智能制造時代自動化技術在工業機器人中的應用研究

彭淑素

(湘西民族職業技術學院 湖南湘西 416000)

智能制造是指機械生產設備、生產過程的自動化，在智能制造時代，人作為技術的輸出者及設備的操控者，更多地從事編程、監控、質控、管理等方面的工作。一直以來，我國的工業生產技術較為落后，自動化、智能化生產水平低，與西方發達國家，如德國之間存在一定的差距。因此，要想在國際市場競爭中脫穎而出，利用工業機器人來提高自動化技術應用覆蓋率及生產效率十分必要，這關系到國家在智能時代發展的前途命運。

1 智能制造時代工業機器人自動化技術概述

1.1 智能制造時代

當前，制造業正在從機械制造時代向著獨立智能制造時代躍進，一些實力雄厚的企業都在集中力量引進自動化工業機器人，改革企業的生產結構、流程及體系，使企業跟上現代化發展的步伐。智能制造時代的核心判斷標準在于智能制造的技術支撐，智能制造具有獨立性、系統性、開放性的特點，其可以通過集成控制系統發出指揮命令，按照預先編制好的程序開展生產制造工作，還可以實現生產過程中的數據收集、生產分析，為管理人員提供生產效率數據方面的參考。智能時代的制造業具備開放性的特征，智能制造能夠完成獨立學習，利用開發新技術來不斷達成新要求[1]。

1.2 工業機器人

工業機器人是指應用于工業生產中的機器人設備，其可以完全或者部分替代人的工作完成工業制造及生產任務。全自動、智能化工業機器人的應用意味著會降低人力資源成本，提高生產率。工業機器人的生產制造應用了機電一體化技術、仿真學技術、編程數控技術等關鍵技術，這些技術的應用可以使工業機器人具備豐富的任務處理功能，從而達到代替人工操作的目的。工業機器人的類型十分豐富，也具備較高的專業性，一方面能夠節約機器人研發制造的成本，另一方面能滿足不同企業對工業機器人的需求。當前較為常見的工業機器人有激光雕刻機器人、焊接機器人等，其中機械臂類型的機器人應用了仿生學原理，其機械臂設置了多關節，能夠完成相對復雜的操作，從而代替人來開展工作。

1.3 自動化技術

自動化技術是指基于自動控制理論和自動機械裝置而形成的自動化處理技術，自動化技術的應用可以減少企業人力資源和安全管理的負擔。一般來說，自動化技術需要應用光電子技術、自動控制系統、傳感器技術、電子信息技術、數據通信技術、圖像顯示技術以及數據分析技術等來完成發出指令、生產操作、回收信息、運行分析以及動態監測方面的程序，并能夠進行多層次、多等級的控制，還可以借助問題診斷功能，輔助企業進行生產決策和管理，調整生產計劃，保障產品質量[2]。

2 智能制造時代自動化技術在工業機器人中的應用類型

2.1 智能控制技術

人工智能技術也叫作AI技術，是當前最先進的自動化工業機器人的核心技術。在智能控制芯片以及智能控制系統的支持下，自動化工業機器人的操作功能、水平和質量都有了很大的提升，不僅在自動化技術方面走向了智能化，讓工業機器人有了自主判斷能力，而且還實現了人機交互，人作為操作者和管理者，與工業機器人之間的交互更加順暢。智能控制技術可以借助智能傳感器接收傳輸信息之后進行分析判斷，從而做出相應的操作控制和處理[3]。自動化技術往往只是按照預先設定的指令來進行操控，但是智能控制技術多了智慧分析的步驟，其中運用到了AI 技術，讓工業機器人有了“思考”的能力。除了既定設置好的一些技術操作指令之外，智能化的工業機器人還可以自主學習，通過不斷收集新的信息來學習新的操作，并在遇到新問題時做出合理的自主應對，從而進一步減輕人力資源負擔。智能控制技術受到傳感器集成模塊以及分析模型、決策模型的控制，采用不同的算法也會對工業機器人自動化操作產生影響，因此，要提高信息分析的準確性，才能夠確保智能制造不出問題。

