基于工业机器人的自动化生产线研究分析

王进

摘要：本文主要简单介绍了工业机器人的相关内容，分析了自动化生产中工业机器人的应用类型，探讨基于工业机器人的自动化生产线，以充分发挥工业机器人的作用，加深工业自动化生产程度，提高我国制造业水平，为企业带来更多经济效益的同时，推动企业的现代化发展，并且加快我国制造业的发展速度，使其尽快适应未来的制造业发展模式，促进现代制造业的可持续发展。

关键词：工业机器人;自动化;生产线;经济效益

中图分类号：TP242                                      文獻标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）06-0164-02

0  引言

随着我国社会经济的高速发展，企业劳动力成本逐渐提升，这是因为人们的物质生活质量得到提高，品位追求愈发重要，不再愿意从事低劳动成本的工作，在这种情形下，企业中的廉价劳动力逐渐减少，人员流动性比较大，这并不利于工业制造的长远发展，为改善这一情况，充分利用现代科学技术，应当加快工业自动化生产进程，优化产业结构，在工业中有效应用工业机器人，以提升工业自动化质量，促进工业生产效率的提高。为全面发展我国工业，应当利用工业机器人来打造一条自动化生产线，针对未来的工业发展，而实施有效的自动化生产，从而充分发挥工业机器人的生产作用，为工业自动化、智能化的未来发展趋势奠定扎实基础。

1  工业机器人的相关内容

1.1 工业机器人的结构

工业机器人的结构主要分为以下几个部分，分别是主体、驱动系统和控制系统等。主体部分主要是人体动作的模拟，能够代替人来进行分拣、搬运等工作，一般来说普通的工业机器人至少有三个自由度，而复杂的工业机器人自由度在七个以上。自由度越高的机器人，其所能完成的操作指令也愈发复杂，功能也越强。控制系统如同于人的大脑，能够控制机器执行操作，而驱动力则是根据所接收到的指令，来予以执行结构协助，从而完成操作。

1.2 工业机器人的特点

工业机器人自动化程度非常高，即使是在极为复杂的环境下，仍然能够执行各种操作，代替人来完成工作。具体来说，其特点表现在以下几个方面：一是具有精密化、智能化和柔性化，充分利用了软件应用开发技术，能够实施准确的检测工作，有效控制生产线中所负责的环节，优化生产线，并作出科学的调度、管理和决策，充分体现了工业自动化水平;二是在生产过程中，工业机器人需要自动化成套装备的支持，其有利于提高制造效率，做好安装、检测、物流等工作，应用于更多领域中;三是工业机器人属于新型生产工具，集聚了人的体力和智力，充分发挥了数字化技术作用，体现了自动化、网络化、智能化;四是涉及多门学科，包括但不限于机器人构建有限元分析技术、工业机器人控制技术、工厂自动化技术、精细物流技术等。

1.3 工业机器人的运用场合和范围

工业机器人一般运用于以下场合中：一是一些生产过程中需要进行大量重复性操作的环节中，利用工业机器人来实施这部分的操作，能够减轻人员工作量，并且避免枯燥的工作带来的疲惫感，以防工作人员心态消极和负面;二是运用于一些小批量、定期重复生产的任务;三是运用于一些需要两人搬运的超大型零件，或是一些会导致工作人员受伤的任务中，只要满足于机器人半径要求即可。就目前而言，工业机器人多运用于汽车制造业和3C行业中。前者涉及到大量的流水线工作，工业机器人主要运用于汽车锻造车间、发动机车间、焊接车间等;而在3C行业中，工业机器人则运用于分拣装箱、贴膜、装配、喷涂等工作中。

1.4 工业机器人发展现状

就目前而言，欧洲、美洲和亚洲的工业机器人平均密度都呈现了上升状态，我国机器人密度发展具有极好的活力，机器人设备的生产量逐步提升，政府计划在2020年迈入世界十大自动化程度最高的国家。

2  自动化生产中工业机器人的应用类型

自动化生产中的工业机器人应用类型主要有以下几种：一是焊接机器人，其可分为点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人三种，使用最多的是激光焊接机器人型号，常应用于汽车制造业中，应用最为广泛的是弧焊焊接。焊接机器人的使用，有利于提高焊接工作效率，避免环境对焊接工作造成的影响，有效控制焊接进度，保障焊接质量;二是装配机器人，主要负责工业生产中的装配工作，其在设计上较为复杂，应用了大量的高等技术，结构庞大，充分利用了有效资源。装配机器人可促进工业化发展，加快工业化生产步伐，提高工业化生产效率，比如说对于汽车行业来说，装配机器人能够实现更为精细化的操作，可保证生产产品的质量;三是搬运机器人，主要负责于工业生产中的搬运工作，可在不同状态下进行有效的指令操作，逐步取代了人工搬运。目前搬运机器人多运用于集装箱搬运、冲压自动化生产线等工作中，应用行业较为广泛，并且不会受行业工艺技术的限制，体现出人性化生产;四是检测机器人，在工业生产中主要负责检测产品，可对产品进行全方位的质量检测，以确保产品质量符合标准要求，工作效率比较高。检测机器人可代替生产线中的人工岗位，其可从视觉、光感、触感等多方面来对产品进行检测，作出准确判断，常被使用于药品包装、半导体等行业中。

