Развитие промышленных роботов можно проследить до 1950-х годов. С развитием технологий и индустриализацией потребность в повышении производственной эффективности и снижении затрат на труд стала более актуальной, что стимулировало исследования и применение промышленных роботов. Промышленные роботы могут заменить человеческий труд в опасных условиях, таких как высокая температура, высокое давление, токсичные вещества и другие неблагоприятные условия. Они способны выполнять большой объем повторяющихся высокоточных задач за короткое время, не поддаваясь усталости или человеческим ошибкам. Развитие промышленных роботов повышает конкурентоспособность и инновационность предприятий, способствует промышленным модернизациям и технологическому прогрессу, а также движет традиционные отрасли к интеллектуализации и автоматизации.
Сварка занимает важное место в современном производстве. Традиционные методы ручной сварки связаны с тяжелыми условиями труда, высокой трудоемкостью и требуют квалифицированных операторов, что может представлять потенциальную угрозу для здоровья. Применение промышленных роботов для интеллектуальной сварки трансформирует жесткую модель автоматизированной сварки, обеспечивая гибкую и интеллектуальную автоматизацию сварки для мелкосерийного и единичного производства. Это революционное продвижение в области интеллектуальной сварки приводит к более стабильному качеству сварки, значительно улучшенным условиям труда и повышению производительности труда. Интеллектуальная сварка с использованием роботов широко применяется в таких отраслях, как производство автомобилей, строительство металлических конструкций, производство общего машиностроения, производство военной техники, производство строительной техники и аэрокосмическая промышленность. Особенно это полезно для массового производства и в опасных рабочих условиях, где сварочные процессы, оборудование и технологии становятся все более сложными.
1 Обзор применения промышленных роботов
Промышленные роботы — это интеллектуальные устройства, которые объединяют операции, схожие с человеческими, автоматическое управление, программируемость и способность выполнять задачи в трехмерном пространстве. Они состоят из манипуляторов, контроллеров, сервоприводных систем и датчиков, что позволяет им помогать человеку в выполнении монотонных, тяжелых и повторяющихся задач. Их адаптивность позволяет им эффективно функционировать в суровых внешних условиях без ограничений. С постоянным развитием технологий промышленные роботы все более активно применяются в различных отраслях, особенно в производстве.
В областях, где химические материалы представляют опасность для здоровья, таких как обработка, паллетирование и распыление, промышленные роботы предотвращают потенциальный вред для человеческих рабочих. Примерно 40% промышленных роботов в мире используется в производстве автомобилей, что делает роботизированные технологии основой для модернизации и автоматизации автомобильной промышленности.
Распространенные типы промышленных роботов в интеллектуальном производстве включают роботов для инспекции, сварочных роботов, роботов для транспортировки, распылительных роботов и роботов для шлифования. Роботы для инспекции измеряют размеры деталей, определяют цвета и формы, а также заменяют ручные проверки для обеспечения качества продукции. Сварочные роботы, наиболее широко используемые, применяются главным образом для сварки кузовных конструкций автомобилей и являются незаменимым автоматизированным оборудованием в автомобильной промышленности. Роботы для транспортировки используются для перевозки материалов, паллетирования и погрузки/разгрузки, что значительно снижает трудозатраты.
С интеграцией новых технологий, таких как облачные вычисления, большие данные, Интернет вещей (IoT), искусственный интеллект (AI), дополненная реальность (AR), виртуальная реальность (VR), 3D-печать, аддитивное производство и цифровые двойники, промышленная робототехника значительно повзрослела. Уровень автоматизации и интеллектуализации продолжает улучшаться, что способствует повышению производительности системы и расширению области применения промышленных роботов.
2 Интеллектуальная сварочная технология
Интеллектуальная сварочная технология использует компьютеры для имитации и улучшения человеческого восприятия, обучения, принятия решений и мониторинга, формируя интеллектуальную информационную систему, которая объединяет человеческий опыт с передовыми физическими системами. Она играет все более важную роль в современном производстве, сочетая искусственный интеллект, машинное обучение и автоматизацию для улучшения и оптимизации сварочных процессов.
2.1 Сенсорные технологии
Сенсорные технологии играют ключевую роль в интеллектуальной сварке, так как датчики собирают данные о сварке в реальном времени, такие как температура, напряжение, ток и скорость. Эти данные позволяют вносить корректировки в параметры сварки в реальном времени, обеспечивая качество и стабильность шва.
2.2 Технология машинного зрения
Технология машинного зрения помогает в обнаружении и идентификации сварных швов с использованием камер и алгоритмов обработки изображений. Она позволяет точно планировать путь сварки и отслеживать шов, улучшая точность и эффективность сварки.
