基于智能制造生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

王玉曄

摘? 要：進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)10年，各個(gè)國家都在大力推進(jìn)工業(yè)化、智能化生產(chǎn)技術(shù)，其中像美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、德國的“工業(yè)4.0”、包括我國的“中國制造2025”，這些都預(yù)示著全球各國智能制造生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的高速迅猛發(fā)展。就我國而言，工業(yè)機(jī)器人聯(lián)合智能制造生產(chǎn)線展開生產(chǎn)行為最被看好，也最受重視，它已經(jīng)在我國實(shí)現(xiàn)了發(fā)展規(guī)模迅速擴(kuò)大，結(jié)合智能制造生產(chǎn)線基礎(chǔ)建立工業(yè)機(jī)器人操作、通信、控制技術(shù)體系，確保工業(yè)機(jī)器人在外部設(shè)備通信過程中精確完成生產(chǎn)線上各類工作任務(wù)。本文首先簡單介紹了智能制造生產(chǎn)線上的生產(chǎn)工作流程，然后分別探討工業(yè)機(jī)器人在通信、汽車以及船舶智能制造生產(chǎn)線上的具體技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能制造生產(chǎn)線? 工業(yè)機(jī)器人? 生產(chǎn)工作流程? 通信? 汽車? 船舶

中圖分類號(hào)：TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）02（c）-0090-04

Application of Industrial Robot Based on Intelligent Manufacturing Line

WANG Yuye

（Guangzhou Mechanial and Electrical Technician college， Guangzhou， Guangdong Province， 510435 China）

Abstract： In the second decade of the 21st century， various countries are vigorously promoting industrialization and intelligent production technology， such as the "industrial Internet" of the United States， "industry 4.0" of Germany， and "made in China 2025" of China， all of which indicate the rapid and rapid development of intelligent manufacturing production industry in various countries around the world. As far as China is concerned， the industrial robot joint intelligent manufacturing production line is the most promising and most valued. It has realized the rapid expansion of development scale in China. Combined with the intelligent manufacturing production line foundation， the industrial robot operation， communication and control technology system is established to ensure that the industrial robot can accurately complete all kinds of work on the production line in the process of external equipment communication Business. In this paper， firstly， the production workflow of intelligent manufacturing production line is briefly introduced， and then the specific technology application of industrial robot in communication， automobile and ship intelligent manufacturing production line is discussed respectively.

Key Words： Intelligent manufacturing production line; Industrial robot; Production workflow; Communication; Automobile; Ship

工業(yè)機(jī)器人在目前的智能制造生產(chǎn)線領(lǐng)域擁有巨大應(yīng)用價(jià)值作用，它的多關(guān)節(jié)機(jī)械手擁有高自由度、大容納性、可匹配各種大中小型機(jī)械裝置展開生產(chǎn)行為活動(dòng)。在該過程中，基于智能機(jī)械加工輔助后端的智能制造生產(chǎn)線就此建立，而工業(yè)機(jī)器人在這其中則追求實(shí)現(xiàn)了制造工藝過程的簡單優(yōu)化，它的生產(chǎn)線工藝操作技巧豐富，例如針對(duì)零件的“上料”、“下料”、“裝夾”、“移位”、“翻轉(zhuǎn)”、“零件調(diào)頭”等功能豐富，在特殊匹配大批量小零部件生產(chǎn)加工過程中，它最大限度節(jié)約了大量人力、物力與財(cái)力成本，對(duì)生產(chǎn)效率的提高也有目共睹[1]。

1? 智能制造生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用概述與基本工作流程

目前在智能制造生產(chǎn)線上，可應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人類型眾多，型號(hào)、功能表現(xiàn)豐富。它們一般被安裝在智能制造生產(chǎn)線上，布局合理到位，如圖1[2]。在目前智能制造生產(chǎn)線布局中，工業(yè)機(jī)器人一般被安裝在導(dǎo)軌上，即生產(chǎn)線外軸部分，它能夠在生產(chǎn)線上按照導(dǎo)軌行走，其周圍會(huì)擺放多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，專門負(fù)責(zé)上下料工作。如圖1中的6部分即為工業(yè)機(jī)器人，而7部分則是負(fù)責(zé)控制工業(yè)機(jī)器人的數(shù)控加工中心，二者之間能夠相互傳遞信息數(shù)據(jù)[3]。

2? 智能制造生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人通信實(shí)踐應(yīng)用

結(jié)合圖2分析，將工業(yè)機(jī)器人的第一塊板卡設(shè)置到手爪與快換接頭通信板卡上，在手爪I位置設(shè)置I/O信號(hào)，信號(hào)名應(yīng)該分別設(shè)置為Gripper1_OFF_IN（手爪I已松開）、Gripper1_ON_IN（手爪I已夾緊）、Gripper1_ON_OUT（手爪I夾緊）、Gripper1_OFF_OUT（手爪I松開）[4]。而工業(yè)機(jī)器人的第二塊板卡則設(shè)置為工業(yè)機(jī)器人的機(jī)床通信專用板卡，它能夠與機(jī)床數(shù)控臺(tái)進(jìn)行通信，分別接受輸入信號(hào)，發(fā)出輸出信號(hào)。其它他信號(hào)部分則主要通過工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行總線通信操作，其中就包含了自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)與下料輸送線通信操作，確保信號(hào)、視覺系統(tǒng)能夠傳遞到指定位置[5]。

