工业机器人在汽车行业机械加工中的应用前景分析

李洋　齐晓震　马勇　兰霜

摘 要：在世界经济一体化的背景下，国内外汽车行业之间的竞争日趋加剧，工业机器人已被广泛地应用于汽车制造领域。特别是在汽车行业高速发展的今天，自动控制技术已经广泛应用于各个领域，工业机器人利用自己的动态控制系统，利用人工智能技术实现了机械加工的自动化、柔性化，取代了人工的手工工作，保证了质量和产量。基于此，本文从汽车行业机械加工中的工业机器人实际应用及目前存在的问题入手，全面分析了工业机器人在未来汽车行业机械加工中的应用前景发展，以供为汽车行业从业者提供参考意见。

关键词：工业机器人 人工智能技术 机械加工 汽车行业 应用前景

1 引文

工工业机器人是一种被广泛应用于工业生产中的多个关节机械臂或多个自由度机械设备，具有一定的自动化，能够根据其本身的能量和控制能力，完成多种工业加工与制造的功能[1]。它不但可以推动我国汽车产业的稳步发展，而且可以使整个生产过程得到优化，从而使企业的生产设备、工艺水平得到提高。工业机器人在汽车制造中的应用，可以有效地改善汽车制造过程中的人工差错，降低人工劳动强度，从而改善汽车制造的总体质量。

2 基于工业机器人的汽车行业机械加工技术研究现状

资料显示，目前在汽车工业的机械加工中，72%的工作由工业机器人完成，其中：15%用于材料处理，22%用于铣面，3%用于钻孔，3%用于铸造，15%用于上料和卸料，14%用于复杂工作，如研磨、抛光、激光刻印等。以上数据显示了工业机器人在汽车工业中的广泛应用，未来几年，工业机器人的市场需求仍将持续快速增长，年均复合增长率达到20%左右，工业机器人将会在汽车领域中迅速发展并大放异彩[2]。

汽车业的发展程度，是一个国家整体科技水平的体现，而汽车业的发展，必然会带动其他产业的发展。为了在日益激烈的市场中站稳脚跟，汽车制造业的其他中上游制造公司，都会选择工业机器人，以提高产品的品质。如表1为发动机制造过程工业机器人使用情况。

3 汽车行业机械加工中工业机器人存在的主要问题

3.1 国产机器人的关键部件国产化程度不高

核心部件依然是国内机器人发展的最大障碍。在工业机器人中，核心部件是制约其发展与应用的重要因素，其中：减速器、伺服系统、控制器是工业机器人的三大关键部件，它们在工业机器人的制造成本中占据了35%、25%和10%的比重。虽然近几年来，我国核心部件的国产化程度逐渐提高，但其利润水平和性能的提高依然受到了极大的限制，使得国内绝大多数的国产设备厂商都在亏损。在国外品牌不断降价的同时，国内品牌的竞争也越来越激烈。其中：

1）伺服马达：高端、大功率、高性能的伺服马达市场仍然由国外厂商垄断，但近几年我国技术水平不断提高，中小型伺服马达已全部国产化，例如深圳飞特、北京智达等。

2）减速机：国内的减速机研究起步较晚，在转速、传动精度、稳定性等方面尚有差距。目前，我国已基本实现了低负载谐波减速器的国产化，但大负载减速器仍依赖进口[3]。

3）控制器：在关键芯片和核心算法方面，国内控制器仍主要依靠国外技术。

4）传感器：它是智能系统中必不可少的基本设备。目前，我国的高端传感器市场依然处于国外的垄断地位，而在我国，其应用领域仍然是以低端的传感器为主，其产品的品质与稳定性还需进一步提高。

5）智能化技术：随着人工智能、机器视觉等智能化技术的飞速发展，智能化技术与工业机器人的融合是不可避免的，但在某些关键技术上，却被国外所垄断。

3.2 市场竞争激烈，平均售价不断下跌，国内品牌利润下滑

自2020年起，以四大工业机器人为代表的国外工业机器人公司纷纷在中国扩大了产能，世界范围内的工业机器人产业开始逐渐向中国内地转移，增强了我国发展机器人的国际竞争力，同时，世界范围内的工业机器人的价格也在持续下跌。在整个工业机器人的产业链中，整体加工企业的利润率在10%到20%之间。由于国产自主品牌的核心部件国产化水平仍然很低，而工业机器人的价格也在不断下滑，使得产品的盈亏平衡销量不断上升，从而影响到国产品牌的利润。

3.3 中高级技术人员相对匮乏，注重科研而忽视实际工作

工业机器人产业是一个技术密集的产业，它需要具备一定的专业知识和技能。在关键零部件和机械加工方面，国内拥有核心技术的技术研发人员和有丰富经验的组装工人比较欠缺；而在系统集成方面，由于缺少跨学科的专门人才，如现场调试、维护操作和运营管理等实用型人才的培养还很薄弱。过去单一依靠专业院校的专业人才培养模式已经很难适应中国未来产业的需要，需要政府、企業、教育机构、第三方组织等各方力量共同努力[4]。

3.4 实体经济面临下行压力，降低了对自动化的要求

在新的经济循环体系中，特别是受2019年新冠肺炎疫情的影响，由于全球经济增长乏力，国内汽车行业智能制造的发展持续低迷，由于中小企业的发展前景不乐观，影响到了汽车业和一般工业企业的固定资产投资，从而降低了对自动化设备的资金需求。

