智能制造時(shí)代自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用研究

彭淑素

(湘西民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南湘西 416000)

智能制造是指機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，在智能制造時(shí)代，人作為技術(shù)的輸出者及設(shè)備的操控者，更多地從事編程、監(jiān)控、質(zhì)控、管理等方面的工作。一直以來，我國的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)較為落后，自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)水平低，與西方發(fā)達(dá)國家，如德國之間存在一定的差距。因此，要想在國際市場競爭中脫穎而出，利用工業(yè)機(jī)器人來提高自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用覆蓋率及生產(chǎn)效率十分必要，這關(guān)系到國家在智能時(shí)代發(fā)展的前途命運(yùn)。

1 智能制造時(shí)代工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)概述

1.1 智能制造時(shí)代

當(dāng)前，制造業(yè)正在從機(jī)械制造時(shí)代向著獨(dú)立智能制造時(shí)代躍進(jìn)，一些實(shí)力雄厚的企業(yè)都在集中力量引進(jìn)自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人，改革企業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、流程及體系，使企業(yè)跟上現(xiàn)代化發(fā)展的步伐。智能制造時(shí)代的核心判斷標(biāo)準(zhǔn)在于智能制造的技術(shù)支撐，智能制造具有獨(dú)立性、系統(tǒng)性、開放性的特點(diǎn)，其可以通過集成控制系統(tǒng)發(fā)出指揮命令，按照預(yù)先編制好的程序開展生產(chǎn)制造工作，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)收集、生產(chǎn)分析，為管理人員提供生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)方面的參考。智能時(shí)代的制造業(yè)具備開放性的特征，智能制造能夠完成獨(dú)立學(xué)習(xí)，利用開發(fā)新技術(shù)來不斷達(dá)成新要求[1]。

1.2 工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是指應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)器人設(shè)備，其可以完全或者部分替代人的工作完成工業(yè)制造及生產(chǎn)任務(wù)。全自動(dòng)、智能化工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用意味著會(huì)降低人力資源成本，提高生產(chǎn)率。工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)制造應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)、仿真學(xué)技術(shù)、編程數(shù)控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用可以使工業(yè)機(jī)器人具備豐富的任務(wù)處理功能，從而達(dá)到代替人工操作的目的。工業(yè)機(jī)器人的類型十分豐富，也具備較高的專業(yè)性，一方面能夠節(jié)約機(jī)器人研發(fā)制造的成本，另一方面能滿足不同企業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求。當(dāng)前較為常見的工業(yè)機(jī)器人有激光雕刻機(jī)器人、焊接機(jī)器人等，其中機(jī)械臂類型的機(jī)器人應(yīng)用了仿生學(xué)原理，其機(jī)械臂設(shè)置了多關(guān)節(jié)，能夠完成相對復(fù)雜的操作，從而代替人來開展工作。

1.3 自動(dòng)化技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)是指基于自動(dòng)控制理論和自動(dòng)機(jī)械裝置而形成的自動(dòng)化處理技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以減少企業(yè)人力資源和安全管理的負(fù)擔(dān)。一般來說，自動(dòng)化技術(shù)需要應(yīng)用光電子技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析技術(shù)等來完成發(fā)出指令、生產(chǎn)操作、回收信息、運(yùn)行分析以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面的程序，并能夠進(jìn)行多層次、多等級的控制，還可以借助問題診斷功能，輔助企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)決策和管理，調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，保障產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

2 智能制造時(shí)代自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用類型

2.1 智能控制技術(shù)

