機器人在復合材料制品生產中的應用與思考

蘇潤龍

摘 要 本文介紹了機器人在復合材料產品制作中的一些應用以及在這些應用中發現的一些優點及不足，并針對不足提出了一些解決思路。

【關鍵詞】機器人 復合材料 自動化應用

1 前言

在家鄉，有很多俗稱的“玻璃鋼廠”。玻璃鋼（FRP），一般指用不飽和聚酯、環氧樹脂或酚醛樹脂為基體，以玻璃纖維或其制品作增強材料的一種復合材料，被稱為玻璃纖維增強塑料，或稱玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。這種材料的特點是質輕而硬，不導電，性能穩定.機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以用在風力發電葉片、工程車輛外殼、裝飾娛樂用品、建筑工程、公共軌道交通、船舶游艇、體育休閑、汽車輕量化甚至航空航天、軍事裝備等多個領域。玻璃鋼的應用前景非常廣闊

玻璃鋼的生產工藝多種多樣，有各種手糊成型、抽真空袋壓成型、內外模擠壓成型等。但是一般都必須經過配料、成型、切邊這幾道必不可少的生產階段。在這幾個階段中，由于樹脂的揮發及玻璃纖維切割移動產生的粉塵，每個工序都對人體健康造成或多或少的一些危害。所以，在這些玻璃鋼生產企業中，雖然員工的工資待遇在當地屬于偏高水平，但是招工總是成為一個每年都會面臨的難題。幾乎每個企業每年都會面臨一些用工荒。為緩解這個難題，采用工業機器人進行自動化生產成為企業的一種優先的選擇。

在我們當地的玻璃鋼企業中，部分技術水平較高、規模較大的已經在一些工序中進行了機器人的應用，其中最多的要數噴涂和切割這兩道工序。

噴涂，一般是指膠衣噴涂。膠衣其實也是一種特殊的樹脂，它的作用是給玻璃鋼外表面提供一個保護層，以提高制品的耐候、耐腐蝕、耐磨等性能并給制品以光亮美麗的外觀。

膠衣噴涂時，噴槍噴出的膠衣呈霧狀，彌漫在整個封閉的噴涂車間中。操作工人不得不佩戴厚重的防護服，忍受著刺鼻的氣味在噴涂室長時間工作，生產條件極端惡劣，嚴重威脅著人身健康。噴涂工人是最難招工的崗位之一。

而噴涂機器人的引進使用使膠衣噴涂實現了自動化生產，如圖1。

2 機器人在復合材料制品生產中的應用

經實際應用和比較，噴涂機器人的使用具有以下優點：

2.1 使成型產品的制做效率和質量穩定性有了較大的提高

在效率上，一個熟練工人每分鐘噴涂完成大約0.7平方面積的產品。但是機器人利用龍門支架和它的長臂每分鐘大約噴涂1平方以上。在質量上，由于距離、角度、壓力等參數穩定可靠，機器人噴涂的均勻性明顯優于人工噴涂，極少出現色差、橘皮、流掛等問題。

2.2 避免惡劣環境對人身體造成傷害，降低了勞動強度

生產工人將產品推入噴涂室，可以快速定好位。然后回到控制室，啟動機器人，利用編好的程序即可以自動在封閉的噴涂室進行噴涂作業。通過透明玻璃窗，操作工人用欣賞的心情觀看操作過程，完全避免了有毒氣液對人體產生危害。

2.3 有效的控制噴涂過程，減少了浪費

在實際作業中，大多數工人手工噴涂時，為了避免“露底”現象造成返工，總是習慣性的多噴涂，如多次重疊交叉，噴涂時間過長等。這就造成了材料的浪費。但是機器人則是嚴格按照程序作業，規范整齊的完成噴涂過程，減少了浪費材料的現象。

另一種機器人應用是用于自動化切割。玻璃鋼制品在生產完成后，由于生產工藝要求，一般都會在四周殘留有一些邊角余量或者產品中存在一些需要后期切除的孔洞。這些原來多是手工使用角磨機進行切除。在工人進行切割過程中會產生大量帶有細小玻璃纖維的粉塵。這些粉塵接觸到人體，使人會感到一種針刺瘙癢的感覺。如果通過呼吸系統進入人體，則根本無法排出，危害更大。為避免引起職業病，在這道工序引入機器人操作成為一種優先的選擇。

2.4 切割機器人的使用使操作環境和質量穩定性有了極大的提高

在質量上，即使是老工人切出的邊緣也經常會出現偏差，或者少切，或者過切，或者扭曲、或者橢圓。但是機器人只需要在快速定位后，很快就能將一件制品完美的按照設計要求切割出來，與設計尺寸幾乎完全一致，而且切口美觀。

切割機器人同樣可以使工人遠離操作現場，改善了操作環境，避免了職業病的產生。

還有一個優勢也是人工無法相比的。切割工具一般都比較重，人在長期工作后，很容易產生疲勞，極易導致不合格品的產生，也容易產生工傷事故。但是機器人則不會，可以連續晝夜施工，可以很快的處理工序的積壓。

當然，機器人的使用在復合材料行業應用還不是很多，也是有一定的原因。造成這一現象的原因我認為有以下幾點：

復合材料的品種多樣，產品制作工序復雜而且批量較少。由于現有的生產工藝限制，一套模具一天只能生產幾件甚至幾天才生產一件產品。而目前現有的機器人由于技術水平限制，功能比較單一，只適合那些具有一定批量，工序較為單一的產品或者產品中的某個工序。應用范圍受到很多限制。

對操作人員技術水平要求較高。操作工人要求具有電氣、軟件、機械等相關專業，會根據產品要求和三維圖紙編制相關程序。而愿意從事這種行業的一線專業操作人員還不多。

管理人員觀念陳舊。很多公司及車間管理人員接受新事物較慢。總是認為安裝機器人前期投入較大，還要培訓相關專門的操作人員，還要設計制作各種工裝夾具。剛開始使用時，由于不熟練，生產效率也不如人工。懂的少、投入多、嫌麻煩、不熟練也是阻礙機器人推廣的一個重要因素。

作為機器人設計生產單位，必須考慮以上用戶的這些感受，盡可能的滿足用戶要求。比如，開發一人多用的機器人，既可以裝上噴槍進行噴涂作業，也可以換上切割機進行切割作業，這樣可以提高機器人利用率，降低前期投入成本。在智能控制上，可以和操作人員進行協作互動，機器人可以很容易的去做一些重復的、危險的、枯燥的工種，而工人投入到附加值更高且更有創造性的工序當中。

3 結語

機器人在復合材料行業中的應用有非常廣闊的空間，也有非常龐大的市場。顧客的期望和需求，是促進機器人在復合材料行業發展，推動機器人企業前進的強大動力。值得我們去認真的研究和探索。endprint