机器人应用系统的再开发

发布时间:2010-07-13
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机器人应用系统的再开发

通过对机器人应用系统需求状况和机器人系统柔性设计的分析,结合实例展现首钢莫托曼机器人有限公司的机器人系统再开发技术,为机器人用户提供最全面的技术支持,实现资源再利用。

随着中国汽车工业的飞速发展,工业机器人的应用已经深入到汽车生产线及零部件生产制造的各个领域,可能大家首先想到的是工业机器人对汽车制造质量的可靠性保障和高生产效率。毫无疑问,质量和效率确实是工业机器人得到广泛应用的优势所在。

如果我们换个角度来思考,汽车及零部件厂何以能够得到持久稳定的生存和突飞猛进的发展,我们就必须考虑到汽车的市场需求导向,市场需求的变化意味着新车型的诞生,汽车只有不断地更新换代,才能满足各种不同需求和趣味取向的消费群体,新车型的生产制造就意味着汽车及其零部件厂对原有生产制造设备的追加或调整,如此一来,就对制造设备提出了“柔性制造”的要求。本文重点围绕“柔性制造”来分析工业机器人应用系统的再开发问题。

机器人如何实现“柔性制造”

工业机器人自身就是“柔性制造”设备的典型代表,体现在:

1. 同一台机器人可以同时具备不同工件对应的作业程序,从而满足多种产品混流生产的需要。

2. 机器人可以借助辅助工具轻松实现作业工具或用途的更换。在焊接机器人系统中,我们常见的有多个点焊钳的切换、焊接方法的切换等。

3. 为了满足生产需要,机器人的作业功能可以方便地追加。

除了机器人自身“柔性制造”特点的支持,机器人作业系统的设计方案也直接影响着机器人的“柔性”的特点。

1. 利用机器人作业程序的可操作性,可以灵活实现产品实现的工序策划,可以在一个完整的机器人工作站内实现产品的全流程,也可以由多个机器人工作站联合完成产品实现的全流程。通常,比较复杂的部件,如汽车的车桥和排气系统的生产制造,都不是一个单一的单作业用途的机器人工作站所能胜任的,对于一个全新的机器人策划方案而言,机器人系统制造商的设计经验和机器人应用功能软件的支持直接决定着产品实现过程的合理性、实效性、可操作性。

2. 机器人系统组成设备的设计上也要突出“柔性”。机器人工作对象更换时,如何以最少的追加投入、在最短的时间内开始新品的生产,是机器人用户必须考虑的问题。在这个环节,比较优越的设计可以为以后机器人的再开发利用创造有利条件,改造周期也会大大缩短。近几年,首钢莫托曼机器人有限公司(以下简称“首钢莫托曼”)在这方面做了大量的标准化设计工作,已形成比较成熟的技术,让很多客户受益匪浅。

3. 机器人系统设备的配备上也要突出“柔性”。对于一个机器人系统而言,设备的增加无疑会造成投资者的一次性投资成本增加,具体配备什么、不配备什么,我觉得可以从三方面灵活取舍:

(1)产品的特点。产品的更新如果不会带来产品结构形式大的变化,在设备配备上可以按当前产品进行针对性的配置。

(2)有无可能发生工作对象的变更,有无可能发生机器人用途的变更。对于后两种情况就要考虑以后设备改造所必须的配置,配置的额外投入暂时体现了成本的增加,但在以后的改造中可以有效地缩短改造周期,并大大地减少再投入费用。

(3)产量增加的可能性同样也要加以考虑。增产改造某种意义上对机器人系统的设计方案存在着制约,合理的设计方案会提供合理的系统改造方案。

机器人系统改造主要表现形式

工业机器人系统的设计依据除了机器人本身所具备的功能及技术参数外,用户的需求也是至关重要的。作为机器人系统的设计者,我们要做的是把用户对机器人系统的功能性、企业标准、生产纲领或其他特别要求转化为对应的设备或功能实现程序,也就是说,我们所选用的设备要与用户的要求一一对应。

