[摘要] 概述日本汽車工業(yè)中的機器人應(yīng)用。汽車工業(yè)依舊是日本工業(yè)機器人市場的主要用戶行業(yè)。然而，近年來，日本汽車工業(yè)訂貨的工業(yè)機器人數(shù)量只占1991年高峰年份的60%左右。這反映了日本國內(nèi)經(jīng)濟不景氣和對日本國內(nèi)汽車生產(chǎn)的資本投資低。機器人在日本汽車工業(yè)制造過程中的應(yīng)用看來似乎已達到或接近飽和狀態(tài)。預(yù)期不會出現(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)日本機器人協(xié)會（JARA）于1998年4月發(fā)表的一份調(diào)查報告，對日本自動化工業(yè)中的機器人應(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)依舊是日本機器人的最大市場之一，從1988年到1999年，日本汽車工業(yè)中的機器人累計總數(shù)為107，326臺，占同期日本國內(nèi)機器人市場發(fā)貨總數(shù)22%。工業(yè)機器人銷售量逐年增長一直持續(xù)到1991年。該年日本國內(nèi)的機器人總銷售量達16，166臺。然而，由于所謂“泡沫經(jīng)濟”的破滅，汽車工業(yè)的機器人銷售量大幅度下跌。1994年僅為6，078臺，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。不用的閑置機器人被用于其它地方。從而使這些部門拖延了去購置新的工業(yè)機器人。此后幾年，我們也看到一些恢復(fù)跡象。然而，估計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，預(yù)計有相當(dāng)數(shù)量的機器人要‘退役’（退役年限估計是使用了12～15年）。然而，要很快恢復(fù)向日本汽車工業(yè)大量銷售機器人，看來是不大可能的。 生產(chǎn)技術(shù)變化 在“泡沫經(jīng)濟”年代，日本汽車工業(yè)制造商大量進行資本投資，以便擴大其生產(chǎn)能力。他們相信不斷擴大的日本市場，并且擔(dān)心在不久的將來可能出現(xiàn)勞動力嚴重不足。他們在諸如“即時采購零件”，“最少在制品儲存”，“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)非常有效率的自動化系統(tǒng)，安裝了許多工業(yè)機器人，以代表人工勞動力（在那時，一般認為花費約4，000萬日元買一臺機器人來代替一個三班制的人工勞動力是值得的）。豐田Tawara工廠或馬自達防府工廠是當(dāng)時日本最先進的汽車工廠的典型例子。 自從“泡沫經(jīng)濟”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。汽車制造商也意識到，在這些自動化工廠內(nèi)缺乏工人的勞動自覺性?，F(xiàn)在，他們正在試圖探索一條協(xié)調(diào)工人和自動化設(shè)備的途徑。豐田九洲工廠是一個很妤的例子。該廠的裝配生產(chǎn)線分成幾個松散連接的單元，使各個單元之間能實現(xiàn)在制品存儲；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的機械化，其最終結(jié)果是使用較少的機器人。 為了能重新獲得全球的競爭能力，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，將來的生產(chǎn)線將包括許多生產(chǎn)單元以代替過去通常所用的一條單獨的生產(chǎn)線。 近來，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予以實施。 我們將會看到在汽車生產(chǎn)系統(tǒng)中的一系列變化。這些變化或多或少會影響到今后工業(yè)機器人在這行業(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（1988-1997）累計安裝的情況分析?；『笝C器人依舊占最大應(yīng)用份額（26%）；點焊次之（20%）；其余占一半以上工業(yè)機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，機器人用于上料/卸料相對來說占很大數(shù)量（15,403臺）。然而，這里要提醒讀者的是，JARA的統(tǒng)計數(shù)字往往偏大。它包括簡單的“拾-放型”機械手。其它國家通常并不將它作為工業(yè)機器人。 在模壓成型機器人卸料方面，JARA提供的數(shù)字為805臺。數(shù)量出乎意料的少。這并不反映實際安裝的模壓成型用機器人數(shù)量。這是因為，有相當(dāng)數(shù)量的模壓機器人是在塑料加工機器部門統(tǒng)計的。 與1991年的數(shù)字相比，1997年，物料搬運是日本唯一增長的機器人應(yīng)用領(lǐng)域（從835臺增長到1，119臺）。 新技術(shù) 目前，在工業(yè)機器人領(lǐng)域中，看不到有明顯的創(chuàng)新。如上所述，工業(yè)機器人應(yīng)用似乎已達到或接近飽和，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器人控制器，從而顯著地提高了機器人運動控制性能，使機器人制造商能將諸如減振算法、前饋控制、預(yù)測算法等先進的現(xiàn)代控制理論嵌入到機器人控制器內(nèi)。更精確的定位/定輪廓、更高的移動速度、更短的調(diào)整時間，即使在剛性低的機器人結(jié)構(gòu)中也能達到無振動的運動等特性，都有助于生產(chǎn)率的提高。 　對于點焊應(yīng)用來說，目前已廣泛采用電驅(qū)動的伺服焊槍。特別是，豐田公司已決定將這種技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)來裝備其日本國內(nèi)和海外的所有點焊機器人。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代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內(nèi)的運動時間也大為縮短。據(jù)富士電機報導(dǎo)，該公司最近推出一種高度低的點焊機器人，用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起，共同對車體上部進行加工，從而縮短了整個焊接生產(chǎn)線長度。 目前，用二臺機器人協(xié)調(diào)工作進行弧焊已相當(dāng)普遍。此時，一臺弧焊機器人焊接工件，而另一臺夾持機器人夾持工件，從而可以不必為特殊工件專門設(shè)計成本高的專用夾具，并能保持最佳的焊接壓力。目前，豐田公司已開始使用能焊接0.6mm厚的薄鋼板（間隙2mm）的弧焊機器人。由于這種弧焊機器人能從鋼板一側(cè)進入到焊接位置而不必象點焊機器人那樣需要從鋼板兩側(cè)進入到焊接位置，因而將優(yōu)先取代某些點焊作業(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)計今后激光在汽車工業(yè)中的應(yīng)用會日益增多。 由于運動控制性能的提高，一些新應(yīng)用已變得可能。一個例子是油箱的線焊。為了焊接油箱的接縫，采用特殊的焊機，專門設(shè)計用于特定的油箱形狀。由于油箱形狀變得越來越復(fù)雜，以便能裝入到車體內(nèi)的有限空間內(nèi)，因而要求機器人的工作盡可能滿足這一任務(wù)的需要。過去，要實現(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）。新的機器人控制器已使這一目標(biāo)的實現(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正在試圖在各個機器人制造商的機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（日本電機工業(yè)會網(wǎng)）。 在日本汽車工業(yè)中是否會實現(xiàn)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，目前還不確定。另一方面，日本機器人制造商提出了一種‘現(xiàn)實機器人仿真’（RRS）兼容軟件接口。因此，目前日本汽車制造商（尤其是對于點焊應(yīng)用）通過諸如RoBCAD，I-Grip等商用仿真軟件，可以作出各種機器人的動態(tài)仿真。