【正文】 輸出產(chǎn)品物料進料處理構(gòu)成特殊工藝檢查調(diào)整物料輸出產(chǎn)品圖2 裝配生產(chǎn)過程中的一部分組件在整個生產(chǎn)過程中是一個重要環(huán)節(jié)，因為這種操作活動是負責總的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時間的一個重要組成部分。勞動力最密集的行業(yè)之一的裝配成本的份額可占總生產(chǎn)成本的25％至75％。研究表明，組件的總制造成本中的勞動力成本的份額約45％為貨車發(fā)動機，機床的約55％，而約65％花在電氣設備上。零部件制造比裝配更加高度自動化，這就使成本中心項目更多的由零部件制造轉(zhuǎn)移到裝配。這主要是由于裝配過程中的復雜性也因裝配困難的產(chǎn)品設計，這就導致了很高的組裝成本。此外，組件的裝配占約20％至50％的產(chǎn)品生產(chǎn)時間。一方面，合理、自動化的裝配對減少生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時間提供了良好的機會。然而，成功取決于許多因素，如一個整體的產(chǎn)品要與組裝、營銷，產(chǎn)品規(guī)劃，產(chǎn)品開發(fā)，工藝規(guī)劃，生產(chǎn)控制和零部件制造（參見圖2）結(jié)合在一起。為了這個目的，工藝設計對一個裝配型的產(chǎn)品具有極其重要的意義。研究表明，設計成本只占約5％的平均制造成本，然而，設計卻對約70％的生產(chǎn)成本有影響。例如材料的選擇，不同部件形狀的不同，和/或一個部件具有各種功能。另一方面，合理化，自動化的裝配提供了機會，合理化和自動化的裝配對外部發(fā)展提供了條件，如增加產(chǎn)品的多樣性，更短的交貨時間，更短的產(chǎn)品生命周期（見圖1）。除了復雜的產(chǎn)品和工藝設計，機器人裝配系統(tǒng)的性能也取受到裝配系統(tǒng)及零部件制造之間的同步程度，末端執(zhí)行器和外圍設備的靈活性，以及系統(tǒng)配置的影響。在日本,大多數(shù)機器人裝配系統(tǒng)與美國和歐洲的系統(tǒng)相比有一個線路配置。除了歐洲和美國，日本人越來越偏好于機器人裝配系統(tǒng)，代替手工和機械系統(tǒng)。機器人裝配系統(tǒng)的應用領域最大的是日本機電工業(yè)（40％），其次是汽車業(yè)（27％）。機械手越來越多的設想應用在一些復雜的低中高生產(chǎn)量的產(chǎn)品最終產(chǎn)品的裝配。研究表明，機械手裝配可以完成年產(chǎn)量100000和600000產(chǎn)品組成，為小到中等規(guī)模的批量生產(chǎn)提供了良好的前景。機械手裝配單元的生產(chǎn)量是每小時約200和620之間的產(chǎn)品，一條裝配線每小時自動裝配約220和750之間的產(chǎn)品。經(jīng)驗表明，各種瓶頸仍然阻礙機器人裝配系統(tǒng)的廣泛應用。這些瓶頸包括：高的產(chǎn)品的復雜性和工藝設計，低質(zhì)量的產(chǎn)品部件的水平，以及對產(chǎn)品外圍設備的依賴。從德國355家自動化的裝配工藝公司的一項研究中，就出現(xiàn)了40％的公司有不適合的產(chǎn)品設計，30％的過于復雜，難以處理，25％的有太多復雜的裝配操作。這項研究證實了裝配設計（DFA）的重要性。第二個領域困難發(fā)生涉及有限精度的產(chǎn)品部件,使裝配過程不必要的復雜。這個問題可以通過在零部件的制造加工工藝優(yōu)化及配件的制造和裝配過程之間的同步來解決。零件制造為組件的集成也是一個選擇。第三領域的困難涉及機器人和外圍設備。這里的瓶頸是：1 有限加速減速的機器人：降低速度。2 手段不足：一方面是因為這些傳感器可靠性低，另一方面是因為機器人控制器的親密程度。整合復雜的傳感器的機器人裝配系統(tǒng)和機器人控制器的標準接口是一種通用的語言，不幸的是，尚未公布。3 有限的靈活性，夾持器和其他組件的工具：由于這些組件的依賴的產(chǎn)品裝置，末端執(zhí)行器的變化通常是必需的，而這要花費在一個周期平均的30％的時間。4 外圍設備有限的靈活性：這通常被看作是主要的瓶頸。外圍設備往往對產(chǎn)品有依賴性，影響了系統(tǒng)的靈活性。在這種方式中，沒有調(diào)整的機器人的靈活性高。5 有限的可靠性的外圍設備和單獨的系統(tǒng)組件的低可及性：產(chǎn)品的復雜性和系統(tǒng)配置對這些方面有極大的影響。這些瓶頸往往導致更高的資本消耗，以及更長的循環(huán)時間的裝配系統(tǒng)。產(chǎn)品，過程和系統(tǒng)設計之間的一致性和同步不足，經(jīng)常有問題出現(xiàn)。發(fā)展趨勢在過去的幾年中，眾多的DFA方法已經(jīng)發(fā)展到優(yōu)化產(chǎn)品設計，減少復雜的裝配工藝和裝配成本。這些都是基于兩個原則，即：避免裝配作業(yè)，簡化裝配操作。避免裝配操作是可以實現(xiàn)的，在其他事情上，通過模塊化的產(chǎn)品設計，消除部分功能集成。組件可以簡化操作，例如，以眾多的設計規(guī)則的考慮，如裝配方向（最好是從上到下），簡單的進料，處理和組成部分，以及裝配位置的可達性好。圖3顯示了變速箱裝配機械手的應用，它在執(zhí)行裝配操作。圖3 變速箱裝配機械手在裝配過程中，也有一些新的事態(tài)發(fā)展。