在工業(yè)機(jī)器人I/O信號(hào)連接過程中，其中就建立了I/O信號(hào)分配機(jī)制，結(jié)合板卡對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)接線圖。在生產(chǎn)線中，需要進(jìn)行通信信號(hào)連接，將信號(hào)直接通信傳遞給工業(yè)機(jī)器人，如圖3。

如圖3，建立基于兩種總線物理層的通信方式是非常有必要的，它在終端連接終端電阻過程中就希望防止虛電壓所造成的信號(hào)干擾問題。這里運(yùn)用到了PLC端、DP通信線直接連接終端電阻，確保終端電阻開關(guān)到ON模式上。此時(shí)分析工業(yè)機(jī)器人端，在CANL與CANF信號(hào)之間建立連接，例如設(shè)置一個(gè)規(guī)格為120Ω的終端電阻[6]。

3? 船舶智能制造生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人通信實(shí)踐應(yīng)用

具體來講，基于工期準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)方式（Just in Time）與拉動(dòng)式工程管理方式兩種，二者均采用到了倒推方法配合各個(gè)制作工序展開提前預(yù)案設(shè)計(jì)，建立物流管理體系，追求精益管理體系建設(shè)，優(yōu)化年度總體分配方案。比如說，在船舶智能制造生產(chǎn)線上提前3個(gè)月可設(shè)計(jì)發(fā)型套料與定尺數(shù)據(jù)，提前兩個(gè)月與鋼鐵企業(yè)簽約生產(chǎn)，確保提前15d進(jìn)行碼頭卸貨，按照加工系列進(jìn)行時(shí)間分類。在該過程中，也主要根據(jù)開工需要提前一天進(jìn)行堆場依次取料，優(yōu)化預(yù)處理線，追求庫存最小化處理，同時(shí)強(qiáng)化精益化管理過程，最終構(gòu)建一套現(xiàn)代造船精益化管理體系。以下主要介紹一下船舶智能制造生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人通信生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用[7]。

首先，機(jī)器人進(jìn)行了小組生產(chǎn)線建設(shè)，其中主要是焊接生產(chǎn)線，對(duì)年造船能力進(jìn)行分析（一般要超過200萬載重噸），其年鋼材加工能力達(dá)到40萬t以上。這些都得益于智能機(jī)器人生產(chǎn)線應(yīng)用流程展開。

其次，在型鋼自動(dòng)化切割生產(chǎn)線上建立制作造船分段模式，并對(duì)型鋼零件應(yīng)用過程進(jìn)行布置，它的工藝設(shè)備布置到位，且主要工藝流程中包含了自動(dòng)上料系統(tǒng)、自動(dòng)切割機(jī)、自動(dòng)分類下料系統(tǒng)等諸多設(shè)備。在新老造船生產(chǎn)模式對(duì)比與改進(jìn)過程中，它主要對(duì)生產(chǎn)模式中的全生產(chǎn)線自動(dòng)流轉(zhuǎn)過程進(jìn)行調(diào)整，分別建立了劃線、分類、切割3個(gè)生產(chǎn)工序，優(yōu)化物料信息傳輸過程，并對(duì)物料分類感知智能化內(nèi)容進(jìn)行分析，其造船生產(chǎn)周期會(huì)相應(yīng)縮短。

再次，在條材機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線上，所有合格條材零件都會(huì)參與到生產(chǎn)制造過程中，其主要生產(chǎn)工序主要包括了板材切割開條、條材面取、橫移臺(tái)車、板條打磨下料、生產(chǎn)線切割等等流程。在流程中會(huì)專門建立一條自動(dòng)化切割生產(chǎn)線，其生產(chǎn)能力較強(qiáng)，成品板條最大長度可達(dá)到8m以上，條材機(jī)器人的自動(dòng)生產(chǎn)線主要工藝流程應(yīng)該如下：

條材打磨下料→機(jī)器人自動(dòng)切割→機(jī)器人劃線印字→臺(tái)車橫移→條材面取→條材搬入上料→板材切割機(jī)開條[8]

