基于智能制造生产线的工业机器人应用

王玉晔

摘  要：进入21世纪的第二个10年，各个国家都在大力推进工业化、智能化生产技术，其中像美国的“工业互联网”、德国的“工业4.0”、包括我国的“中国制造2025”，这些都预示着全球各国智能制造生产产业的高速迅猛发展。就我国而言，工业机器人联合智能制造生产线展开生产行为最被看好，也最受重视，它已经在我国实现了发展规模迅速扩大，结合智能制造生产线基础建立工业机器人操作、通信、控制技术体系，确保工业机器人在外部设备通信过程中精确完成生产线上各类工作任务。本文首先简单介绍了智能制造生产线上的生产工作流程，然后分别探讨工业机器人在通信、汽车以及船舶智能制造生产线上的具体技术应用。

关键词：智能制造生产线  工业机器人  生产工作流程  通信  汽车  船舶

中图分类号：TP242.2                        文献标识码：A                 文章编号：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

工業机器人在目前的智能制造生产线领域拥有巨大应用价值作用，它的多关节机械手拥有高自由度、大容纳性、可匹配各种大中小型机械装置展开生产行为活动。在该过程中，基于智能机械加工辅助后端的智能制造生产线就此建立，而工业机器人在这其中则追求实现了制造工艺过程的简单优化，它的生产线工艺操作技巧丰富，例如针对零件的“上料”、“下料”、“装夹”、“移位”、“翻转”、“零件调头”等功能丰富，在特殊匹配大批量小零部件生产加工过程中，它最大限度节约了大量人力、物力与财力成本，对生产效率的提高也有目共睹[1]。

1  智能制造生产线上的工业机器人应用概述与基本工作流程

目前在智能制造生产线上，可应用的工业机器人类型众多，型号、功能表现丰富。它们一般被安装在智能制造生产线上，布局合理到位，如图1[2]。在目前智能制造生产线布局中，工业机器人一般被安装在导轨上，即生产线外轴部分，它能够在生产线上按照导轨行走，其周围会摆放多台数控机床，专门负责上下料工作。如图1中的6部分即为工业机器人，而7部分则是负责控制工业机器人的数控加工中心，二者之间能够相互传递信息数据[3]。

2  智能制造生产线上的工业机器人通信实践应用

结合图2分析，将工业机器人的第一块板卡设置到手爪与快换接头通信板卡上，在手爪I位置设置I/O信号，信号名应该分别设置为Gripper1_OFF_IN（手爪I已松开）、Gripper1_ON_IN（手爪I已夹紧）、Gripper1_ON_OUT（手爪I夹紧）、Gripper1_OFF_OUT（手爪I松开）[4]。而工业机器人的第二块板卡则设置为工业机器人的机床通信专用板卡，它能够与机床数控台进行通信，分别接受输入信号，发出输出信号。其它他信号部分则主要通过工业机器人进行总线通信操作，其中就包含了自动上料机构与下料输送线通信操作，确保信号、视觉系统能够传递到指定位置[5]。

在工业机器人I/O信号连接过程中，其中就建立了I/O信号分配机制，结合板卡对输入、输出信号进行分析，设计接线图。在生产线中，需要进行通信信号连接，将信号直接通信传递给工业机器人，如图3。

如图3，建立基于两种总线物理层的通信方式是非常有必要的，它在终端连接终端电阻过程中就希望防止虚电压所造成的信号干扰问题。这里运用到了PLC端、DP通信线直接连接终端电阻，确保终端电阻开关到ON模式上。此时分析工业机器人端，在CANL与CANF信号之间建立连接，例如设置一个规格为120Ω的终端电阻[6]。

3  船舶智能制造生产线上的工业机器人通信实践应用

具体来讲，基于工期准时化生产方式（Just in Time）与拉动式工程管理方式两种，二者均采用到了倒推方法配合各个制作工序展开提前预案设计，建立物流管理体系，追求精益管理体系建设，优化年度总体分配方案。比如说，在船舶智能制造生产线上提前3个月可设计发型套料与定尺数据，提前两个月与钢铁企业签约生产，确保提前15d进行码头卸货，按照加工系列进行时间分类。在该过程中，也主要根据开工需要提前一天进行堆场依次取料，优化预处理线，追求库存最小化处理，同时强化精益化管理过程，最终构建一套现代造船精益化管理体系。以下主要介绍一下船舶智能制造生产线上的工业机器人通信生产实践应用[7]。

首先，机器人进行了小组生产线建设，其中主要是焊接生产线，对年造船能力进行分析（一般要超过200万载重吨），其年钢材加工能力达到40万t以上。这些都得益于智能机器人生产线应用流程展开。

其次，在型钢自动化切割生产线上建立制作造船分段模式，并对型钢零件应用过程进行布置，它的工艺设备布置到位，且主要工艺流程中包含了自动上料系统、自动切割机、自动分类下料系统等诸多设备。在新老造船生产模式对比与改进过程中，它主要对生产模式中的全生产线自动流转过程进行调整，分别建立了划线、分类、切割3个生产工序，优化物料信息传输过程，并对物料分类感知智能化内容进行分析，其造船生产周期会相应缩短。

再次，在条材机器人自动生产线上，所有合格条材零件都会参与到生产制造过程中，其主要生产工序主要包括了板材切割开条、条材面取、横移台车、板条打磨下料、生产线切割等等流程。在流程中会专门建立一条自动化切割生产线，其生产能力较强，成品板条最大长度可达到8m以上，条材机器人的自动生产线主要工艺流程应该如下：

