楊書評，宮迎輝，王海丹，王思斯

（北京機械工業(yè)自動化所，北京 100120）

0 引言

“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”重大專項主要解決高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備的共性技術(shù)發(fā)展問題，而自動化及生產(chǎn)線是基礎(chǔ)制造裝備提升的關(guān)鍵問題之一，自動化及生產(chǎn)線標準化的先導性對其技術(shù)的完善起非常重要的作用。

隨著全球汽車生產(chǎn)向著多品種、小批量、車型更新快的方向發(fā)展，對汽車生產(chǎn)線柔性化的要求也越來越高，自動化生產(chǎn)線的柔性主要體現(xiàn)在機器人的應用上，國外汽車生產(chǎn)線中機器人的應用比例非常高，目前，國際上自動化生產(chǎn)線成套裝備研究的技術(shù)重點涉及生產(chǎn)線的數(shù)字化設計和制造、在線檢測和監(jiān)控及快速整定等方面。

1 機器人自動化及生產(chǎn)線標準化需求分析

現(xiàn)行的我國國家標準和行業(yè)標準中，機器人自動化及生產(chǎn)線的設計、制造、檢測和可靠性方面的共性標準基本沒有，只有一些應用于特定行業(yè)的生產(chǎn)線驗收規(guī)則、工藝規(guī)范，如啤酒玻璃瓶灌裝生產(chǎn)線的組成、單機生產(chǎn)能力的選配、技術(shù)要求等，在系統(tǒng)與集成領(lǐng)域有少量國家標準和行業(yè)標準。

我國機器人自動化及生產(chǎn)線領(lǐng)域需重點進行現(xiàn)代先進設計技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、先進制造工藝技術(shù)等行業(yè)共性技術(shù)標準化研究：

1.1 設計和制造

機器人自動化及生產(chǎn)線虛擬設計制造技術(shù)標準：數(shù)字化設計是汽車生產(chǎn)線發(fā)展方向，該標準將規(guī)范運用先進制造技術(shù)（例如虛擬制造技術(shù)）進行汽車白車身焊接生產(chǎn)線設計制造的技術(shù)架構(gòu)、方法和流程。

機器人自動化及生產(chǎn)線焊接夾具標準：當前，各汽車自動化生產(chǎn)線上的夾具都遵守各廠家的企業(yè)標準或歐洲標準，需研究我國自主研發(fā)自動化生產(chǎn)線的夾具設備標準，夾具設備標準化的研究對汽車自動化生產(chǎn)線多品種、混流具有重要作用，具有重大的經(jīng)濟社會效益，也有不少難度。

新一代工業(yè)機器人標準：汽車制造業(yè)是數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備最重要的用戶，今后，我國整車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝“四大工藝裝備”面臨從傳統(tǒng)生產(chǎn)線向現(xiàn)代自動化生產(chǎn)線的全面過渡，對機器人自動化及生產(chǎn)線的應用將有大幅的增長，急需制定新型工業(yè)機器人標準，以滿足國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)化的需求。

1.2 性能檢測與監(jiān)測

生產(chǎn)線過程質(zhì)量控制和在線檢測標準： 汽車裝配檢測正由終端檢測向過程質(zhì)量控制和在線檢測方向發(fā)展，在線檢測是汽車行業(yè)發(fā)展要求。在線檢測可以實時判斷下線產(chǎn)品的質(zhì)量是否合格，對零部件供應商的產(chǎn)品質(zhì)量進行監(jiān)控管理，提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.3 可靠性

機器人自動化及生產(chǎn)線可靠性規(guī)范： 國際標準化組織ISO沒有發(fā)布過機器人自動化及生產(chǎn)線可靠性方面的國際標準，但美國有此方面的國家標準，我國可以參考這些先進國家的標準，研究制定我國可靠性評價方面的國家標準?？煽啃詷藴手贫ū容^困難，尤其零件的可靠性將建立在零件可靠性數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)之上，零件可靠性數(shù)據(jù)庫的建設需要國家財力物力長期支持。

1.4 系統(tǒng)集成

生產(chǎn)過程計算機管理（MES）標準：近年來，SAC/TC159已制定了制造執(zhí)行系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)和企業(yè)控制系統(tǒng)集成等國家標準，也有一些行業(yè)（比如石化行業(yè)）制定了自己行業(yè)的MES標準。由于MES系統(tǒng)從工藝流程到生產(chǎn)組織方式，流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)都存在較大的差別， 所以在MES的具體實施上，行業(yè)特征非常明顯。因而可以研究為汽車整車生產(chǎn)企業(yè)提供涵蓋沖壓、焊裝、涂裝及總裝四大工藝的MES規(guī)范。

2 機器人自動化及生產(chǎn)線關(guān)鍵標準框架

“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”自動化及生產(chǎn)線領(lǐng)域急需研究和制定的關(guān)鍵標準框圖如圖1所示。

圖1 機器人自動化及生產(chǎn)線關(guān)鍵標準框圖

3 工業(yè)機器人標準化需求分析

工業(yè)機器人是“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”重大專項中重要的功能部件，它的標準化是生產(chǎn)線及自動化標準化的重要組成部分。機器人的國家標準由SAC/TC159/SC2制定，截至2010年共制定了17項國家標準和5項行業(yè)標準。制定國際機器人標準的國際組織有ISO/TC184/SC2和ISO/TC44（主要負責焊接機器人標準）。