4 汽车行业机械加工中对工业机器人的发展建议

4.1 增强仿生功能和系统集成化

随着智能化时代的到来，大型的自动化设备将代替传统的手工操作，在减少生产风险的前提下，提高生产效率，减少企业的风险，这就是工业机器人的作用。在多个高技术领域的结合下，工业机器人将会得到更好的发展，同时也会降低汽车生产成本。在我们国家的工业生产中，机器人一般都是模仿人类的手臂，再加上智能的控制和信息处理，从而达到自动操作的目的。

随着智能制造时代的到来，物联网技术的飞速发展，工业机器人在信息化、人工智能等领域的应用，其仿生性能得到了极大的提高，而工业机器人的控制系统，将会在软硬件层面上进行集成，使其计算能力得到极大的提升，使其能够更好地投入到生产中去。在未来，无论从程序设计、开发、外观设计等方面，工业机器人都会以更好的性能应用于汽车行业。

4.2 提高自动化一体化程度，减少成本

在智能控制中，工业机器人并不是一个单独的个体，它必须与各个生产装置协同工作。所以在智能制造的时代，整个汽车生产系统应该根据不同的生产目标，进行合理的规划和布局，协调运输设备、数控机床和工业机器人的工作，以便对生产流程进行科学的规划。在智能化的今天，工业机器人将会越来越趋向于高水平的自动化集成，并建立标准化的控制体系，并在软件和硬件上进行模块化的开发，使整个生产体系具有良好的兼容性。而工业机器人的控制系统则需要具备精确的信息处理能力，能够正确地理解和转换上位机的特定的控制信息，并将其转换成实际的操作，在接收到特定的操作命令后，由运动马达和各功能关节的高效协作来完成所需的操作[5]。

随着工业制造的智能化，物联网、大数据等技术的引入，将会对工业机器人的控制系统进行优化，从而达到满足各种生产、加工任务的要求，并且只需要通过控制模块的功能转换命令，就可以在多个场景之间进行灵活切换，而不需要专门设计适合于特定场景的机器人，大大降低了生产和维护费用。

4.3 开发人机交互为基础的经济型工业机器人

在智能制造时代，新一代的工业机器人，将会根据相应的算法，根据产品的生产，利用软件对环境和视频进行处理，通过高性能的软件运算，达到人机交互的目的。同时，在光学测量方面，工业机器人也可以实现更多的智能化，它可以精确地对汽车等相关部件进行精确的检测。根据工业机器人在操作中收集到的数据，可以根据周围的环境和控制处理器的内部判断，对这些数据进行智能处理。

在工业机器人的不断改进下，工业生产中许多环节的控制功能将被整合到控制器中，通过网络连接的信息和数据的高效整合，从而达到对工业机器人进行智能操作和服务的目的。在此基础上，视觉影像、机器拟人化、机器学习等与人工智能有关的技术也将被进一步开发和运用，使机器能够在某种程度上取代人类的决策和判断，提高其安全性和可靠性。在技术创新过程中，采用新材料来减少机械臂的重量和载荷，采用计算机模拟等方法对其进行优化，提高机器人的总体柔性。

5 工业机器人在汽车行业机械加工中的应用前景

目前，传统的工业机器人主要用于解决传统的生产效率问题，其特征是工作于静态、结构和确定性的无人环境中，并按一定的时间顺序进行重复的工作，具有空间相对隔离、非接触、预编程或演示控制、外部安全保证等特征。

未来基于工业机器人的汽车行业发展趋势会随着制造业自身的升级与变革而改变，小批量、多品种、短周期、个性化将成为其发展的重要特征。所以，下一代的工业机器人，将会与人类的生产、生活环境融为一体，与人类的优势互补，互相帮助，最终形成一种可以改变工作方式的机器人[6]。

1）智能化：智能化是未来汽车工业中最重要的发展方向，随着信息技术与人工智能技术的融合，机器人具有自感知、自学习、自决策、自执行等特性，能够对制造过程进行实时监控，实现适时调整制造参数、在线检测、装备企业维护等功能，将大幅提升制造效率及产品质量。

2）柔性化：随着“C2B”模式的发展，工业机器人的应用领域不断扩大，汽车产业更加重视产品的定制化，同时也在朝着柔性化的方向发展。

6 结论

随着机器人技术的不断发展及智能制造装备的强大，为了提升被加工零件的效率与加工精度的稳定性，机器人会被广泛应用于机械加工自动线中，工业机器人在汽车生产中的应用会越来越多，在质量、效率、数量、安全方面都会有着很大的提高，特别是在信息技术的引进下，基于工业机器人的汽车生产越来越趋向于智能化，在生产中所暴露的相关问题也会增多。在未来的智能制造时代，工业机器人将会有更好的综合和模拟能力，从而在人机交互的基础上，实现更多的经济型工業机器人，使其朝着智能化的方向发展，对工业机器人的研究与优化将会为汽车行业的高速发展提供广阔的空间。

参考文献：

[1]李光雷，崔亚辉，王利花，孟磊. 深度学习在工业机器人视觉抛磨系统的应用研究[J]. 机械设计与制造：1-6.

[2]彭明仔. 专业群背景下“工业机器人应用技术”课程的教学改革探析[J]. 科技与创新，2022，（14）：130-132.

[3]王晓东，杨娇，付强，徐国新. 基于工业机器人的全自动上下料系统设计与应用[J]. 辽宁科技学院学报，2022，24（03）：22-24.

[4]杨谋，罗富娟，蔡丽娟. 智能制造在汽车生产中的应用与展望[J]. 集成电路应用，2022，39（06）：190-191.

[5]徐鑫. 智能化与制造业就业[D].山西财经大学，2022.

[6]史红燕. ABB工业机器人编程及应用研究——以物料搬运为例[J]. 造纸装备及材料，2022，51（04）：17-19+23.