線的夾具設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，夾具設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的研究對(duì)汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線多品種、混流具有重要作用，具有重大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，也有不少難度。

新一代工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)：汽車制造業(yè)是數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備最重要的用戶，今后，我國整車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝“四大工藝裝備”面臨從傳統(tǒng)生產(chǎn)線向現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線的全面過渡，對(duì)機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線的應(yīng)用將有大幅的增長，急需制定新型工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)，以滿足國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的需求。

1.2 性能檢測與監(jiān)測

生產(chǎn)線過程質(zhì)量控制和在線檢測標(biāo)準(zhǔn)： 汽車裝配檢測正由終端檢測向過程質(zhì)量控制和在線檢測方向發(fā)展，在線檢測是汽車行業(yè)發(fā)展要求。在線檢測可以實(shí)時(shí)判斷下線產(chǎn)品的質(zhì)量是否合格，對(duì)零部件供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控管理，提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.3 可靠性

機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線可靠性規(guī)范： 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO沒有發(fā)布過機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線可靠性方面的國際標(biāo)準(zhǔn)，但美國有此方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，我國可以參考這些先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn)，研究制定我國可靠性評(píng)價(jià)方面的國家標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃詷?biāo)準(zhǔn)制定比較困難，尤其零件的可靠性將建立在零件可靠性數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)之上，零件可靠性數(shù)據(jù)庫的建設(shè)需要國家財(cái)力物力長期支持。

1.4 系統(tǒng)集成

生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)管理（MES）標(biāo)準(zhǔn)：近年來，SAC/TC159已制定了制造執(zhí)行系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)和企業(yè)控制系統(tǒng)集成等國家標(biāo)準(zhǔn)，也有一些行業(yè)（比如石化行業(yè)）制定了自己行業(yè)的MES標(biāo)準(zhǔn)。由于MES系統(tǒng)從工藝流程到生產(chǎn)組織方式，流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)都存在較大的差別， 所以在MES的具體實(shí)施上，行業(yè)特征非常明顯。因而可以研究為汽車整車生產(chǎn)企業(yè)提供涵蓋沖壓、焊裝、涂裝及總裝四大工藝的MES規(guī)范。

2 機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)框架

“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”自動(dòng)化及生產(chǎn)線領(lǐng)域急需研究和制定的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)框圖如圖1所示。

圖1 機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)框圖

3 工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化需求分析

工業(yè)機(jī)器人是“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”重大專項(xiàng)中重要的功能部件，它的標(biāo)準(zhǔn)化是生產(chǎn)線及自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化的重要組成部分。機(jī)器人的國家標(biāo)準(zhǔn)由SAC/TC159/SC2制定，截至2010年共制定了17項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和5項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。制定國際機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)的國際組織有ISO/TC184/SC2和ISO/TC44（主要負(fù)責(zé)焊接機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)）。

“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目里要需重點(diǎn)研究以下機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)：

3.1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

主要由組成工業(yè)機(jī)器人技術(shù)共同語言方面的標(biāo)準(zhǔn)，如詞匯，術(shù)語符號(hào)等。工業(yè)機(jī)器人詞匯國家標(biāo)準(zhǔn)等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 8373:1994，本標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，目前，ISO 正在修訂此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，我國專家也正在跟蹤此項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)，爭取早日修訂。

3.2 整機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

整機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)是指有關(guān)整機(jī)的型號(hào)編制方法、通用及專用技術(shù)條件，如自動(dòng)化及生產(chǎn)線中應(yīng)用的新型工業(yè)機(jī)器人(如焊接標(biāo)準(zhǔn))。此類標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂將為我國工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化在標(biāo)準(zhǔn)化方面提供技術(shù)支撐。

裝配機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、噴漆機(jī)器人通用技術(shù)條件等標(biāo)準(zhǔn)：此類標(biāo)準(zhǔn)過去均參照原蘇聯(lián)的工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)制定，大部分標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)齡過長，引用標(biāo)準(zhǔn)陳舊，急需修訂。點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人通用技術(shù)條件，將新增新型激光焊接機(jī)器人內(nèi)容。噴漆機(jī)器人通用技術(shù)條件主要規(guī)范防爆裝置的內(nèi)容。裝配機(jī)器人是高質(zhì)量、高柔性、高效率完成自動(dòng)裝配的理想手段，在汽車制造業(yè)它的需求逐年上升，目前，沒有裝配機(jī)器人的國際標(biāo)準(zhǔn)，瑞典和日本等國有自己的國家標(biāo)準(zhǔn)，我國有裝配機(jī)器人的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在SAC/TC159/SC2正在制定裝配機(jī)器人的國家標(biāo)準(zhǔn)。