“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”標準項目里要需重點研究以下機器人標準：

3.1 基礎(chǔ)標準

主要由組成工業(yè)機器人技術(shù)共同語言方面的標準，如詞匯，術(shù)語符號等。工業(yè)機器人詞匯國家標準等同采用國際標準ISO 8373:1994，本標準已經(jīng)不適應當前技術(shù)的發(fā)展，目前，ISO 正在修訂此項標準，我國專家也正在跟蹤此項國際標準，爭取早日修訂。

3.2 整機技術(shù)標準

整機技術(shù)標準重點是指有關(guān)整機的型號編制方法、通用及專用技術(shù)條件，如自動化及生產(chǎn)線中應用的新型工業(yè)機器人(如焊接標準)。此類標準的制定和修訂將為我國工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化在標準化方面提供技術(shù)支撐。

裝配機器人、弧焊機器人、噴漆機器人通用技術(shù)條件等標準：此類標準過去均參照原蘇聯(lián)的工業(yè)機器人標準制定，大部分標準標齡過長，引用標準陳舊，急需修訂。點焊機器人、弧焊機器人通用技術(shù)條件，將新增新型激光焊接機器人內(nèi)容。噴漆機器人通用技術(shù)條件主要規(guī)范防爆裝置的內(nèi)容。裝配機器人是高質(zhì)量、高柔性、高效率完成自動裝配的理想手段，在汽車制造業(yè)它的需求逐年上升，目前，沒有裝配機器人的國際標準，瑞典和日本等國有自己的國家標準，我國有裝配機器人的行業(yè)標準，現(xiàn)在SAC/TC159/SC2正在制定裝配機器人的國家標準。

高溫鑄鍛機器人通用技術(shù)條件： 近年來，鑄鍛自動化生產(chǎn)在中國有了高速發(fā)展, 高溫鑄鍛機器人可用于鍛造生產(chǎn)和鑄件落砂等工作條件惡劣的場合，可以改善工人的勞動強度。目前尚無相關(guān)的鑄鍛工業(yè)機器人的技術(shù)規(guī)范，急需制定高溫鑄鍛機器人通用技術(shù)條件。

3.3 單元技術(shù)標準

此類標準主要指影響工業(yè)機器人功能和性能的技術(shù)及構(gòu)件標準。本課題將在機器人控制器開放式接口和離線編程技術(shù)領(lǐng)域進行突破，填補國內(nèi)標準空白。

機器人控制器開放式接口標準：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對產(chǎn)品多樣化的要求越來越高。這就要求制造系統(tǒng)中的工業(yè)機器人能夠勝任不斷變化的任務，即功能柔性化。 要使機器人具有柔性，控制器必須是結(jié)構(gòu)開放的，必須建立機器人控制器的開放式接口標準。目前機器人控制器的開放式接口標準國際國內(nèi)標準空白。本標準將主要研究開放式工業(yè)機器人控制器硬件和軟件開放接口技術(shù)。

離線編成式機器人柔性加工系統(tǒng)：該系列標準將研究離線編程式機器人柔性加工系統(tǒng)的定義、技術(shù)要求、試驗方法等。將應用于噴涂、鑄件清理、塑料件加工等離線編程式機器人柔性加工系統(tǒng)。

3.4 性能測試標準

主要研究直接影響工業(yè)機器人的功能及性能和安全可靠性的有關(guān)標準，如工業(yè)機器人的各種位姿特性、軌跡特性、軌跡準確度和重復性、最小定位時間、靜態(tài)柔順性等各項性能指標的測試方法。此類標準對提高機器人產(chǎn)品的性能和可靠性至關(guān)重要。所以急需制修訂機器人性能測試標準及其配套的實施細則。

3.5 系統(tǒng)及支撐環(huán)境標準

圖2 機器人安全的標準和其他安全標準的關(guān)系圖

系統(tǒng)及支撐環(huán)境標準主要指直接影響工業(yè)機器人賴以工作的系統(tǒng)、周邊設置、工作的基本環(huán)境及系統(tǒng)集成方法標準。本課題主要研究工業(yè)機器人集成系統(tǒng)的安全要求。主要內(nèi)容包括工業(yè)機器人的集成，安裝的特有危險和使用工業(yè)機器人要求等。

該系列標準是工業(yè)機器人領(lǐng)域最為關(guān)鍵的標準，對工業(yè)機器人在各種工業(yè)條件和工業(yè)環(huán)境中的安全措施、安全保障，提出了標準化要求。工業(yè)機器人集成系統(tǒng)安全與其他安全標準之間的關(guān)系如圖2所示。

4 工業(yè)機器人關(guān)鍵標準框架

需重點研究的工業(yè)機器人關(guān)鍵標準框架如圖3所示。

圖3 工業(yè)機器人關(guān)鍵標準框架圖

5 結(jié)束語

近年來，汽車工業(yè)對我國工業(yè)機器人應用的水平和規(guī)模起到了極大的牽引作用，也使我國的機器人應用水平躍上了一個新臺階。反之，工業(yè)機器人和機器人自動化生產(chǎn)線標準的研究和實施，也必將推動了汽車行業(yè)的快速發(fā)展，保證了其產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的高效。

[1] http://www.iso.org。

[2] 董欣勝,張傳思,李新.裝配機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].專題述評,2007,(8):1-4.

[3] ISO FDIS 10218-2.