[摘要] 概述日本汽車工業(yè)中的機(jī)器人應(yīng)用。汽車工業(yè)依舊是日本工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的主要用戶行業(yè)。然而，近年來(lái)，日本汽車工業(yè)訂貨的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量只占1991年高峰年份的60%左右。這反映了日本國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不景氣和對(duì)日本國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)的資本投資低。機(jī)器人在日本汽車工業(yè)制造過(guò)程中的應(yīng)用看來(lái)似乎已達(dá)到或接近飽和狀態(tài)。預(yù)期不會(huì)出現(xiàn)大量應(yīng)用前景，要很快改變這一狀態(tài)似乎是不大可能的。 概述 根據(jù)日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（JARA）于1998年4月發(fā)表的一份調(diào)查報(bào)告，對(duì)日本自動(dòng)化工業(yè)中的機(jī)器人應(yīng)用情況有以下一些結(jié)論。 如圖1所示，與電氣/電子工業(yè)一樣，汽車工業(yè)依舊是日本機(jī)器人的最大市場(chǎng)之一，從1988年到1999年，日本汽車工業(yè)中的機(jī)器人累計(jì)總數(shù)為107，326臺(tái)，占同期日本國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)貨總數(shù)22%。工業(yè)機(jī)器人銷售量逐年增長(zhǎng)一直持續(xù)到1991年。該年日本國(guó)內(nèi)的機(jī)器人總銷售量達(dá)16，166臺(tái)。然而，由于所謂“泡沫經(jīng)濟(jì)”的破滅，汽車工業(yè)的機(jī)器人銷售量大幅度下跌。1994年僅為6，078臺(tái)，只占高峰年份的38%。一方面，這反映了日本投資不振；另一方面也反映了日本在盡力壓縮汽車生產(chǎn)量。不用的閑置機(jī)器人被用于其它地方。從而使這些部門拖延了去購(gòu)置新的工業(yè)機(jī)器人。此后幾年，我們也看到一些恢復(fù)跡象。然而，估計(jì)銷售量在歷史上最高年份的60%左右（圖2）。在可以預(yù)期的將來(lái)，預(yù)計(jì)有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)器人要‘退役’（退役年限估計(jì)是使用了12～15年）。然而，要很快恢復(fù)向日本汽車工業(yè)大量銷售機(jī)器人，看來(lái)是不大可能的。 生產(chǎn)技術(shù)變化 在“泡沫經(jīng)濟(jì)”年代，日本汽車工業(yè)制造商大量進(jìn)行資本投資，以便擴(kuò)大其生產(chǎn)能力。他們相信不斷擴(kuò)大的日本市場(chǎng)，并且擔(dān)心在不久的將來(lái)可能出現(xiàn)勞動(dòng)力嚴(yán)重不足。他們?cè)谥T如“即時(shí)采購(gòu)零件”，“最少在制品儲(chǔ)存”，“緊密地連接生產(chǎn)單元”等概念基礎(chǔ)上，著眼于使大量生產(chǎn)非常有效率的自動(dòng)化系統(tǒng)，安裝了許多工業(yè)機(jī)器人，以代表人工勞動(dòng)力（在那時(shí)，一般認(rèn)為花費(fèi)約4，000萬(wàn)日元買一臺(tái)機(jī)器人來(lái)代替一個(gè)三班制的人工勞動(dòng)力是值得的）。豐田Tawara工廠或馬自達(dá)防府工廠是當(dāng)時(shí)日本最先進(jìn)的汽車工廠的典型例子。 自從“泡沫經(jīng)濟(jì)”破滅后，表明了這些新裝的設(shè)備不能充分滿足廣泛范圍內(nèi)變化車型的小批量柔性生產(chǎn)要求。汽車制造商也意識(shí)到，在這些自動(dòng)化工廠內(nèi)缺乏工人的勞動(dòng)自覺(jué)性?，F(xiàn)在，他們正在試圖探索一條協(xié)調(diào)工人和自動(dòng)化設(shè)備的途徑。豐田九洲工廠是一個(gè)很妤的例子。該廠的裝配生產(chǎn)線分成幾個(gè)松散連接的單元，使各個(gè)單元之間能實(shí)現(xiàn)在制品存儲(chǔ)；將更多的注意力放在減少工人的體力，而不是僅僅注重勞動(dòng)的機(jī)械化，其最終結(jié)果是使用較少的機(jī)器人。 為了能重新獲得全球的競(jìng)爭(zhēng)能力，日本汽車制造商也在探討在海外生產(chǎn) 汽車的各種方案。例如，將來(lái)的生產(chǎn)線將包括許多生產(chǎn)單元以代替過(guò)去通常所用的一條單獨(dú)的生產(chǎn)線。 近來(lái)，模塊化生產(chǎn)方案是有關(guān)這些方面論題的最為經(jīng)常討論的話題之一，而且很可能在不久的將來(lái)予以實(shí)施。 我們將會(huì)看到在汽車生產(chǎn)系統(tǒng)中的一系列變化。這些變化或多或少會(huì)影響到今后工業(yè)機(jī)器人在這行業(yè)中的應(yīng)用?！　? 應(yīng)用分析 表1表示日本汽車工業(yè)歷年來(lái)（1988-1997）累計(jì)安裝的情況分析?；『笝C(jī)器人依舊占最大應(yīng)用份額（26%）；點(diǎn)焊次之（20%）；其余占一半以上工業(yè)機(jī)器人用于各種各樣不同的生產(chǎn)作業(yè)，門類繁多，這要比海外同行的應(yīng)用范圍大得多。激光焊接在日本并不普遍（在日本的汽車工業(yè)中，近90%的激光器用于工件切割）。 目前在日本汽車工業(yè)中，機(jī)器人用于上料/卸料相對(duì)來(lái)說(shuō)占很大數(shù)量（15,403臺(tái)）。然而，這里要提醒讀者的是，JARA的統(tǒng)計(jì)數(shù)字往往偏大。