论文部分内容阅读
摘 要：现今我国劳动力越来越稀缺，人工成本大幅上升，制造企业利润率不断下降。企业面临着巨大的经营成本压力。工业机器人作为一种先进制造技术，为工业自动化发挥了巨大作用。本文介绍了工业机器人技术国内国外的发展和应用情况。通过工业机器人技术的实际应用减少生产线人工，实现生产自动化。为企业减缓人工成本压力，带来经济效益。
关键词：工业机器人 自动化技术
中图分类号：F407文献标识码： A
一、引言
人口众多、劳动力成本低廉是我国这几十年制造业飞速发展的助推器。但是这几年，用工荒问题越来越突现。根据国家统计局数据显示，我国人口增长率1984年达到顶峰，2000年后开始迅速下降。到2017年，将出现负增长，“人口红利”将消失，劳动力将越来越稀缺。2008年政府实施新劳动法后，劳动力成本大幅提升。这促使了一些大型劳动密集型制造企业转移到劳动力成本更加低廉的东南亚各国。体育用品巨头阿迪达斯、耐克相继搬迁，关闭了其在中国的工厂。中国已经不再是一个廉价的制造国。经济大环境发生了变化，国内制造企业更应重视提升生产线自动化水平，重视少人化精益改善。
2011年，富士康对外宣布将引入100万台“机器人”，开始大规模的在生产线推广应用机器人。通过应用机器人自动化技术替代人工作业方式来实现减少生产人员数，消减人员定编，以此从根本上解决“用工荒”问题，缓减大幅上升的劳动力成本。机器人作为机电一体化的典型代表，其技术从研究、开发到产业化的整个历史仅五十余年。50年代初在美国有了它的原型，60年代初即推出了最初的商品，70年代以后，机器人和以机器人为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其是在日本，有了广泛的应用。特别是当机器人在汽车等制造业中得到广泛的推广应用之后，它的技术有了长足的进步。80年代之后，人们为了让机器人技术在各行各业扩展、应用，于是有了各式各样特种机器人的出现，如机械制造、建筑、医用、水下以及军用机器人等等，特别是在工业生产中，机器人所发挥的优势越来越明显。
二 机器人应用的现状
1.1 焊接
焊接作业是机器人的主要用途之一。现在，机器人能够轻而易举且经济地完成两类性质的焊接作业，即点焊和弧焊。点焊作业要求教会机器人一系列点，由于连接在一起的金属部件形状可能很不规则，常常需要有一只灵活的机械手腕。这只手腕使得焊接工具能准确的对准所要求的焊接点，焊枪不与部件的其它部分接触。一般，这些机器人所夹持的焊接工具都大而重，同时还要求机械手具有很大的活动范围。
弧焊这种焊接方式也为汽车工业所广泛应用，它经常用于焊接形状不规则的或较宽的焊缝。在这种情况下，通常选用为这一特殊的用途而专门设计的一种连续轨迹伺服控制的机器人，如果要焊的部件可以准确放置并固定，就可以预先见复杂的三维轨迹示教给机器人，不需要外接传感器。现在许多机器人在焊接工具前方装有一只位置传感器，它能提供焊接中有关轨迹不规则的信息，有的还配备传感器反馈装置。
1.2 喷漆
人不宜从事喷漆作业，因为可能发生火灾，雾状漆还会致癌，因此喷漆作业是机器人的特有用途。使用机器人的另一个优点是最终形成的涂层远比人所能干出的更加均匀。它能生产出优质产品，返修率低，节省大量的漆。用于此目的的机器人通常能完成直线和连续轨迹运动。一般由最优秀的喷气师给喷漆机器人编程，他的动作由一台或多台机器人模范出来。喷漆一般不需要外部传感器，但是待喷漆的零部件应准确地提供给机械手。
1.3 磨削
两块金属经电弧焊后，在焊缝处会出现焊珠。为了外观或满足功能需要，要进行磨削作业。这自然是机器人的一项任务，因为机械手可以使用电弧焊作业使用过的同样程序，只需要卸下焊接工具换上旋转式砂轮。
另一项磨削任务是在金属部件上进行的，这里将铸件的正确外观尺寸，使用连续轨迹编程的方法示教给机器人。砂轮随之磨掉任何要求之外的突出部分，对过大的铸件表面加以修饰。第三项磨削作业是打毛刺，将刚钻完的孔周围的无用材料磨掉，为了提高生产率，自动钻孔后要用机器人完成清理任务。
