基于智能制造生產線的工業機器人應用

王玉曄

摘? 要：進入21世紀的第二個10年，各個國家都在大力推進工業化、智能化生產技術，其中像美國的“工業互聯網”、德國的“工業4.0”、包括我國的“中國制造2025”，這些都預示著全球各國智能制造生產產業的高速迅猛發展。就我國而言，工業機器人聯合智能制造生產線展開生產行為最被看好，也最受重視，它已經在我國實現了發展規模迅速擴大，結合智能制造生產線基礎建立工業機器人操作、通信、控制技術體系，確保工業機器人在外部設備通信過程中精確完成生產線上各類工作任務。本文首先簡單介紹了智能制造生產線上的生產工作流程，然后分別探討工業機器人在通信、汽車以及船舶智能制造生產線上的具體技術應用。

關鍵詞：智能制造生產線? 工業機器人? 生產工作流程? 通信? 汽車? 船舶

中圖分類號：TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）02（c）-0090-04

Application of Industrial Robot Based on Intelligent Manufacturing Line

WANG Yuye

（Guangzhou Mechanial and Electrical Technician college， Guangzhou， Guangdong Province， 510435 China）

Abstract： In the second decade of the 21st century， various countries are vigorously promoting industrialization and intelligent production technology， such as the "industrial Internet" of the United States， "industry 4.0" of Germany， and "made in China 2025" of China， all of which indicate the rapid and rapid development of intelligent manufacturing production industry in various countries around the world. As far as China is concerned， the industrial robot joint intelligent manufacturing production line is the most promising and most valued. It has realized the rapid expansion of development scale in China. Combined with the intelligent manufacturing production line foundation， the industrial robot operation， communication and control technology system is established to ensure that the industrial robot can accurately complete all kinds of work on the production line in the process of external equipment communication Business. In this paper， firstly， the production workflow of intelligent manufacturing production line is briefly introduced， and then the specific technology application of industrial robot in communication， automobile and ship intelligent manufacturing production line is discussed respectively.

Key Words： Intelligent manufacturing production line; Industrial robot; Production workflow; Communication; Automobile; Ship

工業機器人在目前的智能制造生產線領域擁有巨大應用價值作用，它的多關節機械手擁有高自由度、大容納性、可匹配各種大中小型機械裝置展開生產行為活動。在該過程中，基于智能機械加工輔助后端的智能制造生產線就此建立，而工業機器人在這其中則追求實現了制造工藝過程的簡單優化，它的生產線工藝操作技巧豐富，例如針對零件的“上料”、“下料”、“裝夾”、“移位”、“翻轉”、“零件調頭”等功能豐富，在特殊匹配大批量小零部件生產加工過程中，它最大限度節約了大量人力、物力與財力成本，對生產效率的提高也有目共睹[1]。

1? 智能制造生產線上的工業機器人應用概述與基本工作流程

目前在智能制造生產線上，可應用的工業機器人類型眾多，型號、功能表現豐富。它們一般被安裝在智能制造生產線上，布局合理到位，如圖1[2]。在目前智能制造生產線布局中，工業機器人一般被安裝在導軌上，即生產線外軸部分，它能夠在生產線上按照導軌行走，其周圍會擺放多臺數控機床，專門負責上下料工作。如圖1中的6部分即為工業機器人，而7部分則是負責控制工業機器人的數控加工中心，二者之間能夠相互傳遞信息數據[3]。

2? 智能制造生產線上的工業機器人通信實踐應用

結合圖2分析，將工業機器人的第一塊板卡設置到手爪與快換接頭通信板卡上，在手爪I位置設置I/O信號，信號名應該分別設置為Gripper1_OFF_IN（手爪I已松開）、Gripper1_ON_IN（手爪I已夾緊）、Gripper1_ON_OUT（手爪I夾緊）、Gripper1_OFF_OUT（手爪I松開）[4]。而工業機器人的第二塊板卡則設置為工業機器人的機床通信專用板卡，它能夠與機床數控臺進行通信，分別接受輸入信號，發出輸出信號。其它他信號部分則主要通過工業機器人進行總線通信操作，其中就包含了自動上料機構與下料輸送線通信操作，確保信號、視覺系統能夠傳遞到指定位置[5]。

在工業機器人I/O信號連接過程中，其中就建立了I/O信號分配機制，結合板卡對輸入、輸出信號進行分析，設計接線圖。在生產線中，需要進行通信信號連接，將信號直接通信傳遞給工業機器人，如圖3。

如圖3，建立基于兩種總線物理層的通信方式是非常有必要的，它在終端連接終端電阻過程中就希望防止虛電壓所造成的信號干擾問題。這里運用到了PLC端、DP通信線直接連接終端電阻，確保終端電阻開關到ON模式上。此時分析工業機器人端，在CANL與CANF信號之間建立連接，例如設置一個規格為120Ω的終端電阻[6]。

3? 船舶智能制造生產線上的工業機器人通信實踐應用

具體來講，基于工期準時化生產方式（Just in Time）與拉動式工程管理方式兩種，二者均采用到了倒推方法配合各個制作工序展開提前預案設計，建立物流管理體系，追求精益管理體系建設，優化年度總體分配方案。比如說，在船舶智能制造生產線上提前3個月可設計發型套料與定尺數據，提前兩個月與鋼鐵企業簽約生產，確保提前15d進行碼頭卸貨，按照加工系列進行時間分類。在該過程中，也主要根據開工需要提前一天進行堆場依次取料，優化預處理線，追求庫存最小化處理，同時強化精益化管理過程，最終構建一套現代造船精益化管理體系。以下主要介紹一下船舶智能制造生產線上的工業機器人通信生產實踐應用[7]。