特別是對零件裝配性能好的組合物，新加入的方法被應用，如：1 粘合；2 彈簧配件。在這種方式中，一種形成閉合和強力封閉連接可以起到作用；3 插入和標簽技術。在這方面，金屬或塑料零件的注射成型過程中模壓在一起除了在產(chǎn)品和工藝設計領域的發(fā)展，在前面提到的壓力下及外部發(fā)展的影響機器人在裝配系統(tǒng)領域的新發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了瓶頸（見圖1）。發(fā)展涉及機器人和發(fā)展的區(qū)域中的外圍設備，關于機器人的發(fā)展是：1 運動學和驅(qū)動器：新的配置，更輕的結(jié)構(gòu)，和新的驅(qū)動器系統(tǒng)以保證更高的速度和更高的精度。2 控制：日益更好地控制和編程設施，以及開發(fā)標準接口，用于與環(huán)境的相互作用，以及更高層次的通信與控制系統(tǒng)，也越來越多地應用于CAD和仿真系統(tǒng)離線編程的機器人裝配系統(tǒng)。3 傳感器：光學和觸覺傳感器領域的新的發(fā)展提供了良好的機會，以提高裝配過程中的可控性。4 末端效應器：新的發(fā)展是在該領域的裝配工具和夾具。尤其是集成光學和觸覺感應器，以及機械接口在該領域的發(fā)展，提供靈活的外圍設備，組裝在一個系統(tǒng)中的各種產(chǎn)品系列的連貫性。在外圍設備的領域新的發(fā)展是：1 可編程送料系統(tǒng)和雜志，其中一個以上的類型的部件可用于發(fā)展。2 用于放置的零件和質(zhì)量檢查的集成外圍設備中的傳感器。3 日趨小型化，普遍性，和模塊化的系統(tǒng)組件。4 自動導引車（AGV的運輸系統(tǒng)）的應用。這些發(fā)展是由機器人制造商和技術研究機構(gòu)特別發(fā)起，而從工業(yè)工程的角度來看，主要集中在新策略，高效的系統(tǒng)布局的發(fā)展，使各種小批量和低產(chǎn)量變體產(chǎn)品裝配成本有效降低。圖4了總結(jié)了機械手的發(fā)展瓶頸和發(fā)展趨勢。瓶頸沒有足夠的可靠性和集成 復雜的傳感器機器人速度有限復雜的裝配操作很難組裝的組件產(chǎn)品設計新的連接方法新的機器人配置和驅(qū)動系統(tǒng)更好地控制和程序工具標準的接口方法在CAD的幫助離線編程與和模擬系統(tǒng)光學和觸覺傳感器發(fā)展趨勢集成傳感器的柔性效應可編程的進料系統(tǒng)及雜志在外圍設備中集成傳感器小型化，通用性和模塊化的系統(tǒng)組件AGV運輸系統(tǒng)中的應用新的布局策略封閉性與機器人控制器的標準化不足外圍設備的靈活性有限靈活的效應有限可靠性低的系統(tǒng)組件和難以訪問的系統(tǒng)組件圖4 用機械手裝配的瓶頸和發(fā)展的趨勢參考文獻[1] Rampersad, ., Integrated and Simultaneous Design for Robotic Assembly, John Wiley, Chichester, November 1994.[2] Rampersad, ., “A concentric design process”, Advanced Summer Institute in Cooperative Intelligent Manufacturing Systems, Proceedings of the ASI 94, Patras, Greece, June 1994, pp. 15865.[3] Rampersad, ., “Integral and simultaneous design of robotic assembly systems”, paper presented at the Third International Conference on Automation, Robotics and Computer Vision, Singapore, November 1994.[4] Boothroyd, G. and Dewhurst, P., Design for Robot Assembly, University of Massachusetts, Armherst, 1985.[5] Schraft, . and Baessler, R., “Possibilities to realize assemblyoriented product design”, Proceedings of the 5th International Conference on Assembly Automation, IFS, Paris, 1984.[6] Rampersad, ., “The DFA house”, Assembly Automation, Vol. 13 No. 4, December 1993, pp. 2936.[7] Drimmelen, ., Rampersad, . and Somers, ., “Simulating robotic assembly cells: a general model using coloured petri nets”, Proceedings of the International conference on Data and Knowledge Systems for Manufacturing and Engineering, Hong Kong, May 1994, pp. 36882.19