机器人自动化及生产线关键标准研究

2010-05-10杨书评宫迎辉王海丹王思斯

制造业自动化 2010年8期

杨书评，宫迎辉，王海丹，王思斯

（北京机械工业自动化所，北京 100120）

0 引言

“高档数控机床与基础制造装备”重大专项主要解决高档数控机床与基础制造装备的共性技术发展问题，而自动化及生产线是基础制造装备提升的关键问题之一，自动化及生产线标准化的先导性对其技术的完善起非常重要的作用。

随着全球汽车生产向着多品种、小批量、车型更新快的方向发展，对汽车生产线柔性化的要求也越来越高，自动化生产线的柔性主要体现在机器人的应用上，国外汽车生产线中机器人的应用比例非常高，目前，国际上自动化生产线成套装备研究的技术重点涉及生产线的数字化设计和制造、在线检测和监控及快速整定等方面。

1 机器人自动化及生产线标准化需求分析

现行的我国国家标准和行业标准中，机器人自动化及生产线的设计、制造、检测和可靠性方面的共性标准基本没有，只有一些应用于特定行业的生产线验收规则、工艺规范，如啤酒玻璃瓶灌装生产线的组成、单机生产能力的选配、技术要求等，在系统与集成领域有少量国家标准和行业标准。

我国机器人自动化及生产线领域需重点进行现代先进设计技术、计算机仿真技术、先进制造工艺技术等行业共性技术标准化研究：

1.1 设计和制造

机器人自动化及生产线虚拟设计制造技术标准：数字化设计是汽车生产线发展方向，该标准将规范运用先进制造技术（例如虚拟制造技术）进行汽车白车身焊接生产线设计制造的技术架构、方法和流程。

机器人自动化及生产线焊接夹具标准：当前，各汽车自动化生产线上的夹具都遵守各厂家的企业标准或欧洲标准，需研究我国自主研发自动化生产线的夹具设备标准，夹具设备标准化的研究对汽车自动化生产线多品种、混流具有重要作用，具有重大的经济社会效益，也有不少难度。

新一代工业机器人标准：汽车制造业是数控机床与基础制造装备最重要的用户，今后，我国整车制造的冲压、焊装、涂装、总装“四大工艺装备”面临从传统生产线向现代自动化生产线的全面过渡，对机器人自动化及生产线的应用将有大幅的增长，急需制定新型工业机器人标准，以满足国内机器人产业化的需求。

1.2 性能检测与监测

生产线过程质量控制和在线检测标准：汽车装配检测正由终端检测向过程质量控制和在线检测方向发展，在线检测是汽车行业发展要求。在线检测可以实时判断下线产品的质量是否合格，对零部件供应商的产品质量进行监控管理，提高汽车产品的质量。

1.3 可靠性

机器人自动化及生产线可靠性规范：国际标准化组织ISO没有发布过机器人自动化及生产线可靠性方面的国际标准，但美国有此方面的国家标准，我国可以参考这些先进国家的标准，研究制定我国可靠性评价方面的国家标准。可靠性标准制定比较困难，尤其零件的可靠性将建立在零件可靠性数据库的基础之上，零件可靠性数据库的建设需要国家财力物力长期支持。

1.4 系统集成

生产过程计算机管理（MES）标准：近年来，SAC/TC159已制定了制造执行系统功能体系结构和企业控制系统集成等国家标准，也有一些行业（比如石化行业）制定了自己行业的MES标准。由于MES系统从工艺流程到生产组织方式，流程生产行业和离散制造行业都存在较大的差别，所以在MES的具体实施上，行业特征非常明显。因而可以研究为汽车整车生产企业提供涵盖冲压、焊装、涂装及总装四大工艺的MES规范。

2 机器人自动化及生产线关键标准框架

“高档数控机床与基础制造装备”自动化及生产线领域急需研究和制定的关键标准框图如图1所示。

图1 机器人自动化及生产线关键标准框图

3 工业机器人标准化需求分析

工业机器人是“高档数控机床与基础制造装备”重大专项中重要的功能部件，它的标准化是生产线及自动化标准化的重要组成部分。机器人的国家标准由SAC/TC159/SC2制定，截至2010年共制定了17项国家标准和5项行业标准。制定国际机器人标准的国际组织有ISO/TC184/SC2和ISO/TC44（主要负责焊接机器人标准）。

“高档数控机床与基础制造装备”标准项目里要需重点研究以下机器人标准：

3.1 基础标准

主要由组成工业机器人技术共同语言方面的标准，如词汇，术语符号等。工业机器人词汇国家标准等同采用国际标准ISO 8373:1994，本标准已经不适应当前技术的发展，目前，ISO 正在修订此项标准，我国专家也正在跟踪此项国际标准，争取早日修订。

3.2 整机技术标准

整机技术标准重点是指有关整机的型号编制方法、通用及专用技术条件，如自动化及生产线中应用的新型工业机器人(如焊接标准)。此类标准的制定和修订将为我国工业机器人的产业化在标准化方面提供技术支撑。

装配机器人、弧焊机器人、喷漆机器人通用技术条件等标准：此类标准过去均参照原苏联的工业机器人标准制定，大部分标准标龄过长，引用标准陈旧，急需修订。点焊机器人、弧焊机器人通用技术条件，将新增新型激光焊接机器人内容。喷漆机器人通用技术条件主要规范防爆装置的内容。装配机器人是高质量、高柔性、高效率完成自动装配的理想手段，在汽车制造业它的需求逐年上升，目前，没有装配机器人的国际标准，瑞典和日本等国有自己的国家标准，我国有装配机器人的行业标准，现在SAC/TC159/SC2正在制定装配机器人的国家标准。

高温铸锻机器人通用技术条件：近年来，铸锻自动化生产在中国有了高速发展, 高温铸锻机器人可用于锻造生产和铸件落砂等工作条件恶劣的场合，可以改善工人的劳动强度。目前尚无相关的铸锻工业机器人的技术规范，急需制定高温铸锻机器人通用技术条件。

3.3 单元技术标准

此类标准主要指影响工业机器人功能和性能的技术及构件标准。本课题将在机器人控制器开放式接口和离线编程技术领域进行突破，填补国内标准空白。

机器人控制器开放式接口标准：随着经济的发展，人们对产品多样化的要求越来越高。这就要求制造系统中的工业机器人能够胜任不断变化的任务，即功能柔性化。要使机器人具有柔性，控制器必须是结构开放的，必须建立机器人控制器的开放式接口标准。目前机器人控制器的开放式接口标准国际国内标准空白。本标准将主要研究开放式工业机器人控制器硬件和软件开放接口技术。

离线编成式机器人柔性加工系统：该系列标准将研究离线编程式机器人柔性加工系统的定义、技术要求、试验方法等。将应用于喷涂、铸件清理、塑料件加工等离线编程式机器人柔性加工系统。