2.2 計算機集成制造技術

計算機集成制造技術是工業機器人的基礎應用技術，工業機器人本身就具備一定的集成性，其具備自動化及半自動化的操作能力，一般自動化工業機器人具備半自動化的操作模式，在集成制造技術的支持下，工業機器人能夠完成系統性的工作任務。計算機集成制造技術在生產方法和流程上有離散型和持續型兩種，離散型是應用于較為簡單的生產工藝中的，主要應用于物理加工；持續型技術應用于更復雜的生產過程中，對相關參數和質量要求等都可以進行更改，不僅可以進行物理加工，還可以進行化學加工。計算機集成制造技術可以促使工業機器人按照規定好的生產制造要求來完成相應的工作任務，其所應用的技術包括了數據技術、分析技術和平臺技術等。智能時代背景下，數據技術可以實現“智能連接獲取”，并在通信過程中對數據源頭的安全性進行識別和風險攔截，數據獲取可以通過工業機器人的傳感器、監控器等來實現，工業機器人可以在運行過程中實時獲取數據。分析技術則可以實現對工業機器人實時獲取的數據的分析，并通過分析來獲得相應的結論。實際上，工業機器人用來進行分析的時間非常短，其必須要在極短的時間內做出可靠的分析，并同步做出相應的操作，一般來說，分析結果可以與預想設定的正確值進行對比，這樣可以最大化提高工業機器人的工作效率。平臺技術則能夠借助多種集成技術，比如：云計算技術、圖傳技術等來完成具體任務的操作處理。

2.3 系統集成信息化技術

系統集成信息化技術是與計算機集成制造技術密切相關的，在工業機器人的生產操作中，其還可以有內置的操作系統來對工業機器人進行控制，自動化和智能化的發展要求下，系統集成信息化技術也在不斷革新，以滿足工業機器人智能化、自動化開展工作的要求。系統集成信息化技術主要應用于工業機器人的后臺計算機、操作站、廣域網的管理中，其對工業機器人能夠實現整體操作，還可以通過發布或者修改指令來進行遠程操控，在關鍵時刻隨時保障工業生產的安全。特別是工業機器人的操作應用軟件較為復雜，其利用平臺技術可以實現軟件操作功能的集成，操作人員可以通過后臺或遠程操作來控制工業機器人的運轉[4]。

3 智能制造時代自動化技術在工業機器人中的應用領域

智能制造時代，自動化技術在工業機器人中的應用主要有如下3種領域，這3種領域對于工業機器人的要求也有差異。

3.1 簡單機械重復的工業制造領域

在智能制造時代，工業生產對于智能化、自動化的要求在逐步提高，工業機器人最常用于簡單的、機械重復的工業制造領域，在這種領域中，工業機器人的引進和使用成本較低，很多中小型的企業也可以負擔得起，比如：自動貼標簽、自動包裝、自動拆捆、自動切割、自動沖壓等類型的工業機器人，其完全可以代替操作工人來完成一系列的工作，而且有效保障了生產車間的安全性[5]。因此，這類工業機器人的生產、銷售和應用量最大，為工業機器人產業的發展打下了基礎，但是這類工業機器人的智能化水平不高，相關行業對工業機器人智能化發展的需求不高。

3.2 要求精密無塵的工業制造領域

在“中國制造2025”的戰略規劃下，工業生產正在開展大的變革，自動化技術在工業機器人領域的應用也更為普遍，自動化技術的水平也在不斷提升，結合工業生產的實際情況來看，自動化技術引領下的工業機器人更適用于精密無塵的工業制造領域，在這類領域中，機器人比人類更能實現精密級的準確操作，也可以保障生產車間的無塵化，比如打磨拋光、自動焊接、3D打印等工業生產項目中，以及精密儀器、生物醫藥等行業中，這類工業制造領域對自動化工業機器人的智能化操作水平要求較高，工業機器人需要能夠具備一定的自主思考、分析的功能。