1.4 涉及旋转工具的其它用途
机器人还可以用于抛光、钻孔、仿形铣、上螺母和拧螺丝。钻孔和仿形铣两种作业，如不要求极高的精度，可采用点位或连续轨迹的预编程序。但是，在钻孔定位要求严格处需使用样板。这种加工的难点是，除非机器人的腕部有柔性，否则，无论是部件还是机器人本身说引起的任何一点不对准，都会损坏样板或使钻孔定位不准。利用柔性腕，这个问题已经解决，它能使钻头对准样板钻孔。
1.5 零部件装卸和传送
将零部件或物体从某一位置移到工作区的另一位置，是机器人的最常见的用途之一。通常包括“码放”和“卸货”两种作业形式。其它重要的零部件装卸用途，都涉及拾取半成品或未完工的零部件，并将其送至机床作最后加工，这种作业对人类不安全，而对机器人则可以轻松完成。
在金屬加工中，一种常见的任务是热压加工。因为要求在加热的炉窑、冲压床、车床或手摇钻床附近工作，这样的工作有危险。而机器人能耐高温环境，程序编好了就可以防止与其它加工工具碰撞。
三、工业机器人应用发展
目前国内外机器人自动化技术发展迅速，应用非常广泛。不同的机器人应用领域不同，尤其是工业机器人，在制造行业中广泛应用。工业机器人是自动执行工作的机器装置，它可以按照预先编排的程序运行。工业机器人的应用主要目的在于削减人员编制和提高质量稳定性。日本素有“机器人王国”之称，在1967年从美国引进第一台机器人。1976年以后，随着制造业的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到空前的欢迎，使日本工业机器人快速发展，大大减缓了劳动力匮乏的问题。目前美国、德国、法国等欧美国家工业机器人技术的发展也相当迅速。
常见机器人技术的应用：
1.焊接机器人的应用
焊接机器人是从事焊接工作的工业机器人。焊接机器人按照使用类型分为弧焊机器人、激光焊接机器人、点焊机器人等。在汽车制造行业，焊接机器人被广泛使用。目前应用最多的还是点焊和弧焊机器人。据不完全统计，一辆整车的焊接点将近4000个。手工焊接不仅容易损害工人健康，且很难保证质量。焊接机器人可以替代人工，克服环境的影响，大幅度提高焊接速度和质量。焊接质量明显优于人工，大大提高点焊质量的稳定性和作业的生产率。焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。
2.装配机器人的应用
装配机器人是工业生产中用于装配生产线对零件或部件进行装配的工业机器人。它属于高、精、尖的机电一体化产品，它是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术为一体的高科技产品，具有很高的功能和附加值。装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用，主要用于各种电器的制造行业。现阶段汽车上要求安装的精度和速度也越来越高，且小配件越来越多，人工安装已经很难满足生产需求。用于装配作业的机器人，在小到车门、仪表盘、前后挡板、车灯、电池、座椅的安装，大到发动机的装配等，发挥了越来越重要的作用，大大提高了汽车装配的效率。
3.搬运机器人的应用
搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作。搬运机器人可以被广泛应用于各种行业。机床上下料、冲压自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。搬运机器人可以不受行业工艺技术的限制，直接替代人工，大量节省劳力，实现少人化生产。
4.检测机器人的应用
检测机器人是可以对产品质量进行检查的机器人。现在许多的生产流水线设有人工岗位，对产品进行全数检查。检测机器人可以通过视觉、光感、触感等多传感器对目标产品做出检测判断。目前主要应用于半导体、电路板、药品包装行业。