高溫鑄鍛機(jī)器人通用技術(shù)條件： 近年來，鑄鍛自動(dòng)化生產(chǎn)在中國有了高速發(fā)展, 高溫鑄鍛機(jī)器人可用于鍛造生產(chǎn)和鑄件落砂等工作條件惡劣的場合，可以改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前尚無相關(guān)的鑄鍛工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)規(guī)范，急需制定高溫鑄鍛機(jī)器人通用技術(shù)條件。

3.3 單元技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

此類標(biāo)準(zhǔn)主要指影響工業(yè)機(jī)器人功能和性能的技術(shù)及構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)。本課題將在機(jī)器人控制器開放式接口和離線編程技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行突破，填補(bǔ)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)空白。

機(jī)器人控制器開放式接口標(biāo)準(zhǔn)：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品多樣化的要求越來越高。這就要求制造系統(tǒng)中的工業(yè)機(jī)器人能夠勝任不斷變化的任務(wù)，即功能柔性化。 要使機(jī)器人具有柔性，控制器必須是結(jié)構(gòu)開放的，必須建立機(jī)器人控制器的開放式接口標(biāo)準(zhǔn)。目前機(jī)器人控制器的開放式接口標(biāo)準(zhǔn)國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)空白。本標(biāo)準(zhǔn)將主要研究開放式工業(yè)機(jī)器人控制器硬件和軟件開放接口技術(shù)。

離線編成式機(jī)器人柔性加工系統(tǒng)：該系列標(biāo)準(zhǔn)將研究離線編程式機(jī)器人柔性加工系統(tǒng)的定義、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法等。將應(yīng)用于噴涂、鑄件清理、塑料件加工等離線編程式機(jī)器人柔性加工系統(tǒng)。

3.4 性能測試標(biāo)準(zhǔn)

主要研究直接影響工業(yè)機(jī)器人的功能及性能和安全可靠性的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如工業(yè)機(jī)器人的各種位姿特性、軌跡特性、軌跡準(zhǔn)確度和重復(fù)性、最小定位時(shí)間、靜態(tài)柔順性等各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試方法。此類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提高機(jī)器人產(chǎn)品的性能和可靠性至關(guān)重要。所以急需制修訂機(jī)器人性能測試標(biāo)準(zhǔn)及其配套的實(shí)施細(xì)則。

3.5 系統(tǒng)及支撐環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

圖2 機(jī)器人安全的標(biāo)準(zhǔn)和其他安全標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系圖

系統(tǒng)及支撐環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要指直接影響工業(yè)機(jī)器人賴以工作的系統(tǒng)、周邊設(shè)置、工作的基本環(huán)境及系統(tǒng)集成方法標(biāo)準(zhǔn)。本課題主要研究工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)的安全要求。主要內(nèi)容包括工業(yè)機(jī)器人的集成，安裝的特有危險(xiǎn)和使用工業(yè)機(jī)器人要求等。

該系列標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域最為關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人在各種工業(yè)條件和工業(yè)環(huán)境中的安全措施、安全保障，提出了標(biāo)準(zhǔn)化要求。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)安全與其他安全標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系如圖2所示。

4 工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)框架

需重點(diǎn)研究的工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)框架如圖3所示。

圖3 工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)框架圖

5 結(jié)束語

近年來，汽車工業(yè)對(duì)我國工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的水平和規(guī)模起到了極大的牽引作用，也使我國的機(jī)器人應(yīng)用水平躍上了一個(gè)新臺(tái)階。反之，工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)的研究和實(shí)施，也必將推動(dòng)了汽車行業(yè)的快速發(fā)展，保證了其產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的高效。

[1] http://www.iso.org。

[2] 董欣勝,張傳思,李新.裝配機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].專題述評(píng),2007,(8):1-4.

[3] ISO FDIS 10218-2.