基于工业机器人的应用对制造业带来的影响的研究

基于工业机器人的应用对制造业带来的影响的研究

陈兴，陈婷婷，张巧，冉丽亚

西华大学 四川成都 611700

在工业自动化高速发展的今天，工业自动化也对制造业的发展带来了深远的影响。截止目前，已有多家大型企业开始采用工业机器人代替原有工作人员的工作，如在焊接、装配、清洁、搬运生产等领域的集成应用。

关键词：工业机器人     制造业     生产效率

工业机器人具有高度模拟人操作的功能、可编程、通用性、机电一体化等突出特点，可广泛地应用于多个领域中，可适应劳动强度大且工作环境差的工作，例如可以代替工人从事危险、单调、艰苦、有害的工作。利用工业机器人所具有的这些特点可以极大程度上的提高生产制造业的生产效率并提升了产品质量，降低了生产过程成本和劳动力成本以及废品率。

一、工业机器人的概念

工业机器人是指可以面向各类复杂、精密的工业领域采用的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

二、工业机器人的基本结构与功能

工业机器人由3个基本部分：主体执行部分、驱动系统部分和控制部分组成。主体执行部分，是工业机器人的基础之一，其结构包括臂部、腕部和手部，部分机器人还具有行走机构，是机器人的重要承载体，大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统部分包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统部分则是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

工业机器人具有三大功能：

1、运动控制功能：通过关节运动的控制来实现在可达空间内任意点的运动到达。

2、信号控制交换及系统功能实现：实现通过工业机器人控制系统与其他设备实时进行信号交换，为达到控制其他设备的开启和关闭的目的，或被可编程逻辑控制器（PLC）实时控制与其他设备一起实现功能。

3、仿真及轨迹模拟：是指通过仿真及轨迹模拟，研究机器人轨迹的可达性、一个循环的时间等

三、工业机器人在汽车制造业中的应用实例

工业机器人控制系统主要集中在下述五大重点子领域行业中，它们的产品应用面也最为广泛,即:汽车制造业、电子电器行业、橡胶化工及预成型塑料工业、铸造及设备制造行业、化工行业。截止到2022年为止的数据,在中国发现有将近六成的工业机器人的生产应用集中分布于国内汽车制造业,其中有一半以上主要集中为汽车焊接与工程机器人;在欧美的发达国家,汽车工业机器人量已经分别占了全世界机器人总量比重中的一半以上,同时在整个亚洲汽车制造行业都已经取得了历史上近百年来前所未有的飞速发展,目前，它已逐步地成为当今世界上工业经济规模最大的支柱产业和中国最重要的制造业之一,因此选择对使用工业机器人占比最大的汽车制造业进行重点分析。

在中国，汽车领域的工业机器人使用率占比60%以上,可进行点焊、弧焊、搬运、码垛、装配、喷漆、检测、激光加工和研磨抛光等较为复杂且工作环境艰苦的作业。截至2019年在网络上披露公布的数据,经过整理统计后可知美国有半数以上的工业机器人都用于汽车制造行业,同时在目前全球所使用的各类工业机器人中有37%用于汽车生产加工行业,有24%左右的工业机器人用于汽车零部件加工。就我国汽车行业现阶段掌握的相关技术情况来看,工业机器人自从进入了现代制造业以及我国整个汽车行业应用领域后,最先大量地被应用于各个汽车企业汽车的生产及制造和现代机械工程行业,并且它被广泛应用于传统的汽车零部件制造以及各类现代机械工程激光焊接和喷涂作业。目前,虽然有部分机器人应用于服务业,但大部分的工业机器人仍应用于制造业,分析产生这种现象的原因可知,机器人技术研究及开发,仍有非常大的进步空间。据不完全数据统计,近年来国内厂家生产的工业机器人有六成以上用于汽车制造业,由此可知,汽车制造业的飞速发展也是我国工业机器人数量不断增加的原因之一。

