基于工业机器人的智能制造生产线设计方法

付保英

（鹤壁职业技术学院 河南省鹤壁市 458030）

随着时代的进步，我们的生产和生活都日益进入了科技的时代。在生产加工种，为了更好的提升效率，满足市场需求，智能化工厂、智能化生产线已成为必然的趋势。这就促进了工业智能化，设备智能化和生产力智能化的发展。作为工业生产的基础，对产品的制造和运输实现智能化管理显得更加迫切。在工业智能化发展的同时，工业机器人具有可持续操作性，在保证日常维护和保养的前提下可以进行24小时高效工作，使用寿命也远远超过10年，是目前运用到智能制造生产线中最广泛的用具之一。许多行业在进行工业生产制造过程中均选择使用工业机器人完成诸如分拣、跟踪、搬运、装配和储存等复杂任务。随着现代制造业中工业机器人技术的成熟和生产线的智能化，在现代智能制造生产线中得到了广泛的应用。

1 工业机器人的结构和特点

1.1 工业机器人

工业机器人是运用在工业生产中的一种可通过技术人员手动操控或系统智能操控的一种机械手，他可以通过系统设置自由活动完成系统下达的指令。并能凭借自身的能源和控制力实施产品的创造和制造。在智能制造生产线中，需要提前编辑好程序，根据提前下达的指令行驶生产。

1.2 工业机器人的结构

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三大部分组成。主体部位具有强大协调运作能力，可模拟人体完成抓握、提举、分离、放置等操作。驱动器相当于人的运动神经，是操控器械运动的重要组成部分。工业机器人的控制系统是下达命令和指令的重要枢纽，可以决定工业机器人各项功能协调合作运行的主要因素。控制系统通过提前的程序编程对对驱动器下达行动指令，进行操控。驱动系统通过接收控制系统发送的命令信号，驱动元件产生相应的动作并与执行器合作完成各种操作任务。

1.3 工业机器人的特点

工业机器人具有较高的智能制造水平，可以根据自身的能源完成系统或人工操控下达的指令和动作。在工业生产线中，很多复杂的环境人工操作起来非常的麻烦，但是应用工业机器人处理就能很好的解决此类问题。它对于复杂的环境复杂的动作都有很好的应对性。工作人员只需提前编写程序或者手动操控既可以完成工作。工业机器人在使用时间上更为持久，工作时间更多，对于相关工作可以做到更加准确无误。在保证日常维护和维修对情况下，工业机器人可以全天不停歇对进行工作。这极大对提高来工作效率，提高来生产量。

1.4 工业机器人的应用

目前的智能制造生产线中，工业机器人主要负责技能和运输方面的工作，在技能工作上主要负责的是焊接、绘制、信息收集、装配、定位、产品测试等。在运输方面比如包装、堆垛、传输等。通过运用工业机器人实施工作提高了生产的效率、速度和准确性，为智能制造生产线带来了便利。

2 智能制造生产线

通过使用SolidWorks软件，根据智能制造生产线各组单元的相关性能参数及结构尺寸，对其进行空间布局，将各单元摆放的位置进行调整优化。Visual Component其功能可以对数控机床、机器人相关附属设备运行情况进行仿真操作，拥有着良好的智能制造设备模型，进而利用该软件就能够建立出贴合实际的智能生产线以及运动的仿真模拟，找出其中不足便可优化。Visual Component 软件模型库中拥有着加载机床、机器人、夹具、传送带等一些零部件，通过这些工具搭建出相对真实的虚拟化生产线设计，从而编写相对应的程序对生产线进行调整，进而验证智能制造生产线的实际运行效果同时便于优化。

利用空间布局与Visual Component 软件的仿真模拟效果相结合，就可以实现对实际生产线进行相对应布局与组建。组建的智能制造生产线。通过对智能制造生产线的测试实验，可以明显看出其生产线可以更高的完成压缩机壳体的自动化加工，并同时可以在加工过程中对其进行实时监控。据统计分析，智能制造生产线相比于传统加工模式的工作效率来说，足足提高了30%以上。

