机器人在日本汽车工业中的应用(ZT)

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导读:机器人在日本汽车工业中的应用 [摘要][/b] 概述日本汽车工业中的机器人应用。汽车工业依旧是日本工业机器人市场的主要用户行业。然而,近年来,日本汽车工业订货的工业机器人数量只占1991年高峰年份的60%左右。这反映了日本国内经济不景气和对日本国内汽车生产的资本投资低。机器人在日本汽车工业制造过程中的应用看来似乎已达到或接近饱和状态。预期不会出现大量应用前景,要很快改变这一状态似乎是不大可能的。   概述 [/b]   根据日本机器人协会(JARA)于1998年4月发表的一份调查报告,对日

机器人在日本汽车工业中的应用


[摘要][/b] 概述日本汽车工业中的机器人应用。汽车工业依旧是日本工业机器人市场的主要用户行业。然而,近年来,日本汽车工业订货的工业机器人数量只占1991年高峰年份的60%左右。这反映了日本国内经济不景气和对日本国内汽车生产的资本投资低。机器人在日本汽车工业制造过程中的应用看来似乎已达到或接近饱和状态。预期不会出现大量应用前景,要很快改变这一状态似乎是不大可能的。


概述 [/b]


根据日本机器人协会(JARA)于1998年4月发表的一份调查报告,对日本自动化工业中的机器人应用情况有以下一些结论。


如图1所示,与电气/电子工业一样,汽车工业依旧是日本机器人的最大市场之一,从1988年到1999年,日本汽车工业中的机器人累计总数为107,326台,占同期日本国内机器人市场发货总数22%。工业机器人销售量逐年增长一直持续到1991年。该年日本国内的机器人总销售量达16,166台。然而,由于所谓“泡沫经济”的破灭,汽车工业的机器人销售量大幅度下跌。1994年仅为6,078台,只占高峰年份的38%。一方面,这反映了日本投资不振;另一方面也反映了日本在尽力压缩汽车生产量。不用的闲置机器人被用于其它地方。从而使这些部门拖延了去购置新的工业机器人。此后几年,我们也看到一些恢复迹象。然而,估计销售量在历史上最高年份的60%左右(图2)。在可以预期的将来,预计有相当数量的机器人要‘退役’(退役年限估计是使用了12~15年)。然而,要很快恢复向日本汽车工业大量销售机器人,看来是不大可能的。


机器人在日本汽车工业中的应用(ZT)


图1 日本国内工业机器人市场划分(1988-1997)[/b]


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机器人在日本汽车工业中的应用(ZT)


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图2 历年来,销售给日本汽车工业的工业机器人数量 [/b]


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生产技术变化 [/b]


在“泡沫经济”年代,日本汽车工业制造商大量进行资本投资,以便扩大其生产能力。他们相信不断扩大的日本市场,并且担心在不久的将来可能出现劳动力严重不足。他们在诸如“即时采购零件”,“最少在制品储存”,“紧密地连接生产单元”等概念基础上,着眼于使大量生产非常有效率的自动化系统,安装了许多工业机器人,以代表人工劳动力(在那时,一般认为花费约4,000万日元买一台机器人来代替一个三班制的人工劳动力是值得的)。丰田Tawara工厂或马自达防府工厂是当时日本最先进的汽车工厂的典型例子。


自从“泡沫经济”破灭后,表明了这些新装的设备不能充分满足广泛范围内变化车型的小批量柔性生产要求。汽车制造商也意识到,在这些自动化工厂内缺乏工人的劳动自觉性。现在,他们正在试图探索一条协调工人和自动化设备的途径。丰田九洲工厂是一个很妤的例子。该厂的装配生产线分成几个松散连接的单元,使各个单元之间能实现在制品存储;将更多的注意力放在减少工人的体力,而不是仅仅注重劳动的机械化,其最终结果是使用较少的机器人。


为了能重新获得全球的竞争能力,日本汽车制造商也在探讨在海外生产


汽车的各种方案。例如,将来的生产线将包括许多生产单元以代替过去通常所用的一条单独的生产线。


近来,模块化生产方案是有关这些方面论题的最为经常讨论的话题之一,而且很可能在不久的将来予以实施。


我们将会看到在汽车生产系统中的一系列变化。这些变化或多或少会影


响到今后工业机器人在这行业中的应用。


应用分析 [/b]


