模块化工业机器人自配置平台设计

刘德腾，同淑荣，武宗晓

LIU De-teng,TONG Shu-rong,WU Zong-xiao

(西北工业大学 管理学院，西安 710072)

0 引言

在汽车制造等大规模制造业中，企业为提高生产效率、保障产品质量和人身安全，普遍重视生产过程的自动化程度。工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业认同并部署。但工业机器人的高额采购成本和低标准化程度，在一定程度上制约着其广泛应用。工业机器人的模块化设计与开发可以在很大程度上促进机器人及其组成构件标准化和模块化[1]，进而降低工业机器人的采购成本。

另外，工业机器人市场份额大部分被国外企业占据，在国际强手面前，国内工业机器人企业面临着相当大的竞争压力。为了扩大我国工业机器人的市场份额，提升我国工业机器人在国际市场的竞争力，需要加快促进工业机器人及其模块化的发展，进行模块标准的制定，吸引更多的制造商与顾客的参与，而其关键路径之一就是提供一个模块化工业机器人自配置平台。

本文对模块化工业机器人子配置平台进行了设计。该平台的实现将极大的改善顾客的满意度，包括更加丰富的工业机器人和模块的选择、更低的采购成本和采购时间、按需自配置等，从而促进工业机器人和模块的销售。同时，平台也将为运营商和供应商带来巨大的商业盈利机会，并提升国内工业机器人的市场竞争力。

1 模块化工业机器人自配置平台需求分析

1.1 模块化工业机器人

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器和人工智能等多学科先进技术于一体的重要的现代制造业自动化装备，其整体结构比较复杂。模块化工业机器人使得工业机器人的应用更加方便快捷、简单灵活[2]，即以功能分析为基础，按照合理的方法，将工业机器人各种相关联的元器件划分为标准化的功能模块，每个模块的功能、功能实现方式以及属性都封装在其中，而模块与外界的连接和通信只通过接口进行。虽然工业机器人涉及领域较多，但是在按照标准生产的情况下，只要接口符合连接要求即可将模块任意组合。通过模块的不同组合得到不同品种、不同功能的产品，以满足市场的各种需求，这样实现了机械系统的快速拆装，也提高了模块的重用性。

1.2 模块化工业机器人平台

目前，国内并没有专门的工业机器人配置平台，顾客在购买模块化机器人时，无法真切的了解到配置好的工业机器人功能与性能[3]，甚至无法根据自己的需求对所需模块进行挑选。本文对支持模块化工业机器人自配置的网络平台进行了设计。模块化工业机器人自配置平台的开发旨在满足顾客的个性化需求。

通过该平台，顾客能够实现按需自配置工业机器人，完成配置机器人的性能仿真，并在性能满足要求的条件下，下订单采购所需机器人。顾客也可以通过平台参与模块化工业机器人的设计，由顾客根据自身需求将模块配置为工业机器人，从而最大程度的满足顾客的个性化需求[4]。这一方式能够有效的降低供应商工业机器人开发成本，顾客能够剔除不必要的产品功能而定制完全符合自身需要的工业机器人，从而使顾客不会因成本过高而减少购买，企业也实现了模块的批量生产。供应商可以展示、销售自己的产品，也可以通过平台获得用户的个性化需求，设计制造满足用户需求的机器人模块。平台运营商既可以作为运营方，也可以提供自己的产品而作为供应商，整体协调平台运营。物流商则根据顾客购买产品，出台物流配送方案，提供物流服务，这样也促进了第四方物流的发展。

2 平台的功能模块设计

功能模块的合理设计是平台实现并良好运行的重要保障[5]，功能模块的设计应该建立在保证平台各功能的实现的基础之上。全面合理的功能模块设计不仅可以使得平台结构清晰，使业务流程与平台系统的运用更加匹配，还会大大减轻平台运行中更新维护的工作量，使平台运行更加流畅，管理更加规范，从而为用户提供更加优质的服务，吸引了更多的长期用户群。

在对世界500强中的沃尔玛、丰田汽车、三星电子、惠普、苹果公司、麦德龙和戴尔等112家业务相近的企业网站进行分析后，得到一个关于各大企业的主要功能模块统计表，如表1所示。

根据统计分析结果与平台主要功能出发，将平台的总体功能架构划分为产品列表、用户管理、后台管理、资料管理、交易管理、商务智能、供应商产品管理、物流管理和模块化配置九大主要功能模块，其中模块化配置是为了实现顾客自配置功能而设计的平台特有的功能模块。平台总体功能框架图如图1所示。

