工業(yè)機器人在智能制造中的應用

王會芝

（太原學院，山西 太原 030032）

近年來，在全球信息化浪潮的推動下，我國的經(jīng)濟技術得到了迅猛的發(fā)展。其中，工業(yè)制造行業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，且在不斷地壯大[1]。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，想要發(fā)展成為一個制造業(yè)大國，就需要不斷創(chuàng)新制造技術并培養(yǎng)專業(yè)人才。工業(yè)機器人相關行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新，是我國制造行業(yè)轉型的重要特點之一，也是我國制造行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。為了使“中國制造”向集成化、自動化、智能化方向發(fā)展，需要把工業(yè)機器人這樣的智能制造技術應用于制造行業(yè)領域，并強化對工業(yè)制造業(yè)人才的培養(yǎng)，提升工業(yè)機器人制造業(yè)的技術研發(fā)能力，才能真正做到科技興國，也才能更好地促進我國自動化工業(yè)制造的智能化發(fā)展與進步。

1 工業(yè)制造機器人概述

工業(yè)制造機器人是一種專用于工業(yè)制造領域的、具有多功能的、能夠驅動的、機械式智能化裝置[2]。這種裝置能夠通過簡單的驅動，實現(xiàn)非人為干預（或是半人為干預）自動化任務的執(zhí)行。工業(yè)制造機器人的主要工作原理是通過人工控制和自身機械動力相結合來實現(xiàn)操作。工業(yè)機器人的自動控制，是借用計算機語言模擬人腦，自動發(fā)出行為控制指令來實現(xiàn)的。因此，工業(yè)制造機器人簡單的日常操作，實際上就是程序的匯編與自動化應用。工業(yè)制造機器人的加入，使得工業(yè)加工的速度更快，運行效率更高[3]。與此同時，工業(yè)機器人自動控制系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的輸入和輸出，能夠更加靈活地控制工業(yè)制造生產(chǎn)加工步驟，提高工業(yè)制造行業(yè)自動化處理的水平。

2 工業(yè)機器人的特點

相比于人類的頭腦，工業(yè)機器人無法像人類大腦那樣，按照神經(jīng)系統(tǒng)的指揮支配和調節(jié)身體全部關節(jié)的各項功能[4]。工業(yè)機器人的大腦實際上就是一個控制器，設計者通過自動控制程序的編寫和安裝，實現(xiàn)機器人全部可能的操作。工業(yè)機器人沒有思維，無法自主進行思考，也沒有大腦，無法自主實現(xiàn)任何簡單的操作，但卻可以無條件地按照指示操作。從實踐應用的角度來說，工業(yè)機器人具有靈活度高和工業(yè)生產(chǎn)工作效率高的優(yōu)點。

2.1 靈活度高

工業(yè)機器人所做的任何一個操作都是通過相關參數(shù)的設定和具體的指令提示來實現(xiàn)的。工業(yè)機器人的身體與人體的結構有所不同，工業(yè)機器人的身體是指它自己的結構形態(tài)[5]。不同的工業(yè)行業(yè)所需要的機器人不同，其形態(tài)設計并不相同。當前，國內工業(yè)產(chǎn)業(yè)部門常見的工業(yè)機器人是擁有機械臂的，并且可以進行簡單移動操作的機器人。其主要的工作，包括智能化工業(yè)制造和簡單的運輸搬運等。按照工作性質的不同，目前廣泛使用的工業(yè)機器人有焊接機器人、運輸機器人、汽車制造機器人、餐飲服務機器人等。這些機器人在生產(chǎn)工作中，只要操作人員進行簡單的數(shù)據(jù)輸入和調整，就可以迅速投入到工作生產(chǎn)中，相較于傳統(tǒng)的機床式加工技術，應用靈活度更高。

2.2 生產(chǎn)效率高

工業(yè)機器人的主要技術優(yōu)勢是可以把人從手工勞動中解放出來，在提高工業(yè)生產(chǎn)加工工作效率的同時，給人們的工作生活帶來更大的方便[6]。以運輸機器人為例，當進行中、大型工業(yè)設備的搬運時，采用傳統(tǒng)的人工搬運方式，對工人來說是一項高強度的工作內容，不僅會降低工作效率，還容易造成人員或者設備的損傷。工業(yè)運輸機器人則不同，它可以在長時間工作的前提下，承載大體積的元器件，不會感到勞累，也不會出現(xiàn)超負荷工作的問題，只要有足夠的電量，工業(yè)運輸機器人就能夠實現(xiàn)不間斷的工作狀態(tài)。

