劉小春,張 蕾*
(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,412001,湖南株洲)
在時代進步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的背景下,我國處于全面信息化時代,數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)的大量應(yīng)用,帶給人民高質(zhì)量的生活。回顧我國智能制造發(fā)展史,其發(fā)展速度驚人。在改革開放前期,國內(nèi)智能制造處于空白狀態(tài),滯后于西方發(fā)達國家太多。在中國意識到科技的力量時,盡管實力已相差非常懸殊,但是我國做到了正視自身的發(fā)展現(xiàn)狀,激勵自身不斷進步和發(fā)展,推動智能制造與機器人應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)不斷發(fā)展。
當前中國構(gòu)造智能制造、構(gòu)造數(shù)字化車間熱情不斷高漲,社會對此項事業(yè)的重視度不斷提升。怎樣建設(shè)智能制造的環(huán)境,形成數(shù)字化和現(xiàn)代化的車間,需要科學(xué)技術(shù)作為有力支撐。首先是機器人技術(shù)。機器人技術(shù)是發(fā)展數(shù)字化、自動化及智能化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。其次是人工智能技術(shù)。智能制造的含義,即為智能技術(shù)、制造技術(shù)之間的合理融合,對于制造期間產(chǎn)生的各種問題,采取針對性的智能技術(shù)進行解決,也可以說智能制造即為人工智能技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)中。最后是數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。制造業(yè)需要具備的基本構(gòu)成是產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù),積極利用機器人技術(shù)、智能技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)等,最終實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品能力的提升。
在高端裝備制造業(yè)發(fā)展中,智能制造是必然趨勢。其中,數(shù)字車間、工業(yè)機器人的應(yīng)用,為重要的智能制造的內(nèi)容,產(chǎn)生的作用甚至是主體性的。經(jīng)推廣應(yīng)用數(shù)字車間中機器人,一方面能夠推動機器人智能化水平提升,另一方面改變傳統(tǒng)的人力生產(chǎn)模式,同時可以對一部分腦力勞動進行替代。很早以前就已經(jīng)提出了數(shù)字車間,先是機器換人工,再達到機器自動化的目標,也就是改進機械設(shè)備,大量地運用自動化設(shè)備,最后為集成化及成套化,將傳統(tǒng)的單臺流水線作業(yè)方式轉(zhuǎn)為用成套設(shè)備進行作業(yè),也就是實現(xiàn)智能換數(shù)字。
從20 世紀的五六十年代開始,世界進行機器人技術(shù)開發(fā)。第一個“通用機器人”專利,是由G·C·Devol(美國)首先發(fā)表。在1960 年時,美國AMF 公司生產(chǎn)的柱坐標機器人Versatran,能夠位置定點,同時可以軌跡控制,屬于世界上第一種能夠在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機器人。在之后的發(fā)展中,機器人出現(xiàn)了三個主要的發(fā)展趨勢。首先,軟硬融合。機器人中更關(guān)鍵的就是軟件,在軟件上面,可以全面體現(xiàn)人工智能技術(shù),而且數(shù)字化車間的布局及軌跡規(guī)劃、自動化上料等,需要依靠科學(xué)的軟硬件結(jié)合,硬件的開發(fā)固然重要,但是需要更多高素質(zhì)的優(yōu)秀軟件開發(fā)人員來開發(fā)軟件。所以當前從事智能制造行業(yè)者,應(yīng)該具備廣博的機械、信息技術(shù)知識,特別是可以深入地掌握機器人控制技術(shù)。其次,虛實融合。機器人的存在并非孤立狀態(tài),而是需要很多仿真、虛擬現(xiàn)實,實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實科學(xué)地融入車間實際加工過程。最后,人機融合。人、機器、機器人之間的融合,屬于永遠要探究的話題。
在推廣工業(yè)機器人時,應(yīng)該做到創(chuàng)新設(shè)計先行。智能制造和機器人的應(yīng)用,可以促進生產(chǎn)效率提升,但僅可以解決產(chǎn)品怎么做的問題,還并未有效地處理好做什么產(chǎn)品的問題,而企業(yè)家往往更重視做什么產(chǎn)品可以暢銷的問題,因此應(yīng)該創(chuàng)新設(shè)計先行。同時應(yīng)用工業(yè)機器人應(yīng)該緊密地聯(lián)系起大數(shù)據(jù),機器人看得見、聽得到,具備感知能力,需要依靠大量的數(shù)據(jù)支持,與此同時要實現(xiàn)工業(yè)機器人、模式識別之間的密切結(jié)合。另外,對工業(yè)機器人還要做好虛擬現(xiàn)實、精益生產(chǎn)之間的有效結(jié)合,最終把機器人用得更好,更好地將其推廣運用。
早期機器人主要是串聯(lián)的方式,在市場進步和發(fā)展的環(huán)境下,當前應(yīng)用到的機器人包括串聯(lián)的、并聯(lián)的。串并聯(lián)機器人的應(yīng)用優(yōu)勢諸多,即具備并聯(lián)機構(gòu)剛度大的特點,同時擁有串聯(lián)機構(gòu)控制空間大的優(yōu)越性,所以串并聯(lián)機器人成為了機構(gòu)學(xué)研究的關(guān)鍵內(nèi)容,引領(lǐng)機器人將來發(fā)展方向。
