工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用與發(fā)展

鄭亞清 游遠(yuǎn)程

摘? ? 要：機(jī)器人在工業(yè)制造領(lǐng)域的運(yùn)用具有諸多優(yōu)勢(shì)。目前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在制造行業(yè)中除了柔性單元制造以外還在特殊環(huán)境作業(yè)以及勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)中得到廣泛運(yùn)用，但是其在核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件方面存在的問題仍是制約智能制造發(fā)展的關(guān)鍵因素。文章結(jié)合工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀提出發(fā)展策略，旨在提升工業(yè)機(jī)器人的使用價(jià)值和我國(guó)在智能制造行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;智能制造;人工智能

一、工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速提升，信息技術(shù)、智能技術(shù)與裝備制造技術(shù)的協(xié)同發(fā)展促使了信息化與工業(yè)化的深度融合，智能制造成為工業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用呈現(xiàn)普及化趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)制造相比，工業(yè)機(jī)器人在制造行業(yè)具有明顯優(yōu)勢(shì)：首先，工業(yè)機(jī)器人在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化執(zhí)行命令，具有高度的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì);其次，內(nèi)部嵌入的故障預(yù)警系統(tǒng)可有效減少系統(tǒng)故障發(fā)生，提高生產(chǎn)效率，預(yù)防人員傷亡。第三，工業(yè)機(jī)器人在操作精準(zhǔn)度上更高，操作頻率上也更快，生產(chǎn)效率提升更為明顯。

二、工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀

工業(yè)機(jī)器人在系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)編程的高度自由化，故其具有較強(qiáng)的通用性，在工業(yè)化操作中可與數(shù)控機(jī)床一起構(gòu)成柔性制造單元。柔性制造單元中工業(yè)機(jī)器人的作用十分明顯，可以有效提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，提高良品率，其高度自動(dòng)化的特性也減少了人員操作時(shí)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減少了產(chǎn)品制造綜合成本，深受制造型企業(yè)的青睞。

工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用除了柔性單元制造以外還在其他方面表現(xiàn)比較突出，首先是特殊環(huán)境作業(yè)，當(dāng)前很多生產(chǎn)企業(yè)部分崗位作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，如焊接、沖壓、熱處理等，傳統(tǒng)的人工操作對(duì)人體會(huì)存在不同程度的風(fēng)險(xiǎn)和危害，特別是在一些具有長(zhǎng)期輻射傷害或者腐蝕性強(qiáng)的產(chǎn)品搬運(yùn)上，工業(yè)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)代替人工操作或者搬運(yùn)作業(yè)。其次是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，近年來(lái)隨著人工成本的不斷攀升，產(chǎn)品制造成本占據(jù)比例不斷增長(zhǎng)，其中人工成本增長(zhǎng)是其主要因素。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用可在勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)中代替人工操作實(shí)施分揀、搬運(yùn)和焊接等工作，如近年來(lái)被物流產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用的快遞自動(dòng)分揀裝置，大大減少了人工成本，同時(shí)提升了操作效率。

隨著我國(guó)制造工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用也愈加普及，但是目前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在制造和應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距。在制造方面，世界先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)智能化，對(duì)機(jī)器人的操控可實(shí)現(xiàn)機(jī)器自主化，不需要人工操作和示教。我國(guó)目前在工業(yè)機(jī)器人的制造方面發(fā)展也比較快，特別是人工智能技術(shù)的出現(xiàn)使得工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了更高的自動(dòng)化和智能化，但是在部分核心技術(shù)以及核心部件方面仍相對(duì)落后，如在高性能交流伺服電動(dòng)機(jī)、精密減速器及控制器等關(guān)鍵核心部件長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。從應(yīng)用層面來(lái)看，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展面臨著國(guó)際化分工以及向高端制造行業(yè)轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，加快工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)研發(fā)、充分發(fā)揮人工智能技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用是我國(guó)智能制造快速發(fā)展與世界接軌的必由之路。

三、工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的發(fā)展策略

（一）加大人才培養(yǎng)力度

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用涉及到多個(gè)學(xué)科，人才需求程度較高。國(guó)家教育部門應(yīng)加大行業(yè)人才的培養(yǎng)力度，特別是核心領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)，在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)以及人工智能等方面提升我國(guó)的智能制造水平。在具體實(shí)踐中，可在高等教育自動(dòng)化課程中融入機(jī)器人研發(fā)與應(yīng)用、人工智能系統(tǒng)開發(fā)等課程，提升我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在高端制造領(lǐng)域的運(yùn)用程度，使其在機(jī)器人結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制以及設(shè)計(jì)水平等方面不斷進(jìn)步，以符合未來(lái)工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

加快核心技術(shù)與構(gòu)件開發(fā)

只有掌握了核心技術(shù)才能在未來(lái)的發(fā)展中立于不敗之地。我國(guó)當(dāng)前在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域雖然發(fā)展迅速，但是短板同樣也比較明顯，主要是在核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件方面與發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)機(jī)器人仍存在不小差距。核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件是影響工業(yè)機(jī)器人整體水平提升的關(guān)鍵因素，加快核心技術(shù)與構(gòu)件開發(fā)可有效提升我國(guó)工業(yè)機(jī)器人當(dāng)前的集成能力。建議將伺服電機(jī)、減速機(jī)及機(jī)器人控制軟件等作為重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域智能制造的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)滿足不同操作需求和操作環(huán)境的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)，以保障其在作業(yè)過程中穩(wěn)定性的同時(shí)提升其整體性能。

（二）強(qiáng)化綜合集成法在行業(yè)的應(yīng)用

綜合集成法是錢學(xué)森院士提出的基于“開放復(fù)雜的巨系統(tǒng)”的一種處理方法。具體到工業(yè)制造領(lǐng)域，由于工業(yè)制造涉及范圍廣，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求也存在不同，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人功能相對(duì)單一，往往是針對(duì)某一具體崗位進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，后續(xù)對(duì)優(yōu)化成本較高，兼容性較差。建議強(qiáng)化綜合集成法在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與開發(fā)的應(yīng)用，對(duì)智能制造領(lǐng)域這一“開放復(fù)雜的巨系統(tǒng)”信息進(jìn)行整理，進(jìn)而更好的優(yōu)化和升級(jí)。在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中可強(qiáng)化其外部信息接收能力，優(yōu)化傳感裝置，帶動(dòng)機(jī)器人“感官”全面化和智能化，進(jìn)一步提升我國(guó)制造行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（三）提升工業(yè)機(jī)器人的人工智能水平

在未來(lái)的工業(yè)制造領(lǐng)域，高度智能化機(jī)器人運(yùn)用是未來(lái)趨勢(shì)，結(jié)合我國(guó)人工智能技術(shù)的發(fā)展，將其運(yùn)用到工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，提升其智能制造水平。例如，工業(yè)機(jī)器人在手機(jī)QC質(zhì)量檢測(cè)中，工業(yè)機(jī)器人雖然具備了職能化分揀系統(tǒng)，但是在細(xì)部件檢驗(yàn)層面仍不成熟。將智能化識(shí)別功能加入工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，結(jié)合光譜技術(shù)可對(duì)手機(jī)屏幕的細(xì)微劃痕等進(jìn)行識(shí)別，提升工業(yè)機(jī)器人在QC崗位的精準(zhǔn)度和實(shí)用性。

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