智能制造與機(jī)器人應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)概論

柯學(xué)

摘 要 計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了行業(yè)的自動(dòng)化與智能化發(fā)展，尤其是制造行業(yè)，智能化是其發(fā)展必然趨勢(shì)?；诖耍疚膶⒅悄苤圃炫c機(jī)器人應(yīng)用作為研究對(duì)象，分析其關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)，并給出了促進(jìn)智能制造和機(jī)器人應(yīng)用的建議，以期為相關(guān)研究提供理論幫助。

關(guān)鍵詞 智能制造；機(jī)器人；人工智能技術(shù)

前言

在制造行業(yè)智能化發(fā)展的背景下，美國(guó)制定了先進(jìn)制造計(jì)劃、德國(guó)制定了工業(yè)4.0計(jì)劃，我國(guó)制定了中國(guó)制造2025計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)大國(guó)到制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。雖然上述三種制造計(jì)劃的背景和目的不一樣，但是制造計(jì)劃的核心內(nèi)容均是智能制造。智能制造就是構(gòu)建數(shù)字化車(chē)間，將機(jī)器人代替人工操作完成產(chǎn)品生產(chǎn)制造。和傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)制造相比，智能制造的生產(chǎn)效率更高，具有顯著的集成化、智能化與自動(dòng)化特征。

1 智能制造與機(jī)器人應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

就目前的技術(shù)發(fā)展看來(lái)，我國(guó)制造行業(yè)重點(diǎn)開(kāi)展智能制造建設(shè)。智能制造是制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，其核心內(nèi)容為機(jī)器人的應(yīng)用以及數(shù)字化車(chē)間的構(gòu)造。制造企業(yè)將機(jī)器人應(yīng)用于數(shù)字化車(chē)間，可以有效代替車(chē)間工人的體力勞動(dòng)，提高產(chǎn)品制造的效率。隨著機(jī)器人智能化的發(fā)展，機(jī)器人還會(huì)代替人類(lèi)完成某些腦力勞動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能制造。智能制造經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，第一個(gè)發(fā)展階段是由人工發(fā)展為機(jī)器，使用機(jī)械設(shè)備代替人工操作；第二個(gè)發(fā)展階段是由機(jī)械設(shè)備發(fā)展為自動(dòng)化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率；第三個(gè)發(fā)展階段是由單臺(tái)設(shè)備的流水線(xiàn)作業(yè)發(fā)展為集成化的生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字到智能的轉(zhuǎn)變。在智能制造和機(jī)器人應(yīng)用中，主要涉及以下幾種關(guān)鍵技術(shù)：

第一，機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，解放工人額的雙手，實(shí)現(xiàn)制作的智能化與自動(dòng)化；第二，人工智能技術(shù)，智能制造的本質(zhì)就是將智能技術(shù)和制造技術(shù)融合在一起，通過(guò)智能技術(shù)提高產(chǎn)品制造的質(zhì)量與效率，因此，人工智能技術(shù)是智能制造中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)；第三，數(shù)字技術(shù)，在制造行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，制造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)是制造產(chǎn)品的前提，通過(guò)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高制造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用水平[1]。

2 智能制造與機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

2.1 機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)器人技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，“通用機(jī)器人”專(zhuān)利的發(fā)表，表明機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入發(fā)展階段。美國(guó)AMF公司于1960年生產(chǎn)制造了世界第一個(gè)能夠用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人。隨著時(shí)間的推移，機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用取得了較好的發(fā)展。未來(lái)的機(jī)器人應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)出如下趨勢(shì)：①軟硬兼?zhèn)?，工業(yè)中機(jī)器人的應(yīng)用需要具備先進(jìn)的軟件，在軟件中應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的科學(xué)生產(chǎn)規(guī)劃、合理車(chē)間布局以及自動(dòng)化上料，機(jī)器人開(kāi)發(fā)需要做到軟硬兼?zhèn)洌@就要求開(kāi)發(fā)人員在具備較高信息技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，掌握豐富的機(jī)械知識(shí)，了解機(jī)器人控制的原理；②虛實(shí)結(jié)合，機(jī)器人并不是獨(dú)立存在的，而是需要應(yīng)用仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實(shí)和車(chē)間實(shí)際加工聯(lián)系在一起，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合，提高機(jī)器人應(yīng)用的有效性。