當前研究剛性機器人的同時,也要重視柔性機器人的研發(fā)利用。例如,英國一公司研發(fā)出蛇型機器人。我國也在積極地研發(fā)類似機器人,具備柔性多節(jié)結(jié)構(gòu)的特點,這一類工業(yè)機器人具備靈巧關(guān)節(jié),例如仿象鼻、章魚須或蛇等。今后,工業(yè)機器人的發(fā)展重點之一就是提高柔軟性,通過應(yīng)用柔體結(jié)構(gòu)將機器人末端或本體的靈活度提升,可達性增強??蛇_性為其最顯著優(yōu)勢,例如,航空構(gòu)建制造上部分孔很深,如果僅采取常規(guī)的舉措不容易打進去,而應(yīng)用柔性機器人就更加便捷。
單機器人在很多方面具有局限性。功能分布性、制造空間的分布性、任務(wù)作業(yè)的容錯性等,是需要很多機器人合作展開工作方可達到的,僅一個機器人是不能構(gòu)建數(shù)字化及智能化車間的,尤其是大尺度的焊接裝備,應(yīng)該多個機器人之間進行有效的配合協(xié)作,才能提升靈活性、可靠性。由此產(chǎn)生了一些問題,即多機器人的通信怎樣實現(xiàn)、公共工作空間互鎖的情況下怎樣避免干涉、如何讓整個作業(yè)任務(wù)達到協(xié)同的效果等等。按照不同的工作空間及工作任務(wù),對這些問題運用不同的群控方法有效處理。
機器人屬于系統(tǒng)工程,應(yīng)該實現(xiàn)機器人技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的緊密結(jié)合。近些年來,我國很多省份積極推廣物聯(lián)網(wǎng),促使工業(yè)機器人有效地融合物聯(lián)網(wǎng),之后催生智能柔性的自動化裝配焊接,產(chǎn)生較為顯著的成效。經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)的途徑,工業(yè)機器人可以獲得感知能力,相應(yīng)地具備視覺、觸覺甚至味覺,進而對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的很多數(shù)據(jù)信息進行采集了解。
機器人技術(shù)與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合,在現(xiàn)實裝配中尤為關(guān)鍵。積極地研發(fā)先進的虛擬現(xiàn)實結(jié)合系統(tǒng),其優(yōu)勢特點就是簡單、直觀,能夠?qū)⒀兄破陂g依賴真實機器人的程度明顯降低,減少安全隱患問題,以及減少生產(chǎn)成本支出,促使生產(chǎn)效率提升。
模式識別應(yīng)用到機器人檢測中效果顯著,可以及時發(fā)現(xiàn)機器人加工的零件是否存在質(zhì)量瑕疵問題,了解到有無不滿足技術(shù)條件等問題。因此,應(yīng)該積極地將機器人技術(shù)與模式識別技術(shù)結(jié)合。
在機器人技術(shù)中科學(xué)融合人工智能、傳感檢測及人機交互等技術(shù),讓機器人跟人類協(xié)同合作,直接參與到人的工作中,對人機間隔離防護進行消除。
首先,智能系統(tǒng)??茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展,使社會上出現(xiàn)更多具備豐富功能、成本較低的處理器、傳感器,給機器人技術(shù)的完善發(fā)展提供更好的發(fā)展基礎(chǔ)。例如,汽車制造時如果產(chǎn)生故障,機器人即刻通過感應(yīng)進行相關(guān)處理,在聯(lián)動配合下實施操作。對于機器人技術(shù),目前主要的研究內(nèi)容是程序共享、信息互聯(lián),未來發(fā)展中,汽車制造需要達到機器人離線開發(fā)的目標。
其次,智能執(zhí)行器。目前執(zhí)行器的發(fā)展更加智能化,基于傳統(tǒng)位置編織器,在同一封裝中集中各種設(shè)備,即制動器、放大器等。所以,未來智能執(zhí)行器的發(fā)展,會不斷地提升集成電路可靠性及減小尺寸,給汽車產(chǎn)品布線帶來更多的便捷性。
再次,智能傳感器。其在汽車行業(yè)制造中產(chǎn)生的意義不言而喻,經(jīng)傳感器把汽車信號處理和電子器件的微機械傳感器進行集合,一方面滿足汽車制造需求,另一方面將制造成本大大節(jié)約。
最后,分布式控制。新興機器人處理能力、智能化,是依靠處理器得以實現(xiàn)的。機器人中全部的處理器均具備特殊功能,連接網(wǎng)絡(luò)以后機器人跟智能系統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)共享。所以,工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用了傳感器和網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行器控制模塊化功能,從而實現(xiàn)智能化運行。
智能制造屬于制造行業(yè)重要發(fā)展趨勢,能夠?qū)a(chǎn)品制造的成本有效降低,并且雙重提升產(chǎn)品制造的質(zhì)量和效率。智能制造需要應(yīng)用眾多的現(xiàn)代化先進技術(shù),其中包括數(shù)字技術(shù)、機器人技術(shù)、人工智能技術(shù),推動機器人技術(shù)更科學(xué)地應(yīng)用于智能制造,技術(shù)人員應(yīng)該采取串并混聯(lián)機器人及剛?cè)狍w機器人,有效配合運用多個機器人,結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),達到數(shù)字化車間構(gòu)建的目標,推動我國的智能制造事業(yè)穩(wěn)定向前發(fā)展。