基于工業(yè)機(jī)器人的智能制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法

付保英

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南省鶴壁市 458030）

隨著時(shí)代的進(jìn)步，我們的生產(chǎn)和生活都日益進(jìn)入了科技的時(shí)代。在生產(chǎn)加工種，為了更好的提升效率，滿足市場需求，智能化工廠、智能化生產(chǎn)線已成為必然的趨勢。這就促進(jìn)了工業(yè)智能化，設(shè)備智能化和生產(chǎn)力智能化的發(fā)展。作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的制造和運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)智能化管理顯得更加迫切。在工業(yè)智能化發(fā)展的同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人具有可持續(xù)操作性，在保證日常維護(hù)和保養(yǎng)的前提下可以進(jìn)行24小時(shí)高效工作，使用壽命也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10年，是目前運(yùn)用到智能制造生產(chǎn)線中最廣泛的用具之一。許多行業(yè)在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)制造過程中均選擇使用工業(yè)機(jī)器人完成諸如分揀、跟蹤、搬運(yùn)、裝配和儲存等復(fù)雜任務(wù)。隨著現(xiàn)代制造業(yè)中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的成熟和生產(chǎn)線的智能化，在現(xiàn)代智能制造生產(chǎn)線中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1.1 工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)中的一種可通過技術(shù)人員手動操控或系統(tǒng)智能操控的一種機(jī)械手，他可以通過系統(tǒng)設(shè)置自由活動完成系統(tǒng)下達(dá)的指令。并能憑借自身的能源和控制力實(shí)施產(chǎn)品的創(chuàng)造和制造。在智能制造生產(chǎn)線中，需要提前編輯好程序，根據(jù)提前下達(dá)的指令行駛生產(chǎn)。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。主體部位具有強(qiáng)大協(xié)調(diào)運(yùn)作能力，可模擬人體完成抓握、提舉、分離、放置等操作。驅(qū)動器相當(dāng)于人的運(yùn)動神經(jīng)，是操控器械運(yùn)動的重要組成部分。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是下達(dá)命令和指令的重要樞紐，可以決定工業(yè)機(jī)器人各項(xiàng)功能協(xié)調(diào)合作運(yùn)行的主要因素?？刂葡到y(tǒng)通過提前的程序編程對對驅(qū)動器下達(dá)行動指令，進(jìn)行操控。驅(qū)動系統(tǒng)通過接收控制系統(tǒng)發(fā)送的命令信號，驅(qū)動元件產(chǎn)生相應(yīng)的動作并與執(zhí)行器合作完成各種操作任務(wù)。

1.3 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人具有較高的智能制造水平，可以根據(jù)自身的能源完成系統(tǒng)或人工操控下達(dá)的指令和動作。在工業(yè)生產(chǎn)線中，很多復(fù)雜的環(huán)境人工操作起來非常的麻煩，但是應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人處理就能很好的解決此類問題。它對于復(fù)雜的環(huán)境復(fù)雜的動作都有很好的應(yīng)對性。工作人員只需提前編寫程序或者手動操控既可以完成工作。工業(yè)機(jī)器人在使用時(shí)間上更為持久，工作時(shí)間更多，對于相關(guān)工作可以做到更加準(zhǔn)確無誤。在保證日常維護(hù)和維修對情況下，工業(yè)機(jī)器人可以全天不停歇對進(jìn)行工作。這極大對提高來工作效率，提高來生產(chǎn)量。

1.4 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

目前的智能制造生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)技能和運(yùn)輸方面的工作，在技能工作上主要負(fù)責(zé)的是焊接、繪制、信息收集、裝配、定位、產(chǎn)品測試等。在運(yùn)輸方面比如包裝、堆垛、傳輸?shù)?。通過運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人實(shí)施工作提高了生產(chǎn)的效率、速度和準(zhǔn)確性，為智能制造生產(chǎn)線帶來了便利。