3.3 相對惡劣危險的工業制造領域

在智能制造時代，自動化技術在工業機器人中的應用提高了機器人的環境適應能力，其可以在相對惡劣危險的環境下工作，由此可以避免一些工業生產給人造成健康安全方面的危害。比如：在工業制造的化學檢測領域，可以利用工業機器人來進行自動取樣、化驗、分析；在汽車制造領域，可以利用工業機器人來完成噴漆工序[6]。在此類工業領域，對自動化工業機器人開展智能化防護的要求較高，要求工業機器人在完成相應工作任務的同時做好自我保護，避免受到損害，從而實現長期應用。

4 智能制造時代自動化技術在工業機器人中的應用發展策略

4.1 重視自我研發和集成創新

智能制造時代背景下，在自動化技術應用于工業機器人的過程中，自動化技術還有很大的發展空間。相比西方發達國家，我國自動化工業機器人的起步比較晚，還存在技術研發和革新的必要性。因此，要重視工業機器人自動化技術的自我研發和集成創新，以促進我國工業機器人的設計、生產和應用，避免過度依賴進口解決國內工業機械生產自動化、智能化的需求。相關部門要加大力度，給予工業機器人行業必要的政策扶持，促進科研創新企業能夠獲得更多的發展資源[7]。

4.2 加大投入，優化多方合作模式

工業機器人屬于高端自動化、智能化生產設備，其具備較高的科技水準，就我國當前的科研能力來看還需要進一步地提升。由于工業機器人的研發需要大量的資金以及人才資源，而且自主研發周期較長、生產變現較慢，所以很多企業沒有充足的資金投入這一行業中，因此，相關政府部門可以通過鼓勵工業機器人研發的金融政策、稅收政策方面的優惠，支持此類企業發展。同時，要優化多方合作的模式，讓“雙一流”高校的優質人才、國家科研人才以及企業進行合作，共同加大力度研發自主工業機器人設備，并制訂完善的目標方案，形成階段性的研創計劃，從而實現自動化技術在工業機器人應用方面的革新和進步。

4.3 全面優化工業機器人性能

在新時代背景下，工業生產制造過程中存在很多操作人員難以完成的任務項目，因此，必須要應用工業機器人，與此同時，為了提高工業機器人的生產效率，有必要全面優化工業機器人的綜合性能。在智能時代，將更高水平的自動化技術應用于工業機器人中可以實現工業流程信息的自動提取和生產安排，還可以內置生產模塊，實現模塊化的生產應用。可以說，工業機器人的自動化技術是具備人工智能特性的，這樣一來，工業機器人的功能則更為豐富，相應的性能也更優越，可以實現更為廣泛的場景的應用。在人工智能技術的支持下，工業機器人的性能能夠進一步優化，其中需要借助主控制器、單片機以及檢測反饋裝置等，融入計算機數控系統、輸入輸出單元，通過有效的操作—反饋—分析—調整的智慧化流程來確保工業機器人能夠完成好每一次的操作任務[8]。

4.4 培育工業機器人智能制造人才

在智能時代，要想進一步優化自動化在工業機器人中的應用離不開人才的支持，就當前來看，工業生產制造方面的人才較多，但是能夠參與工業機器人智能制造的人才數量十分有限，這類型的人才需要具備數學、物理學、工程學、機電一體化、電學、信息技術科學等方面的知識，需要了解工業機器人的制造原理，并能夠在團隊工作中獨當一面。因此，為了發展工業機器人，就應盡快在高校開設相關專業方向，制訂完善的人才培養體系和計劃，培育出一批工業機器人智能制造人才，補充相應的人才梯隊，為工業機器人研發制造產業提供人才支持。另外，還應在高校內建立科研團隊，與相關企業形成密切合作，加快智能機器人的研發制造。

5 結語

綜上所述，隨著自動化工業機器人的推廣應用，工業生產效率有了很大的提升。在智能時代背景下，工業機器人需要得到進一步的技術提升，重視自我研發和集成創新，我國應盡快培育工業機器人方面的人才，加大力度進行工業機器人的自主研發制造，以提高我國工業化生產的效率，加快工業生產改革，提高相關產業的國際競爭力。