機器人推動再制造升級

1、 機器人推動再制造升級 讀而思人們對工業(yè)再制造日趨重視起來。通過對廢舊產(chǎn)品實施高技術(shù)修復(fù)和改造，對損壞或?qū)髲U的零部件，在性能失效分析、壽命評估等分析的基礎(chǔ)上，進行再制造工程設(shè)計，采用一系列相關(guān)的先進制造技術(shù)，使再制造產(chǎn)品質(zhì)量達到或超過新品。經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國工業(yè)發(fā)展取得舉世矚目的成績。但隨著節(jié)能環(huán)保意識的普及，人們對工業(yè)再制造也日趨重視起來。通過對廢舊產(chǎn)品實施高技術(shù)修復(fù)和改造，損壞或?qū)髲U的零部件，在性能失效分析、壽命評估等分析的基礎(chǔ)上，進行再制造工程設(shè)計，采用一系列相關(guān)的先進制造技術(shù)，使再制造產(chǎn)品質(zhì)量達到或超過新品。這個過程，將伴隨智能化應(yīng)用的升級改造，而機器人將發(fā)揮人無可比擬的作用

2、。機器人解人之困對于再制造商而言，尤其在航空航天領(lǐng)域，時間就是金錢。以往使用人力拆解一個航空燃氣噴氣發(fā)動機可能需要花費一個月的時間，并且要處理50種替換價格極高的板材。而自動化能夠節(jié)約大筆時間和費用。在航空領(lǐng)域，專業(yè)的看法認為，航空公司已將機器人自動化視為未來制造的核心驅(qū)動力。在過去，航空維修組織（MRO ）的工程師需要忍耐一些冗長、低效的工作方法，比如手工磨削。然而在目前環(huán)境下，機器人技術(shù)能夠彌補專業(yè)人員的不足，能夠完成專業(yè)程序的操作。由于機器人所面對的生產(chǎn)對象往往是笨重的機械產(chǎn)品，所面臨的環(huán)境多數(shù)屬于危險環(huán)境，例如冶金工業(yè)、核工業(yè)等的設(shè)備或產(chǎn)品，這些生產(chǎn)場所，不僅勞動強度大，還會有危害操作

3、人員身體健康的可能。因此，對工業(yè)再制造機器人的要求就有些特殊性。一方面，一些特定材料的精密部件，如果是操作人員去拆解、裝配，需要達到無損精細化拆解和完美裝配還原，需要大量尖端技術(shù)工人。另一方面，高精密、高穩(wěn)定性智能設(shè)備，新型復(fù)合材料、精湛先進的制造工藝，無塵、無污染且恒溫的加工制造環(huán)境，也是機器人用于再制造的必要條件。機器人用于再制造的挑戰(zhàn)機器人產(chǎn)業(yè)將是未來十年國內(nèi)成長最快的行業(yè)。作為國家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，機器人技術(shù)體現(xiàn)著國家科技的綜合實力。攻克機器人的一大挑戰(zhàn)，即核心零部件技術(shù)諧波減速器，是國內(nèi)機器人企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的必然選擇。工業(yè)智能機器人關(guān)節(jié)的高靈活性、高精密度，很大程度上依賴于諧波減速器的升

4、級與改造。但目前我國機器人所用減速器的使用壽命和使用精度還無法完全符合機器人連續(xù)高強度的工作要求，且主要依靠進口。造成這種現(xiàn)象的原因，筆者認為大致有三個方面：一是，在我國，諧波減速器主要應(yīng)用的領(lǐng)域還是以航天航空等軍工領(lǐng)域為主，比如彈用諧波減速器、空間用諧波減速器，所以早期的設(shè)計研發(fā)團隊把重點放在了諧波減速器的傳動精度、控制精度上，而對減速器的壽命卻沒有著重關(guān)注。二是，我國原材料生產(chǎn)、熱處理加工等基礎(chǔ)工業(yè)制造相對薄弱，存在原材料純度不夠，熱處理性能不穩(wěn)定等情況，導(dǎo)致國產(chǎn)機器人諧波減速器在連續(xù)高強度的工作環(huán)境下壽命及精度無法得到滿足。三是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力和工藝創(chuàng)新水平較為落后，日本哈默納科

