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【綜述】工業(yè)機(jī)器人在家電行業(yè)的應(yīng)用
【綜述】
工業(yè)機(jī)器人在家電行業(yè)的應(yīng)用
當(dāng)中國家電行業(yè)經(jīng)歷了2014年的企業(yè)持續(xù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)深化調(diào)整及渠道變革之后，2015年又成為智能制造的關(guān)鍵年，家電集團(tuán)企業(yè)如海爾、美的、格力、格蘭仕及其他各細(xì)分領(lǐng)域的家電企業(yè)紛紛聚焦工業(yè)機(jī)器人。究其原因，隨著人力成本的快速上升、人口老齡化及新生代勞動人口對工作環(huán)境的要求日益提高，造成家電行業(yè)普遍出現(xiàn)用工成本高、招工難、一線員工流動頻繁等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅攀升，產(chǎn)品品質(zhì)難以保障。隨著家電產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，智能化、小批量、定制化等行業(yè)特色呼之而出，在銷售價格競爭激烈、利潤空間越來越小的當(dāng)前，改革勢在必行。
家電企業(yè)提高競爭力一般有兩種方式，一是提高產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計能力，增強(qiáng)產(chǎn)品附加值；二是提高生產(chǎn)效率。近幾年，很多以外資為代表的生產(chǎn)企業(yè)將制造基地轉(zhuǎn)移到東南亞或者其他勞動力成本更為低廉的國家。而對于我國家電制造企業(yè)而言，使用“機(jī)器換人”成為必然選擇，否則將難保持競爭優(yōu)勢而終被淘汰。過往，昂貴的進(jìn)口機(jī)器人和生產(chǎn)線主要在汽車等少數(shù)行業(yè)使用，傳統(tǒng)低附加值的家電行業(yè)等制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用比例偏低，很大程度上制約著國內(nèi)家電業(yè)自動化程度的提高。從2012年起，我國以沈陽新松、廣州數(shù)控、埃夫特等為代表的國產(chǎn)機(jī)器人快速發(fā)展，將其高性價比的產(chǎn)品和服務(wù)快速應(yīng)用到家電、五金衛(wèi)浴、機(jī)械制造等行業(yè)，已經(jīng)取得初步成效，能夠為家電行業(yè)大規(guī)模智能制造提供技術(shù)保障。因此，如何結(jié)合家電行業(yè)特點，推動工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和家電產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，已成為當(dāng)前家電行業(yè)提升制造水平的熱點話題。
一、 家電行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及特點
家電行業(yè)對機(jī)器人需求的快速增長，受到全球機(jī)器人供應(yīng)商的高度關(guān)注，空調(diào)、冰箱、熱水壺、電飯鍋、熱水器、電視機(jī)、洗衣機(jī)等產(chǎn)品整機(jī)及零部件生產(chǎn)均可利用工業(yè)機(jī)器人。以海爾、美的、格力等為代表的具備戰(zhàn)略眼光的家電企業(yè)已經(jīng)在考慮利用工業(yè)機(jī)器人對生產(chǎn)過程進(jìn)行智能化再造以提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，提高競爭力。目前，海爾與現(xiàn)代、美的與川崎、格力與那智不二越都已建立戰(zhàn)略合作關(guān)系。隨著國產(chǎn)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用日益成熟，國內(nèi)已有幾家企業(yè)也紛紛進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，如廣州數(shù)控自2006年規(guī)劃研制工業(yè)機(jī)器人，經(jīng)過9個年頭，借助自身積累的控制器、伺服驅(qū)動、伺服電機(jī)產(chǎn)品基礎(chǔ)，已完成系列化的全自主開發(fā)，產(chǎn)品負(fù)載覆蓋了3~200kg，功能包括搬運(yùn)、沖壓上下料、焊接、碼垛、涂膠、打磨拋光、切割、噴涂、分揀、裝配等,其工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品已進(jìn)入了海爾電器、新寶電器、志高空調(diào)、格蘭仕、方太廚具等眾多家電企業(yè)，形成了很好的應(yīng)用示范效果，具備了為家電企業(yè)進(jìn)行智能化改造的技術(shù)實力。
