【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在產(chǎn)品個性化時代，手機、汽車等產(chǎn)品迭代周期越來越短，相應(yīng)的產(chǎn)品大批量定制生產(chǎn)模式會逐漸普及，即生產(chǎn)訂單的零件品類多、批量小。這對產(chǎn)品加工和裝配系統(tǒng)的柔性度提出了更高要求，也是智能制造系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)乃至全球都缺乏好的技術(shù)解決方案，國內(nèi)珠三角、長三角等眾多制造類企業(yè)主要采用人-機混合裝配技術(shù)，因為人-機混合裝配線的柔性強、且可實現(xiàn)跨品類產(chǎn)品的裝配。但是，人-機混合裝配線的數(shù)控化、柔性化、智能化水平低，具有產(chǎn)品裝配質(zhì)量一致性差、效率低等一系列缺點。
 

　　針對以上行業(yè)痛點，清華大學(xué)深圳國際研究生院馮平法教授、曾龍副教授團隊，基于機器人、知識圖譜、機器視覺、接口快換等技術(shù)，提出了跨品類的可重構(gòu)柔性裝配系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一定數(shù)量完全等同的可重構(gòu)柔性裝配單元，以串聯(lián)或并聯(lián)的形式連接而成，每個單元模仿人工裝配單元而設(shè)計，即可以使用合適的工夾具去完成分配給該單元的裝配任務(wù)。
 

圖1.跨品類可重構(gòu)柔性裝配系統(tǒng)
 

　　該跨品類可重構(gòu)柔性裝配系統(tǒng)具有硬件可重構(gòu)和軟件可重構(gòu)兩大技術(shù)特色。硬件可重構(gòu)，即裝配單元的設(shè)計是高度模塊化的，且組成結(jié)構(gòu)是可重構(gòu)的，可以使用不同的裝配工具和夾具來完成不同的裝配任務(wù)。多個裝配單元可根據(jù)待裝產(chǎn)品進(jìn)行靈活布局，并重構(gòu)配置為該產(chǎn)品的專用裝配線。軟件可重構(gòu)，即提出了一種專門面向裝配產(chǎn)線的裝配語言，集成了機械臂和PLC控制，可根據(jù)不同產(chǎn)品的裝配工藝編寫控制程序，實現(xiàn)可重構(gòu)柔性裝配的數(shù)控化，縮短裝配線改造成本等，提高企業(yè)效率。
 

圖2.五要素裝配模型及其裝配知識圖譜
 

　　為了進(jìn)一步實現(xiàn)面向跨品類可重構(gòu)柔性裝配產(chǎn)線的智能化，團隊近期提出了一種新五要素裝配理論模型(圖2)和重構(gòu)技術(shù)實現(xiàn)框架(圖3)。五要素是指產(chǎn)品、工藝、資源、知識和決策，產(chǎn)品是指待組裝的裝配對象，工藝描述了產(chǎn)品是如何使用一個或多個裝配資源逐步實現(xiàn)裝配的，資源指執(zhí)行工藝的機器、設(shè)備或裝置，決策包括在整個裝配過程中使用的各種裝配方法。知識是對前四個要素的表示和存儲，通常以結(jié)構(gòu)化的形式表示，如知識圖譜。該創(chuàng)新的形式化的五要素裝配模型相比現(xiàn)有的裝配模型，擴展了知識和決策兩個要素，并將他們置于中心，以支持可重構(gòu)柔性裝配系統(tǒng)更柔性化、數(shù)控化、智能化。
 

圖3.跨品類產(chǎn)品重構(gòu)技術(shù)體系
 

　　重構(gòu)技術(shù)實現(xiàn)框架屬于決策要素，根據(jù)各種裝配決策方法的應(yīng)用階段，該框架分成設(shè)計、配置和操作三個階段，為用戶針對新產(chǎn)品的產(chǎn)線重構(gòu)提供系統(tǒng)化的指引。在設(shè)計階段，將產(chǎn)品裝配中涉及到的各種裝配信息(如裝配過程、裝配步驟、裝配動作和規(guī)則)總結(jié)并存儲到知識圖譜中，并設(shè)計各種支撐資源庫。在配置階段，獲得具有最佳布局的裝配線，自動生成的裝配程序，并使用虛擬調(diào)試技術(shù)優(yōu)化形成最終的裝配方案。在運行階段，創(chuàng)建裝配線的數(shù)字孿生模型，應(yīng)用裝配線運維和決策技術(shù)提高產(chǎn)線穩(wěn)定性、靈活性和智能性。
 

　　團隊的長期目標(biāo)是設(shè)計并展示一種全新的智能制造系統(tǒng)實現(xiàn)途徑，即具身智能工業(yè)機器人裝配系統(tǒng)，兼具柔性化、數(shù)控化和智能化三大技術(shù)特色。該總體目標(biāo)分為三個實現(xiàn)階段，目前完成柔性化和數(shù)控化，已經(jīng)能夠被廣大智能制造企業(yè)實際使用。團隊圍繞可重構(gòu)柔性裝配系統(tǒng)已經(jīng)申請或授權(quán)了發(fā)明專利27項，完成了技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化，并實現(xiàn)了跨品類可重構(gòu)柔性裝配技術(shù)的落地應(yīng)用，在工業(yè)連接器行業(yè)大型央企得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生顯著的智能制造經(jīng)濟效益。
 

　　未來，團隊將專注于具身智能機器人裝配系統(tǒng)的相關(guān)研究，尤其基于知識圖譜、語義地圖的具身智能機器人技術(shù)，將顯著提高已有可重構(gòu)柔性裝配系統(tǒng)的智能化程度。
 

　　相關(guān)工作分別以“面向可重構(gòu)柔性裝配線的裝配語言設(shè)計與開發(fā)”(Assembly language design and development for reconfigurable flexible assembly line)和“面向跨品類產(chǎn)品的可重構(gòu)柔性裝配模型與實現(xiàn)體系”(Reconfigurable flexible assembly model and implementation for cross-category products)為題，發(fā)表在《機器人與計算機集成制造》(Robotics and Computer-Integrated Manufacturing)和《制造系統(tǒng)雜志》(Journal of Manufacturing Systems，JMS)上。
 

　　曾龍為上述論文的通訊作者。“面向可重構(gòu)柔性裝配線的裝配語言設(shè)計與開發(fā)”論文的第一作者為深圳國際研究生院2019級碩士肖磊才，其他作者包括2021級博士生徐趙博和深圳國際研究生院副研究員劉學(xué)平。“面向跨品類產(chǎn)品的可重構(gòu)柔性裝配模型與實現(xiàn)體系”論文第一作者為徐趙博，論文作者還包括馮平法、2023級碩士生張超然和2021級碩士胡松。研究得到廣東省自然科學(xué)基金面上項目、深圳市高等學(xué)校穩(wěn)定支持重點項目的資助。