2.2 機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展的實(shí)現(xiàn)對(duì)策

為了促進(jìn)智能制造建設(shè)，加強(qiáng)機(jī)器人應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)，技術(shù)人員可以從以下幾方面入手，實(shí)現(xiàn)制造行業(yè)的智能化發(fā)展。

串并混聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用，傳統(tǒng)制造行業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人大都是串聯(lián)機(jī)器人，隨著制造要求的增加，逐漸發(fā)展成為串聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)器人共同應(yīng)用的局面。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的規(guī)范應(yīng)用，技術(shù)人員需要進(jìn)行串并混聯(lián)機(jī)器人的研發(fā)，將串聯(lián)機(jī)器人的控制空間大優(yōu)勢(shì)，與并聯(lián)機(jī)器人的剛度大優(yōu)勢(shì)融合在一起，提高機(jī)器人的智能化水平。

剛?cè)狍w機(jī)器人的應(yīng)用，傳統(tǒng)制造行業(yè)中應(yīng)用的剛性機(jī)器人較為僵硬，難以進(jìn)行一些細(xì)致的制造生產(chǎn)操作。因此，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了柔性機(jī)器人，如英國(guó)公司研發(fā)制造的蛇型機(jī)器人，我國(guó)研究機(jī)構(gòu)也根據(jù)象鼻、蛇以及章魚(yú)須等柔軟結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)器人的研發(fā)，從而制造出具有靈巧關(guān)節(jié)的機(jī)器人。在未來(lái)的發(fā)展中，柔性機(jī)器人具有良好的發(fā)展前景，柔性機(jī)器人可以憑借自身良好的可達(dá)性及靈活性，解決生產(chǎn)制造中存在的難題，如航空制造中較深的孔洞，可以通過(guò)柔性機(jī)器人進(jìn)入孔洞內(nèi)部，完成生產(chǎn)操作。

多機(jī)器人的配合應(yīng)用，智能制造中數(shù)字化車(chē)間的應(yīng)用不能僅依靠一個(gè)機(jī)器人，而是需要多個(gè)機(jī)器人進(jìn)行配合，協(xié)同完成制造工作。而就目前的技術(shù)水平看來(lái)，多個(gè)機(jī)器人的通信和干擾問(wèn)題是技術(shù)人員解決的首要問(wèn)題。技術(shù)人員需要根據(jù)不同的工作空間和任務(wù)，制定相應(yīng)的控制系統(tǒng)，確保多個(gè)機(jī)器人的協(xié)調(diào)配合。

引進(jìn)先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為了促進(jìn)機(jī)器人應(yīng)用的良好發(fā)展，技術(shù)人員需要在智能制造中引進(jìn)先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行配合應(yīng)用，共同完成智能制造。可以引進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有以下幾種：第一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔性焊接，有助于機(jī)器人感知能力的提升，可以將該類(lèi)機(jī)器人用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集；第二，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)虛擬機(jī)器人的應(yīng)用，避免生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患，有助于制造生產(chǎn)成本的降低與生產(chǎn)效率的提升；第三，模式識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)能夠高效識(shí)別機(jī)器人的硬件，避免機(jī)器人存在質(zhì)量瑕疵，有助于機(jī)器人的有效應(yīng)用[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能制造是制造行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，可以降低產(chǎn)品制造的成本，提高產(chǎn)品制造的效率與質(zhì)量。通過(guò)本文的分析可知，智能制造需要應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)及數(shù)字技術(shù)，促進(jìn)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用，技術(shù)人員需要應(yīng)用串并混聯(lián)機(jī)器人、剛?cè)狍w機(jī)器人，將多個(gè)機(jī)器人配合應(yīng)用，結(jié)合先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)間構(gòu)建的目標(biāo)，促進(jìn)智能制造的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)電子信息博覽會(huì).智能制造與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)電子商情（基礎(chǔ)電子），2017，（05）：58，60.

[2] 張鐵.工業(yè)機(jī)器人及智能制造發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，43（04）：1-3，8.