工业机器人在智能制造中的应用

王会芝

（太原学院，山西 太原 030032）

近年来，在全球信息化浪潮的推动下，我国的经济技术得到了迅猛的发展。其中，工业制造行业向产业化发展迅速，且在不断地壮大[1]。我国是一个农业大国，想要发展成为一个制造业大国，就需要不断创新制造技术并培养专业人才。工业机器人相关行业的发展与创新，是我国制造行业转型的重要特点之一，也是我国制造行业未来发展的趋势。为了使“中国制造”向集成化、自动化、智能化方向发展，需要把工业机器人这样的智能制造技术应用于制造行业领域，并强化对工业制造业人才的培养，提升工业机器人制造业的技术研发能力，才能真正做到科技兴国，也才能更好地促进我国自动化工业制造的智能化发展与进步。

1 工业制造机器人概述

工业制造机器人是一种专用于工业制造领域的、具有多功能的、能够驱动的、机械式智能化装置[2]。这种装置能够通过简单的驱动，实现非人为干预（或是半人为干预）自动化任务的执行。工业制造机器人的主要工作原理是通过人工控制和自身机械动力相结合来实现操作。工业机器人的自动控制，是借用计算机语言模拟人脑，自动发出行为控制指令来实现的。因此，工业制造机器人简单的日常操作，实际上就是程序的汇编与自动化应用。工业制造机器人的加入，使得工业加工的速度更快，运行效率更高[3]。与此同时，工业机器人自动控制系统通过对数据的输入和输出，能够更加灵活地控制工业制造生产加工步骤，提高工业制造行业自动化处理的水平。

2 工业机器人的特点

相比于人类的头脑，工业机器人无法像人类大脑那样，按照神经系统的指挥支配和调节身体全部关节的各项功能[4]。工业机器人的大脑实际上就是一个控制器，设计者通过自动控制程序的编写和安装，实现机器人全部可能的操作。工业机器人没有思维，无法自主进行思考，也没有大脑，无法自主实现任何简单的操作，但却可以无条件地按照指示操作。从实践应用的角度来说，工业机器人具有灵活度高和工业生产工作效率高的优点。

2.1 灵活度高

工业机器人所做的任何一个操作都是通过相关参数的设定和具体的指令提示来实现的。工业机器人的身体与人体的结构有所不同，工业机器人的身体是指它自己的结构形态[5]。不同的工业行业所需要的机器人不同，其形态设计并不相同。当前，国内工业产业部门常见的工业机器人是拥有机械臂的，并且可以进行简单移动操作的机器人。其主要的工作，包括智能化工业制造和简单的运输搬运等。按照工作性质的不同，目前广泛使用的工业机器人有焊接机器人、运输机器人、汽车制造机器人、餐饮服务机器人等。这些机器人在生产工作中，只要操作人员进行简单的数据输入和调整，就可以迅速投入到工作生产中，相较于传统的机床式加工技术，应用灵活度更高。

2.2 生产效率高

工业机器人的主要技术优势是可以把人从手工劳动中解放出来，在提高工业生产加工工作效率的同时，给人们的工作生活带来更大的方便[6]。以运输机器人为例，当进行中、大型工业设备的搬运时，采用传统的人工搬运方式，对工人来说是一项高强度的工作内容，不仅会降低工作效率，还容易造成人员或者设备的损伤。工业运输机器人则不同，它可以在长时间工作的前提下，承载大体积的元器件，不会感到劳累，也不会出现超负荷工作的问题，只要有足够的电量，工业运输机器人就能够实现不间断的工作状态。

2.3 工业机器人的优势

从安全的角度来分析，工业机器人在结构设计上更加具有精密性和安全性。同时，它可以独立地进行故障预警检测和简单故障处理[7]。由于其运算精度比较高，所以能够有效地降低设备产生故障的概率，并预防由故障造成的人员伤害。同时，工业机器人对外在环境要求不高，可以被分配到一些比较偏远的地方，或者是人工操作难以实现的工作项目中。

工业机器人代替人类工作，能够给人类的生活与生产带来更大的方便。同时，也能够有效地减少手工操作给人类带来的艰辛与压力，并且能够有效提高工业生产的安全性和可靠性，降低劳动强度。因此，工业机器人的使用，将会是工业技术革命成功的一个体现。

3 工业机器人在汽车生产制造行业中的应用

在我国的汽车生产制造行业中，工业机器人的应用十分广泛。具体来说，其主要应用领域包括搬运、喷涂、焊接、装配、验收等高劳动力工作范畴。

3.1 工业机器人应用于搬运

由于汽车制造业中的自动化机床都非常沉重，汽车的零部件也存在一定的超重，因此，在进行机床工件装卸和汽车零部件组合的过程中，很难采用人工的方式来工作，人工劳力在强压下工作困难，很难实现迅速准确的工件装卸。与此同时，工业机器人能够准确地抓起所需的零部件，并且在不损坏零部件的基础上，对零部件进行精准移动。工业机器人的高效搬运能力，有效减少了人工操作带来的不便，提高了汽车生产与加工制造的速度和效率。

汽车行业工业机器人的工作过程中，机器人完全根据用户端提供的指令进行操作。因此，可以在汽车生产过程中按照不同的工件形态和工件重量，对同一个机器人施加不同的工作指令，比如，当机器人举起较沉重的配件时，对机器人施加工作指令，要求它放缓位移速度，并运用数学计算方法计算最短位移长度，有效节约机器人的运作时间，提高工业机器人的运作效率。而当机器人举起比较轻的物体时，对机器人施加另一类型的指令，让工业机器人以较快的速度实现工业部件的移位。工作指令的选择与修改，能够保证工业机器人很好地完成搬运工作，使搬运工作在质量和效率上都得到提高[8]。