表1 模块统计分析表

1）产品列表主要实现按类别的机器人和模块产品列表、按行业的机器人产品列表、按厂商的机器人和模块产品列表和新产品展示等。

2）用户管理主要实现用户注册和登陆、用户信誉和等级评价及账户管理等。

3）后台管理主要实现平台更新与维护、后台用户管理、在线咨询及友情链接等。

4）资料管理主要实现论文发布、国内外动态发布、专利信息发布、人才信息管理、机器人情报管理、机器人资料管理、新闻发布、广告管理及标准化定制发布等。

5）交易管理主要实现商品交易、专利和技术成果交易、支付平台、合同管理、退换货管理、订单查询和处理等。

6）商务智能主要实现订单统计和分析、供应商能力分析、用户需求和偏好分析和个性化推荐等。

图1 平台总体功能架构

7）供应商产品管理主要实现产品发布和下架、发货与退换货等。

8）物流管理主要实现物流服务录入和更新、物流状态追踪、物流服务选择和调度等。

9）模块化配置主要实现按已有架构进行模块化配置、顾客完全自定制的模块化配置、机器人模拟仿真和个性化需求定制等。

3 平台运营的逻辑方案

利益相关者通过与平台的交互提供或获取相应的服务，实现各自的利益[6]，平台逻辑方案用例图如图2所示。具体实现过程如下：

3.1 顾客与平台的交互

1）顾客通过与平台交互进行模块化工业机器人自配置。配置完成后通过交易管理模块实现配置机器人的购买和合同管理。平台运营商依据订单信息选择模块提供商提供相应模块。待机器人配置完成后，由物流商将机器人运送至顾客。

2）顾客通过机器人或者模块的产品列表进行相应地搜索。待确定所需机器人或模块后，通过交易管理模块实现配置机器人或模块的购买和合同管理。由物流商将机器人或模块运送至顾客。

3）顾客在模块化配置未满足需求的情况下，发布个性化需求，运营商和供应商做出相应处理。

4）顾客通过用户管理模块进行注册，并管理相关个人信息。交易管理模块将订单信息更新到用户管理模块，使用户能够进行订单的相关查询。

5）顾客通过平台查看论文和国内外动态等。

图2 平台逻辑方案用例图

3.2 供应商与平台的交互

1）供应商通过用户管理模块进行注册，并管理相关信息。

2）供应商在供应商产品管理模块中输入、更新相关供应模块的信息，发货和退订货管理。产品列表模块依据供应商在用户系统中提供的相关机器人和模块信息（需要通过平台运营商的审核）更新机器人和模块的产品列表。