5、公司的很多子公司都有專項負責的領(lǐng)域，比如新材料開發(fā)、工藝開發(fā)、齒輪傳動方案開發(fā)等一系列具有前瞻性的研究；我國目前絕大多數(shù)開發(fā)團隊還處于仿制階段，并沒有深入地從我國實際的材料及工業(yè)制造水平出發(fā)去開發(fā)產(chǎn)品。機器人再制造應(yīng)用前景廣闊據(jù)統(tǒng)計，2013 年全球再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破1500億美元，其中僅美國就超過1000億美元。再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾，已成為一些發(fā)達國家國民經(jīng)濟的重要組成部分。美國國際貿(mào)易委員會2012年的報告顯示，美國再制造密集行業(yè)主要有航空、消費品、電氣設(shè)備、重型設(shè)備、信息技術(shù)產(chǎn)品、醫(yī)療器械、汽車零部件、辦公室設(shè)備、翻新輪胎等，這些行業(yè)中，汽車零部件再制造發(fā)展最為迅速。我國目前也在進行汽

6、車零部件再制造試點，并形成汽車發(fā)動機、變速箱、轉(zhuǎn)向機、發(fā)電機等方面的再制造能力。與其他產(chǎn)業(yè)相比，汽車產(chǎn)業(yè)所面臨的人力資源危機比其他行業(yè)更為嚴重?？偨Y(jié)起來，有兩個方面的原因：一方面是人們受傳統(tǒng)觀念的影響，將修舊利廢歸于“廢品回收”行業(yè)，是年輕人不愿意參與的行業(yè)；另一方面，修舊的產(chǎn)品往往是笨重大型的機械產(chǎn)品，很多還是危險產(chǎn)品，例如冶金工業(yè)、核工業(yè)、重化工等行業(yè)的設(shè)備產(chǎn)品修復(fù)，不僅勞動強度大，并有受到輻射、職業(yè)病等威脅。這都給機器人留下用武之地。一些眼光獨到的企業(yè)早就開始開展機器人在上述領(lǐng)域的應(yīng)用研究。宜興官林鎮(zhèn)的江蘇斯普瑞科技有限公司憑借集成了多重激光專利技術(shù)的“光纖機器人”承攬金屬修復(fù)業(yè)務(wù)，成功

7、簽下越南發(fā)電機轉(zhuǎn)子缺陷激光修復(fù)合同。目前，該公司先后為國內(nèi)幾十家大型鋼鐵企業(yè)、電力集團完成了激光修復(fù)、激光熔覆與激光強化的訂單任務(wù)。冶金裝備的工業(yè)磨損嚴重，報廢量較大，因此，在這個行業(yè)推行機器人再制造意義非常重大。而激光熔覆為機器人用于再制造提供了一個很好的范例。激光再制造技術(shù)是將激光熔覆加工技術(shù)引進修復(fù)加工領(lǐng)域。利用這一技術(shù)，可以精確恢復(fù)損傷零部件的原有形狀和尺寸，大幅度提高修復(fù)后的使用性能。它融合了激光熔覆、計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）、數(shù)控、光電檢測，以及先進材料等技術(shù)，為機器人的集成提供了技術(shù)和工藝方面的支持。這種機器人可以利用雙目立體視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人對修復(fù)物

8、體缺陷的自動識別，給出最佳修復(fù)路徑和工藝參數(shù)，從而為大型和復(fù)雜環(huán)境的激光熔覆修復(fù)施工提供了便利。在一些無法由人力目測的場合，具纖維鏡雙目識別能力的機器人修復(fù)者可以自如地發(fā)現(xiàn)需要修復(fù)的部位，并在控制者確認后，進行精準的修復(fù)。電刷鍍也是再制造中的一項重要修復(fù)工藝技術(shù)，同樣可以應(yīng)用機器人。刷鍍對于較大面積修復(fù)具有優(yōu)勢，特別是大型軸類鋼鐵制件，刷鍍可以以較低成本修復(fù)其磨損部位，恢復(fù)原來的尺寸。由于軸類可以利用大型旋床進行機械操作，刷鍍可以實現(xiàn)自動化操作。但是對于非軸類大面積的修復(fù)，或復(fù)雜內(nèi)腔體等部位的刷鍍，仍然需要人工進行操作。這種場合，采用機器人來替代人工操作鍍刷，是完全可行的。當人力成本進一步提高

