基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用

■丁春艷 上海日立電器有限公司

一、引言

人口眾多、勞動(dòng)力成本低廉是我國這幾十年制造業(yè)飛速發(fā)展的助推器。但是這幾年，用工荒問題越來越突現(xiàn)。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國人口增長(zhǎng)率1984年達(dá)到頂峰，2000年后開始迅速下降。到2017年，將出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，“人口紅利”將消失，勞動(dòng)力將越來越稀缺。2008年政府實(shí)施新勞動(dòng)法后，勞動(dòng)力成本大幅提升。這促使了一些大型勞動(dòng)密集型制造企業(yè)轉(zhuǎn)移到勞動(dòng)力成本更加低廉的東南亞各國。體育用品巨頭阿迪達(dá)斯、耐克相繼搬遷，關(guān)閉了其在中國的工廠。中國已經(jīng)不再是一個(gè)廉價(jià)的制造國。經(jīng)濟(jì)大環(huán)境發(fā)生了變化，國內(nèi)制造企業(yè)更應(yīng)重視提升生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，重視少人化精益改善。

2011年，富士康對(duì)外宣布將引入100萬臺(tái)“機(jī)器人”，開始大規(guī)模的在生產(chǎn)線推廣應(yīng)用機(jī)器人。通過應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)替代人工作業(yè)方式來實(shí)現(xiàn)減少生產(chǎn)人員數(shù)，消減人員定編，以此從根本上解決“用工荒”問題，緩減大幅上升的勞動(dòng)力成本。

二、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展

目前國內(nèi)外機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用非常廣泛。不同的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域不同，尤其是工業(yè)機(jī)器人，在制造行業(yè)中廣泛應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用主要目的在于削減人員編制和提高質(zhì)量穩(wěn)定性。日本素有“機(jī)器人王國”之稱，在1967年從美國引進(jìn)第一臺(tái)機(jī)器人。1976年以后，隨著制造業(yè)的快速發(fā)展和市場(chǎng)需求急劇增加，日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到空前的歡迎，使日本工業(yè)機(jī)器人快速發(fā)展，大大減緩了勞動(dòng)力匱乏的問題。目前美國、德國、法國等歐美國家工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前在國內(nèi)外各行業(yè)中工業(yè)機(jī)器人的使用情況分別是：焊接類占31%、上下料、搬運(yùn)占28%、裝配占22%、其他如檢測(cè)、噴涂、沖壓等。就目前而言汽車行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最為廣泛。汽車生產(chǎn)的各主要工藝環(huán)節(jié)：沖壓車間，車身焊接，油漆。發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱制造以及總裝作業(yè)等車間均大量使用工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造廠中除總裝車間以外的其他車間已經(jīng)在絕大多數(shù)工位上取代了人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了無人作業(yè)。

常見機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用：

1.焊接機(jī)器人的應(yīng)用

焊接機(jī)器人是從事焊接工作的工業(yè)機(jī)器人。焊接機(jī)器人按照使用類型分為弧焊機(jī)器人、激光焊接機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人等。在汽車制造行業(yè)，焊接機(jī)器人被廣泛使用。目前應(yīng)用最多的還是點(diǎn)焊和弧焊機(jī)器人。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一輛整車的焊接點(diǎn)將近4000個(gè)。手工焊接不僅容易損害工人健康，且很難保證質(zhì)量。焊接機(jī)器人可以替代人工，克服環(huán)境的影響，大幅度提高焊接速度和質(zhì)量。焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工，大大提高點(diǎn)焊質(zhì)量的穩(wěn)定性和作業(yè)的生產(chǎn)率。焊接機(jī)器人目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖1為豐田汽車焊接流水線，機(jī)器人點(diǎn)焊60秒可達(dá)到近30個(gè)焊接點(diǎn)。豐田的焊接流水線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人化生產(chǎn)。

圖1 焊接流水線

2.裝配機(jī)器人的應(yīng)用

裝配機(jī)器人是工業(yè)生產(chǎn)中用于裝配生產(chǎn)線對(duì)零件或部件進(jìn)行裝配的工業(yè)機(jī)器人。它屬于高、精、尖的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是集光學(xué)、機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制和通訊技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，具有很高的功能和附加值。裝配機(jī)器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用，主要用于各種電器的制造行業(yè)。現(xiàn)階段汽車上要求安裝的精度和速度也越來越高，且小配件越來越多，人工安裝已經(jīng)很難滿足生產(chǎn)需求。用于裝配作業(yè)的機(jī)器人，在小到車門、儀表盤、前后擋板、車燈、電池、座椅的安裝，大到發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配等，發(fā)揮了越來越重要的作用，大大提高了汽車裝配的效率。