家電行業(yè)的生產(chǎn)特點：一是規(guī)模化生產(chǎn)，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低生產(chǎn)成本。即便是如今產(chǎn)品追求個性化的時代，家電產(chǎn)品很多零部件也是可以批量化生產(chǎn)，這非常符合工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的基礎(chǔ)；二是生產(chǎn)效率要求非常高，時間節(jié)拍比汽車行業(yè)更快。有專家分析，家電行業(yè)與汽車行業(yè)的最大區(qū)別是一條汽車生產(chǎn)線每天生產(chǎn)幾百臺汽車，節(jié)拍以分鐘來計算;一條家電生產(chǎn)線每天可生產(chǎn)幾千臺產(chǎn)品，節(jié)拍以秒來計算，標(biāo)準(zhǔn)家電生產(chǎn)線要求機(jī)器人的節(jié)拍是15秒，這對機(jī)器人來說是很大的挑戰(zhàn)。因此，單從節(jié)拍考慮，家電行業(yè)比汽車行業(yè)要求更高，在生產(chǎn)線上使用機(jī)器人也更難實現(xiàn)；三是制造工藝涉及面廣、工藝裝備多、材料的品種和規(guī)格繁多、制造精度要求高等。
較之通用機(jī)械行業(yè)，家電制造業(yè)有其獨特的特點，主要有以下幾點：
（1）工藝涉及面極廣。涵蓋機(jī)加工、冷沖壓、塑料壓制、絕緣處理、電阻焊接、電器元件熱處理、彈簧制造、電鍍等工藝。
（2）制造工藝裝備多。包含機(jī)加工裝備，沖壓機(jī)床，熱處理設(shè)備以及相關(guān)的工、量、卡具和模具等。電器制造都是大批制造，一般來說，工藝裝備越多，產(chǎn)品質(zhì)量越穩(wěn)定而生產(chǎn)效率越高。
（3）材料的品種、規(guī)格繁多。在電器制造中，采用的材料品種規(guī)格可達(dá)數(shù)千種，有些材料不僅要有良好的機(jī)械性能，還需要有良好的導(dǎo)磁、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，對另外一些材料又要求有很高的絕緣強(qiáng)度和耐導(dǎo)弧性能，另外還對材料提出了耐磨、耐化學(xué)、耐腐蝕等苛刻的要求，所有的材料都要求有良好的工藝性。
（4）制造精度高。低壓電器在工作過程中，不僅有簡單的機(jī)械運(yùn)動，同時還有一系列的電、熱、磁能的能量轉(zhuǎn)換。因此，對于電器零件，不僅要求有尺寸、幾何形狀和位置的精度，還要考慮零件及零件材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁、滅弧、絕緣等性能對產(chǎn)品特性的影響。零部件的精度等級必須滿足產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的要求。如：觸頭壓力、接觸電阻、動作參數(shù)、動作時間、溫升等。
就工藝適合性而言，機(jī)器人比較適合應(yīng)用在對工藝規(guī)范性要求嚴(yán)格、簡單重復(fù)性動作的工序崗位;就與機(jī)器人配套使用的設(shè)備而言，機(jī)器人適合用于要求可靠穩(wěn)定性高、瞬停故障極低的場合，以確保整體運(yùn)行效率;就使用空間而言，機(jī)器人適合在設(shè)備布局寬松的空間下使用(常用機(jī)器人使用時占據(jù)的空間較大，而且需要配置安全防護(hù)欄);就加工產(chǎn)品而言，機(jī)器人適合用在對產(chǎn)品一致性要求較高且配套設(shè)備或生產(chǎn)線具備工件定位一致的場合;就運(yùn)行節(jié)拍而言，在較大負(fù)載或所在設(shè)備群工序較多的情況下，機(jī)器人適合使用在對運(yùn)行節(jié)拍要求不高的使用場合。
由于家電制造的制造技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人的上述特點，目前，搬運(yùn)、沖壓、焊接、涂膠、包裝碼垛、裝配等類型機(jī)器人仍然是家電行業(yè)機(jī)器人的主流，其他像焊接、涂裝機(jī)器人應(yīng)用并不多。而且，機(jī)器人更多應(yīng)用于家電生產(chǎn)線的前端和末端，在整個生產(chǎn)線上廣泛應(yīng)用還沒有大規(guī)模實現(xiàn)。
二、 家電企業(yè)生產(chǎn)智能化的路徑選擇及典型應(yīng)用案例
在互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)的時代，家電企業(yè)首先要做智能產(chǎn)品，來提高產(chǎn)品附加值和迎合消費需求；然后，家電企業(yè)實現(xiàn)制造過程智能化，減少人力成本，提高作業(yè)效率。家電企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)智能化有幾種方式，一是對于有綜合實力的大家電企業(yè)，自主研發(fā)機(jī)器人，并應(yīng)用在自己的生產(chǎn)線上，比如格力電器，美的和安川合作成立機(jī)器人公司；二是外購工業(yè)機(jī)器人，公司內(nèi)部設(shè)立自動化部門，專門研究公司內(nèi)家電生產(chǎn)制作工藝程序，初期以引進(jìn)外部自動化集成公司進(jìn)行技術(shù)改造，通過學(xué)習(xí)后，自己進(jìn)行技術(shù)改造；三是更多的中小企業(yè)，選擇直接購買機(jī)器人設(shè)備由集成公司進(jìn)行技術(shù)改造。