2 智能制造生產(chǎn)線

通過使用SolidWorks軟件，根據(jù)智能制造生產(chǎn)線各組單元的相關(guān)性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸，對其進(jìn)行空間布局，將各單元擺放的位置進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。Visual Component其功能可以對數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人相關(guān)附屬設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行仿真操作，擁有著良好的智能制造設(shè)備模型，進(jìn)而利用該軟件就能夠建立出貼合實(shí)際的智能生產(chǎn)線以及運(yùn)動的仿真模擬，找出其中不足便可優(yōu)化。Visual Component 軟件模型庫中擁有著加載機(jī)床、機(jī)器人、夾具、傳送帶等一些零部件，通過這些工具搭建出相對真實(shí)的虛擬化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，從而編寫相對應(yīng)的程序?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而驗(yàn)證智能制造生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行效果同時(shí)便于優(yōu)化。

利用空間布局與Visual Component 軟件的仿真模擬效果相結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)際生產(chǎn)線進(jìn)行相對應(yīng)布局與組建。組建的智能制造生產(chǎn)線。通過對智能制造生產(chǎn)線的測試實(shí)驗(yàn)，可以明顯看出其生產(chǎn)線可以更高的完成壓縮機(jī)殼體的自動化加工，并同時(shí)可以在加工過程中對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，智能制造生產(chǎn)線相比于傳統(tǒng)加工模式的工作效率來說，足足提高了30%以上。

3 工業(yè)機(jī)器人在智能制造生產(chǎn)線的應(yīng)用范圍

（1）目前工業(yè)機(jī)器人在智能制造生產(chǎn)線的應(yīng)用中主要以機(jī)械制造工業(yè)為主，主要工作內(nèi)容包括鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切割和機(jī)械裝配等自動化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以及用于空白制造、加工、裝配、檢驗(yàn)和包裝等不同工序的集成電路。

（2）工業(yè)生產(chǎn)往往具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，而勞動強(qiáng)度也比較高。在一些工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，利用工業(yè)機(jī)器人代替人組成智能生產(chǎn)線，完成各種復(fù)雜的生產(chǎn)活動。完成不同的工業(yè)任務(wù)。智能化生產(chǎn)線是一種輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，它自動連接一套自動化機(jī)床和輔助設(shè)備，在一套智能制造生產(chǎn)工作流程中，通過系統(tǒng)設(shè)置，機(jī)器相互協(xié)作完成工作。

4 智能制造生產(chǎn)的全部過程

4.1 智能制造系統(tǒng)運(yùn)作方式

在智能制造生產(chǎn)線上，為了保證機(jī)器人的正?？煽窟\(yùn)行，第一步是設(shè)計(jì)工作流程、以及機(jī)器人精確的動作路徑，使其能夠安全有效地執(zhí)行各種控制指令。不同類型的工業(yè)智能制造生產(chǎn)線在智能系統(tǒng)的編程、操控方式上是不同的。但普遍的機(jī)械智能生產(chǎn)線來說，普遍都需要堆垛、碼垛、運(yùn)輸此類工作

4.2 智能制造系統(tǒng)組成部分

智能制造系統(tǒng)主要包括碼垛、裝卸、輸送、對齊和沖孔等幾個主要工序。相應(yīng)地，沖壓智能生產(chǎn)線應(yīng)包括開袋系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)和鋼絲尾輸送系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人在城垛序列拆裝中的應(yīng)用和自動化系統(tǒng)的建立，可以大大提高堆垛的效率和安全性。智能系統(tǒng)通常由剝離機(jī)、碼垛小車和自動噴油裝置組成。運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人可以保證日夜不停的生產(chǎn)。通過出口傳送帶傳送到中心倉庫，并通過進(jìn)口傳送帶送至噴油機(jī)。堆垛車通常停在物料的上層，主要方便機(jī)器人裝卸物料。涂油過程是在拉延環(huán)節(jié)進(jìn)行的，因此，板材的拉出率很大。涂層能有效地消除冷軋板上的滑線，不僅使表面符合要求，而且提高沖壓板的防銹性能。

