机器人在复合材料制品生产中的应用与思考

苏润龙

摘 要 本文介绍了机器人在复合材料产品制作中的一些应用以及在这些应用中发现的一些优点及不足，并针对不足提出了一些解决思路。

【关键词】机器人 复合材料 自动化应用

1 前言

在家乡，有很多俗称的“玻璃钢厂”。玻璃钢（FRP），一般指用不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂为基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的一种复合材料，被称为玻璃纤维增强塑料，或称玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。这种材料的特点是质轻而硬，不导电，性能稳定.机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以用在风力发电叶片、工程车辆外壳、装饰娱乐用品、建筑工程、公共轨道交通、船舶游艇、体育休闲、汽车轻量化甚至航空航天、军事装备等多个领域。玻璃钢的应用前景非常广阔

玻璃钢的生产工艺多种多样，有各种手糊成型、抽真空袋压成型、内外模挤压成型等。但是一般都必须经过配料、成型、切边这几道必不可少的生产阶段。在这几个阶段中，由于树脂的挥发及玻璃纤维切割移动产生的粉尘，每个工序都对人体健康造成或多或少的一些危害。所以，在这些玻璃钢生产企业中，虽然员工的工资待遇在当地属于偏高水平，但是招工总是成为一个每年都会面临的难题。几乎每个企业每年都会面临一些用工荒。为缓解这个难题，采用工业机器人进行自动化生产成为企业的一种优先的选择。

在我们当地的玻璃钢企业中，部分技术水平较高、规模较大的已经在一些工序中进行了机器人的应用，其中最多的要数喷涂和切割这两道工序。

喷涂，一般是指胶衣喷涂。胶衣其实也是一种特殊的树脂，它的作用是给玻璃钢外表面提供一个保护层，以提高制品的耐候、耐腐蚀、耐磨等性能并给制品以光亮美丽的外观。

胶衣喷涂时，喷枪喷出的胶衣呈雾状，弥漫在整个封闭的喷涂车间中。操作工人不得不佩戴厚重的防护服，忍受著刺鼻的气味在喷涂室长时间工作，生产条件极端恶劣，严重威胁着人身健康。喷涂工人是最难招工的岗位之一。

而喷涂机器人的引进使用使胶衣喷涂实现了自动化生产，如图1。

2 机器人在复合材料制品生产中的应用

经实际应用和比较，喷涂机器人的使用具有以下优点：

2.1 使成型产品的制做效率和质量稳定性有了较大的提高

在效率上，一个熟练工人每分钟喷涂完成大约0.7平方面积的产品。但是机器人利用龙门支架和它的长臂每分钟大约喷涂1平方以上。在质量上，由于距离、角度、压力等参数稳定可靠，机器人喷涂的均匀性明显优于人工喷涂，极少出现色差、橘皮、流挂等问题。

2.2 避免恶劣环境对人身体造成伤害，降低了劳动强度

生产工人将产品推入喷涂室，可以快速定好位。然后回到控制室，启动机器人，利用编好的程序即可以自动在封闭的喷涂室进行喷涂作业。通过透明玻璃窗，操作工人用欣赏的心情观看操作过程，完全避免了有毒气液对人体产生危害。

2.3 有效的控制喷涂过程，减少了浪费

在实际作业中，大多数工人手工喷涂时，为了避免“露底”现象造成返工，总是习惯性的多喷涂，如多次重叠交叉，喷涂时间过长等。这就造成了材料的浪费。但是机器人则是严格按照程序作业，规范整齐的完成喷涂过程，减少了浪费材料的现象。

另一种机器人应用是用于自动化切割。玻璃钢制品在生产完成后，由于生产工艺要求，一般都会在四周残留有一些边角余量或者产品中存在一些需要后期切除的孔洞。这些原来多是手工使用角磨机进行切除。在工人进行切割过程中会产生大量带有细小玻璃纤维的粉尘。这些粉尘接触到人体，使人会感到一种针刺瘙痒的感觉。如果通过呼吸系统进入人体，则根本无法排出，危害更大。为避免引起职业病，在这道工序引入机器人操作成为一种优先的选择。

2.4 切割机器人的使用使操作环境和质量稳定性有了极大的提高

在质量上，即使是老工人切出的边缘也经常会出现偏差，或者少切，或者过切，或者扭曲、或者椭圆。但是机器人只需要在快速定位后，很快就能将一件制品完美的按照设计要求切割出来，与设计尺寸几乎完全一致，而且切口美观。

切割机器人同样可以使工人远离操作现场，改善了操作环境，避免了职业病的产生。

还有一个优势也是人工无法相比的。切割工具一般都比较重，人在长期工作后，很容易产生疲劳，极易导致不合格品的产生，也容易产生工伤事故。但是机器人则不会，可以连续昼夜施工，可以很快的处理工序的积压。

当然，机器人的使用在复合材料行业应用还不是很多，也是有一定的原因。造成这一现象的原因我认为有以下几点：

复合材料的品种多样，产品制作工序复杂而且批量较少。由于现有的生产工艺限制，一套模具一天只能生产几件甚至几天才生产一件产品。而目前现有的机器人由于技术水平限制，功能比较单一，只适合那些具有一定批量，工序较为单一的产品或者产品中的某个工序。应用范围受到很多限制。

对操作人员技术水平要求较高。操作工人要求具有电气、软件、机械等相关专业，会根据产品要求和三维图纸编制相关程序。而愿意从事这种行业的一线专业操作人员还不多。

管理人员观念陈旧。很多公司及车间管理人员接受新事物较慢。总是认为安装机器人前期投入较大，还要培训相关专门的操作人员，还要设计制作各种工装夹具。刚开始使用时，由于不熟练，生产效率也不如人工。懂的少、投入多、嫌麻烦、不熟练也是阻碍机器人推广的一个重要因素。

作为机器人设计生产单位，必须考虑以上用户的这些感受，尽可能的满足用户要求。比如，开发一人多用的机器人，既可以装上喷枪进行喷涂作业，也可以换上切割机进行切割作业，这样可以提高机器人利用率，降低前期投入成本。在智能控制上，可以和操作人员进行协作互动，机器人可以很容易的去做一些重复的、危险的、枯燥的工种，而工人投入到附加值更高且更有创造性的工序当中。

3 结语

机器人在复合材料行业中的应用有非常广阔的空间，也有非常庞大的市场。顾客的期望和需求，是促进机器人在复合材料行业发展，推动机器人企业前进的强大动力。值得我们去认真的研究和探索。endprint