四、应用机器人的考虑要素
各行各业的要求尽相同，工业机器人也不能完全拿来就用。应用机器人不能盲目。在应用机器人之前，因从三个方面进行考虑：
1.技术依据
机器人不是一个单独的个体，在生产线的应用需要考虑与原来设备的信息连接等配套技术改造问题；机器人替代后是否能够达到原由的工艺节拍和产品特性要求；原由设备空间布局会不会受到限制，需要进行重新布局调整；工艺操作方式要不要进行变更等等一些问题。需要全面的考虑，合理的选择方案。
2.经济效益
使用机器人的目的主要还是为了节省人工，提高生产率。应用机器人就不得不考虑其财务投资回报率（ROI）情况。假设1台机器人的购买成本和配套设备技术改造费是80万元，可替代人工是2人。按目前人工成本8万/年计算。
其投资汇报率即为：
每年的投资回报率为30%，当第4年时，可以收回全部的投资成本，实现利润回报。工业机器人地投入可以得到很高的利润回报。
3.人员因素
机器人替代后，员工的操作方式完全改变。不再进行简单的重复性劳动，需要员工具备更高的机器人操作技能。比如机器人的示教、位置调整、故障排除、维护保养等。在应用机器人后公司必须重点培养相关的技术工人。
五、结束语
工业机器人技术是先进制造技术的典型代表，技术发展日趋成熟。它的应用不仅能改善劳动条件，减轻操作者劳动强度，而且还能减少人工，提高生产和稳定产品质量。其具有的优势明显。在现今我国劳动力越来越短缺，人工成本不断上升的大环境下，工业机器人必将迅速发展，受到制造企业的青睐。工业机器人技术必将逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。
参考文献：
[1] 李瑞峰.中国工业机器人产业化发展战略[J]. 航空制造技术. 2010（09）
[2] 孙志杰，王善军，张雪鑫.工业机器人发展现状与趋势[J]. 吉林工程技术師范学院学报. 2011（07）
[3] 鄂俊强，李志辉.一种新型汽车喷漆机器人[J]. 涂料技术与文摘. 2011（02）
[4] 陈立新. 工业机器人在冲压自动化生产线的应用[J]. 机械设计与制造. 2010（10）
关键词：工业机器人 自动化技术
中图分类号：F407文献标识码： A
一、引言
人口众多、劳动力成本低廉是我国这几十年制造业飞速发展的助推器。但是这几年，用工荒问题越来越突现。根据国家统计局数据显示，我国人口增长率1984年达到顶峰，2000年后开始迅速下降。到2017年，将出现负增长，“人口红利”将消失，劳动力将越来越稀缺。2008年政府实施新劳动法后，劳动力成本大幅提升。这促使了一些大型劳动密集型制造企业转移到劳动力成本更加低廉的东南亚各国。体育用品巨头阿迪达斯、耐克相继搬迁，关闭了其在中国的工厂。中国已经不再是一个廉价的制造国。经济大环境发生了变化，国内制造企业更应重视提升生产线自动化水平，重视少人化精益改善。
2011年，富士康对外宣布将引入100万台“机器人”，开始大规模的在生产线推广应用机器人。通过应用机器人自动化技术替代人工作业方式来实现减少生产人员数，消减人员定编，以此从根本上解决“用工荒”问题，缓减大幅上升的劳动力成本。机器人作为机电一体化的典型代表，其技术从研究、开发到产业化的整个历史仅五十余年。50年代初在美国有了它的原型，60年代初即推出了最初的商品，70年代以后，机器人和以机器人为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其是在日本，有了广泛的应用。特别是当机器人在汽车等制造业中得到广泛的推广应用之后，它的技术有了长足的进步。80年代之后，人们为了让机器人技术在各行各业扩展、应用，于是有了各式各样特种机器人的出现，如机械制造、建筑、医用、水下以及军用机器人等等，特别是在工业生产中，机器人所发挥的优势越来越明显。
二 机器人应用的现状
1.1 焊接