4.3 智能制造系統(tǒng)生產(chǎn)線的控制

控制系統(tǒng)包括三個部分：數(shù)據(jù)層、物理層和人機(jī)交互平臺。數(shù)據(jù)層在整個系統(tǒng)中起著非常重要的作用，數(shù)據(jù)傳送和分析的效率直接影響系統(tǒng)的可靠性。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和分析。在工業(yè)智能制造中，物理層與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換主要依靠現(xiàn)場總線。智能系統(tǒng)通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對接，通過總控系統(tǒng)集中或分散的控制，通過這種方式可以在一定程度上避免因機(jī)器人的循環(huán)運(yùn)動而引起的數(shù)據(jù)損壞，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。物理由控制站、操作站和現(xiàn)場控制層組成。它主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和遙感。大多數(shù)物理層設(shè)備都是開放型設(shè)備。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地掌握各層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動路徑的精確控制，提高動作執(zhí)行的準(zhǔn)確性。

4.4 智能制造系統(tǒng)生產(chǎn)線的安保系統(tǒng)

為了提高智能生產(chǎn)線的運(yùn)行效果，必須采取一系列的安全防范措施，避免工業(yè)機(jī)器人的故障。雖然智能生產(chǎn)線被劃分成不同的區(qū)域，并且它們的設(shè)備也在特定區(qū)域內(nèi)，但許多設(shè)備都會有一些相關(guān)聯(lián)的情況。如果沒有合理的控制和部署，工業(yè)機(jī)器人就容易發(fā)生碰撞。由于控制系統(tǒng)的種類繁多，需要加強(qiáng)系統(tǒng)的日常部署，在智能系統(tǒng)生產(chǎn)線工作流程中，必須通過各種參數(shù)和計(jì)算及時(shí)調(diào)整工業(yè)機(jī)器人的工作和方法。智能省產(chǎn)線的保護(hù)可以通過硬件保護(hù)和軟件保護(hù)得到改善。例如，有必要通過硬件監(jiān)測來加強(qiáng)系統(tǒng)的的抗干擾能力。此外，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的屏蔽性，提高安全系數(shù)。

4.5 智能制造系統(tǒng)生產(chǎn)線的模擬仿真系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)可以通過提前設(shè)置生產(chǎn)線來縮短在制造過程中按安裝及調(diào)試的時(shí)間。工業(yè)機(jī)器人具有離線功能，我們可以利用其該項(xiàng)功能過模擬出工作速度以及在生產(chǎn)線中對運(yùn)動軌跡和有效負(fù)荷。通過智能制造生產(chǎn)線中方針性對測試，可以避免在實(shí)操中現(xiàn)場操作中會遇到對問題及干擾，這樣既提高了生產(chǎn)對安全性又提高來生產(chǎn)線對可靠性。

5 以汽車輪轂制造為例分析智能制造生產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)計(jì)

本文以汽車輪轂制造為例，從產(chǎn)品的生產(chǎn)加工到質(zhì)量檢測、包裝入庫各個環(huán)節(jié)中，展現(xiàn)在智能制造生產(chǎn)線中，整套輪轂生產(chǎn)制造過程。在整個的生產(chǎn)制造過程中運(yùn)用了大量的現(xiàn)代化智能設(shè)備，以及工業(yè)機(jī)器人。完整的展現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人在智能制造生產(chǎn)中的應(yīng)用。智能制造生產(chǎn)線在接到系統(tǒng)發(fā)來的訂單后，會先對倉庫內(nèi)庫存進(jìn)行清點(diǎn)，如果有成品的情況下會直接使用成品。直接使用運(yùn)輸機(jī)器人對庫房內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行搬運(yùn)，使其運(yùn)送到物流配送系統(tǒng)中。如果在庫房內(nèi)沒有訂單所需要的產(chǎn)品，智能制造生產(chǎn)線會根據(jù)產(chǎn)品所需要的原料通過智能傳輸系統(tǒng)對其進(jìn)行傳送及生產(chǎn)加工。

（1）首先用坐標(biāo)機(jī)器人對接收到的原料取出防止到相應(yīng)的載具中，中控系統(tǒng)會根據(jù)系統(tǒng)指令對原料進(jìn)行加工，通過智能控制系統(tǒng)，可以判定是否達(dá)到加工要求，如果達(dá)成要求的產(chǎn)品即可通過傳感器送往下一個環(huán)節(jié)進(jìn)行生產(chǎn)加工。