在生產(chǎn)過程中，要建立先行小組機(jī)器人生產(chǎn)線，它主要在造船過程中負(fù)責(zé)小部分分段生產(chǎn)操作。另外整條線布置會(huì)占用到車間長度大約20m左右，寬度設(shè)置為10m。整個(gè)總體工藝流程生產(chǎn)線是呈現(xiàn)U型的，其生產(chǎn)工序設(shè)置內(nèi)容包含了定位焊工位、機(jī)器人自動(dòng)焊接工位、修補(bǔ)打磨工位、定位焊工位等等，其生產(chǎn)能力與焊接長度都相當(dāng)?shù)轿?，可自?dòng)實(shí)現(xiàn)從部件裝配、定位焊、機(jī)器人自動(dòng)焊接、回傳輸送、部件修補(bǔ)、部件定位焊、部件背燒、部件搬出等工業(yè)流程，生產(chǎn)效率相當(dāng)之高，一般其效率提高達(dá)到60%左右，生產(chǎn)中所需要的生產(chǎn)參與人員至少可以減少一半[9]。

4? 汽車智能制造生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用

首先在焊接生產(chǎn)過程中，智能制造生產(chǎn)線上專門安裝了智能化傳感器工業(yè)機(jī)器人，它可結(jié)合程序設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)弧焊工作內(nèi)容進(jìn)行分析與規(guī)范。該階段，工業(yè)機(jī)器人會(huì)利用到人圓弧來直線、曲線插補(bǔ)進(jìn)行直焊或弧焊。

其次，在外車噴漆與涂膠工作中會(huì)運(yùn)用到工業(yè)機(jī)器人，主要是對(duì)汽車外部整體進(jìn)行噴漆，并對(duì)車身連接位置進(jìn)行涂膠。在該過程中它就編寫出一套專門的噴漆程序，在合理添加工業(yè)機(jī)器人的整體系統(tǒng)過程中也編寫出一套專門的噴漆程序。在添加工業(yè)機(jī)器人整體系統(tǒng)過程中，主要利用工業(yè)機(jī)器人噴漆工具結(jié)合不同車型進(jìn)行變換操作，確保噴漆中提高噴漆工作效率與工作質(zhì)量，精準(zhǔn)完成噴漆過程。與此同時(shí)，它也希望有效規(guī)避人工生產(chǎn)過程中所疏忽的失誤問題。比如說在進(jìn)行汽車外車噴漆厚度檢測過程中，需要利用工業(yè)機(jī)器人減少其不平整痕跡，確保工業(yè)機(jī)器人能夠合理利用噴漆槍、噴漆泵自主完成車體連接處的涂膠工作。另外，它也會(huì)自行判斷車身材質(zhì)與具體性能。而在選擇汽車涂膠過程中，它可定量涂抹，保證涂抹均勻。

最后，在進(jìn)行汽車出廠前驗(yàn)收工作中，主要對(duì)其汽車組成部分裝配內(nèi)容進(jìn)行分析，這里運(yùn)用到了裝配機(jī)器人，它可有效提高裝配工作效率，對(duì)促進(jìn)整體裝配工作流程非常有幫助。在針對(duì)汽車生產(chǎn)的主要流程調(diào)整過程中，工業(yè)機(jī)器人會(huì)建立外部噴漆工作與裝配工作生產(chǎn)體系，確保汽車出廠驗(yàn)收工作到位。例如針對(duì)汽車安全性能的檢驗(yàn)就非常到位，它降低了汽車產(chǎn)品的危險(xiǎn)系數(shù)，避免出現(xiàn)意外傷害問題。例如目前比較流行的KUKA類型工業(yè)機(jī)器人，它在汽車出廠驗(yàn)收工作中會(huì)展示兩大生產(chǎn)功能。例如在汽車出廠驗(yàn)收過程中，它會(huì)首先對(duì)采集測試對(duì)象圖像信息進(jìn)行處理，建立零部件安全性能檢測工作體系[10]。再者，它會(huì)負(fù)責(zé)汽車設(shè)備碰撞檢查，為汽車模擬以外沖擊所造成的外部損傷問題，其中主要測試的指標(biāo)數(shù)據(jù)包括了汽車速率、汽車耐受程度，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)宏觀調(diào)控。最后對(duì)所測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，必要時(shí)作出數(shù)據(jù)調(diào)整，并對(duì)汽車性能進(jìn)行調(diào)整，有效促進(jìn)汽車安全性能的有效提升。

5? 結(jié)語

在智能制造生產(chǎn)線上，基于工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，但實(shí)際上其技術(shù)應(yīng)用非常簡單，利用通信信號(hào)軟件配置、有效載荷配置、板卡配置以及工具坐標(biāo)系配置進(jìn)行分析處理，可為其建立工業(yè)生產(chǎn)路徑，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)路線中點(diǎn)位，在包括汽車、船舶在內(nèi)的大量智能制造生產(chǎn)線上發(fā)揮巨大價(jià)值作用，提高生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)水平。在未來，針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用還需要進(jìn)一步深度優(yōu)化，確保其在智能化制造生產(chǎn)線上發(fā)揮巨大價(jià)值作用，構(gòu)建圍繞工業(yè)機(jī)器人所形成的智能化制造生產(chǎn)線工作站，為汽車、船舶等工業(yè)化生產(chǎn)內(nèi)容的生產(chǎn)豐富、優(yōu)化創(chuàng)造更大有利空間。

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