9、，同時機器人應(yīng)用成本下降時，在刷鍍行業(yè)應(yīng)用機器人將成為自然而然的事。廢棄物回收機器人廢棄物回收機器人與修舊機器人的工作有所不同。回收利用的第一步是拆解和分揀。要將可回收與不可回收的廢棄物分離，將金屬材料與非金屬材料分離，將不同的金屬材料分離，沒有這些分離，就談不上回收，更談不上再利用。顯然，這個領(lǐng)域的人力資源更加缺乏。而這個領(lǐng)域利用機器人會大有潛力，北京在這方面已經(jīng)開始了嘗試。北京航空航天大學(xué)在校園內(nèi)進行了全市首個機械化生活垃圾源頭精細化分類和減量化處理項目試驗。這個項目垃圾處理設(shè)備主要由稱重、破袋、分類系統(tǒng)三個部分組成。清潔工將垃圾送到站里，先過地磅稱重。隨后，垃圾被傾倒在一個巨大的垃圾斗里

10、自動進行破袋處理；緊接著，塑料袋中五顏六色的垃圾就順著一條傳送帶送進后方進行分類處理。在垃圾傳輸?shù)倪^程中，工作人員會把混在固體垃圾里的易拉罐、玻璃瓶、塑料瓶和紙殼等可回收的物品分揀收集。至此，經(jīng)過機械設(shè)備分類系統(tǒng)和人工分揀，先前整袋的生活垃圾已被大體篩分成無機垃圾和廚余垃圾兩大部分。分類之后的廚余垃圾再進行減量處理后，經(jīng)由一個大鐵管排入廚余收集桶，在鐵管的邊緣，像鐵絲這類細小的金屬制品也被精確地分離懸掛出來。實現(xiàn)同樣效果的垃圾處理作業(yè)，如果是手工分類，一個人一天只能處理150300公斤，通過這個系統(tǒng)一人一天可以處理1噸以上的垃圾，大型系統(tǒng)可達5噸。盡管這個系統(tǒng)還需要人工配合，顯然已經(jīng)是個很大的

11、進步。如果從源頭就能將垃圾進行分類，再在分揀階段引入機器人，則實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動化也是完全可能的。同樣，在將回收料進行提純和制成料母、型材等可再利用的原料的加工過程中，都有機器人的用武之地?；厥?、提純和制材等要用到電化學(xué)加工工藝（電解回收）、機械加工工藝、冶金工藝等，這些工藝都可以采用機器人來進行操作。機器人推動再制造走得更遠我國再制造業(yè)發(fā)展正處于起步階段，2015年我國再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅為500億元，在全球再制造產(chǎn)業(yè)中占比小，無論是在規(guī)模、技術(shù)，還是在人們對回收品再制造與維修翻新定義上的劃分等眾多方面皆有很多的成長空間，離產(chǎn)業(yè)化還有一定距離。在國內(nèi)，再制造產(chǎn)業(yè)幾乎涉及各個行業(yè)的不同領(lǐng)域，各行各業(yè)

12、都能找到可用于再制造的產(chǎn)品，但各自的再制造價值與潛力存在很大差異。然而隨著機器人的進入，再制造的過程也將更加有效精準。通過對拆解的零部件進行分析，工作人員可以判斷哪些再制造環(huán)節(jié)能夠通過自動化來實現(xiàn)。一旦明確這一點，便可以使用機器人來提高生產(chǎn)效率，并保證零部件性能的穩(wěn)定。新加坡先進再制造技術(shù)中心已經(jīng)依據(jù)零部件的成本為中小企業(yè)設(shè)計再制造業(yè)務(wù)模式。由于初始成本非常昂貴，需要修改技術(shù)參數(shù)，并使用較低分辨率的攝像機以及其他型號的機器臂來完成工作。保障投資并不是問題，問題是如何發(fā)展技術(shù)來提升機器人的智能水平，以將對專家的依賴轉(zhuǎn)移至機器人。再制造機器人本身是另一個有趣的領(lǐng)域。ABB公司傳統(tǒng)上一直向汽車行業(yè)供應(yīng)機器人，并且已經(jīng)采用了再制造的形式。這個過程包括了利用傳感器來強化技術(shù)。在中國，再制造在汽車零部件領(lǐng)域擁有最高的增長率。交互能力強，對惡劣環(huán)境抵抗能力強的智能機器人正走進傳統(tǒng)機器人未細分的行業(yè)。目前，很多國際領(lǐng)先公司都致力于制造更加智能和便宜的機器人。通過添加消費者運動感知設(shè)備部件、激光器或3D繪圖軟件，可以對機器人編程使之對一臺機械需要維修的部位進