条材打磨下料→机器人自动切割→机器人划线印字→台车横移→条材面取→条材搬入上料→板材切割机开条[8]

在生产过程中，要建立先行小组机器人生产线，它主要在造船过程中负责小部分分段生产操作。另外整条线布置会占用到车间长度大约20m左右，宽度设置为10m。整个总体工艺流程生产线是呈现U型的，其生产工序设置内容包含了定位焊工位、机器人自动焊接工位、修补打磨工位、定位焊工位等等，其生产能力与焊接长度都相当到位，可自动实现从部件装配、定位焊、机器人自动焊接、回传输送、部件修补、部件定位焊、部件背烧、部件搬出等工业流程，生产效率相当之高，一般其效率提高达到60%左右，生產中所需要的生产参与人员至少可以减少一半[9]。

4  汽车智能制造生产线上的工业机器人生产实践应用

首先在焊接生产过程中，智能制造生产线上专门安装了智能化传感器工业机器人，它可结合程序设定标准对弧焊工作内容进行分析与规范。该阶段，工业机器人会利用到人圆弧来直线、曲线插补进行直焊或弧焊。

其次，在外车喷漆与涂胶工作中会运用到工业机器人，主要是对汽车外部整体进行喷漆，并对车身连接位置进行涂胶。在该过程中它就编写出一套专门的喷漆程序，在合理添加工业机器人的整体系统过程中也编写出一套专门的喷漆程序。在添加工业机器人整体系统过程中，主要利用工业机器人喷漆工具结合不同车型进行变换操作，确保喷漆中提高喷漆工作效率与工作质量，精准完成喷漆过程。与此同时，它也希望有效规避人工生产过程中所疏忽的失误问题。比如说在进行汽车外车喷漆厚度检测过程中，需要利用工业机器人减少其不平整痕迹，确保工业机器人能够合理利用喷漆枪、喷漆泵自主完成车体连接处的涂胶工作。另外，它也会自行判断车身材质与具体性能。而在选择汽车涂胶过程中，它可定量涂抹，保证涂抹均匀。

最后，在进行汽车出厂前验收工作中，主要对其汽车组成部分装配内容进行分析，这里运用到了装配机器人，它可有效提高装配工作效率，对促进整体装配工作流程非常有帮助。在针对汽车生产的主要流程调整过程中，工业机器人会建立外部喷漆工作与装配工作生产体系，确保汽车出厂验收工作到位。例如针对汽车安全性能的检验就非常到位，它降低了汽车产品的危险系数，避免出现意外伤害问题。例如目前比较流行的KUKA类型工业机器人，它在汽车出厂验收工作中会展示两大生产功能。例如在汽车出厂验收过程中，它会首先对采集测试对象图像信息进行处理，建立零部件安全性能检测工作体系[10]。再者，它会负责汽车设备碰撞检查，为汽车模拟以外冲击所造成的外部损伤问题，其中主要测试的指标数据包括了汽车速率、汽车耐受程度，然后进行数据宏观调控。最后对所测试数据进行分析整合，必要时作出数据调整，并对汽车性能进行调整，有效促进汽车安全性能的有效提升。

5  結语

在智能制造生产线上，基于工业机器人的生产过程非常复杂，但实际上其技术应用非常简单，利用通信信号软件配置、有效载荷配置、板卡配置以及工具坐标系配置进行分析处理，可为其建立工业生产路径，优化运动路线中点位，在包括汽车、船舶在内的大量智能制造生产线上发挥巨大价值作用，提高生产质量与生产水平。在未来，针对工业机器人的应用还需要进一步深度优化，确保其在智能化制造生产线上发挥巨大价值作用，构建围绕工业机器人所形成的智能化制造生产线工作站，为汽车、船舶等工业化生产内容的生产丰富、优化创造更大有利空间。

参考文献

[1] 熊隽.基于智能制造生产线的工业机器人应用[J].机床与液压，2018，46（21）：91-94.

[2] 吴宏辉.基于工业机器人自动生产线设计探究[J].科学与信息化，2020（15）：99-100.

[3] 侯伟.机器人工作站在变压器生产制造中的应用[J].科技资讯，2015，13（20）：116-117.

[4] 吴玉文，朱晔，夏伟.基于PROFINET IO的PLC与工业机器人通信研究[J].汽车实用技术，2020（5）：187-189.

[5] 张安刚，夏福禄.自动化焊接机器人生产线的应用与优化分析[J].中国设备工程，2020（18）：49-50.

[6] 丁姝慧.基于PLC的汽车焊接机器人控制研究[J].现代信息科技，2019，3（12）：157-158，161.

[7] 皇甫勇兵.基于CPS技术工业机器人实训中心的研究与建设[J].工业控制计算机，2018，31（4）：46-47.

[8] 毕超（Chao Bi）， 鄂玛兰（Ma-Lan E）， 郝雪（Xue Hao）， et al. Establishment and Realization of Intelligent Integrated Grinding and Measuring Workcell for Blade Edges[J]. 中国机械工程学刊， 2019， 40（2）：149-159.

[9] 赵德鑫.应用焊接机器人小组立流水线的关键技术分析[D].镇江：江苏科技大学，2017.

[10] 当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（摘选）[J].设备管理与维修，2001（1）：54-55.