表1表示日本汽车工业历年来(1988-1997)累计安装的情况分析。弧焊机器人依旧占最大应用份额(26%);点焊次之(20%);其余占一半以上工业机器人用于各种各样不同的生产作业,门类繁多,这要比海外同行的应用范围大得多。激光焊接在日本并不普遍(在日本的汽车工业中,近90%的激光器用于工件切割)。


目前在日本汽车工业中,机器人用于上料/卸料相对来说占很大数量(15,403台)。然而,这里要提醒读者的是,JARA的统计数字往往偏大。它包括简单的“拾-放型”机械手。其它国家通常并不将它作为工业机器人。


在模压成型机器人卸料方面,JARA提供的数字为805台。数量出乎意料的少。这并不反映实际安装的模压成型用机器人数量。这是因为,有相当数量的模压机器人是在塑料加工机器部门统计的。


与1991年的数字相比,1997年,物料搬运是日本唯一增长的机器人应用领域(从835台增长到1,119台)。


表1 日本汽车工业中按应用分类的机器人/机械手安装数量 [/b]


[/b]


数量 [/b]


百分比 [/b]


弧焊 [/b]


28,235


26.30


点焊 [/b]


21,787


20.30


上料/卸料 [/b]


15,403


14.40


装配 [/b]


10,780


10.0


物料搬运 [/b]


6,496


6.10


铸造 [/b]


5,532


5.0


冲压 [/b]


2,962


2.80


喷漆 [/b]


2,568


2.40


其它 [/b]


13,563


12.70


总计 [/b]


107,326


100.00


新技术


[/b] 目前,在工业机器人领域中,看不到有明显的创新。如上所述,工业机器人应用似乎已达到或接近饱和,很难找到新的应用。然而,目前名种不同的支持技术业已成熟可供利用,极大地有助于现有的应用。例如,值得指出的是,由于将处理速度更高的微处理器引入至机器人控制器,从而显著地提高了机器人运动控制性能,使机器人制造商能将诸如减振算法、前馈控制、预测算法等先进的现代控制理论嵌入到机器人控制器内。更精确的定位/定轮廓、更高的移动速度、更短的调整时间,即使在刚性低的机器人结构中也能达到无振动的运动等特性,都有助于生产率的提高。


对于点焊应用来说,目前已广泛采用电驱动的伺服焊枪。特别是,丰田公司已决定将这种技术作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。据本田公司称,用这种技术可以提高焊接质量,因而甚至试图用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。据富士电机报导,该公司最近推出一种高度低的点焊机器人,用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起,共同对车体上部进行加工,从而缩短了整个焊接生产线长度。


目前,用二台机器人协调工作进行弧焊已相当普遍。此时,一台弧焊机器人焊接工件,而另一台夹持机器人夹持工件,从而可以不必为特殊工件专门设计成本高的专用夹具,并能保持最佳的焊接压力。目前,丰田公司已开始使用能焊接0.6mm厚的薄钢板(间隙2mm)的弧焊机器人。由于这种弧焊机器人能从钢板一侧进入到焊接位置而不必象点焊机器人那样需要从钢板两侧进入到焊接位置,因而将优先取代某些点焊作业。


目前在日本,激光焊接还不普遍。然而,柔性本体生产线(FBL)方案的应用已日益增多。在这种场合,各种形状的钣金件都是激光焊接的,以形成车体的钣金件。预计今后激光在汽车工业中的应用会日益增多。


由于运动控制性能的提高,一些新应用已变得可能。一个例子是油箱的线焊。为了焊接油箱的接缝,采用特殊的焊机,专门设计用于特定的油箱形状。由于油箱形状变得越来越复杂,以便能装入到车体内的有限空间内,因而要求机器人的工作尽可能满足这一任务的需要。过去,要实现这一任务的困难之处在于很难保持一种恒定的线焊速度(三维空间内的切向速度)。新的机器人控制器已使这一目标的实现成为可能。配料应用也能从这一技术中获得好处。


现在,JARA正在试图在各个机器人制造商的机器人之间建立一种标准的通信系统。很可能,汽车工业从这种标准中得益最多。就控制网络而言,日本汽车工业中最普遍的总线是Device-Net;而丰田则采用其自已制定的ME-Net;日产采用JEMA-Net(日本电机工业会网)。


在日本汽车工业中是否会实现通信系统的标准化,目前还不确定。另一方面,日本机器人制造商提出了一种‘现实机器人仿真’(RRS)兼容软件接口。因此,目前日本汽车制造商(尤其是对于点焊应用)通过诸如RoBCAD,I-Grip等商用仿真软件,可以作出各种机器人的动态仿真.

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