基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線研究分析

王進(jìn)

摘要：本文主要簡單介紹了工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)內(nèi)容，分析了自動(dòng)化生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用類型，探討基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線，以充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的作用，加深工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)程度，提高我國制造業(yè)水平，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，推動(dòng)企業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，并且加快我國制造業(yè)的發(fā)展速度，使其盡快適應(yīng)未來的制造業(yè)發(fā)展模式，促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動(dòng)化;生產(chǎn)線;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0164-02

0? 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，企業(yè)勞動(dòng)力成本逐漸提升，這是因?yàn)槿藗兊奈镔|(zhì)生活質(zhì)量得到提高，品位追求愈發(fā)重要，不再愿意從事低勞動(dòng)成本的工作，在這種情形下，企業(yè)中的廉價(jià)勞動(dòng)力逐漸減少，人員流動(dòng)性比較大，這并不利于工業(yè)制造的長遠(yuǎn)發(fā)展，為改善這一情況，充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)加快工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)進(jìn)程，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在工業(yè)中有效應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，以提升工業(yè)自動(dòng)化質(zhì)量，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率的提高。為全面發(fā)展我國工業(yè)，應(yīng)當(dāng)利用工業(yè)機(jī)器人來打造一條自動(dòng)化生產(chǎn)線，針對(duì)未來的工業(yè)發(fā)展，而實(shí)施有效的自動(dòng)化生產(chǎn)，從而充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)作用，為工業(yè)自動(dòng)化、智能化的未來發(fā)展趨勢奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

1? 工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)內(nèi)容

1.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要分為以下幾個(gè)部分，分別是主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。主體部分主要是人體動(dòng)作的模擬，能夠代替人來進(jìn)行分揀、搬運(yùn)等工作，一般來說普通的工業(yè)機(jī)器人至少有三個(gè)自由度，而復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人自由度在七個(gè)以上。自由度越高的機(jī)器人，其所能完成的操作指令也愈發(fā)復(fù)雜，功能也越強(qiáng)?？刂葡到y(tǒng)如同于人的大腦，能夠控制機(jī)器執(zhí)行操作，而驅(qū)動(dòng)力則是根據(jù)所接收到的指令，來予以執(zhí)行結(jié)構(gòu)協(xié)助，從而完成操作。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化程度非常高，即使是在極為復(fù)雜的環(huán)境下，仍然能夠執(zhí)行各種操作，代替人來完成工作。具體來說，其特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是具有精密化、智能化和柔性化，充分利用了軟件應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，能夠?qū)嵤?zhǔn)確的檢測工作，有效控制生產(chǎn)線中所負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)，優(yōu)化生產(chǎn)線，并作出科學(xué)的調(diào)度、管理和決策，充分體現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化水平;二是在生產(chǎn)過程中，工業(yè)機(jī)器人需要自動(dòng)化成套裝備的支持，其有利于提高制造效率，做好安裝、檢測、物流等工作，應(yīng)用于更多領(lǐng)域中;三是工業(yè)機(jī)器人屬于新型生產(chǎn)工具，集聚了人的體力和智力，充分發(fā)揮了數(shù)字化技術(shù)作用，體現(xiàn)了自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化;四是涉及多門學(xué)科，包括但不限于機(jī)器人構(gòu)建有限元分析技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、工廠自動(dòng)化技術(shù)、精細(xì)物流技術(shù)等。

1.3 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)用場合和范圍

工業(yè)機(jī)器人一般運(yùn)用于以下場合中：一是一些生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行大量重復(fù)性操作的環(huán)節(jié)中，利用工業(yè)機(jī)器人來實(shí)施這部分的操作，能夠減輕人員工作量，并且避免枯燥的工作帶來的疲憊感，以防工作人員心態(tài)消極和負(fù)面;二是運(yùn)用于一些小批量、定期重復(fù)生產(chǎn)的任務(wù);三是運(yùn)用于一些需要兩人搬運(yùn)的超大型零件，或是一些會(huì)導(dǎo)致工作人員受傷的任務(wù)中，只要滿足于機(jī)器人半徑要求即可。就目前而言，工業(yè)機(jī)器人多運(yùn)用于汽車制造業(yè)和3C行業(yè)中。前者涉及到大量的流水線工作，工業(yè)機(jī)器人主要運(yùn)用于汽車鍛造車間、發(fā)動(dòng)機(jī)車間、焊接車間等;而在3C行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人則運(yùn)用于分揀裝箱、貼膜、裝配、噴涂等工作中。

