淺談機(jī)器人數(shù)字化車間工業(yè)智能制造的新模式

摘 要：近年來，越來越多的生產(chǎn)加工制造公司開始進(jìn)行機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各種業(yè)務(wù)的整合，以完成機(jī)器人數(shù)字化車間的打造，從而滿足工業(yè)智能制造的改革發(fā)展需求?；谶@種情況，本文對(duì)機(jī)器人數(shù)字化車間工業(yè)智能制造的新模式展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；數(shù)字化車間；工業(yè)智能制造；新模式

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)車間生產(chǎn)也提出了更高的效率和安全性要求。而機(jī)器人數(shù)字化車間的出現(xiàn)，則能使傳統(tǒng)加工生產(chǎn)存在的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力問題得到解決，從而滿足現(xiàn)代車間的生產(chǎn)加工要求。所以在該種趨勢下，機(jī)器人數(shù)字化車間將成為工業(yè)智能制造的新模式。加強(qiáng)對(duì)該種模式的分析，則能更好的實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化發(fā)展。

1工業(yè)智能制造的概念

所謂的工業(yè)智能制造，其實(shí)就是以工業(yè)機(jī)器人為核心的自動(dòng)化制造模式。而工業(yè)機(jī)器人不僅能夠?qū)崿F(xiàn)視覺識(shí)別和關(guān)節(jié)活動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算等多種功能，所以可以在工業(yè)生產(chǎn)中代替人，從而使產(chǎn)品競爭力得到提升。在過去較長的時(shí)間里，機(jī)器人只用于噴漆、粉塵等具有較大勞動(dòng)強(qiáng)度或身體危害性的行業(yè)。但隨著智能裝備的普及應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)逐步進(jìn)入高潮階段，價(jià)格在逐步降低，技術(shù)則逐步成熟。而在工業(yè)智能制造領(lǐng)域，智能數(shù)字化加工車間為典型代表，其使用了大量的智能裝備，能夠使工業(yè)生產(chǎn)中的不確定性得到降低，因此能夠使工業(yè)生產(chǎn)可靠性和功率得到提高，并有效縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，進(jìn)而為工業(yè)智能制造帶來了新的科技革命。

2機(jī)器人數(shù)字化車間工業(yè)智能制造的新模式

機(jī)器人數(shù)字化車間的出現(xiàn)，在某種程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能設(shè)備、信息技術(shù)和機(jī)器人的融合，所以為工業(yè)智能制造提供了全新的生產(chǎn)模式。為研究該種模式，還要對(duì)該模式下的工業(yè)智能制造的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。

2.1生產(chǎn)線分析

在機(jī)器人數(shù)字化車間中，按照生產(chǎn)方式，可以采用“一對(duì)二”、“一對(duì)三”等方式進(jìn)行機(jī)器人布局，從而完成自動(dòng)化生產(chǎn)線的構(gòu)建。在該條生產(chǎn)線上，多臺(tái)機(jī)臺(tái)由多個(gè)機(jī)器人操控，機(jī)器人上裝有取料和下料手爪，能夠用于自動(dòng)化上下料[1]。以數(shù)控加工為例，利用機(jī)器人上下料系統(tǒng)，可以完成盤料、電機(jī)端蓋等零件的連續(xù)加工，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一天三班運(yùn)行，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料的連續(xù)加工生產(chǎn)，能夠使產(chǎn)線生產(chǎn)效率得到提高，同時(shí)也能使工人勞動(dòng)強(qiáng)度得到減輕。

2.2物料運(yùn)送

在機(jī)器人數(shù)字化車間中，物料運(yùn)送可以利用AGV物料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。通過采用激光引導(dǎo)，并利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則能實(shí)現(xiàn)流水線、機(jī)床和機(jī)器人等環(huán)節(jié)的對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)物料的及時(shí)運(yùn)送。而在物料運(yùn)送系統(tǒng)前后，裝配有碰撞保護(hù)裝置，一旦發(fā)生碰撞就會(huì)立即停車。在各貨位，則裝有傳感器，能夠完成貨物裝載狀態(tài)的檢測。目前，系統(tǒng)主要利用PLC實(shí)現(xiàn)編程控制，并且能夠與機(jī)器人和有關(guān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，也能利用工作警示燈和顯示觸摸屏進(jìn)行有關(guān)信息的顯示。

2.3倉庫管理

在機(jī)器人數(shù)字化車間中，擁有由萬能角鋼構(gòu)成的立體倉庫，可以利用其中的定位裝置進(jìn)行貨物管理，確保托盤能夠在貨架準(zhǔn)確就位。同時(shí)，各倉位安裝有傳感器，能夠判定倉位是否為空。在數(shù)控加工方面，倉位可用于存儲(chǔ)各種機(jī)械加工毛坯、成品和半成品等，并完成物料信息記錄，可供倉庫管理人員隨時(shí)調(diào)用。在整個(gè)倉庫中，以堆垛機(jī)為核心，能夠在貨物搬運(yùn)上實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作[2]。從結(jié)構(gòu)組成上來看，堆垛機(jī)由提升機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、載貨臺(tái)和行走機(jī)構(gòu)等多個(gè)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，能夠以直線導(dǎo)軌為導(dǎo)向，并在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下獲得軸向驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)精確定位。

