机器人

智能制造智能工厂中的工业机器人

1、工业机器人的大规模生产应用及要求

 

随着“工业4.0”智能时代的到来和“中国制造2025”的规划,工业机器人作为重要组成部分在制造过程中大量涌现,在工业生产中发挥着越来越重要的作用。 。 角色越重要。 自最初企业替代人力进行生产的“用工荒”以来,工业机器人早已成为标准的自动化设备,并广泛应用于生产的各个环节,成为规模化生产过程中一道独特的风景线。在工厂里。

随着市场的发展和技术的进步,工业机器人在工厂的应用范围越来越广,实现的功能也越来越多。 从替代直接生产人力,孜孜不倦地完成简单、重复的取放动作,到现在从提高产品生产效率、工艺和质量入手,搭建系统化作业平台,实现以智能工厂为代表的“工业4.0”的过程中。时代,工业机器人已成为不可替代的重要生产力。

目前,工业机器人的生产和应用已经渗透到产品生产的各个环节。 在既定的程序和范围内,实现了产品生产、加工、取放、搬运等功能。

但并不是所有生产环节都投资机器人。 机器人投入生产应用前,首先应进行全面的技术经济效益评估,确保其生产应用满足以下几点:

① 应满足产品的生产工艺要求和集成设备的技术要求。 ②满足生产负荷要求和安全防护要求。 ③机器人取放动作时间应满足生产节奏和生产效率的要求。 ④ 机器人抓取的物料应满足产品加工精度、外观等质量要求。

2、工业机器人的生产角色

工业机器人在生产应用领域的不断拓展,使得生产不断对机器人提出新的要求,从而推动机器人技术的提升。 同时,机器人性能和智能化水平的提高,也使得机器人在生产中不断替代人,广泛替代人进行各种生产作业,成为企业生产活动的主要劳动力。 工业机器人在生产中的作用已从代替人类的大部分体力劳动转变为部分脑力劳动,进而不断演化为一体化的自动化生产系统,发挥着管理和协调的作用。

孤立的机器人在生产中没有实用价值。 机器人在生产中的作用和功能实际上是根据生产内容、产品结构、工艺要求等因素,通过不同的末端执行器(手把)结构和功能来体现,实现上下料、装配、加工、检测等。 以及智能判断等独立或复合运算功能。

对于进行生产加工并产生产品附加值的工艺机器人,其爪子集成了各种加工工具(焊枪、喷枪、刀具、砂轮和抛光轮等),实现焊接、喷漆、打磨、检测、生产装配等工序在生产中占有重要地位,在工艺、精度、生产效率、质量等方面都具有不可替代性。 然而,对于那些与机床或其他自动化设备配合,或独立实现物料取放的辅助机器人,其夹具的结构和功能相对简单,在技术、生产效率方面没有明显优势。和质量。 生产中的辅助工作是可以替代的。 目前,广泛应用于生产各环节的工业机器人中,约有75%从事简单的取放物料的辅助工作。 因此,在生产中发挥支撑作用仍然是工业机器人生产应用的主流。

如果说各种结构和功能的爪子能够使工业机器人在生产中发挥巨大的作用,那么再增加辅助机械装置,将机器人安装在可移动的滑道、导轨或滚轮上,使机器人能够扩大生产作业。 空间就等于给机器人增加了腿、脚和翅膀,实现了一维或多维的运动,极大地提高了机器人的工作能力和应用领域。

有了手脚的机器人,就像给装有CCD、传感器等视觉传感装置的机器人安装了眼睛和大脑,使其具备可视化、分析判断、系统反馈等功能。 在生产系统集成环境中,可以实现分析判断、故障处理、生产管理等智能化工作。

因此,高效的机器人末端执行器(手爪)、不断延伸机器人动作空间的辅助机械装置,提高机器人在视觉、感知、检测、分析等方面的智能能力

它是工业机器人在生产应用中地位和作用的重要体现。

3、机器人集成数控生产系统的建立

CNC产品生产加工过程中,需要很多人的角色,如数控机床操作人员及取放人员、检测人员、物流人员、移动夹具装拆人员、维修人员、品质人员、生产人员等。在这种人工参与程度高的生产环境中,对管理和协调的要求很高,产能、质量、成本等方面很容易受到不利因素的影响如沟通协调不力、不及时,造成浪费。 因此,利用机器人和自动化设备来改变目前不利的生产局面就显得尤为重要。

首先,从减少人力需求、减少人工参与的角度出发,对产品的CNC数控生产流程、车间布局、物流状况等方面进行了分析,并对现有的人工操作方式进行了分析和研究。行动时间。

在满足现有生产节奏和生产效率的基础上,利用机器人模仿数控操作人员和物料取放人员的运动要求,替代数控机床操作人员和物料取放人员,开发出机器人一对一-双系统,如图1所示 表示一台机器人可以对应两台数控机床,完成取放物料的过程。