2.3 工業(yè)機器人的優(yōu)勢

從安全的角度來分析，工業(yè)機器人在結構設計上更加具有精密性和安全性。同時，它可以獨立地進行故障預警檢測和簡單故障處理[7]。由于其運算精度比較高，所以能夠有效地降低設備產(chǎn)生故障的概率，并預防由故障造成的人員傷害。同時，工業(yè)機器人對外在環(huán)境要求不高，可以被分配到一些比較偏遠的地方，或者是人工操作難以實現(xiàn)的工作項目中。

工業(yè)機器人代替人類工作，能夠給人類的生活與生產(chǎn)帶來更大的方便。同時，也能夠有效地減少手工操作給人類帶來的艱辛與壓力，并且能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性和可靠性，降低勞動強度。因此，工業(yè)機器人的使用，將會是工業(yè)技術革命成功的一個體現(xiàn)。

3 工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)制造行業(yè)中的應用

在我國的汽車生產(chǎn)制造行業(yè)中，工業(yè)機器人的應用十分廣泛。具體來說，其主要應用領域包括搬運、噴涂、焊接、裝配、驗收等高勞動力工作范疇。

3.1 工業(yè)機器人應用于搬運

由于汽車制造業(yè)中的自動化機床都非常沉重，汽車的零部件也存在一定的超重，因此，在進行機床工件裝卸和汽車零部件組合的過程中，很難采用人工的方式來工作，人工勞力在強壓下工作困難，很難實現(xiàn)迅速準確的工件裝卸。與此同時，工業(yè)機器人能夠準確地抓起所需的零部件，并且在不損壞零部件的基礎上，對零部件進行精準移動。工業(yè)機器人的高效搬運能力，有效減少了人工操作帶來的不便，提高了汽車生產(chǎn)與加工制造的速度和效率。

汽車行業(yè)工業(yè)機器人的工作過程中，機器人完全根據(jù)用戶端提供的指令進行操作。因此，可以在汽車生產(chǎn)過程中按照不同的工件形態(tài)和工件重量，對同一個機器人施加不同的工作指令，比如，當機器人舉起較沉重的配件時，對機器人施加工作指令，要求它放緩位移速度，并運用數(shù)學計算方法計算最短位移長度，有效節(jié)約機器人的運作時間，提高工業(yè)機器人的運作效率。而當機器人舉起比較輕的物體時，對機器人施加另一類型的指令，讓工業(yè)機器人以較快的速度實現(xiàn)工業(yè)部件的移位。工作指令的選擇與修改，能夠保證工業(yè)機器人很好地完成搬運工作，使搬運工作在質量和效率上都得到提高[8]。

3.2 工業(yè)機器人應用于焊接

在汽車工業(yè)技術中，應用工業(yè)機器人最多的地方就是焊接。其中，以點焊技術和弧焊技術為主。由于汽車制造過程繁雜，每臺汽車上有4 000個以上的焊點，這些焊點如果由人工完成，需要耗費大量的人力，并且浪費極長的生產(chǎn)加工時間。而如果把這些工作轉交給工業(yè)機器人，點焊工業(yè)機器人可以在精準控制的情況下實現(xiàn)高速作業(yè)，確保汽車點焊的效率，同時還能夠有效提高汽車設備的加工速度。在實施弧焊操作的時候，有弧焊機器人，它通過設置的工作路徑，進行工業(yè)汽車制造輔助焊接，其焊接質量和效果相較于人工操作來說，精細了很多[9]。

3.3 工業(yè)機器人應用于噴涂

在汽車制造工藝中，有大量的噴涂工作。其中，包括車身材料和零部件材料的噴涂。工業(yè)制造機器人可以通過自動化程序的設置，進行車身表面勻稱、快速的噴涂。同時，工業(yè)噴涂機器人能夠準確地計算噴涂部位圖像信息，使得噴涂的實際誤差更小，標準尺寸更加精細化。而且如果汽車制造過程中的噴涂部分出現(xiàn)工藝問題，也可以用工業(yè)噴涂機器人計算改進的思路和方法。

3.4 工業(yè)機器人應用于裝配

在汽車的整體裝配工作中，與其他的工業(yè)機器人相比，汽車專用裝配機器人具有更高的專業(yè)化水平，其工作的準確程度也更高。同時，汽車專用裝配機器人能夠適應不同的工作環(huán)境，也能夠根據(jù)任務需求的增加而完成更多的工作目標。近年來，隨著我國汽車制造產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的各種零部件被大量地生產(chǎn)出來，很多零部件體積小巧，功能復雜，單純的人工裝配在精準度方面很難滿足汽車裝配的標準化要求，而且需要大量的時間。而汽車專用裝配機器人能夠更精準地進行汽車配件的裝配，比如，車座電池裝配、汽車車燈裝配、汽車車窗裝配、儀表裝置分配與安裝等。在安裝過程中，汽車專用裝配機器人能夠有效地降低安裝時潛在的誤差系數(shù)，使汽車零部件安裝起來的整體性更好。同時，汽車專用裝配機器人的速度是人工無法媲美的，細小零部件的裝配，人工操作非常難以進行，但對于汽車專用裝配機器人而言，是極為簡單的一個操作步驟，完全沒有難度。