由于家電制造的規(guī)模化和生產(chǎn)節(jié)拍要求的特點，工業(yè)機(jī)器人在家電制造的應(yīng)用主要從能規(guī)模替代人工的工序崗位開始，比如沖壓、搬運(yùn)、包裝碼垛等工序崗位，這些崗位的替代具有比較明顯的減少人工的應(yīng)用效果。而實現(xiàn)生產(chǎn)智能化一般又可以分為工作單元、工作島、柔性自動化生產(chǎn)線、無人車間、智慧工廠等幾個階段。(1)工作島主要是指單對單聯(lián)動機(jī)加、單對多聯(lián)機(jī)加工；(2)柔性制造系統(tǒng)（FMS）主要指基于網(wǎng)絡(luò)控制的柔性機(jī)加線，應(yīng)用PLC控制平臺，通過工業(yè)以態(tài)網(wǎng)總線方式，將多臺機(jī)器人、多臺數(shù)控機(jī)床及其輔助設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組線，按節(jié)拍有序自動生產(chǎn)；根據(jù)生產(chǎn)工序要求規(guī)劃，將多個柔性自動化生產(chǎn)線通過總控制調(diào)度平臺、AGV小車等銜接起來，形成整個車間的智能化生產(chǎn)，實現(xiàn)無人車間；(3)而智慧工廠是在無人車間的基礎(chǔ)上，整合銷售、生產(chǎn)、采購、物流等系統(tǒng)，根據(jù)客戶需要進(jìn)行定制化生產(chǎn)，實現(xiàn)智慧生產(chǎn)模式。目前，我國的家電制造智能化改造主要在于工作單元、工作島或者柔性生產(chǎn)線階段，逐步過度到無人車間。
例如，廣州數(shù)控與新寶集團(tuán)、海爾冰柜、志高空調(diào)等家電企業(yè)形成戰(zhàn)略合作，共同研究機(jī)器人應(yīng)用集成技術(shù)，促進(jìn)雙方互相融入各自產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。以下介紹工業(yè)機(jī)器人在沖壓、包裝碼垛等常用工序上的應(yīng)用。
1、工業(yè)機(jī)器人在家電鈑金沖壓工序上的應(yīng)用
家電制造中有大量的沖壓需求，比如電熱水壺的殼體、電飯鍋的內(nèi)膽等等，這些崗位工藝節(jié)拍要求很高，一般在10s左右，而且用工需求非常大，工人的工作強(qiáng)度非常高，利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行沖壓的上下料成為很好的選擇方式。需要指出的是，單個機(jī)器人相比單個人工，在速度上并不占優(yōu)勢。但是當(dāng)由若干個機(jī)器人與相應(yīng)設(shè)備組成整個生產(chǎn)線的時候，工業(yè)機(jī)器人的節(jié)拍優(yōu)勢就發(fā)揮出來了，而且生產(chǎn)線不用停工，24小時生產(chǎn)。
如下圖所示，該應(yīng)用方案為廣州數(shù)控為順德一家世界知名小家店企業(yè)設(shè)計實施的電熱水壺殼體精沖生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由一臺GPC總控制平臺調(diào)度11臺工業(yè)機(jī)器人配合10臺沖床進(jìn)行沖壓上下料，保證整條生產(chǎn)線各設(shè)備有序配合，每日工作10小時可達(dá)到產(chǎn)能4000個，比人工產(chǎn)能提高60%。
2、機(jī)器人在包裝碼垛線上應(yīng)用
產(chǎn)品打包后進(jìn)行碼垛也是家電企業(yè)的重要應(yīng)用，對于大型家電，比如空調(diào)、冰箱、電視機(jī)等，由于其重量大，裝箱依靠人工搬運(yùn)，勞動強(qiáng)度太大，因此，利用碼垛機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)裝箱是很好的應(yīng)用。如下圖是廣州數(shù)控為廣東志高空調(diào)的空調(diào)裝箱設(shè)計的自動化線，該生產(chǎn)線由一臺120kg碼垛機(jī)器人，將流水線上的空調(diào)搬運(yùn)到裝箱底座上，然后進(jìn)行包裝，節(jié)省了勞動工人，降低了工作強(qiáng)度，生產(chǎn)節(jié)拍完全達(dá)到用戶要求。
三、小結(jié)
作為新興產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，起步晚于家電產(chǎn)業(yè)，無論制造工藝水平、控制系統(tǒng)，還是集成應(yīng)用經(jīng)驗；無論技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成熟度，還是專業(yè)人才的缺少，都制約當(dāng)前的發(fā)展速度，尚需在摸索中尋求進(jìn)步。但我們相信，工業(yè)機(jī)器人將推動家電產(chǎn)業(yè)走向自動化、無人化、更高附加值、更具創(chuàng)新的制造業(yè)。我們也相信，家電行業(yè)將加速工業(yè)機(jī)器人國產(chǎn)化、規(guī)模化應(yīng)用的進(jìn)程，兩者的深度融合，對于提高中國家電制造業(yè)的綜合競爭力，普及推廣應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人都具有重大意義。
作者：蔣米仁，涂家金，廣州數(shù)控設(shè)備有限公司