例如我们所熟知的宝马汽车公司，宝马公司在冲压工厂、涂装工厂和焊装工厂已经高度使用机器人，其高度机器人化已超过两个世纪。并且近几年宝马公司正在投入使用轻量化的协作机器人，第一批已经于2013年在美国斯帕坦堡工厂投入使用。除了小型的轻量机器人，宝马在传统的大型工业机器人上也有很大投入。宝马公司在变速箱工厂新投入使用的大型螺栓拧紧机器人采用了非常先进的安全系统。当工人离这些机器人距离太近时，机器人手臂会自动放慢动作，并随危险程度的增加直至静止。因为这些工位的拧紧扭矩非常的大，小型轻量机器人是做不了类似工作的。

四、工业机器人对制造业带来的影响

1、减少企业的成本

工业机器人具有很多人不具备的优良特点，这使工业机器人在应用于制造业时可以不带有任何情绪的完成危险、重复单调、艰苦、有害的工作。工业机器人只需要充电，无需像人类一样需要在固定的时间进食，并且人有三急，存在诸多不确定因素，所以采用工业机器人可以节约雇佣传统操作人员需考虑的宽放时间，机器会按照预先设定的程序进行无间断生产，并且由此生产的产品的废品率会低于人工操作生产产品的废品率，通过工业机器人可以大大节约企业的时间成本以及人工成本。

2、产品的生产效率稳定

工业机器人是根据预先编制设计好的程序进行作业的，工业机器人作业的过程是无限次重复的，并且由于其按照预先设计好的程序进行作业，所以损耗的时间也是固定的。但传统操作人员不一样，操作人员可能会由于生理、心理状态等多方面因素的影响导致工作效率降低、废品率增加，并且会因为熟练度导致单件产品所耗费的时间不同。根据不完全数据统计可知，工业机器人的出错概率远低于人工的出错几率，所以从这方面来看，仍然是机器人应用于制造业的生产效率会更稳定。

3、高安全系数

工业机器人能最大限度地对操作工人的工作安全进行一定的保证，由于机器人不具备感情，不会感到疲劳，所以不会发生因此类原因造成的安全事故。在工作单调性很强的工业生产车间，传统人工容易产生体力疲劳，导致安全事故，应用工业机器人可以极大程度的保证人身安全。

4、促进监督。

在现代企业管理生产过程体系中,每个企业都制定了许多生产制造相关的规章制度,但由于很难严格杜绝检验人员偷懒摸鱼的现象,企业难以保证本企业日常制造出的产品数量的准确性。若通过应用工业机器人,将极大的减少企业的人力员工,将使企业管理部门人员日常的工作更为方便、简单、快速且高效。

五、工业机器人的发展趋势

目前，工业机器人已从功能单一、仅能执行某些固定动作的机械臂发展为多功能、多任务的可编程、高柔性智能机器人，但尽管工业机器人个体是柔性可编程的，整个生产系统采用的固定式自动化生产柔性仍然表现是较差的，这类生产系统难以适应现代化的智能制造模式，所以为了应对智能制造发展的需求，我们不得不进行分析，对未来发展趋势进行一定的预测。

首先，研究与开发设计处在高危、环境艰苦作业的机器人：比如用于消防、高压电、高空做业、反恐防暴的机器人等。其次，技术开发与研究可进行重复劳动作业的机器人，如将扫地机器人的技术变得更加成熟，降低机器人成本，会更容易在中、低等收入人群的家中见到。

结语

在工业4.0战略和中国制造“2025”战略的双重驱动下，工业机器人的发展速度将是不可估量的。

参考文献

［1］陈艳,李占林,李彦鑫,谷兴文.工业机器人在汽车零部件生产中的应用[J].内燃机与配件,2022,(06):209-211.

［2］陈文强.工业机器人的研究现状与发展趋势[J].设备管理与维修,2020,(24):118-120.

［3］李培根，高亮.智能制造概论[M].北京:清华大学出版社:202104.84-92.

作者简介：姓名：陈兴。出生：1999.05.13。性别：女。籍贯：四川省。民族：汉族。单位：西华大学。职称：无。职务：无。学历：本科。主要研究方向或从事的工作：工业工程。