焊接作业是机器人的主要用途之一。现在，机器人能够轻而易举且经济地完成两类性质的焊接作业，即点焊和弧焊。点焊作业要求教会机器人一系列点，由于连接在一起的金属部件形状可能很不规则，常常需要有一只灵活的机械手腕。这只手腕使得焊接工具能准确的对准所要求的焊接点，焊枪不与部件的其它部分接触。一般，这些机器人所夹持的焊接工具都大而重，同时还要求机械手具有很大的活动范围。
弧焊这种焊接方式也为汽车工业所广泛应用，它经常用于焊接形状不规则的或较宽的焊缝。在这种情况下，通常选用为这一特殊的用途而专门设计的一种连续轨迹伺服控制的机器人，如果要焊的部件可以准确放置并固定，就可以预先见复杂的三维轨迹示教给机器人，不需要外接传感器。现在许多机器人在焊接工具前方装有一只位置传感器，它能提供焊接中有关轨迹不规则的信息，有的还配备传感器反馈装置。
1.2 喷漆
人不宜从事喷漆作业，因为可能发生火灾，雾状漆还会致癌，因此喷漆作业是机器人的特有用途。使用机器人的另一个优点是最终形成的涂层远比人所能干出的更加均匀。它能生产出优质产品，返修率低，节省大量的漆。用于此目的的机器人通常能完成直线和连续轨迹运动。一般由最优秀的喷气师给喷漆机器人编程，他的动作由一台或多台机器人模范出来。喷漆一般不需要外部传感器，但是待喷漆的零部件应准确地提供给机械手。
1.3 磨削
两块金属经电弧焊后，在焊缝处会出现焊珠。为了外观或满足功能需要，要进行磨削作业。这自然是机器人的一项任务，因为机械手可以使用电弧焊作业使用过的同样程序，只需要卸下焊接工具换上旋转式砂轮。
另一项磨削任务是在金属部件上进行的，这里将铸件的正确外观尺寸，使用连续轨迹编程的方法示教给机器人。砂轮随之磨掉任何要求之外的突出部分，对过大的铸件表面加以修饰。第三项磨削作业是打毛刺，将刚钻完的孔周围的无用材料磨掉，为了提高生产率，自动钻孔后要用机器人完成清理任务。
1.4 涉及旋转工具的其它用途
机器人还可以用于抛光、钻孔、仿形铣、上螺母和拧螺丝。钻孔和仿形铣两种作业，如不要求极高的精度，可采用点位或连续轨迹的预编程序。但是，在钻孔定位要求严格处需使用样板。这种加工的难点是，除非机器人的腕部有柔性，否则，无论是部件还是机器人本身说引起的任何一点不对准，都会损坏样板或使钻孔定位不准。利用柔性腕，这个问题已经解决，它能使钻头对准样板钻孔。
1.5 零部件装卸和传送
将零部件或物体从某一位置移到工作区的另一位置，是机器人的最常见的用途之一。通常包括“码放”和“卸货”两种作业形式。其它重要的零部件装卸用途，都涉及拾取半成品或未完工的零部件，并将其送至机床作最后加工，这种作业对人类不安全，而对机器人则可以轻松完成。
在金屬加工中，一种常见的任务是热压加工。因为要求在加热的炉窑、冲压床、车床或手摇钻床附近工作，这样的工作有危险。而机器人能耐高温环境，程序编好了就可以防止与其它加工工具碰撞。
三、工业机器人应用发展
目前国内外机器人自动化技术发展迅速，应用非常广泛。不同的机器人应用领域不同，尤其是工业机器人，在制造行业中广泛应用。工业机器人是自动执行工作的机器装置，它可以按照预先编排的程序运行。工业机器人的应用主要目的在于削减人员编制和提高质量稳定性。日本素有“机器人王国”之称，在1967年从美国引进第一台机器人。1976年以后，随着制造业的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到空前的欢迎，使日本工业机器人快速发展，大大减缓了劳动力匮乏的问题。目前美国、德国、法国等欧美国家工业机器人技术的发展也相当迅速。
常见机器人技术的应用：
1.焊接机器人的应用
焊接机器人是从事焊接工作的工业机器人。焊接机器人按照使用类型分为弧焊机器人、激光焊接机器人、点焊机器人等。在汽车制造行业，焊接机器人被广泛使用。目前应用最多的还是点焊和弧焊机器人。据不完全统计，一辆整车的焊接点将近4000个。手工焊接不仅容易损害工人健康，且很难保证质量。焊接机器人可以替代人工，克服环境的影响，大幅度提高焊接速度和质量。焊接质量明显优于人工，大大提高点焊质量的稳定性和作业的生产率。焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。