3.搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用

搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作。搬運(yùn)機(jī)器人可以被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。機(jī)床上下料、沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。搬運(yùn)機(jī)器人可以不受行業(yè)工藝技術(shù)的限制，直接替代人工，大量節(jié)省勞力，實(shí)現(xiàn)少人化生產(chǎn)。圖2為搬運(yùn)機(jī)器人操作崗位。通過應(yīng)用1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人上下料，直接替代了4個(gè)人工。

圖2 搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用

4.檢測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用

檢測(cè)機(jī)器人是可以對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢查的機(jī)器人?，F(xiàn)在許多的生產(chǎn)流水線設(shè)有人工崗位，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全數(shù)檢查。檢測(cè)機(jī)器人可以通過視覺、光感、觸感等多傳感器對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品做出檢測(cè)判斷。目前主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、電路板、藥品包裝行業(yè)。

三、應(yīng)用機(jī)器人的考慮要素

各行各業(yè)的要求盡相同，工業(yè)機(jī)器人也不能完全拿來就用。應(yīng)用機(jī)器人不能盲目。在應(yīng)用機(jī)器人之前，因從三個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1.技術(shù)依據(jù)

機(jī)器人不是一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體，在生產(chǎn)線的應(yīng)用需要考慮與原來設(shè)備的信息連接等配套技術(shù)改造問題；機(jī)器人替代后是否能夠達(dá)到原由的工藝節(jié)拍和產(chǎn)品特性要求；原由設(shè)備空間布局會(huì)不會(huì)受到限制，需要進(jìn)行重新布局調(diào)整；工藝操作方式要不要進(jìn)行變更等等一些問題。需要全面的考慮，合理的選擇方案。

2.經(jīng)濟(jì)效益

使用機(jī)器人的目的主要還是為了節(jié)省人工，提高生產(chǎn)率。應(yīng)用機(jī)器人就不得不考慮其財(cái)務(wù)投資回報(bào)率（ROI）情況。假設(shè)1臺(tái)機(jī)器人的購買成本和配套設(shè)備技術(shù)改造費(fèi)是80萬元，可替代人工是2人。按目前人工成本8萬/年計(jì)算。

其投資匯報(bào)率即為：

每年的投資回報(bào)率為30%，當(dāng)?shù)?年時(shí)，可以收回全部的投資成本，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)回報(bào)。工業(yè)機(jī)器人地投入可以得到很高的利潤(rùn)回報(bào)。

3.人員因素

機(jī)器人替代后，員工的操作方式完全改變。不再進(jìn)行簡(jiǎn)單的重復(fù)性勞動(dòng)，需要員工具備更高的機(jī)器人操作技能。比如機(jī)器人的示教、位置調(diào)整、故障排除、維護(hù)保養(yǎng)等。在應(yīng)用機(jī)器人后公司必須重點(diǎn)培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)工人。

四、結(jié)束語

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表，技術(shù)發(fā)展日趨成熟。它的應(yīng)用不僅能改善勞動(dòng)條件，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還能減少人工，提高生產(chǎn)和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。其具有的優(yōu)勢(shì)明顯。在現(xiàn)今我國勞動(dòng)力越來越短缺，人工成本不斷上升的大環(huán)境下，工業(yè)機(jī)器人必將迅速發(fā)展，受到制造企業(yè)的青睞。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)必將逐漸成為工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要發(fā)展形式。

[1]李瑞峰.中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].航空制造技術(shù).2010(09)

[2]孫志杰,王善軍,張雪鑫.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào).2011(07)

[3]鄂俊強(qiáng),李志輝.一種新型汽車噴漆機(jī)器人[J].涂料技術(shù)與文摘.2011(02)

[4]陳立新.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2010(10)

[5]王晨.基于機(jī)械臂的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化自動(dòng)化博覽.2013（01）

[6]于永初.汽車工業(yè)機(jī)器人[J].現(xiàn)代零部件.2010(02)

[7]朱彥齊,陳玉芝.淺談工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用[J].職業(yè).2010(08)

[8]萬鵬.工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化.2010(06)