3  基于工业机器人的自动化生产线

3.1 运行方式和系统组成

工业机器人在冲压自动化生产线中的运行方式如下：首先，应当先根据实际工作需求来设定机器人的工作流程，规范其动作路径，以确保其能够快速而安全的执行操作命令，并且精确地完成命令。由于工业自动化生产线中的类型有所不同，因此其在系统运行方式上也不尽相同。以冲压自动生产线为例，工业机器人需要开展垛料拆垛工作，之后需进行板料对中，对中的方式多样化，使用最多的便是光学对中。在工业机器人对中完毕之后，则需要由上料机器人来放料，执行冲压。而下料机器人应当待到冲压结束后放料，冲压工序的次数需要根据生产要求来循环进行。

工业机器人在冲压自动化生产线中的系统组成，根据生产工序来定，主要有：一是拆垛系统，这一系统主要负责拆垛工序，由走带电机、拆垛小车和自动涂油装置构成，其有利于提升拆垛效率，而且可持续二十四小时工作不停歇;二是上下料系统，主要负责上下料工序;三是线尾输送系统，主要负责传输工序，可以利用板料经导出式来进行传输，使其运往到中台，然后再通过导入式进入到涂油机中;四是对中系统，主要负责对中工序;五是压力机系统，主要负责于对冲工序。

3.2 自动化生产线中的控制系统

基于工业机器人的自动化生产线，需要构建良好的控制系统，主要包含三个部分：

第一，数据层。控制系统中的数据层十分重要，其有利于维护系统的数据传输效果，提高数据传输效率，保障控制系统的正常运行。自动化生产线中，包含了诸多数据，尤其是自动化设备和物理层之间的数据传输，依赖于现场总线技术。应用最多的现场总线技术有EPA实施以太网技术。这一技术在使用上较为简洁，而且不需要太多的用线量，非常适用于冲压自动化生产线中。为有效加强对数据层的控制，应当建立健全的网络设备监控系统，实施集中性管理，防止机器人因循环动作而破坏数据层。

第二，物理层。自动化生产线控制系统中的物理层，主要功能在于收集生产过程观众的各项数据，并且感知这些数据。物理层中的设备具有开放性，应用了EPA技术和PLC技术，可以与数据层进行良好的数据传输和交换工作，实时掌握自动化生产线中各项设备的运行实况，把控好工业机器人的动作路径，使其准确而高效的完成所下达的指令。

第三，人机交互平台。这一部分是整个控制系统中的关键内容，其不仅能显示整个自动化生产线的操作实况，掌握整个工作流程，全面控制整个系统的运行参数，接收故障报警，还能直接通过此平台来实现人机交互。相关技术人员可以于此平台中操作自动化生产线，及时发现生产系统中存在的问题，并实施具有针对性的措施来加以解决，以使其正常运行。

3.3 安全系统和仿真系统

基于工业机器人的冲压自动化生产线，要想顺利进行，提高生产效率，则必须建立健全的安全系统，以对其进行有效的防护，应对工业机器人故障问题，并且对工业机器人进行维护，延长其使用寿命。虽然冲压自动化生产线，并不存在于同一个区域内，但是在设备的应用上仍然存在部分重叠情况，若是不对重叠区域加以控制，那么很容易出现碰撞事故，带来一定的安全风险。控制系统具有一定的复杂性，为充分发挥控制系统的作用，调剂好工业机器人各项参数，使其高質量完成指令，则必须实施有效日常调配工作，从硬件和软件两个方面来加以防护。比如说硬件方面，可以设立监控系统，来把握工业机器人工作中的各项数据，提升其抗干扰能力。亦或是可以利用PLC技术，来实施全面监控，做好预警工作，及时发现生产线中的故障点，并有效处理。

另外，在工业机器人的自动化生产线中，还应当建立健全的模拟仿真系统，可采用可靠的编程技术，来对工业机器人进行离线操控，根据实际生产需求来设计自动化生产线，并且现场安装试行，仿真工业机器人的速度，运动路径及其负载力，以此来保障自动化生产线的安全运行。

3.4 未来发展

基于工业机器人的生产线将不断完善，生产水平会随之工业机器人技术的发展而提升。在未来，工业机器人技术将受到更多人的重视，情感识别技术、柔性机器人技术、脑机接口技术，都将成为未来机器人技术的发展方向，工业生产体系将会随之而改变，加快智能化工业发展。另一方面，工业机器人技术的日渐成熟，会给工业发展带来一定的优势，但与此同时也会产生一定的影响，出现一些问题。例如当工业机器人技术的运用愈来愈多，工业生产开始以工业机器人为基础，逐步实现了自动化生产线，取代了传统的人工生产线，那么就会有大量的工人失去工作，增加了我国的就业压力，如何平衡和解决这一问题是未来需要应对的挑战。

4  结束语

既然明确了工业机器人的应用功能，就应当加强对工业机器人的研究，全面了解工业机器人的结构，掌握当前工业中应用最多的工业机器人类型，基于工业机器人运行模式、工业机器人运行系统构成以及控制系统等方面，来提出有效的工业机器人自动化生产线构建思路，从多角度来控制工业机器人的应用，使其能充分发挥自身作用，为我国工业自动化水平的提升提供重要保障。总而言之，在工业生产中使用工业机器人，是工业现代化发展的必然需求，必须予以高度重视，不容忽视，其不仅能减少劳动力成本，还有利于提高工业生产效率。在未来，随着我国科学技术的大力发展，工业机器人体系将会逐步完善，其优势将会不断放大，成为工业自动化生产线上的主要工作方式，具有重要意义。

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