2.装配机器人的应用
装配机器人是工业生产中用于装配生产线对零件或部件进行装配的工业机器人。它属于高、精、尖的机电一体化产品，它是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术为一体的高科技产品，具有很高的功能和附加值。装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用，主要用于各种电器的制造行业。现阶段汽车上要求安装的精度和速度也越来越高，且小配件越来越多，人工安装已经很难满足生产需求。用于装配作业的机器人，在小到车门、仪表盘、前后挡板、车灯、电池、座椅的安装，大到发动机的装配等，发挥了越来越重要的作用，大大提高了汽车装配的效率。
3.搬运机器人的应用
搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作。搬运机器人可以被广泛应用于各种行业。机床上下料、冲压自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。搬运机器人可以不受行业工艺技术的限制，直接替代人工，大量节省劳力，实现少人化生产。
4.检测机器人的应用
检测机器人是可以对产品质量进行检查的机器人。现在许多的生产流水线设有人工岗位，对产品进行全数检查。检测机器人可以通过视觉、光感、触感等多传感器对目标产品做出检测判断。目前主要应用于半导体、电路板、药品包装行业。
四、应用机器人的考虑要素
各行各业的要求尽相同，工业机器人也不能完全拿来就用。应用机器人不能盲目。在应用机器人之前，因从三个方面进行考虑：
1.技术依据
机器人不是一个单独的个体，在生产线的应用需要考虑与原来设备的信息连接等配套技术改造问题；机器人替代后是否能够达到原由的工艺节拍和产品特性要求；原由设备空间布局会不会受到限制，需要进行重新布局调整；工艺操作方式要不要进行变更等等一些问题。需要全面的考虑，合理的选择方案。
2.经济效益
使用机器人的目的主要还是为了节省人工，提高生产率。应用机器人就不得不考虑其财务投资回报率（ROI）情况。假设1台机器人的购买成本和配套设备技术改造费是80万元，可替代人工是2人。按目前人工成本8万/年计算。
其投资汇报率即为：
每年的投资回报率为30%，当第4年时，可以收回全部的投资成本，实现利润回报。工业机器人地投入可以得到很高的利润回报。
3.人员因素
机器人替代后，员工的操作方式完全改变。不再进行简单的重复性劳动，需要员工具备更高的机器人操作技能。比如机器人的示教、位置调整、故障排除、维护保养等。在应用机器人后公司必须重点培养相关的技术工人。
五、结束语
工业机器人技术是先进制造技术的典型代表，技术发展日趋成熟。它的应用不仅能改善劳动条件，减轻操作者劳动强度，而且还能减少人工，提高生产和稳定产品质量。其具有的优势明显。在现今我国劳动力越来越短缺，人工成本不断上升的大环境下，工业机器人必将迅速发展，受到制造企业的青睐。工业机器人技术必将逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。
参考文献：
[1] 李瑞峰.中国工业机器人产业化发展战略[J]. 航空制造技术. 2010（09）
[2] 孙志杰，王善军，张雪鑫.工业机器人发展现状与趋势[J]. 吉林工程技术師范学院学报. 2011（07）
[3] 鄂俊强，李志辉.一种新型汽车喷漆机器人[J]. 涂料技术与文摘. 2011（02）
[4] 陈立新. 工业机器人在冲压自动化生产线的应用[J]. 机械设计与制造. 2010（10）