3.5 工業(yè)機器人應用于驗收

工業(yè)汽車制造完成之后，需要對汽車的各個零部件、整體的焊接工作以及外部的噴漆進行整體驗收。在汽車真正投入汽車銷售大市場之前，對其性能安全系數(shù)和質量水平進行科學驗收非常重要，也非常有意義。由于汽車安全性能檢驗是一項危險系數(shù)非常高的工作，所以在驗收的過程中，應盡量減少人力的投入，避免由于人工操作而引發(fā)的意外事故。因此，使用工業(yè)機器人進行出廠前驗收非常適合。工業(yè)機器人在汽車出廠前驗收中，主要完成兩大工作。第一項工作是檢測汽車的控制功能，也就是檢查汽車是否能夠按照指定要求，進行自動控制，在這一步驟中，工業(yè)機器人需要負責完成碰撞測試。當機器人被碰撞之后，能夠看到汽車受到外力沖擊之后會發(fā)生的反應，從而確定汽車的控制安全性。第二項工作是檢測汽車的圖像傳感功能，圖像傳感功能能夠宏觀控制汽車運作過程，當汽車內部受到?jīng)_擊后，會把自身對應的狀態(tài)傳輸給圖像傳感器，并能夠把指定的圖像一并傳遞給驗收機器人。汽車驗收機器人通過對汽車傳輸?shù)男畔⑦M行整合分析，并針對汽車潛在的問題進行系統(tǒng)調整，從而實現(xiàn)出廠前汽車在安全性方面的提升。

4 提高工業(yè)機器人智能制造水平的措施

由于我國在信息技術方面的發(fā)展起步較晚，且有關人工智能的應用研究都集中在近十幾年內，因此，相對于西方發(fā)達國家而言，我國的工業(yè)智能機器人生產(chǎn)與開發(fā)體系還存在著一定的不足，工業(yè)機器人生產(chǎn)所用的一些比較重要的關鍵零部件，還需要通過從國外進口。針對我國當前智能生產(chǎn)制造行業(yè)的發(fā)展趨勢，通過多元化手段進行工業(yè)機器人的研發(fā)與改進，具有重要的意義。

4.1 強化科技創(chuàng)新技術能力

針對當前我國智能機器人生產(chǎn)制造中潛在的問題，國家相關部門加大了對工業(yè)機器人的研發(fā)力度以及資金投入[10]。在技術水平方面，組建起了大量的智能機器人專業(yè)技術研發(fā)團隊和智能機器人維護保養(yǎng)團隊。從硬件和軟件兩大方面入手，提高我國工業(yè)機器人的制造能力，從而進一步促進我國的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)全方位發(fā)展。

4.2 培養(yǎng)高技能專業(yè)人才

相較于其他行業(yè)而言，工業(yè)機器人的智能生產(chǎn)屬于高新技術，其專業(yè)門檻非常高，對人才的專業(yè)性和技術性要求也極高[11]。因此，如果想要加強對工業(yè)機器人的生產(chǎn)與研發(fā)，提高工業(yè)機器人的智能性，就需要通過各種手段，多方位地培養(yǎng)出高素質的專業(yè)化人才。為了更好地培養(yǎng)這些專業(yè)人才，需要通過校企結合的方式，把高校的自動化和機器人等相關專業(yè)人才培養(yǎng)機制與我國的機器人生產(chǎn)加工制造企業(yè)，在技術上進行有機結合。把高校中的研發(fā)能力投入到工業(yè)生產(chǎn)之中，為工業(yè)智能化機器人的研發(fā)與再設計提供更強有力的技術支持。

5 結語

自動化技術發(fā)展的大趨勢，使得工業(yè)智能制造成為當代社會經(jīng)濟發(fā)展的新要求與新目標[12]。工業(yè)機械機器人的智能化應用，能夠滿足我國各類工業(yè)生產(chǎn)與加工行業(yè)的市場需求，提高我國工業(yè)制造技術和自動控制技術的智能化發(fā)展速度?？梢灶A見，未來我國的智能制造技術，以工業(yè)機器人為代表，將會更好地應用于人們的日常生活和生產(chǎn)之中。工業(yè)機器人的智能化研究與應用，工業(yè)機器人設計專業(yè)人才在人工智能領域的創(chuàng)新和探索，將會為國有企業(yè)智能制造水平的提高提供更強大的技術支撐。工業(yè)機器人制造行業(yè)的高新技術，能夠提高我國制造行業(yè)的市場競爭力，并更好地促進我國制造行業(yè)的發(fā)展與進步。