1.4 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

就目前而言，歐洲、美洲和亞洲的工業(yè)機(jī)器人平均密度都呈現(xiàn)了上升狀態(tài)，我國機(jī)器人密度發(fā)展具有極好的活力，機(jī)器人設(shè)備的生產(chǎn)量逐步提升，政府計(jì)劃在2020年邁入世界十大自動(dòng)化程度最高的國家。

2? 自動(dòng)化生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用類型

自動(dòng)化生產(chǎn)中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用類型主要有以下幾種：一是焊接機(jī)器人，其可分為點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人和激光焊接機(jī)器人三種，使用最多的是激光焊接機(jī)器人型號(hào)，常應(yīng)用于汽車制造業(yè)中，應(yīng)用最為廣泛的是弧焊焊接。焊接機(jī)器人的使用，有利于提高焊接工作效率，避免環(huán)境對(duì)焊接工作造成的影響，有效控制焊接進(jìn)度，保障焊接質(zhì)量;二是裝配機(jī)器人，主要負(fù)責(zé)工業(yè)生產(chǎn)中的裝配工作，其在設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，應(yīng)用了大量的高等技術(shù)，結(jié)構(gòu)龐大，充分利用了有效資源。裝配機(jī)器人可促進(jìn)工業(yè)化發(fā)展，加快工業(yè)化生產(chǎn)步伐，提高工業(yè)化生產(chǎn)效率，比如說對(duì)于汽車行業(yè)來說，裝配機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更為精細(xì)化的操作，可保證生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量;三是搬運(yùn)機(jī)器人，主要負(fù)責(zé)于工業(yè)生產(chǎn)中的搬運(yùn)工作，可在不同狀態(tài)下進(jìn)行有效的指令操作，逐步取代了人工搬運(yùn)。目前搬運(yùn)機(jī)器人多運(yùn)用于集裝箱搬運(yùn)、沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線等工作中，應(yīng)用行業(yè)較為廣泛，并且不會(huì)受行業(yè)工藝技術(shù)的限制，體現(xiàn)出人性化生產(chǎn);四是檢測機(jī)器人，在工業(yè)生產(chǎn)中主要負(fù)責(zé)檢測產(chǎn)品，可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全方位的質(zhì)量檢測，以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，工作效率比較高。檢測機(jī)器人可代替生產(chǎn)線中的人工崗位，其可從視覺、光感、觸感等多方面來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測，作出準(zhǔn)確判斷，常被使用于藥品包裝、半導(dǎo)體等行業(yè)中。

3? 基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線

3.1 運(yùn)行方式和系統(tǒng)組成

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的運(yùn)行方式如下：首先，應(yīng)當(dāng)先根據(jù)實(shí)際工作需求來設(shè)定機(jī)器人的工作流程，規(guī)范其動(dòng)作路徑，以確保其能夠快速而安全的執(zhí)行操作命令，并且精確地完成命令。由于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的類型有所不同，因此其在系統(tǒng)運(yùn)行方式上也不盡相同。以沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線為例，工業(yè)機(jī)器人需要開展垛料拆垛工作，之后需進(jìn)行板料對(duì)中，對(duì)中的方式多樣化，使用最多的便是光學(xué)對(duì)中。在工業(yè)機(jī)器人對(duì)中完畢之后，則需要由上料機(jī)器人來放料，執(zhí)行沖壓。而下料機(jī)器人應(yīng)當(dāng)待到?jīng)_壓結(jié)束后放料，沖壓工序的次數(shù)需要根據(jù)生產(chǎn)要求來循環(huán)進(jìn)行。

工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的系統(tǒng)組成，根據(jù)生產(chǎn)工序來定，主要有：一是拆垛系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)拆垛工序，由走帶電機(jī)、拆垛小車和自動(dòng)涂油裝置構(gòu)成，其有利于提升拆垛效率，而且可持續(xù)二十四小時(shí)工作不停歇;二是上下料系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)上下料工序;三是線尾輸送系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)傳輸工序，可以利用板料經(jīng)導(dǎo)出式來進(jìn)行傳輸，使其運(yùn)往到中臺(tái)，然后再通過導(dǎo)入式進(jìn)入到涂油機(jī)中;四是對(duì)中系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對(duì)中工序;五是壓力機(jī)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)于對(duì)沖工序。

3.2 自動(dòng)化生產(chǎn)線中的控制系統(tǒng)

基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線，需要構(gòu)建良好的控制系統(tǒng)，主要包含三個(gè)部分：