2.4車間控制

在機(jī)器人數(shù)字化車間中，需要利用控制系統(tǒng)完成整線控制，以確保車間設(shè)備與外部設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)有效通信。利用該系統(tǒng)，還能對(duì)生產(chǎn)線運(yùn)行、產(chǎn)品生產(chǎn)情況等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控，并且為不同用戶提供不同的權(quán)限。在系統(tǒng)控制下，生產(chǎn)線和立體倉庫都可以利用觸摸屏控制臺(tái)完成相互通信。而各控制臺(tái)則能實(shí)現(xiàn)相互通信，并進(jìn)行有關(guān)信息的顯示。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一旦有生產(chǎn)單元出現(xiàn)問題，其他控制臺(tái)也會(huì)顯示有關(guān)信息，并采用聲光報(bào)警方式提醒管理人員。根據(jù)顯示的工況信息，管理人員則可以及時(shí)排除故障，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作，以消除報(bào)警。登錄系統(tǒng)，用戶則可以獲得生產(chǎn)線產(chǎn)量和故障日志等信息，而用戶的登錄時(shí)間和操作信息則會(huì)被記錄下來。

2.5數(shù)字化設(shè)計(jì)

在機(jī)器人數(shù)字化車間中，車間可以利用數(shù)字化設(shè)計(jì)單元完成零部件的設(shè)計(jì)。比如在數(shù)控加工車間中，就可以完成定子、轉(zhuǎn)子、齒輪等各種零部件的設(shè)計(jì)，然后利用DNC與數(shù)控系統(tǒng)完成信息交互。在此基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)則可以完成零部件加工工藝的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并完成數(shù)控編程，以獲得NC代碼。利用得到的代碼進(jìn)行數(shù)控加工模擬仿真，則可以完成對(duì)整個(gè)制造生產(chǎn)流程的仿真分析，以確定各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的合理性。在通過仿真驗(yàn)證后，確保產(chǎn)品加工、制造和裝備能夠順利進(jìn)行，則可以將產(chǎn)品投入到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)[3]。在整個(gè)過程中，系統(tǒng)會(huì)利用信息管理單元完成生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)的信息收集和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，以確定設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。

2.6安全防護(hù)

在機(jī)器人數(shù)字化車間工作的過程中，還要通過安全防護(hù)系統(tǒng)對(duì)車間進(jìn)行管理，以免車間出現(xiàn)安全生產(chǎn)問題。首先，在對(duì)車間機(jī)器人進(jìn)行檢修時(shí)，為確保車間生產(chǎn)安全，需在防護(hù)網(wǎng)內(nèi)使用專用鑰匙進(jìn)行檢修。而只要將鑰匙取下，機(jī)器人機(jī)會(huì)自動(dòng)下電，并得到多級(jí)串連保護(hù)。為確保整線安全，系統(tǒng)還進(jìn)行了安全光柵的配置，利用光柵將生產(chǎn)線與機(jī)械手分離開來。其次，為避免機(jī)械人在生產(chǎn)過程中發(fā)生碰撞，系統(tǒng)利用高可靠數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)器人控制，能夠確保機(jī)械人在完成零件加工后完成自身位置檢測，并回到零點(diǎn)位置。同時(shí)，機(jī)械人帶有絕對(duì)值編碼器，其不僅分辨率較高，還配有抱閘，能夠?yàn)闄C(jī)械人提供安全保障[4]。在數(shù)控編程方面，則采用了示教方式，能夠完成運(yùn)行程序的自動(dòng)驗(yàn)證。此外，系統(tǒng)帶有蜂鳴器和急停按鈕等應(yīng)急防護(hù)裝置，能夠?yàn)檐囬g生產(chǎn)提供全面的安全防護(hù)。

結(jié)論：通過分析可以發(fā)現(xiàn)，利用機(jī)器人數(shù)字化車間進(jìn)行工業(yè)智能制造，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)制造的全過程控制，并且能夠使產(chǎn)品制造成本和周期得到降低，同時(shí)使產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率得到提高，所以能夠更好的滿足工業(yè)智能制造需求。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人數(shù)字化車間必將引領(lǐng)新的工業(yè)科技革命，促使工業(yè)智能制造完成模式的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

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[4]牛祿青. 智造先鋒 工業(yè)機(jī)器人盛宴[J]. 新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015，09：10-17.

作者簡介：

黃聰（1989.9——）男，廣西柳州人，本科，柳州市第一職業(yè)技術(shù)學(xué)校，職稱：助理工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化或工業(yè)機(jī)器人。