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        從簡單機器人系統(tǒng)到基于總線通信的柔性系統(tǒng)升級淺析

        2019-09-10 07:22:44崔岳郭敏徐英培
        裝備維修技術 2019年3期
        關鍵詞:工業(yè)機器人

        崔岳 郭敏 徐英培

        摘要:本文以雙機器人為執(zhí)行終端、以PLC為控制系統(tǒng)、以獨立回轉盤為傳送機構、加上HMI人機界面、視覺識別系統(tǒng)等,將多設備以總線型通信手段聯為一體,并以此作為FMS的典型形態(tài),完成復雜工藝的規(guī)劃與實施。

        關鍵詞:FMS;工業(yè)機器人;總線通信

        研究背景與調研

        我國目前距離制造業(yè)強國,仍有相當程度的差距。相當多的產業(yè)仍處于勞動密集型,在一些結構單一的自動線上,完成流水作業(yè)、分揀、檢測工作的主要勞動力,仍然是大批量的產業(yè)工人。筆者于2016年5月到山東濰坊調研,深入了當地電動車廠,當時該企業(yè)的電車生產線,仍然依靠人工操作叉車擺放底盤,兩人配合手工把車門鋼板擺放在沖壓機內,孤零零的機器人在所謂“生產線”上的作用,就是進行幾道焊接工藝,而工藝本身的定位校準,也是由人工完成的,據粗略估算,其電車當時的自動化率,不超過15%。這和我們想象的,現代智能制造車間中,寥寥無幾的監(jiān)測工人,井井有條的多工藝多工序的生產線大相徑庭。時隔兩年多,在2018年6月筆者再次造訪的時候,當初和該企業(yè)技術部門溝通提出的三點建議(最大化提升自動化率、利用通信總線實現多設備協(xié)調工作、以PLC和傳感器作為機器人感知系統(tǒng)以降低人工介入)均已全部實現,自動化率超過60%,并且正在繼續(xù)深化工藝技術。

        自動化率的提高,基于總線通信的系統(tǒng)改造,是我們制造業(yè)產業(yè)升級的一個縮影,要想盡快邁入制造業(yè)強國的行列,就要把握時代,深入研究智能制造相關技術,利用機器人系統(tǒng)相對人工的天然優(yōu)勢,以科技密集型為轉換目標,以工業(yè)互聯網體系為最終實現形態(tài)。

        簡單系統(tǒng)與簡單工藝

        機器人簡單系統(tǒng)又稱機器人最小系統(tǒng),以焊接系統(tǒng)(或鑄造件)為例,制造業(yè)企業(yè)或者工廠,還有相當部分屬于這種工作模型:人工按照擺放臺要求將焊件(鑄造坯料)擺放好,機器人負責按照定點軌跡焊接。在全過程中,機器人系統(tǒng)沒有“眼睛”,無法知道是否有工件,無法知道加工工藝是否偏斜或有誤,系統(tǒng)的啟動和停止都需要人工來控制。這種簡單系統(tǒng),主要工序的核心工藝由機器人來完成,可以保障質量穩(wěn)定,成品率較高,但幾乎所有輔助環(huán)節(jié)都由人工來判斷處理,所以整體自動化率并不高,對于人工的需求仍然很大,生產效率提升有限。這種機器人簡單系統(tǒng),對于整個產業(yè)來說,處于“初級階段”,而且,無數據產出,無法對生產系統(tǒng)整體做有效的判斷。

        總線型通信網絡與各子系統(tǒng)融合

        較高自動化率的制造業(yè)系統(tǒng),是結合了網絡通信技術、傳感器技術、機電控制技術的系統(tǒng),并具備核心控制部件來完成邏輯判斷、布爾運算以及對環(huán)境感知系統(tǒng)輸入信號的決策(一般來講核心控制部件由可編程控制器來完成功能)。這一整套系統(tǒng)當中,核心控制系統(tǒng)負責復雜工藝的存儲分析和控制輸出,由子系統(tǒng)來實現具體工藝步驟。