第一，數(shù)據(jù)層?？刂葡到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)層十分重要，其有利于維護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效果，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，保障控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。自動(dòng)化生產(chǎn)線中，包含了諸多數(shù)據(jù)，尤其是自動(dòng)化設(shè)備和物理層之間的數(shù)據(jù)傳輸，依賴于現(xiàn)場總線技術(shù)。應(yīng)用最多的現(xiàn)場總線技術(shù)有EPA實(shí)施以太網(wǎng)技術(shù)。這一技術(shù)在使用上較為簡潔，而且不需要太多的用線量，非常適用于沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中。為有效加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)層的控制，應(yīng)當(dāng)建立健全的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施集中性管理，防止機(jī)器人因循環(huán)動(dòng)作而破壞數(shù)據(jù)層。

第二，物理層。自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的物理層，主要功能在于收集生產(chǎn)過程觀眾的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并且感知這些數(shù)據(jù)。物理層中的設(shè)備具有開放性，應(yīng)用了EPA技術(shù)和PLC技術(shù)，可以與數(shù)據(jù)層進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)傳輸和交換工作，實(shí)時(shí)掌握自動(dòng)化生產(chǎn)線中各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行實(shí)況，把控好工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作路徑，使其準(zhǔn)確而高效的完成所下達(dá)的指令。

第三，人機(jī)交互平臺(tái)。這一部分是整個(gè)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵內(nèi)容，其不僅能顯示整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的操作實(shí)況，掌握整個(gè)工作流程，全面控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，接收故障報(bào)警，還能直接通過此平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。相關(guān)技術(shù)人員可以于此平臺(tái)中操作自動(dòng)化生產(chǎn)線，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的問題，并實(shí)施具有針對(duì)性的措施來加以解決，以使其正常運(yùn)行。

3.3 安全系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)

基于工業(yè)機(jī)器人的沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線，要想順利進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率，則必須建立健全的安全系統(tǒng)，以對(duì)其進(jìn)行有效的防護(hù)，應(yīng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人故障問題，并且對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行維護(hù)，延長其使用壽命。雖然沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線，并不存在于同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，但是在設(shè)備的應(yīng)用上仍然存在部分重疊情況，若是不對(duì)重疊區(qū)域加以控制，那么很容易出現(xiàn)碰撞事故，帶來一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。控制系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，為充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的作用，調(diào)劑好工業(yè)機(jī)器人各項(xiàng)參數(shù)，使其高質(zhì)量完成指令，則必須實(shí)施有效日常調(diào)配工作，從硬件和軟件兩個(gè)方面來加以防護(hù)。比如說硬件方面，可以設(shè)立監(jiān)控系統(tǒng)，來把握工業(yè)機(jī)器人工作中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提升其抗干擾能力。亦或是可以利用PLC技術(shù)，來實(shí)施全面監(jiān)控，做好預(yù)警工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線中的故障點(diǎn)，并有效處理。

另外，在工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，還應(yīng)當(dāng)建立健全的模擬仿真系統(tǒng)，可采用可靠的編程技術(shù)，來對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行離線操控，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求來設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線，并且現(xiàn)場安裝試行，仿真工業(yè)機(jī)器人的速度，運(yùn)動(dòng)路徑及其負(fù)載力，以此來保障自動(dòng)化生產(chǎn)線的安全運(yùn)行。

3.4 未來發(fā)展

基于工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)線將不斷完善，生產(chǎn)水平會(huì)隨之工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展而提升。在未來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將受到更多人的重視，情感識(shí)別技術(shù)、柔性機(jī)器人技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)，都將成為未來機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向，工業(yè)生產(chǎn)體系將會(huì)隨之而改變，加快智能化工業(yè)發(fā)展。另一方面，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的日漸成熟，會(huì)給工業(yè)發(fā)展帶來一定的優(yōu)勢，但與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，出現(xiàn)一些問題。例如當(dāng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的運(yùn)用愈來愈多，工業(yè)生產(chǎn)開始以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)，逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線，取代了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線，那么就會(huì)有大量的工人失去工作，增加了我國的就業(yè)壓力，如何平衡和解決這一問題是未來需要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。

4? 結(jié)束語

既然明確了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用功能，就應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究，全面了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，掌握當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多的工業(yè)機(jī)器人類型，基于工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行模式、工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行系統(tǒng)構(gòu)成以及控制系統(tǒng)等方面，來提出有效的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線構(gòu)建思路，從多角度來控制工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，使其能充分發(fā)揮自身作用，為我國工業(yè)自動(dòng)化水平的提升提供重要保障?？偠灾诠I(yè)生產(chǎn)中使用工業(yè)機(jī)器人，是工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然需求，必須予以高度重視，不容忽視，其不僅能減少勞動(dòng)力成本，還有利于提高工業(yè)生產(chǎn)效率。在未來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人體系將會(huì)逐步完善，其優(yōu)勢將會(huì)不斷放大，成為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的主要工作方式，具有重要意義。

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