3 工业机器人在智能制造生产线的应用范围

（1）目前工业机器人在智能制造生产线的应用中主要以机械制造工业为主，主要工作内容包括铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切割和机械装配等自动化生产环节，以及用于空白制造、加工、装配、检验和包装等不同工序的集成电路。

（2）工业生产往往具有较高的风险，而劳动强度也比较高。在一些工业生产环境中，利用工业机器人代替人组成智能生产线，完成各种复杂的生产活动。完成不同的工业任务。智能化生产线是一种输送系统和控制系统，它自动连接一套自动化机床和辅助设备，在一套智能制造生产工作流程中，通过系统设置，机器相互协作完成工作。

4 智能制造生产的全部过程

4.1 智能制造系统运作方式

在智能制造生产线上，为了保证机器人的正常可靠运行，第一步是设计工作流程、以及机器人精确的动作路径，使其能够安全有效地执行各种控制指令。不同类型的工业智能制造生产线在智能系统的编程、操控方式上是不同的。但普遍的机械智能生产线来说，普遍都需要堆垛、码垛、运输此类工作

4.2 智能制造系统组成部分

智能制造系统主要包括码垛、装卸、输送、对齐和冲孔等几个主要工序。相应地，冲压智能生产线应包括开袋系统、进料系统和钢丝尾输送系统。工业机器人在城垛序列拆装中的应用和自动化系统的建立，可以大大提高堆垛的效率和安全性。智能系统通常由剥离机、码垛小车和自动喷油装置组成。运用工业机器人可以保证日夜不停的生产。通过出口传送带传送到中心仓库，并通过进口传送带送至喷油机。堆垛车通常停在物料的上层，主要方便机器人装卸物料。涂油过程是在拉延环节进行的，因此，板材的拉出率很大。涂层能有效地消除冷轧板上的滑线，不仅使表面符合要求，而且提高冲压板的防锈性能。

4.3 智能制造系统生产线的控制

控制系统包括三个部分：数据层、物理层和人机交互平台。数据层在整个系统中起着非常重要的作用，数据传送和分析的效率直接影响系统的可靠性。数据层负责数据传输和分析。在工业智能制造中，物理层与设备之间的数据交换主要依靠现场总线。智能系统通过相关网络设备监视网络系统的对接，通过总控系统集中或分散的控制，通过这种方式可以在一定程度上避免因机器人的循环运动而引起的数据损坏，提高系统运行的稳定性。物理由控制站、操作站和现场控制层组成。它主要负责数据收集和遥感。大多数物理层设备都是开放型设备。系统可以实时地掌握各层设备的运行状态，从而实现运动路径的精确控制，提高动作执行的准确性。

4.4 智能制造系统生产线的安保系统

为了提高智能生产线的运行效果，必须采取一系列的安全防范措施，避免工业机器人的故障。虽然智能生产线被划分成不同的区域，并且它们的设备也在特定区域内，但许多设备都会有一些相关联的情况。如果没有合理的控制和部署，工业机器人就容易发生碰撞。由于控制系统的种类繁多，需要加强系统的日常部署，在智能系统生产线工作流程中，必须通过各种参数和计算及时调整工业机器人的工作和方法。智能省产线的保护可以通过硬件保护和软件保护得到改善。例如，有必要通过硬件监测来加强系统的的抗干扰能力。此外，监控系统应保证数据传输过程中的屏蔽性，提高安全系数。

4.5 智能制造系统生产线的模拟仿真系统

智能制造系统可以通过提前设置生产线来缩短在制造过程中按安装及调试的时间。工业机器人具有离线功能，我们可以利用其该项功能过模拟出工作速度以及在生产线中对运动轨迹和有效负荷。通过智能制造生产线中方针性对测试，可以避免在实操中现场操作中会遇到对问题及干扰，这样既提高了生产对安全性又提高来生产线对可靠性。