人工智能技術(shù)也叫作AI技術(shù)，是當(dāng)前最先進(jìn)的自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)。在智能控制芯片以及智能控制系統(tǒng)的支持下，自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人的操作功能、水平和質(zhì)量都有了很大的提升，不僅在自動(dòng)化技術(shù)方面走向了智能化，讓工業(yè)機(jī)器人有了自主判斷能力，而且還實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，人作為操作者和管理者，與工業(yè)機(jī)器人之間的交互更加順暢。智能控制技術(shù)可以借助智能傳感器接收傳輸信息之后進(jìn)行分析判斷，從而做出相應(yīng)的操作控制和處理[3]。自動(dòng)化技術(shù)往往只是按照預(yù)先設(shè)定的指令來進(jìn)行操控，但是智能控制技術(shù)多了智慧分析的步驟，其中運(yùn)用到了AI 技術(shù)，讓工業(yè)機(jī)器人有了“思考”的能力。除了既定設(shè)置好的一些技術(shù)操作指令之外，智能化的工業(yè)機(jī)器人還可以自主學(xué)習(xí)，通過不斷收集新的信息來學(xué)習(xí)新的操作，并在遇到新問題時(shí)做出合理的自主應(yīng)對，從而進(jìn)一步減輕人力資源負(fù)擔(dān)。智能控制技術(shù)受到傳感器集成模塊以及分析模型、決策模型的控制，采用不同的算法也會(huì)對工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化操作產(chǎn)生影響，因此，要提高信息分析的準(zhǔn)確性，才能夠確保智能制造不出問題。

2.2 計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)

計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人本身就具備一定的集成性，其具備自動(dòng)化及半自動(dòng)化的操作能力，一般自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人具備半自動(dòng)化的操作模式，在集成制造技術(shù)的支持下，工業(yè)機(jī)器人能夠完成系統(tǒng)性的工作任務(wù)。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)在生產(chǎn)方法和流程上有離散型和持續(xù)型兩種，離散型是應(yīng)用于較為簡單的生產(chǎn)工藝中的，主要應(yīng)用于物理加工；持續(xù)型技術(shù)應(yīng)用于更復(fù)雜的生產(chǎn)過程中，對相關(guān)參數(shù)和質(zhì)量要求等都可以進(jìn)行更改，不僅可以進(jìn)行物理加工，還可以進(jìn)行化學(xué)加工。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)可以促使工業(yè)機(jī)器人按照規(guī)定好的生產(chǎn)制造要求來完成相應(yīng)的工作任務(wù)，其所應(yīng)用的技術(shù)包括了數(shù)據(jù)技術(shù)、分析技術(shù)和平臺技術(shù)等。智能時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“智能連接獲取”，并在通信過程中對數(shù)據(jù)源頭的安全性進(jìn)行識別和風(fēng)險(xiǎn)攔截，數(shù)據(jù)獲取可以通過工業(yè)機(jī)器人的傳感器、監(jiān)控器等來實(shí)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人可以在運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)。分析技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)的分析，并通過分析來獲得相應(yīng)的結(jié)論。實(shí)際上，工業(yè)機(jī)器人用來進(jìn)行分析的時(shí)間非常短，其必須要在極短的時(shí)間內(nèi)做出可靠的分析，并同步做出相應(yīng)的操作，一般來說，分析結(jié)果可以與預(yù)想設(shè)定的正確值進(jìn)行對比，這樣可以最大化提高工業(yè)機(jī)器人的工作效率。平臺技術(shù)則能夠借助多種集成技術(shù)，比如：云計(jì)算技術(shù)、圖傳技術(shù)等來完成具體任務(wù)的操作處理。

2.3 系統(tǒng)集成信息化技術(shù)

系統(tǒng)集成信息化技術(shù)是與計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)密切相關(guān)的，在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)操作中，其還可以有內(nèi)置的操作系統(tǒng)來對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行控制，自動(dòng)化和智能化的發(fā)展要求下，系統(tǒng)集成信息化技術(shù)也在不斷革新，以滿足工業(yè)機(jī)器人智能化、自動(dòng)化開展工作的要求。系統(tǒng)集成信息化技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的后臺計(jì)算機(jī)、操作站、廣域網(wǎng)的管理中，其對工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)整體操作，還可以通過發(fā)布或者修改指令來進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，在關(guān)鍵時(shí)刻隨時(shí)保障工業(yè)生產(chǎn)的安全。特別是工業(yè)機(jī)器人的操作應(yīng)用軟件較為復(fù)雜，其利用平臺技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)軟件操作功能的集成，操作人員可以通過后臺或遠(yuǎn)程操作來控制工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。