        以PLC為控制核心的系統(tǒng)結構

        具體結構模型的實現

        一套實訓系統(tǒng),就是一個完整的通信交互型系統(tǒng),多個子系統(tǒng)在PLC控制下實現具體工藝步驟,其中包含了視覺識別作為環(huán)境感知的典型設備,包含了人機界面(HMI)作為終端控制器,相比于簡單機器人系統(tǒng),這套系統(tǒng)科技密集度要高很多。

        通信交互型系統(tǒng)的優(yōu)勢

        相比于沒有眼睛、沒有大腦的簡單機器人系統(tǒng),通信交互型系統(tǒng)具備包括傳感器、視覺識別在內的各類環(huán)境感知系統(tǒng)作為“眼睛”;具備擁有決策能力的核心大腦,一般由可編程控制器(PLC)系統(tǒng)來擔任。環(huán)境感知系統(tǒng)通過通信線路,將信息傳遞給PLC,機器人的整體控制以及機器人系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互也由PLC來完成,而工藝級別的操作則由機器人系統(tǒng)本身或其他子系統(tǒng)完成。具備獨立的控制系統(tǒng)、能夠實現高復雜度的,可移植的控制、編程、裝配和調試,最終完成生產任務,這正是柔性制造系統(tǒng)(FMS)的典型模型。柔性制造系統(tǒng)正是簡單機器人系統(tǒng)的“高級形式”,具備完善的,智能化的,高效的生產能力,是制造業(yè)企業(yè)基于工位級別的生產系統(tǒng)的產業(yè)升級的“終極形態(tài)”。

        柔性制造系統(tǒng)的拓展與實現

        現代高可靠性、高效率、高帶寬、低延遲的工業(yè)級別通信系統(tǒng),是柔性制造系統(tǒng)內各個子系統(tǒng)能夠實現通信,進而完成系統(tǒng)智能化的基礎保障。簡單工藝,配合勞動密集型生產,勢必將會被高復雜度、高智能化,高自動化率的科技密集型生產所替代,通過技術堆疊、有效地針對指定生產系統(tǒng)完成系統(tǒng)集成化工作,以無人的工位級別的柔性制造系統(tǒng)作為基礎生產單元,進一步拓展,將整體實現各個工序的柔性制造單元進一步聯網,共享數據,統(tǒng)一控制,這就上升到了智能工廠的技術模型。業(yè)內,這是領軍企業(yè)努力實現的技術方向。以聯想合肥智能制造基地為例,其主板的生產過程,被科學地拆解成有效工序,進而被一整套柔性制造單元分別實現。面對智能制造技術拒之門外、固步自封的企業(yè),勢必將會面臨生產力提高的瓶頸;而積極響應智能制造,以科技密集型生產替代人工,積極完成產業(yè)升級的那些企業(yè),將會以極高的生產效率,相對更穩(wěn)定的產品質量,更低的產品成本,在行業(yè)競爭中占得先機。

        結語

        在2019年5月8日召開的中國機器人峰會(浙江余姚)上,筆者有幸到場并看到,我國行業(yè)內繼續(xù)在推進工業(yè)互聯網的發(fā)展,而我國作為制造業(yè)大國,在穩(wěn)步邁向制造業(yè)強國的過程中,面臨的首要問題就是產業(yè)升級問題,簡單機器人系統(tǒng)升級到柔性制造系統(tǒng),將柔性制造系統(tǒng)作為工位單元,繼續(xù)建設更大規(guī)模的智能制造網絡體系,這就是工業(yè)互聯網——智能制造的生態(tài)系統(tǒng),再配合現代高可靠性、高效率、高帶寬、低延遲的工業(yè)級別的通信系統(tǒng)、融合了物聯網技術、從生產端到用戶端的大數據分析技術、云端控制技術(云計算)、基于柔性制造系統(tǒng)自身的數據生成、處理及優(yōu)化分析(邊緣計算)……以諸多的先進技術、先進理念加持,我國的產業(yè)智能制造的發(fā)展,必將越走越快,最終實現工業(yè)互聯網這一目標。

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