（2）在傳送過程中，控制系統(tǒng)檢測到半成品的材料后會將材料通過智能小車運(yùn)送到其他環(huán)節(jié)進(jìn)行加工，不同的環(huán)節(jié)加工指令和生產(chǎn)要求也不同。這些生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和加工工序都是通過中控系統(tǒng)操作。加工中心只需根據(jù)中控系統(tǒng)發(fā)送的指令進(jìn)行操作即可。

（3）加工中心的搬運(yùn)機(jī)器人主要是對原料及加工半成品的搬運(yùn)。在接收到搬運(yùn)指令后，搬運(yùn)機(jī)器人會將加工完成的產(chǎn)品放回智能運(yùn)輸小車中。

（4）智能相機(jī)是對半成品的零部件進(jìn)行判斷監(jiān)測的工具，主要是判斷半成品是否符合加工標(biāo)準(zhǔn)，針對監(jiān)測情況進(jìn)行記錄，沒有通過監(jiān)測的零部件會被智能手臂放置入回收站。合格的產(chǎn)品將會再次通過搬運(yùn)機(jī)器人及智能小車的通力合作運(yùn)送到下一加工環(huán)節(jié)。

（5）在智能制造生產(chǎn)線中進(jìn)行二次加工工作的機(jī)器人，在接收到由運(yùn)輸機(jī)器人傳送過來的產(chǎn)品時(shí)，會將這些產(chǎn)品進(jìn)行二次的加工。在整個傳輸?shù)倪^程中都是運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人負(fù)責(zé)的，這樣既節(jié)省時(shí)間又節(jié)省了人力成本。在輪轂加工完成之后，再次由工業(yè)機(jī)器人將其傳送到智能檢測中心，通過智能相機(jī)等高科技產(chǎn)品對其進(jìn)行二次的質(zhì)量檢測。

（6）產(chǎn)品最終由監(jiān)測系統(tǒng)對其進(jìn)行最后的質(zhì)量檢測，監(jiān)測合格的產(chǎn)品會用機(jī)器人在其上面張貼合格標(biāo)識，在進(jìn)行產(chǎn)品的包裝和入庫。

以上所有的工作和步驟全都是通過總控系統(tǒng)對現(xiàn)代化智能設(shè)備及工業(yè)機(jī)器人下達(dá)編程和指令，由智能設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人協(xié)作完成的。

6 工業(yè)機(jī)器人在智能制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

（1）在運(yùn)行過程中，工業(yè)機(jī)器人在接近產(chǎn)品時(shí)，一定要注意把運(yùn)動速度變慢，再行動軌跡及路徑上，惡意增加多個教點(diǎn)，以便增加工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動路徑的可控性。

（2）想要實(shí)現(xiàn)Z軸方向偏移的操作，在控制氣動手爪在抓緊工作時(shí)，可以使機(jī)器人垂直上升，這樣就可以了。但是一定注意不要讓機(jī)器人運(yùn)行軌跡發(fā)生傾斜，從而產(chǎn)生碰撞。

（3）在智能制造生產(chǎn)過程中想要調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)時(shí)，需要盡快讓機(jī)器人在路徑上一邊運(yùn)動一邊調(diào)整。

（4）當(dāng)機(jī)器人離開工作區(qū)的時(shí)候，在編程過程中提前設(shè)計(jì)速度加快，這樣可以提升工作效率，加快工作時(shí)間。

7 結(jié)論

在智能生產(chǎn)線上，工業(yè)機(jī)器人還要進(jìn)行一些系統(tǒng)化的設(shè)置，如通訊信號軟件品質(zhì)，工具坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置，有效載荷的設(shè)置等等，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為國內(nèi)外智能制造生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)力，越來越多的生產(chǎn)制造廠都將其引進(jìn)運(yùn)用到生產(chǎn)過程中。未來機(jī)器人的開發(fā)將越來越方便，他將變得更加智能化，在生活的各個領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。本文基于目前智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)為前提，從操作方式、系統(tǒng)組成和控制系統(tǒng)等方面對工業(yè)機(jī)器人智能制造生產(chǎn)線的建設(shè)策略進(jìn)行了探討，旨在促進(jìn)工業(yè)機(jī)械在智能生產(chǎn)線中的應(yīng)用，提高我國工業(yè)智能生產(chǎn)水平。