3 智能制造時(shí)代自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用領(lǐng)域

智能制造時(shí)代，自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用主要有如下3種領(lǐng)域，這3種領(lǐng)域?qū)τ诠I(yè)機(jī)器人的要求也有差異。

3.1 簡單機(jī)械重復(fù)的工業(yè)制造領(lǐng)域

在智能制造時(shí)代，工業(yè)生產(chǎn)對于智能化、自動(dòng)化的要求在逐步提高，工業(yè)機(jī)器人最常用于簡單的、機(jī)械重復(fù)的工業(yè)制造領(lǐng)域，在這種領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)器人的引進(jìn)和使用成本較低，很多中小型的企業(yè)也可以負(fù)擔(dān)得起，比如：自動(dòng)貼標(biāo)簽、自動(dòng)包裝、自動(dòng)拆捆、自動(dòng)切割、自動(dòng)沖壓等類型的工業(yè)機(jī)器人，其完全可以代替操作工人來完成一系列的工作，而且有效保障了生產(chǎn)車間的安全性[5]。因此，這類工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用量最大，為工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)，但是這類工業(yè)機(jī)器人的智能化水平不高，相關(guān)行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人智能化發(fā)展的需求不高。

3.2 要求精密無塵的工業(yè)制造領(lǐng)域

在“中國制造2025”的戰(zhàn)略規(guī)劃下，工業(yè)生產(chǎn)正在開展大的變革，自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用也更為普遍，自動(dòng)化技術(shù)的水平也在不斷提升，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況來看，自動(dòng)化技術(shù)引領(lǐng)下的工業(yè)機(jī)器人更適用于精密無塵的工業(yè)制造領(lǐng)域，在這類領(lǐng)域中，機(jī)器人比人類更能實(shí)現(xiàn)精密級的準(zhǔn)確操作，也可以保障生產(chǎn)車間的無塵化，比如打磨拋光、自動(dòng)焊接、3D打印等工業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目中，以及精密儀器、生物醫(yī)藥等行業(yè)中，這類工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化工業(yè)機(jī)器人的智能化操作水平要求較高，工業(yè)機(jī)器人需要能夠具備一定的自主思考、分析的功能。

3.3 相對惡劣危險(xiǎn)的工業(yè)制造領(lǐng)域

在智能制造時(shí)代，自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用提高了機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力，其可以在相對惡劣危險(xiǎn)的環(huán)境下工作，由此可以避免一些工業(yè)生產(chǎn)給人造成健康安全方面的危害。比如：在工業(yè)制造的化學(xué)檢測領(lǐng)域，可以利用工業(yè)機(jī)器人來進(jìn)行自動(dòng)取樣、化驗(yàn)、分析；在汽車制造領(lǐng)域，可以利用工業(yè)機(jī)器人來完成噴漆工序[6]。在此類工業(yè)領(lǐng)域，對自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人開展智能化防護(hù)的要求較高，要求工業(yè)機(jī)器人在完成相應(yīng)工作任務(wù)的同時(shí)做好自我保護(hù)，避免受到損害，從而實(shí)現(xiàn)長期應(yīng)用。

4 智能制造時(shí)代自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用發(fā)展策略

4.1 重視自我研發(fā)和集成創(chuàng)新

智能制造時(shí)代背景下，在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的過程中，自動(dòng)化技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。相比西方發(fā)達(dá)國家，我國自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人的起步比較晚，還存在技術(shù)研發(fā)和革新的必要性。因此，要重視工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)的自我研發(fā)和集成創(chuàng)新，以促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用，避免過度依賴進(jìn)口解決國內(nèi)工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化的需求。相關(guān)部門要加大力度，給予工業(yè)機(jī)器人行業(yè)必要的政策扶持，促進(jìn)科研創(chuàng)新企業(yè)能夠獲得更多的發(fā)展資源[7]。