5 以汽车轮毂制造为例分析智能制造生产线生产设计

本文以汽车轮毂制造为例，从产品的生产加工到质量检测、包装入库各个环节中，展现在智能制造生产线中，整套轮毂生产制造过程。在整个的生产制造过程中运用了大量的现代化智能设备，以及工业机器人。完整的展现了工业机器人在智能制造生产中的应用。智能制造生产线在接到系统发来的订单后，会先对仓库内库存进行清点，如果有成品的情况下会直接使用成品。直接使用运输机器人对库房内产品进行搬运，使其运送到物流配送系统中。如果在库房内没有订单所需要的产品，智能制造生产线会根据产品所需要的原料通过智能传输系统对其进行传送及生产加工。

（1）首先用坐标机器人对接收到的原料取出防止到相应的载具中，中控系统会根据系统指令对原料进行加工，通过智能控制系统，可以判定是否达到加工要求，如果达成要求的产品即可通过传感器送往下一个环节进行生产加工。

（2）在传送过程中，控制系统检测到半成品的材料后会将材料通过智能小车运送到其他环节进行加工，不同的环节加工指令和生产要求也不同。这些生产标准和加工工序都是通过中控系统操作。加工中心只需根据中控系统发送的指令进行操作即可。

（3）加工中心的搬运机器人主要是对原料及加工半成品的搬运。在接收到搬运指令后，搬运机器人会将加工完成的产品放回智能运输小车中。

（4）智能相机是对半成品的零部件进行判断监测的工具，主要是判断半成品是否符合加工标准，针对监测情况进行记录，没有通过监测的零部件会被智能手臂放置入回收站。合格的产品将会再次通过搬运机器人及智能小车的通力合作运送到下一加工环节。

（5）在智能制造生产线中进行二次加工工作的机器人，在接收到由运输机器人传送过来的产品时，会将这些产品进行二次的加工。在整个传输的过程中都是运用工业机器人负责的，这样既节省时间又节省了人力成本。在轮毂加工完成之后，再次由工业机器人将其传送到智能检测中心，通过智能相机等高科技产品对其进行二次的质量检测。

（6）产品最终由监测系统对其进行最后的质量检测，监测合格的产品会用机器人在其上面张贴合格标识，在进行产品的包装和入库。

以上所有的工作和步骤全都是通过总控系统对现代化智能设备及工业机器人下达编程和指令，由智能设备和工业机器人协作完成的。

6 工业机器人在智能制造生产线设计中的注意事项

（1）在运行过程中，工业机器人在接近产品时，一定要注意把运动速度变慢，再行动轨迹及路径上，恶意增加多个教点，以便增加工业机器人运动路径的可控性。

（2）想要实现Z轴方向偏移的操作，在控制气动手爪在抓紧工作时，可以使机器人垂直上升，这样就可以了。但是一定注意不要让机器人运行轨迹发生倾斜，从而产生碰撞。

（3）在智能制造生产过程中想要调整机器人的姿态时，需要尽快让机器人在路径上一边运动一边调整。

（4）当机器人离开工作区的时候，在编程过程中提前设计速度加快，这样可以提升工作效率，加快工作时间。

7 结论

在智能生产线上，工业机器人还要进行一些系统化的设置，如通讯信号软件品质，工具坐标系统设置，有效载荷的设置等等，工业机器人已经成为国内外智能制造生产线的主要生产力，越来越多的生产制造厂都将其引进运用到生产过程中。未来机器人的开发将越来越方便，他将变得更加智能化，在生活的各个领域得到更多的应用。本文基于目前智能制造生产线的设计为前提，从操作方式、系统组成和控制系统等方面对工业机器人智能制造生产线的建设策略进行了探讨，旨在促进工业机械在智能生产线中的应用，提高我国工业智能生产水平。