3）供应商通过平台查看论文和国内外动态等。

3.3 物流提供商与平台的交互

1）物流提供商通过用户管理模块进行注册，并管理相关信息。

2）物流提供商通过物流管理模块输入、更新提供的物流服务信息，进行物流追踪和调度管理。交易管理模块依赖于物流供应商提供的服务信息。

3.4 运营商与平台的交互

1）运营商通过交易管理模块进行合同管理、退换货管理、订单查询和处理。

2）运营商通过商务智能进行订单统计和分析、供应商能力分析、用户需求和偏好分析，并根据分析结果对顾客进行主动地个性化信息推送。

3）运营商通过后台管理进行平台信息更新与维护、友情链接设置和在线咨询等活动。

4）运营商通过用户管理模块实现对用户注册的审核、用户权限管理和用户信誉和等级评价。

5）运营商通过机器人和模块的产品列表更新机器人和模块的信息。

6）运营商对资料管理模块进行相应管理。

4 平台运营的业务流程

根据平台设计构想，对在平台上进行的业务流程进行了分析，下面以顾客通过平台配置、购买产工业机器人为例进行说明，流程图如图3所示。其流程如下：

第1步：顾客注册并登陆平台，进入下一步；

第2步：顾客根据自己的需求查找、搜索机器人，如果在结果中有满意的产品，则进入下一步，否则进入第5步；

第3步：在查找、搜索结果中挑选满意的产品进行模拟仿真，并判断模拟仿真结果是否满足需求，如果满足需求，则进入下一步，否则进入第5步或者第8步；

图3 顾客配置、购买机器人流程图

第4步：对满意的产品下单购买，并等待平台运营方处理，结束；

第5步：判断是否进行重新查找，如果选择重新查找，则进入第2步，否则进入第6步或者第7步；

第6步：根据自己的需求提出机器人设计方案，或者提出自己的需求，提交至平台，等待平台反馈结果，结束；

第7步：根据自己的需求，利用平台提供的功能自行设计机器人架构，然后进入第10步；

第8步：顾客根据自己的需求查找、搜索机器人配置架构，并判断查找结果是否能够满足需求，如果能够满足需求，则挑选出合适的架构，进入第10步，否则进入下一步；

第9步：判断是否进行重新查找，如果选择重新查找，则进入第8步，否则进入第6步或者第7步；

第10步：根据架构挑选模块，进行机器人在线配置，并模拟仿真，判断模拟仿真结果是否满足需求，如果满足需求，则进入第4步，否则进入下一步；

第11步：判断是否进行重新查找，如果选择重新查找，则进入第10步，否则进入第6步或者第7步。

5 页面设计

页面设计的好坏是平台能否成功吸引顾客的关键，其设计原则应该是通过合理的排版布局[7]，使顾客在最短的时间内精确地找到自己的需求产品，并通过便捷的购物流程购买到手。这样既有效地缩短了顾客的购买时间，又提高了购买准确度，从而大大提高顾客的满意度，达到吸引顾客的目的。下面以平台主页设计为例进行说明，平台主页设计如图4所示。

图4 平台主页

平台主页最上沿包括企业商标、名称与“登录”、“新用户注册”按钮。下面则提供了“关键字搜索”和“型号搜索”两种搜索功能，方便顾客快捷的找到自己的需求产品。

平台主页的主体部分包括“按类别/行业搜索”、“厂家名称搜索”、“按类别/行业配置”三大块，其实现的是产品列表的功能，目的是为了方便顾客快捷的查找或者配置自己的需求产品，提高产品准确度，有效的减少顾客产品挑选时间。其右侧包括“平台使用指南”——详细介绍平台的使用方法，解除顾客因不了解平台使用带来的困扰；“完全自配置系统”——连接到完全自配置系统，实现顾客完全自配置功能；“广告区”——提供小幅广告功能；“代码搜索”、“型号确认”、“技术信息”、“服务”、“推荐商品”、“目录申请”等按钮，分别实现其各自功能。

平台主页主体下面举证说明了选择该平台的理由；介绍了“何谓按模板配置”、“何谓完全自配置”；其右边提供了配置模板与CAD数据下载功能；下面则提供了“最新消息”与“最新商品”功能。

平台主页底部提供了“咨询”功能——包括关于订购、交易的咨询和关于商品、技术的咨询；最下面包括“关于本网站——常见问题、网站地图、使用方法指南”；“关于本公司——公司概要、招聘信息、环保信息”；“关联网站——机器人论坛、平台总公司”；“资料下载——交易合同、物流配送方案、商品价格一览表”等功能。

6 结束语

模块化工业机器人自配置平台设计为下一步的平台详细设计和实现提供了基础。设计的平台将为顾客提供更加便捷的产品列表与基于平台的网络订购功能；实现基于顾客需求的模块化工业机器人自配置；减少工业机器人的采购成本和时间，提高顾客的满意度；促进工业机器人相关企业产品的模块化开发和接口标准化，从而扩大我国工业机器人的市场份额，提升我国工业机器人在国际市场的竞争力。

[1] 陈航,殷国富,赵伟,等.工业机器人模块化设计研究[J]. 机器人技术,2009,36(3):56-58.

[2] Fujita M,Kitano H,Kageyma K. A reconfigurable robot platform[J].Robotics and Autonomous Systems,1999,29(2):119-132.

[3] 赵杰,张亮,杨冬,等.自重构模块机器人的研究与发展现状[J].中国机械工程,2002,13(17):1525-1529.

[4] 曹建福,汪霖.模块化工业机器人嵌入式控制系统的研究[J].控制工程,2013(2).

[5] Park I,Kim J,Lee J,etc. Mechanical design of the humanoid robot platform,HUBO[J]. Advanced Robotics,2007,21(11):1305-1322.

[6] 李东,王翔,张晓玲,等.基于规则的商业模式研究—功能、结构与构建方法[J].中国工业经济,2010(9):101-111.

[7] 刘伟,王爽.浅析商业网站的网页设计[J].计算机工程与设计,2004,25(10).