它包括簡(jiǎn)單的“拾-放型”機(jī)械手。其它國(guó)家通常并不將它作為工業(yè)機(jī)器人。 在模壓成型機(jī)器人卸料方面，JARA提供的數(shù)字為805臺(tái)。數(shù)量出乎意料的少。這并不反映實(shí)際安裝的模壓成型用機(jī)器人數(shù)量。這是因?yàn)?，有相?dāng)數(shù)量的模壓機(jī)器人是在塑料加工機(jī)器部門統(tǒng)計(jì)的。 與1991年的數(shù)字相比，1997年，物料搬運(yùn)是日本唯一增長(zhǎng)的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域（從835臺(tái)增長(zhǎng)到1，119臺(tái)）。 新技術(shù) 目前，在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中，看不到有明顯的創(chuàng)新。如上所述，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用似乎已達(dá)到或接近飽和，很難找到新的應(yīng)用。然而，目前名種不同的支持技術(shù)業(yè)已成熟可供利用，極大地有助于現(xiàn)有的應(yīng)用。例如，值得指出的是，由于將處理速度更高的微處理器引入至機(jī)器人控制器，從而顯著地提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制性能，使機(jī)器人制造商能將諸如減振算法、前饋控制、預(yù)測(cè)算法等先進(jìn)的現(xiàn)代控制理論嵌入到機(jī)器人控制器內(nèi)。更精確的定位/定輪廓、更高的移動(dòng)速度、更短的調(diào)整時(shí)間，即使在剛性低的機(jī)器人結(jié)構(gòu)中也能達(dá)到無(wú)振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)等特性，都有助于生產(chǎn)率的提高。 　對(duì)于點(diǎn)焊應(yīng)用來(lái)說(shuō)，目前已廣泛采用電驅(qū)動(dòng)的伺服焊槍。特別是，豐田公司已決定將這種技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)裝備其日本國(guó)內(nèi)和海外的所有點(diǎn)焊機(jī)器人。據(jù)本田公司稱，用這種技術(shù)可以提高焊接質(zhì)量，因而甚至試圖用它來(lái)代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間也大為縮短。據(jù)富士電機(jī)報(bào)導(dǎo)，該公司最近推出一種高度低的點(diǎn)焊機(jī)器人，用它來(lái)焊接車體下部零件。這種矮小的點(diǎn)焊機(jī)器人還可以與較高的機(jī)器人組裝在一起，共同對(duì)車體上部進(jìn)行加工，從而縮短了整個(gè)焊接生產(chǎn)線長(zhǎng)度。 目前，用二臺(tái)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作進(jìn)行弧焊已相當(dāng)普遍。此時(shí)，一臺(tái)弧焊機(jī)器人焊接工件，而另一臺(tái)夾持機(jī)器人夾持工件，從而可以不必為特殊工件專門設(shè)計(jì)成本高的專用夾具，并能保持最佳的焊接壓力。目前，豐田公司已開(kāi)始使用能焊接0.6mm厚的薄鋼板（間隙2mm）的弧焊機(jī)器人。由于這種弧焊機(jī)器人能從鋼板一側(cè)進(jìn)入到焊接位置而不必象點(diǎn)焊機(jī)器人那樣需要從鋼板兩側(cè)進(jìn)入到焊接位置，因而將優(yōu)先取代某些點(diǎn)焊作業(yè)。 目前在日本，激光焊接還不普遍。然而，柔性本體生產(chǎn)線（FBL）方案的應(yīng)用已日益增多。在這種場(chǎng)合，各種形狀的鈑金件都是激光焊接的，以形成車體的鈑金件。預(yù)計(jì)今后激光在汽車工業(yè)中的應(yīng)用會(huì)日益增多。 由于運(yùn)動(dòng)控制性能的提高，一些新應(yīng)用已變得可能。一個(gè)例子是油箱的線焊。為了焊接油箱的接縫，采用特殊的焊機(jī)，專門設(shè)計(jì)用于特定的油箱形狀。由于油箱形狀變得越來(lái)越復(fù)雜，以便能裝入到車體內(nèi)的有限空間內(nèi)，因而要求機(jī)器人的工作盡可能滿足這一任務(wù)的需要。過(guò)去，要實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的困難之處在于很難保持一種恒定的線焊速度（三維空間內(nèi)的切向速度）。新的機(jī)器人控制器已使這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成為可能。配料應(yīng)用也能從這一技術(shù)中獲得好處。 現(xiàn)在，JARA正在試圖在各個(gè)機(jī)器人制造商的機(jī)器人之間建立一種標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)。很可能，汽車工業(yè)從這種標(biāo)準(zhǔn)中得益最多。就控制網(wǎng)絡(luò)而言,日本汽車工業(yè)中最普遍的總線是Device-Net；而豐田則采用其自已制定的ME-Net；日產(chǎn)采用JEMA-Net（日本電機(jī)工業(yè)會(huì)網(wǎng)）。 在日本汽車工業(yè)中是否會(huì)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，目前還不確定。另一方面，日本機(jī)器人制造商提出了一種‘現(xiàn)實(shí)機(jī)器人仿真’（RRS）兼容軟件接口。因此，目前日本汽車制造商（尤其是對(duì)于點(diǎn)焊應(yīng)用）通過(guò)諸如RoBCAD，I-Grip等商用仿真軟件，可以作出各種機(jī)器人的動(dòng)態(tài)仿真。