本文從工業(yè)機(jī)器人的規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用及要求、工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)角色、機(jī)器人集成CNC數(shù)控生產(chǎn)系統(tǒng)的建立、智能工廠初步規(guī)劃等方面，由淺入深地探討了工業(yè)機(jī)器人在智能時(shí)代所起的重要作用及應(yīng)用方向。

1. 工業(yè)機(jī)器人的規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用及要求

隨著“工業(yè)4.0”智能時(shí)代的到來以及《中國制造2025》的規(guī)劃，工業(yè)機(jī)器人作為其重要的構(gòu)成要素，在生產(chǎn)制造過程中，如雨后春筍般大量涌現(xiàn)出來，并且在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色。從因最初的企業(yè)“用工荒”為替代人力用于生產(chǎn)至今，工業(yè)機(jī)器人早已成為標(biāo)準(zhǔn)配置的自動(dòng)化裝備，在生產(chǎn)的方方面面獲得了廣泛的應(yīng)用，并成為工廠規(guī)模化生產(chǎn)過程中一道獨(dú)特的風(fēng)景線。

隨著市場發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人在工廠應(yīng)用的范圍越來越廣，實(shí)現(xiàn)的功能也越來越多。從替代直接生產(chǎn)人力，不知疲倦地完成簡單、重復(fù)的取放料動(dòng)作，到目前從提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率、工藝及品質(zhì)入手，構(gòu)建系統(tǒng)化運(yùn)作平臺，在實(shí)現(xiàn)以智能工廠為代表的“工業(yè)4.0”時(shí)代進(jìn)程中，工業(yè)機(jī)器人成為不可替代的重要生產(chǎn)軍。

目前， 工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)應(yīng)用已滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)中，在既定的程序和范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的生產(chǎn)加工、取放、搬運(yùn)等功能。然而，并非所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有必要投入機(jī)器人，機(jī)器人在投入生產(chǎn)應(yīng)用前， 首先應(yīng)進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評估，確保其生產(chǎn)應(yīng)用，滿足以下幾點(diǎn)：

①應(yīng)滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求和集成化設(shè)備的技術(shù)要求。②滿足生產(chǎn)負(fù)荷要求和安全防護(hù)要求。③機(jī)器人取放料動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率的要求。④機(jī)器人抓取物料應(yīng)滿足產(chǎn)品加工精度、外觀等品質(zhì)要求。

2. 工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)角色

工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，使生產(chǎn)對機(jī)器人不斷提出新的要求，從而推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)水平的提高。同時(shí)，機(jī)器人性能與智能水平的提高也使得機(jī)器人不斷取代人在生產(chǎn)中的角色，廣泛地代替人從事各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)，成為企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的主要?jiǎng)趧?dòng)力。工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的角色，從代替人的大部分體力勞動(dòng)，到部分腦力勞動(dòng)，再不斷進(jìn)化到集成自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中，發(fā)揮著管理協(xié)調(diào)的作用。

孤立的機(jī)器人在生產(chǎn)中沒有任何實(shí)用價(jià)值。機(jī)器人在生產(chǎn)中的角色、作用實(shí)際上是根據(jù)生產(chǎn)內(nèi)容、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝要求等因素，通過不同的末端執(zhí)行裝置（手爪）結(jié)構(gòu)和功能體現(xiàn)出來的，實(shí)現(xiàn)了上下料、裝配、加工、檢測及智能判定等各種獨(dú)立或復(fù)合的作業(yè)功能。