对于机器人系统的再开发改造而言,我们要面对同样的问题,但其中的难度要比一个新的机器人系统的集成大得多,这是因为现有的资源未必是人们所擅长的,现场安装位置的局限性会增加追加设备的安装难度,诸如此类的问题都可能让系统改造商感到头疼。为了实现机器人系统的成功改造,系统改造设计者的经验起着关键性的作用。

通常,机器人系统改造的主要表现形式有:

1. 部分功能的追加:这是比较简单的机器人系统再开发形式,我们不需要对整个机器人系统进行调整,只需要追加相应的功能模块,就可轻松地实现。比如在1999年,首钢莫托曼成功地将上海汇众公司一个双机(两台机器人)独立焊接的机器人工作站改造成了双机能够协调作业的焊接系统,提高了焊接效率和焊接质量。

2. 部分设备的追加或改造:这是比较常见的改造形式,根据改造的要求,所追加的设备和功能模块也各不相同。比如,机器人的作业工位数量增加、机器人外部轴(变位机或机器人走行机)的追加、产品换型后夹具的追加、机器人作业功能的追加等。这种形式的改造工作量与初始机器人工作站的系统设计形式及配置有非常密切的关系,上文所提到的设计或配备上的“柔性”在此就可以得到明显的体现,设计或设备配备上预留得合理,就为机器人的改造再开发提供了比较方便的条件。

3. 整体设备的改造:这种形式的改造实际是利用原有的设备资源,根据新的作业要求而进行的重新设计,在系统布局、安装形式、设备组成或功能方面都有不同程度的调整。

机器人作业系统的改造实例分析

图1是首钢莫托曼承接的某汽车工厂内工件的上下片冲压件叠合压边工作系统。


图1  改造前的机器人作业系统布置图

在这个系统中,两台机器人承担着工件的搬运工作。从工艺上讲,该工序的后道工序为对压边后的工件的包边进行点焊,以加强两层冲压件的扣合强度。由于机器人的搬运节拍比较短,而压边机的工作节拍比较长,机器人的待机时间比较长,其效率不能得到很好的发挥。对这个系统改造的目的就是要充分利用输出侧机器人的待机时间,为其增加点焊用途。输出侧机器人周边设备的布置状况如图2所示。


 


图2  输出侧机器人作业区改造布置图

1. 工艺流程改变

改造前的工艺流程如图3所示,改造后的工艺流程如图4所示。


图3  改造前的工艺流程


  
图4  改造后的工艺流程

2. 功能得到扩展

机器人在这个作业系统中的功能由单一的搬运功能,变成了搬运与点焊的双重功能。事实上,就点焊工艺而言,由于该工件的特殊性要求在工件的外表面上不允许出现由加压力和电阻热造成的热压痕,所以这种点焊工艺有其很强的特殊性,点焊功能的追加实际上是一种特殊的点焊工艺的追加,为这个系统的改造带来了难度。

3. 电气控制系统的改造

机器人作业系统组成设备的追加,并且由于这个系统是整个工位中局部的改变,电气控制系统必须在保持原有控制原理的基础上进行改造,并且也要加入新功能的控制。

4. 改造系统的安装及调试

对于机器人系统的改造,在安装调试施工方面一般都存在比较大的难度,就此系统改造而言,主要体现在:

(1)在改造施工之前,设备一直处于正常运行状态,改造过程中一切任务都只能停留在计划中。

(2)在执行安装调试后,设备必须立即恢复到正常运行状态,这是汽车厂的生产纲领对施工提出的基本要求。

(3)由于工期有限,从设备进厂、到安装调试、再到试运行,每个步骤都必须有周密的进度计划,否则很难达到用户的生产要求。

结语

通过上文对机器人系统改造各方面的分析,我们不难看出,它的成功与否完全依赖于系统改造商的系统集成能力和机器人的技术水平。首钢莫托曼在承接新工程的同时,也成功完成了多个机器人系统的改造工程,在这个发展领域,积累了丰富的经验,贯彻了“用户至上,提供一流服务”的理念。  

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