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中国工程院院刊▲前沿研究丨工业机器人在智能制造中的角色( 三 )


（五）工业自动化逐步进展
工业自动化系统的建立通常不是一步就能到位 ， 而是要从初步模块尝试成功后 ， 再经历数代的改善提升才能达到高性能、高可靠性的自动化工厂 。 从每次提升中所获得的知识再帮助整体自动化系统的设计优化 ， 最终达到整厂自动化 。 在开发一般自动化设备时 ， 也会先从一个单工站做起 ， 有了制程经验后延伸多个工站进而连接成一条自动化生产线 ， 取得更高的生产效益 ， 然后 ， 多条自动化生产线与自动化物料输送整合 ， 构成完整的生产楼层以达到“熄灯工厂”（lights-outfactory）的阶段 。 这样的模式也不会永远不变 ， 持续地调整及优化将会使得自动化车间克服更多不同的新挑战 ， 向智能化迈进 ， 从而提升竞争力 。
（六）柔性化、再利用、快速爬坡的挑战
在智能制造领域里 ， 柔性化、设备再利用的能力以及应对产能快速爬坡的挑战会持续不断地出现 。 所谓智能制造也就是要务实运用智能化来解决各个阶段产生的挑战 。 在构建工业3.0模式自动化系统时 ， 标准的做法是使用运动模块 ， 加上输入/输出传感器以及驱动器搭配PLC来达成自动控制 。 在未来加入智能CMIDAN+机器人后 ， 达到柔性化、设备再利用以及应对快速爬坡的目标 。 新的模式将会增加模块的重复使用率 ， 并减少非标设计 。 模块化可以提供智能的能力以及快速执行所带来的机会 。 工业机器人实质就是柔性化模块的代表 ， 这对设备再利用以及应对快速爬坡的挑战是必然的趋势 。 因此 ， CMIDAN技术和机器人技术的结合可以推动智能制造 ， 并进一步扩展到智能生活 。
二、工业界的机器人在智能制造中扮演的角色
正如机器人之父JosephF.Engelberger所说的：“只能做一件事的自动化机器并不代表机器人 ， 机器人应该具备处理工厂里广泛任务的能力 。 ”随着控制、驱动和传感技术的进步 ， 机器人可以处理的工作范围不断扩大 。 但是 ， 成功的应用必须由经济学驱动 。
（一）十年磨一剑 ， 机器人需持续升级
机器人之父JosephF.Engelberger与搭档GeorgeDevol在1959年推出了世界上第一台工业用机器人Unimate ， 用在美国新泽西州特伦顿（Trenton,NewJer-sey）的铸铁件工厂做上下料移载 。 这项新技术吸引了通用汽车(GeneralMotors）的注意 ， 进而其尝试用机器人来进行车身的点焊工作 。
这项应用开发了10年之后 ， 1969年 ， 汽车行业首次大量导入17台Unimate机器人用于美国俄亥俄州Lordstown的汽车工厂作车身点焊 ， 这10年付出的努力终于达成了这个重要里程碑！后续也推广到其他厂区 。 然而 ， 业界的竞争者也没有停歇 ， 12年之后 ， 到了1981年 ， 具备高机动性与易维护的电动马达机器人已比油压式的Unimtae更受欢迎 。 Unimate机器人最终在汽车点焊领域内消失了 。 时至今日 ， 汽车点焊行业门坎已提高 ， 已经发展成为一项系统性的产业 。 这样的经历告诉我们 ， 不能沉溺于产品初期的成功 ， 所有行业都必须持续不断地创新 。 即便是行业巨人 ， 也只有不断地进步才能留在战场上 。
（二）PUMA——一款隐退的机器人 ， 延续了40年的老传奇
1977年 ， Engelberger收购了Vicarm ， 一家由VictorScheinman创立的公司 ， 该公司生产由小型机控制的电动机器人手臂 ， 并将其更名为UnimationWest 。 他进一步将Vicarm的设计发展为一款机器人 ， 命名为可编程通用机器装配（programmableuniversalmachineforassem-bly,PUMA） 。
相较于Unimate ， PUMA用的是电动马达及微电脑处理 ， 其体积小且灵活 ， 被试验用于组装的制造过程 。 PUMA同时也与各类视觉系统及自动流水线连接 ， 执行流水线追踪与拣包的工作 。 这类机器人与视觉整合的智能应用成为多年来机器人研究开发的标准课题 。 PUMA也成为教科书上机器人操作与控制的经典范例 ， 其运动学上的设计在往后的40年间仍然蔚为风潮 。


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