4.2 加大投入，優(yōu)化多方合作模式

工業(yè)機(jī)器人屬于高端自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)設(shè)備，其具備較高的科技水準(zhǔn)，就我國當(dāng)前的科研能力來看還需要進(jìn)一步地提升。由于工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)需要大量的資金以及人才資源，而且自主研發(fā)周期較長、生產(chǎn)變現(xiàn)較慢，所以很多企業(yè)沒有充足的資金投入這一行業(yè)中，因此，相關(guān)政府部門可以通過鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人研發(fā)的金融政策、稅收政策方面的優(yōu)惠，支持此類企業(yè)發(fā)展。同時(shí)，要優(yōu)化多方合作的模式，讓“雙一流”高校的優(yōu)質(zhì)人才、國家科研人才以及企業(yè)進(jìn)行合作，共同加大力度研發(fā)自主工業(yè)機(jī)器人設(shè)備，并制訂完善的目標(biāo)方案，形成階段性的研創(chuàng)計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方面的革新和進(jìn)步。

4.3 全面優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人性能

在新時(shí)代背景下，工業(yè)生產(chǎn)制造過程中存在很多操作人員難以完成的任務(wù)項(xiàng)目，因此，必須要應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，與此同時(shí)，為了提高工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)效率，有必要全面優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人的綜合性能。在智能時(shí)代，將更高水平的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人中可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)流程信息的自動(dòng)提取和生產(chǎn)安排，還可以內(nèi)置生產(chǎn)模塊，實(shí)現(xiàn)模塊化的生產(chǎn)應(yīng)用?？梢哉f，工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化技術(shù)是具備人工智能特性的，這樣一來，工業(yè)機(jī)器人的功能則更為豐富，相應(yīng)的性能也更優(yōu)越，可以實(shí)現(xiàn)更為廣泛的場景的應(yīng)用。在人工智能技術(shù)的支持下，工業(yè)機(jī)器人的性能能夠進(jìn)一步優(yōu)化，其中需要借助主控制器、單片機(jī)以及檢測反饋裝置等，融入計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、輸入輸出單元，通過有效的操作—反饋—分析—調(diào)整的智慧化流程來確保工業(yè)機(jī)器人能夠完成好每一次的操作任務(wù)[8]。

4.4 培育工業(yè)機(jī)器人智能制造人才

在智能時(shí)代，要想進(jìn)一步優(yōu)化自動(dòng)化在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用離不開人才的支持，就當(dāng)前來看，工業(yè)生產(chǎn)制造方面的人才較多，但是能夠參與工業(yè)機(jī)器人智能制造的人才數(shù)量十分有限，這類型的人才需要具備數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、機(jī)電一體化、電學(xué)、信息技術(shù)科學(xué)等方面的知識，需要了解工業(yè)機(jī)器人的制造原理，并能夠在團(tuán)隊(duì)工作中獨(dú)當(dāng)一面。因此，為了發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，就應(yīng)盡快在高校開設(shè)相關(guān)專業(yè)方向，制訂完善的人才培養(yǎng)體系和計(jì)劃，培育出一批工業(yè)機(jī)器人智能制造人才，補(bǔ)充相應(yīng)的人才梯隊(duì)，為工業(yè)機(jī)器人研發(fā)制造產(chǎn)業(yè)提供人才支持。另外，還應(yīng)在高校內(nèi)建立科研團(tuán)隊(duì)，與相關(guān)企業(yè)形成密切合作，加快智能機(jī)器人的研發(fā)制造。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人的推廣應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)效率有了很大的提升。在智能時(shí)代背景下，工業(yè)機(jī)器人需要得到進(jìn)一步的技術(shù)提升，重視自我研發(fā)和集成創(chuàng)新，我國應(yīng)盡快培育工業(yè)機(jī)器人方面的人才，加大力度進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的自主研發(fā)制造，以提高我國工業(yè)化生產(chǎn)的效率，加快工業(yè)生產(chǎn)改革，提高相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。