当整个车间的直接生产人力全部被机器人一对二系统取代后,物流人员就成为了车间的主要人力。 为了减少物流人力,减少机器人的生产投入,开发了机器人“一拖N”系统。

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如图2所示,将机器人安装在导轨上,扩展了机器人的工作空间,提高了机器人的工作能力和应用范围,并且可以使机器人在导轨上移动,对应多台CNC的自动化生产系统。

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为了让机器人集中在数控机床上取放物料,通过规划一条“两两相连”的供受料装配线,在原有N套“ “一对二”系统,如图3所示,实现物料的快速供应和产品的快速周转,让机器人及时配合CNC完成取放作业,最大化产能,满足小批量、多品种产品生产的多功能性要求。

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无论是“一对二”、“一对N”还是“二对二连”系统的开发,都实现了机器人与数控机床的集成生产。 机器人与数控机床配合完成产品的连续生产加工。 过程。 机器人集成生产节省了操作人力,提高了数控机床的利用率,避免了人工过多干预造成的产能和质量不稳定。

在数控辅助生产过程中,自动化设备的开发和应用也可以更好地解决生产中人力需求量大、生产效率不足的问题。 例如,原来的移动夹具拆装过程需要大量人力,劳动强度大,生产效率低。 开发了移动夹具自动装拆设备,以取代安装和拆卸夹具的人员。

针对CNC加工后的产品质量检测过程,检测人力需求量大,生产效率低,人工检测质量难以保证,因此开发了自动检测设备来替代检测人员。 同时,自动化设备的上下料过程可由机器人自动完成。

无论是机器人集成系统还是自动化设备,其重要措施就是适应同类产品的生产互换性。 互换性越好,系统或设备的价值、效率和寿命就越高。 机器人集成系统互换性的基本要求是产品更换后,只需调整与产品相适应的流动夹具、末端执行器(夹具)等零部件,而不影响整体作业方式和功能。机器人集成系统的实现。

4、智能工厂初步规划

机器人集成数控生产加工过程的实现,不仅需要充分考虑产品生产周期时间(TT)、加工周期(CT)等条件,还需要合理规划车间生产布局和物流方式,实现快速出料周转。

科学合理的工厂自动化物流系统规划是实现智能工厂的前提。 以数控“一对多”系统、“二对二连接”系统和自动化设备为基础,根据各加工单元和工作站的物料需求模式、需求量和需求节奏,系统化、建立一体化物资供应体系。 开发物流调度逻辑,设立物流对接站。

采用AGV自动搬运机器人代替物流人员,将车间内孤立的生产设备、加工单元、工作站、自动装拆、检验等环节有机连接起来,减少中间环节,缩短产品物流周期,使加工、装配更加方便。 集检测、物流、物料取放于一体,实现物料在各工位之间准确、连续、及时的自动转运和对接,如图4所示。

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基于机器人集成数控系统、自动化设备、AGV自动物流系统,构建了数控车间具有SCADA数据采集、数据分析、远程监控、实时显示、异常处理等功能的智能生产系统。

通过SCADA系统,实时采集、分析、监控数控机床上的产品加工数据、设备状态信息、AGV实时运行状况、生产能力和生产效率、设备故障及原因分析、产品检测数据、等,并整合生产数据,信息(刀具寿命、生产能力、检验数据等)实时传输至生产数据监控中心,使数控刀具实时自动换刀或补偿,保证产品生产质量和连续生产运行。 同时,不断优化生产流程,减少损耗,提高效率。 最终更换了车间内部分生产技术及管理人员、质量人员、维修人员。

通过建立“机器人集成数控生产系统+自动化设备+AGV自动物流系统+SCADA网络监控系统”,智能工厂的目标又向前迈进了一步。

5 结论

工业机器人通过高效率、可互换的末端执行装置(夹具)以及与数控机床等连接的集成辅助机械装置和装配线,提高了机器人的运动效率,扩大了工作空间,并取代了大量的机器人。设备。 生产人力,满足产能要求。

但经过机器人生产应用的长期实践,企业已不再满足于机器人只能替代生产人力,有限程度地实现产能。 可持续发展是企业追求的根本目标。

因此,通过建立生产大数据系统,机器人不仅可以在系统环境下有效执行生产加工任务,还可以维护生产管理,不断提高产品质量、生产技术和管理水平。 达到这种智能化水平,不仅需要机器人集成技术的显着提升,还需要企业精益生产管理能力与机器人集成技术的紧密结合。

参考:

[1] 叶辉. 工业机器人典型应用案例分析[M]. 北京:机械工业出版社,2013。

作者简介:程晓萌,鸿富锦精工(太原)有限公司高级工程师