首先，機器人進行了小組生產線建設，其中主要是焊接生產線，對年造船能力進行分析（一般要超過200萬載重噸），其年鋼材加工能力達到40萬t以上。這些都得益于智能機器人生產線應用流程展開。

其次，在型鋼自動化切割生產線上建立制作造船分段模式，并對型鋼零件應用過程進行布置，它的工藝設備布置到位，且主要工藝流程中包含了自動上料系統、自動切割機、自動分類下料系統等諸多設備。在新老造船生產模式對比與改進過程中，它主要對生產模式中的全生產線自動流轉過程進行調整，分別建立了劃線、分類、切割3個生產工序，優化物料信息傳輸過程，并對物料分類感知智能化內容進行分析，其造船生產周期會相應縮短。

再次，在條材機器人自動生產線上，所有合格條材零件都會參與到生產制造過程中，其主要生產工序主要包括了板材切割開條、條材面取、橫移臺車、板條打磨下料、生產線切割等等流程。在流程中會專門建立一條自動化切割生產線，其生產能力較強，成品板條最大長度可達到8m以上，條材機器人的自動生產線主要工藝流程應該如下：

條材打磨下料→機器人自動切割→機器人劃線印字→臺車橫移→條材面取→條材搬入上料→板材切割機開條[8]

在生產過程中，要建立先行小組機器人生產線，它主要在造船過程中負責小部分分段生產操作。另外整條線布置會占用到車間長度大約20m左右，寬度設置為10m。整個總體工藝流程生產線是呈現U型的，其生產工序設置內容包含了定位焊工位、機器人自動焊接工位、修補打磨工位、定位焊工位等等，其生產能力與焊接長度都相當到位，可自動實現從部件裝配、定位焊、機器人自動焊接、回傳輸送、部件修補、部件定位焊、部件背燒、部件搬出等工業流程，生產效率相當之高，一般其效率提高達到60%左右，生產中所需要的生產參與人員至少可以減少一半[9]。

4? 汽車智能制造生產線上的工業機器人生產實踐應用

首先在焊接生產過程中，智能制造生產線上專門安裝了智能化傳感器工業機器人，它可結合程序設定標準對弧焊工作內容進行分析與規范。該階段，工業機器人會利用到人圓弧來直線、曲線插補進行直焊或弧焊。

其次，在外車噴漆與涂膠工作中會運用到工業機器人，主要是對汽車外部整體進行噴漆，并對車身連接位置進行涂膠。在該過程中它就編寫出一套專門的噴漆程序，在合理添加工業機器人的整體系統過程中也編寫出一套專門的噴漆程序。在添加工業機器人整體系統過程中，主要利用工業機器人噴漆工具結合不同車型進行變換操作，確保噴漆中提高噴漆工作效率與工作質量，精準完成噴漆過程。與此同時，它也希望有效規避人工生產過程中所疏忽的失誤問題。比如說在進行汽車外車噴漆厚度檢測過程中，需要利用工業機器人減少其不平整痕跡，確保工業機器人能夠合理利用噴漆槍、噴漆泵自主完成車體連接處的涂膠工作。另外，它也會自行判斷車身材質與具體性能。而在選擇汽車涂膠過程中，它可定量涂抹，保證涂抹均勻。

最后，在進行汽車出廠前驗收工作中，主要對其汽車組成部分裝配內容進行分析，這里運用到了裝配機器人，它可有效提高裝配工作效率，對促進整體裝配工作流程非常有幫助。在針對汽車生產的主要流程調整過程中，工業機器人會建立外部噴漆工作與裝配工作生產體系，確保汽車出廠驗收工作到位。例如針對汽車安全性能的檢驗就非常到位，它降低了汽車產品的危險系數，避免出現意外傷害問題。例如目前比較流行的KUKA類型工業機器人，它在汽車出廠驗收工作中會展示兩大生產功能。例如在汽車出廠驗收過程中，它會首先對采集測試對象圖像信息進行處理，建立零部件安全性能檢測工作體系[10]。再者，它會負責汽車設備碰撞檢查，為汽車模擬以外沖擊所造成的外部損傷問題，其中主要測試的指標數據包括了汽車速率、汽車耐受程度，然后進行數據宏觀調控。最后對所測試數據進行分析整合，必要時作出數據調整，并對汽車性能進行調整，有效促進汽車安全性能的有效提升。

5? 結語

在智能制造生產線上，基于工業機器人的生產過程非常復雜，但實際上其技術應用非常簡單，利用通信信號軟件配置、有效載荷配置、板卡配置以及工具坐標系配置進行分析處理，可為其建立工業生產路徑，優化運動路線中點位，在包括汽車、船舶在內的大量智能制造生產線上發揮巨大價值作用，提高生產質量與生產水平。在未來，針對工業機器人的應用還需要進一步深度優化，確保其在智能化制造生產線上發揮巨大價值作用，構建圍繞工業機器人所形成的智能化制造生產線工作站，為汽車、船舶等工業化生產內容的生產豐富、優化創造更大有利空間。

參考文獻

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[10] 當前優先發展的高技術產業化重點領域指南（摘選）[J].設備管理與維修，2001（1）：54-55.