2.3 Алгоритмы управления
Алгоритмы управления являются ключевыми для интеллектуальной сварки, позволяя вносить корректировки в параметры в реальном времени на основе данных с датчиков. Распространенные алгоритмы управления включают PID-управление, нечеткое управление и управление с использованием нейронных сетей, которые оптимизируют сварочные операции.
2.4 Технология искусственного интеллекта
Искусственный интеллект, включая глубокое обучение и обучение с подкреплением, улучшает сварочные системы, обучаясь на обширных наборах данных для оптимизации параметров и повышения качества и эффективности сварки. ИИ также обеспечивает интеллектуальное принятие решений и адаптивное управление сварочными процессами.
2.5 Облачные вычисления и Интернет вещей (IoT)
Облачные вычисления и Интернет вещей (IoT) способствуют удаленному мониторингу, обмену данными и контролю сварочного процесса в реальном времени, соединяя сварочное оборудование с облачными платформами. IoT улучшает обмен данными и сотрудничество между сварочными системами, повышая эффективность производства и гибкость.
2.6 Технология адаптивного управления
Технология адаптивного управления корректирует параметры сварки в реальном времени в зависимости от материала детали, её формы и условий сварки, улучшая стабильность системы и обеспечивая постоянное качество шва.
2.7 Технология интеллектуального планирования пути
Интеллектуальное планирование пути сварки оптимизирует маршруты сварки, минимизируя время и потребление энергии. Эта технология учитывает форму детали и углы сварки для повышения эффективности и точности.
2.8 Технологии анализа данных и прогнозирования
Технологии анализа данных и прогнозирования выявляют потенциальные проблемы сварки до их возникновения, снижая уровень дефектов и оптимизируя сварочные процессы с помощью анализа исторических и данных в реальном времени.
2.9 Технология виртуальной реальности
Технология виртуальной реальности (VR) моделирует сварочные процессы для проверки проектных решений и обучения операторов, снижая затраты на метод проб и ошибок и улучшая навыки рабочей силы.
3 Конкретные приложения промышленных роботов в интеллектуальной сварке
3.1 Системы сварки с несколькими роботами
Традиционные сварочные рабочие станции с одним роботом уже не удовлетворяют требованиям мелкосерийного, гибкого интеллектуального производства. Мульти-роботные системы повышают сложность задач, интеллектуальную операцию и гибкость системы. Исследования показали, что системы сварки с двумя роботами могут производить высококачественные рамы дизельных двигателей с высокой адаптивностью, стабильным качеством и высокой эффективностью, особенно в судостроении.
3.2 Оффлайн-программирование и симуляция
Методы оффлайн-программирования сокращают время обучения робота, одновременно улучшая формирование сварного шва. Исследования по многократной сварке соединений в виде V-образной канавки в судостроении привели к инновационным методам многопроходной сварки, которые значительно повышают эффективность.
3.3 Интеллектуальная сварка в производстве аэрокосмического оборудования
Роботизированные сварочные системы успешно применяются в производстве аэрокосмического оборудования, повышая точность и эффективность. Прогресс включает разработку оборудования для сварки плазменной дугой с переменной полярностью с 11 осями для сложных аэрокосмических компонентов, что позволяет осуществлять точную автоматизированную сварку компонентов космических аппаратов.
4 Будущие тенденции промышленных роботов в интеллектуальной сварке
С учетом продолжающихся технологических достижений промышленные роботы достигнут большего уровня автоматизации в сварке, включая автоматическое распознавание сварочных позиций, настройку параметров и выполнение операций с минимальным вмешательством человека. Будущие роботы будут обладать повышенной точностью, гибкостью и адаптивностью к различным сварочным задачам, поддерживая различные методы сварки, такие как сварка в среде защитного газа, дуговая сварка и лазерно-фрикционная сварка. Сотрудничество человека и робота также улучшится, благодаря интеграции сенсоров для лучшей настройки в реальном времени.
Роботы с искусственным интеллектом будут обрабатывать и анализировать данные о сварке для оптимизации параметров, постоянно обучаясь и адаптируясь для улучшения производительности. Расширяя области их применения, эти роботы будут дополнительно повышать эффективность, качество и интеллектуальность сварки.
5 Заключение
Промышленные роботы имеют огромный потенциал в сварке, улучшая эффективность, снижая затраты на труд и обеспечивая высококачественные, стабильные швы. Их роль в автоматизации повышает скорость производства и точность. Будущие исследования должны быть направлены на улучшение точности и стабильности роботов, разработку передовых сварочных материалов и повышение сотрудничества человека и робота. Кроме того, обеспечение безопасности и надежности роботизированных систем в промышленных условиях остается важной областью исследования.
