本文從工業機器人的規模化生產應用及要求、工業機器人的生產角色、機器人集成CNC數控生產系統的建立、智能工廠初步規劃等方面，由淺入深地探討了工業機器人在智能時代所起的重要作用及應用方向。

1. 工業機器人的規模化生產應用及要求

隨著“工業4.0”智能時代的到來以及《中國制造2025》的規劃，工業機器人作為其重要的構成要素，在生產制造過程中，如雨后春筍般大量涌現出來，并且在工業生產中扮演著越來越重要的角色。從因最初的企業“用工荒”為替代人力用于生產至今，工業機器人早已成為標準配置的自動化裝備，在生產的方方面面獲得了廣泛的應用，并成為工廠規模化生產過程中一道獨特的風景線。

隨著市場發展及技術進步，工業機器人在工廠應用的范圍越來越廣，實現的功能也越來越多。從替代直接生產人力，不知疲倦地完成簡單、重復的取放料動作，到目前從提升產品生產效率、工藝及品質入手，構建系統化運作平臺，在實現以智能工廠為代表的“工業4.0”時代進程中，工業機器人成為不可替代的重要生產軍。

目前， 工業機器人的生產應用已滲透到產品生產的各環節中，在既定的程序和范圍內，實現了產品的生產加工、取放、搬運等功能。然而，并非所有的生產環節都有必要投入機器人，機器人在投入生產應用前， 首先應進行全面的技術經濟效益評估，確保其生產應用，滿足以下幾點：

①應滿足產品的生產工藝要求和集成化設備的技術要求。②滿足生產負荷要求和安全防護要求。③機器人取放料動作時間應滿足生產節拍和生產效率的要求。④機器人抓取物料應滿足產品加工精度、外觀等品質要求。

2. 工業機器人的生產角色

工業機器人在生產應用領域不斷擴大，使生產對機器人不斷提出新的要求，從而推動了機器人技術水平的提高。同時，機器人性能與智能水平的提高也使得機器人不斷取代人在生產中的角色，廣泛地代替人從事各項生產作業，成為企業生產活動中的主要勞動力。工業機器人在生產中的角色，從代替人的大部分體力勞動，到部分腦力勞動，再不斷進化到集成自動化生產系統中，發揮著管理協調的作用。

孤立的機器人在生產中沒有任何實用價值。機器人在生產中的角色、作用實際上是根據生產內容、產品結構、工藝要求等因素，通過不同的末端執行裝置（手爪）結構和功能體現出來的，實現了上下料、裝配、加工、檢測及智能判定等各種獨立或復合的作業功能。

對于執行生產加工、產生產品附加價值的的工藝加工類機器人，其手爪整合了各類加工工具（焊槍、噴槍、刀具、砂輪及拋光輪等） ， 實現了焊接、涂裝、打磨、檢測、裝配等生產過程，在生產中承擔了主要角色，在工藝、精度、生產效率、品質等方面是不可替代的。然而，對于那些配合工作母機或其他自動化設備，或獨立實現取放料的輔助類機器人，其手爪的結構、功能較單一，在工藝、生產效率、品質等方面并沒有明顯的優勢，承擔了生產輔助工作，具有可替代性。目前，在生產各環節廣泛應用的工業機器人，約75%從事著簡單取放物料的輔助工作。因而，承擔生產配角仍然是目前工業機器人生產應用的主流。

如果說各類結構和功能的手爪使工業機器人游刃有余地在生產中發揮巨大的作用，那么，增設輔助機械裝置，將機器人裝在可移動的滑臺、導軌或滾輪上，使機器人擴大生產作業空間，無異于給機器人安上腿腳、插上翅膀，實現了一個或多個維度的移動，大大提高了機器人的工作能力和應用領域。

有了手和腳的機器人，再配置CCD、傳感器等視覺感應裝置，就如同給機器人裝上了眼睛和大腦，使其具有可視化、分析判斷及系統反饋等功能，在生產系統集成環境下，可實現分析判斷、故障處理、生產管理等智能工作。

因此，高效率的機器人末端執行裝置（手爪），不斷延伸機器人行動空間的輔助機械裝置，以及提升機器人的視覺、感知、檢測及分析等的智慧能力，是工業機器人在生產應用中地位和角色的重要體現。

3. 機器人集成CNC數控生產系統的建立

產品在CNC數控生產加工過程中，所需的人力角色較多，有CNC數控機床操作及取放料人員、檢測人員、物流人員、流動夾具的裝拆夾人員、維修保養人員、品質人員、生產技術及管理人員等。在這樣人工參預度較多的生產環境下，對管理協調的要求較高，產能、品質、成本等方面很容易受到因溝通協調不暢、不及時等不利因素的影響，造成浪費。因此，如何利用機器人和自動化設備改變目前不利的生產局面顯得尤為重要。

首先，從降低人力需求、減少人工參預度的角度，對產品的CNC數控生產工藝過程、車間布局、物流狀況等方面進行分析，對現有的人工作業方式進行動作時間分析研究。

在滿足現有的生產節拍和生產效率的基礎上，利用機器人模仿CNC操作及取放料人員的動作要求，替代CNC數控機床操作及取放料人員，開發機器人一拖二系統，如圖1所示，實現一臺機器人對應兩臺CNC數控機床，完成取放物料的過程。

當整個車間的直接生產人力全部由機器人一拖二系統代替時，物流人員就成為車間的主要人力。為了減少物流人力，同時降低機器人的生產投入，開發了機器人“一拖N”系統。