柔性智能生產線的技術發展與研究綜述

李祥亮

【摘 ?要】機器人和人工智能的快速發展，使得工廠的生產線設計更加的優化，生產效率和生產質量大大提高。未來的生產線將由大型復雜系統逐漸向低成本、精確可靠、方便管理、小型化、單元化、精細化方向發展。本文主要概述了柔性智能生產線的技術發展、國內的研究現狀和技術說明，并提出了未來柔性智能生產線的發展方向，對未來研究發展具有一定的參考價值。

【關鍵詞】柔性;機器人

一、柔性智能生產線簡述

柔性制造技術大約在上世紀70年代末走出實驗室，成為一些先進生產線上的主力設備，加之各種數控加工機床發展迅猛，尤其是以數控加工為主的柔性加工技術的發展更為迅速，并掀起了一番熱潮，由于具有多品種、多功能性的特點，在制造業的各個領域中被廣泛的關注和適用。

二、柔性智能生產線的技術發展

對于傳統的生產線而言，均是類似于滾筒線形成輸送線的主線，或是以輸送帶作為輸送線的主線，將工件在主線上流動起來，實現流水化作業，大眾的目光主要在生產線的分析、規劃以及設計上，并沒有考慮技術上的合理性、可靠性、生產質量以及效率;尤其當加工工序較多時，場地需求特別大，且一旦整個生產線布置好后，通過若干次改造生產線上的設備，才能滿足要求，且很難遷移整條生產線，改造成本需要花費巨額財力支持。另外，整個生產線不能自由的銜接，增加或者減少其中一個加工工位，或者調整工序都比較困難，便利性不夠，尤其是在產品的零部件眾多，裝配復雜情況下，傳統的生產線只能裝配一種產品，如果需要在一條生產線裝配多種產品，傳統的生產線已不能實現柔性化制造，最終實現不了智能化生產，生產效率也大大降低。

2015年，被譽為智能機器人元年，隨著《中國制造2025》提出，加快機械、航空、船舶、汽車、輕工、紡織、食品、電子等行業生產設備的智能化改造，提高精準制造、敏捷制造能力;統籌布局和推動智能交通工具、智能工程機械、服務機器人、智能家電、智能照明電器、可穿戴設備等產品研發和產業化;其中，尤其提到智能制造的實現需要工業機器人、工業大數據以及人工智能等多個層次上技術產品支持;習近平總書記也提到“機器人時制造業皇冠頂端的明珠。其研發、制造、應用更是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的中藥標志”。

受政策的鼓勵和指引，國內各種機器人公司發展迅猛，涌現出了許多具有發展潛力的機器人公司，例如沈陽新松機器人、博實股份、上海機電、碧桂園旗下的佛山博智林機器人有限公司等。同時，由于智能機器人在制造行業的廣泛使用，新型柔性智能生產線順應時代要求，再次引起大家的注意，各種各樣的柔性智能生產線應運而生。

對于傳統的自動化生產線上的工業機器人，主要以搬運、裝配使用，與自動化生產線只能做信號的對接處理，且僅針對每種產品做定制性的機器人運動軌跡、機器人控制程序，不能適應自動化生產線的變化。由于現代的自動化生產線往往會有多種類、多型號產品共用生產線的需求，所以運用了智能系統的工業機器人自動化流水線即柔性智能生產線便具有了較大優勢。智能系統充分利用了多種傳感器，其中包括接觸式和非接觸式傳感器，采用非接觸檢測方式進行物體定位和信息采集，并能夠通過各種算法對數據進行實時轉換，經過以太網傳遞給工業機器人，而工業機器人搭載了各種控制系統，能夠對數據進行運算處理，并根據數據做出路徑規劃，實現了工業機器人的智能化控制;加之，工業機器人在生產線上的優化配置，工業機器人自動化生產線就能智能的根據產品種類進行工作流程的自動轉換，也就實現了柔性智能生產的需求。

三、柔性智能生產線的國內研究現狀和技術說明

目前的很多工業機器人設備僅僅局限于工作站的形式，而自動化研究設備也局限在電氣及自動化技術的研究方向，很多科研人員對工業機器人及智能柔性生產線的結合沒有很好的基礎，也沒有很好的科研設備，難以對科研項目進行有效開展。經過多年潛心研究和技術積累，目前我國的柔性智能生產線有了一定的發展。

蘇州博實機器人技術有限公司在柔性制造物流系統上更加注重機電系統全面開放，完全模擬工業現場實際自動化生產線操作過程，同時具有模塊化和高柔性的特點，可快速適應不同產品的生產制造。安徽江淮汽車股份有限公司設計了一種汽車側圍柔性生產線，實現了多車型側圍共線柔性生產，節約了多線生產的占地空間以及生產維護及管理成本，可以用于多種車型側圍生產，改變了傳統單一車型的生產模式。山東非凡智能科技有限公司設計了一種智能移動式加工流水線，通過設計多個移動式作業平臺，作業平臺按加工流水線的工藝流程進行1-n個排序，n的數量與工序的數量對應，作業平臺按工藝流程的順序預先設定其行走路徑讓其自行達到指定工位。通過該設計，無需對工廠進行基建，更大程度地實現了流水線的靈活性，可根據實際使用情況隨意進行工位調整。廈門攸信信息技術有限公司研制了一種數碼產品全自動化裝配的柔性實現系統，通過在廠房內設置攝像頭、多個裝配區、多個迷你機器人和控制系統;工作時，控制系統調度相應裝配步驟的迷你機器人前往相應的裝配區進行裝配。該生產線通過對迷你機器人的靈活組合，可以有效的應對柔性生產中的需求變更，完成不同的工作任務，充分有效地利用廠房空間。于濤等人研制了一種六軸工業機器人與智能視覺柔性線裝置，其以現代工業自動生產線的實際需求及智能化應用特點為依據，集機器人、智能視覺、電氣自動化控制技術于一體，實現了六軸工業機器人應用下的智能視覺柔性線。黃華等人通過在生產線上設置柔性工作臺，在柔性工作臺的兩端分別設有起落式平臺，其中一個起落式平臺的側部設有出料臺，該柔性工作臺的前后兩側分別設有多個能夠裝配產品的裝配機器人，通過設置出料斜面，以使得落料更加的順暢，它解決了在自動化生產線中不能夠在傳動帶上直接對產品進行裝配加工的技術難題。

四、柔性智能生產線的展望

由大型復雜系統逐漸向低成本、精確可靠、方便管理、靈活性小型化、單元化、精細化方向發展;軟、硬件兼顧，采用人工智能在未來的柔性制造中將發揮日趨重要的作用，柔性制造逐漸向智能自動化方向將是一種主要趨勢。

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（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心）