3.2 工业机器人应用于焊接

在汽车工业技术中，应用工业机器人最多的地方就是焊接。其中，以点焊技术和弧焊技术为主。由于汽车制造过程繁杂，每台汽车上有4 000个以上的焊点，这些焊点如果由人工完成，需要耗费大量的人力，并且浪费极长的生产加工时间。而如果把这些工作转交给工业机器人，点焊工业机器人可以在精准控制的情况下实现高速作业，确保汽车点焊的效率，同时还能够有效提高汽车设备的加工速度。在实施弧焊操作的时候，有弧焊机器人，它通过设置的工作路径，进行工业汽车制造辅助焊接，其焊接质量和效果相较于人工操作来说，精细了很多[9]。

3.3 工业机器人应用于喷涂

在汽车制造工艺中，有大量的喷涂工作。其中，包括车身材料和零部件材料的喷涂。工业制造机器人可以通过自动化程序的设置，进行车身表面匀称、快速的喷涂。同时，工业喷涂机器人能够准确地计算喷涂部位图像信息，使得喷涂的实际误差更小，标准尺寸更加精细化。而且如果汽车制造过程中的喷涂部分出现工艺问题，也可以用工业喷涂机器人计算改进的思路和方法。

3.4 工业机器人应用于装配

在汽车的整体装配工作中，与其他的工业机器人相比，汽车专用装配机器人具有更高的专业化水平，其工作的准确程度也更高。同时，汽车专用装配机器人能够适应不同的工作环境，也能够根据任务需求的增加而完成更多的工作目标。近年来，随着我国汽车制造产业的迅速发展，汽车的各种零部件被大量地生产出来，很多零部件体积小巧，功能复杂，单纯的人工装配在精准度方面很难满足汽车装配的标准化要求，而且需要大量的时间。而汽车专用装配机器人能够更精准地进行汽车配件的装配，比如，车座电池装配、汽车车灯装配、汽车车窗装配、仪表装置分配与安装等。在安装过程中，汽车专用装配机器人能够有效地降低安装时潜在的误差系数，使汽车零部件安装起来的整体性更好。同时，汽车专用装配机器人的速度是人工无法媲美的，细小零部件的装配，人工操作非常难以进行，但对于汽车专用装配机器人而言，是极为简单的一个操作步骤，完全没有难度。

3.5 工业机器人应用于验收

工业汽车制造完成之后，需要对汽车的各个零部件、整体的焊接工作以及外部的喷漆进行整体验收。在汽车真正投入汽车销售大市场之前，对其性能安全系数和质量水平进行科学验收非常重要，也非常有意义。由于汽车安全性能检验是一项危险系数非常高的工作，所以在验收的过程中，应尽量减少人力的投入，避免由于人工操作而引发的意外事故。因此，使用工业机器人进行出厂前验收非常适合。工业机器人在汽车出厂前验收中，主要完成两大工作。第一项工作是检测汽车的控制功能，也就是检查汽车是否能够按照指定要求，进行自动控制，在这一步骤中，工业机器人需要负责完成碰撞测试。当机器人被碰撞之后，能够看到汽车受到外力冲击之后会发生的反应，从而确定汽车的控制安全性。第二项工作是检测汽车的图像传感功能，图像传感功能能够宏观控制汽车运作过程，当汽车内部受到冲击后，会把自身对应的状态传输给图像传感器，并能够把指定的图像一并传递给验收机器人。汽车验收机器人通过对汽车传输的信息进行整合分析，并针对汽车潜在的问题进行系统调整，从而实现出厂前汽车在安全性方面的提升。

4 提高工业机器人智能制造水平的措施

由于我国在信息技术方面的发展起步较晚，且有关人工智能的应用研究都集中在近十几年内，因此，相对于西方发达国家而言，我国的工业智能机器人生产与开发体系还存在着一定的不足，工业机器人生产所用的一些比较重要的关键零部件，还需要通过从国外进口。针对我国当前智能生产制造行业的发展趋势，通过多元化手段进行工业机器人的研发与改进，具有重要的意义。

4.1 强化科技创新技术能力

针对当前我国智能机器人生产制造中潜在的问题，国家相关部门加大了对工业机器人的研发力度以及资金投入[10]。在技术水平方面，组建起了大量的智能机器人专业技术研发团队和智能机器人维护保养团队。从硬件和软件两大方面入手，提高我国工业机器人的制造能力，从而进一步促进我国的工业生产行业全方位发展。

4.2 培养高技能专业人才

相较于其他行业而言，工业机器人的智能生产属于高新技术，其专业门槛非常高，对人才的专业性和技术性要求也极高[11]。因此，如果想要加强对工业机器人的生产与研发，提高工业机器人的智能性，就需要通过各种手段，多方位地培养出高素质的专业化人才。为了更好地培养这些专业人才，需要通过校企结合的方式，把高校的自动化和机器人等相关专业人才培养机制与我国的机器人生产加工制造企业，在技术上进行有机结合。把高校中的研发能力投入到工业生产之中，为工业智能化机器人的研发与再设计提供更强有力的技术支持。

5 结语

自动化技术发展的大趋势，使得工业智能制造成为当代社会经济发展的新要求与新目标[12]。工业机械机器人的智能化应用，能够满足我国各类工业生产与加工行业的市场需求，提高我国工业制造技术和自动控制技术的智能化发展速度。可以预见，未来我国的智能制造技术，以工业机器人为代表，将会更好地应用于人们的日常生活和生产之中。工业机器人的智能化研究与应用，工业机器人设计专业人才在人工智能领域的创新和探索，将会为国有企业智能制造水平的提高提供更强大的技术支撑。工业机器人制造行业的高新技术，能够提高我国制造行业的市场竞争力，并更好地促进我国制造行业的发展与进步。