對于執(zhí)行生產(chǎn)加工、產(chǎn)生產(chǎn)品附加價(jià)值的的工藝加工類機(jī)器人，其手爪整合了各類加工工具（焊槍、噴槍、刀具、砂輪及拋光輪等） ， 實(shí)現(xiàn)了焊接、涂裝、打磨、檢測、裝配等生產(chǎn)過程，在生產(chǎn)中承擔(dān)了主要角色，在工藝、精度、生產(chǎn)效率、品質(zhì)等方面是不可替代的。然而，對于那些配合工作母機(jī)或其他自動(dòng)化設(shè)備，或獨(dú)立實(shí)現(xiàn)取放料的輔助類機(jī)器人，其手爪的結(jié)構(gòu)、功能較單一，在工藝、生產(chǎn)效率、品質(zhì)等方面并沒有明顯的優(yōu)勢，承擔(dān)了生產(chǎn)輔助工作，具有可替代性。目前，在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，約75%從事著簡單取放物料的輔助工作。因而，承擔(dān)生產(chǎn)配角仍然是目前工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)應(yīng)用的主流。

如果說各類結(jié)構(gòu)和功能的手爪使工業(yè)機(jī)器人游刃有余地在生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的作用，那么，增設(shè)輔助機(jī)械裝置，將機(jī)器人裝在可移動(dòng)的滑臺、導(dǎo)軌或滾輪上，使機(jī)器人擴(kuò)大生產(chǎn)作業(yè)空間，無異于給機(jī)器人安上腿腳、插上翅膀，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)或多個(gè)維度的移動(dòng)，大大提高了機(jī)器人的工作能力和應(yīng)用領(lǐng)域。

有了手和腳的機(jī)器人，再配置CCD、傳感器等視覺感應(yīng)裝置，就如同給機(jī)器人裝上了眼睛和大腦，使其具有可視化、分析判斷及系統(tǒng)反饋等功能，在生產(chǎn)系統(tǒng)集成環(huán)境下，可實(shí)現(xiàn)分析判斷、故障處理、生產(chǎn)管理等智能工作。

因此，高效率的機(jī)器人末端執(zhí)行裝置（手爪），不斷延伸機(jī)器人行動(dòng)空間的輔助機(jī)械裝置，以及提升機(jī)器人的視覺、感知、檢測及分析等的智慧能力，是工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)應(yīng)用中地位和角色的重要體現(xiàn)。

3. 機(jī)器人集成CNC數(shù)控生產(chǎn)系統(tǒng)的建立

產(chǎn)品在CNC數(shù)控生產(chǎn)加工過程中，所需的人力角色較多，有CNC數(shù)控機(jī)床操作及取放料人員、檢測人員、物流人員、流動(dòng)夾具的裝拆夾人員、維修保養(yǎng)人員、品質(zhì)人員、生產(chǎn)技術(shù)及管理人員等。在這樣人工參預(yù)度較多的生產(chǎn)環(huán)境下，對管理協(xié)調(diào)的要求較高，產(chǎn)能、品質(zhì)、成本等方面很容易受到因溝通協(xié)調(diào)不暢、不及時(shí)等不利因素的影響，造成浪費(fèi)。因此，如何利用機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備改變目前不利的生產(chǎn)局面顯得尤為重要。

首先，從降低人力需求、減少人工參預(yù)度的角度，對產(chǎn)品的CNC數(shù)控生產(chǎn)工藝過程、車間布局、物流狀況等方面進(jìn)行分析，對現(xiàn)有的人工作業(yè)方式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間分析研究。

在滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，利用機(jī)器人模仿CNC操作及取放料人員的動(dòng)作要求，替代CNC數(shù)控機(jī)床操作及取放料人員，開發(fā)機(jī)器人一拖二系統(tǒng)，如圖1所示，實(shí)現(xiàn)一臺機(jī)器人對應(yīng)兩臺CNC數(shù)控機(jī)床，完成取放物料的過程。

當(dāng)整個(gè)車間的直接生產(chǎn)人力全部由機(jī)器人一拖二系統(tǒng)代替時(shí)，物流人員就成為車間的主要人力。為了減少物流人力，同時(shí)降低機(jī)器人的生產(chǎn)投入，開發(fā)了機(jī)器人“一拖N”系統(tǒng)。