当制造业逐步走出金融危机的影响、准备放手大干的时候，又面临一场用工荒和人力成本快速上升的双重考验。

从目前来看，劳动力成本的上升不会停止更不会下降，如何最大化降低人力成本，如何减少制造过程中人对于产品质量和生产效率的影响，是整个中国制造业亟待解决的问题。从世界上发达国家的成熟经验来看，加工智能化是最适合的解决方案。

焊接、坡口工艺很重要

焊接是金属板材的外科医生，在机械制造领域的作用就如同关节在人类骨骼上的作用，没有关节的骨骼撑不起人类的身体，而没有焊接的工业也必然走向衰败。俗语云：“千里之堤溃于蚁穴”。焊接如果出了问题将对工程造成致命的损害，国内权威焊接专家吴森指出：国内的几次火箭发射事故都是由于焊接问题引起的。

在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中，焊接的工艺也愈来愈先进。坡口加工作为大型工件焊接的前提和重要组成部分，其对制造行业同样具有极为重要的意义。

中国的切割技术很落后

据了解，目前我国市场上那些数控切割机产品基本还都是基于70、80年代所使用的数控下料龙门切割机；至于无限旋转变坡口切割也同样工作在数控龙门架的基础上，坡口角度只能控制在45。以下的上坡口，不能切割下坡口；对已经下好料的工件切割坡口也只能在固定的工位上，不能自动寻找工件准确位置，一旦碰到沉重、巨大或非标准弯曲工件，就根本无法进行坡口切割，更不可能进行二次坡口切割。也有小部分企业采用机器人坡口切割，不过那些产品全部要事先对所有工件进行示教，对每种工件加工都需要夹具/工装/定位铛，基本还是沿用发达国家上世纪90年代的应用方法。

譬如，尽管我国某大公司实力雄厚，在两年前斥资购买了二十几套示教型机器人坡口切割设备，可最后得到的工件却加工质量差、成本很高。由于设备智能化水平低，企业需要配备大量高级编程人员；同时该设备加工速度很慢，对非标准化工件根本不能加工。最后企业不得不放弃该示教型机器人系统，仍然采用人工打磨的方式，由此带来的后果就是整机和大件的焊接部分容易出现断裂和裂缝，最终影响了产品的质量和声誉。

为什么会出现这种状况，某位资深专家指出：一方面是因为随着十多年来中国制造的腾飞，我国对坡口切割人才、技术需求急剧增长；另一方面，长期以来在我国大中专院校和焊接行业的各级职业与技能培训机构，只有焊接专业和培训，没有切割专业和培训，特别是坡口切割。同时，由于国内在机器人制造业和软件综合技术方面的落后，我国暂时还缺乏拥有高技术背景的高智能化、领军型、实干型人才，这更加剧了我国坡口加工技术落后的严峻现实。

先进的无示教加工系统

如何实现坡口加工的快速高效？当这个问题被推上风口浪尖时，几个并不陌生的词越来越多地映入大家的脑海：智能化加工、激光、等离子、火焰。

当前，在激光技术被广泛应用的汽车、船舶、电子、半导体等行业，智能化加工着实为提高产量、减少人工、减少损耗做出了巨大的贡献。与此同时，ABB、REIS、KUKA、史陶比尔、新松机器人等智能化工业企业在不知不觉渗入激光行业时，更大大推动了激光加工技术的发展。然而，能够完美匹配各激光集成系统的机械手臂或智能化系统只在少数。

但毋庸置疑的是，当机械手臂、激光加工系统、控制软件几者完美地结合在一起的时候，激光加工智能化技术便可以散发出迷人的魅力和耀眼的光芒，快速高效的焊接坡口加工也不再是空想。

众所周知，德国是世界上著名的制造强国。在德国，有一种能数十倍提高坡口加工效率的先进生产系统——BIBER(德国智能等离子/火焰坡口切割加工系统品牌)改善的KUKA机器人，在此基础上进行了二次开发。它正是匹配了激光/等离子切割的高智能系统。

据该系统的主要发明者之一的德籍华裔工程师顾毅风介绍，该系统主要用于金属钢板2D/3D直角和坡口的加工切割任务。它可以在各种不同材料型材上以切割形式打任何几何曲线、打孔，并在其中的曲线或者孔沿上进行上下倒角；按任意角度进行上下坡口切割；多坡口切割时能在坡口之间实现平滑过渡等。

据顾毅风工程师讲，这套智能生产系统先进之处是：它实现了机器人坡口钝边切割全部智能化、机器人无须示教、不需人工编程，工件也不需要固定卡具、工位。该系统可以直接在CAD中输入零件图形进行编辑，30秒钟左右就能产生操作制造的CAM机器人运行程序。同时，该系统能在线用激光扫描测量零件所在位置，自动识别工件切割部位，在精确定位后能进行切割。它能轻松完成对钢板的各种2D(如平面)和3D(如多坡口)切割作业，可以完全满足用户对金属板材任意CAD文件图形切割及坡口切割。

对比其他系统，该系统工作理念已经完全超出原来传统机器人的工作方法。据了解，在平面和空间热切割领域中，这套世界顶尖的全自动金属钢板坡口加工切割系统至少领先世界机器人切割行业15年～20年以上，对当今世界特别是中国的机械生产制造具有重要的意义。

如何离线编程

据了解，通常机器人编程方式可分为以下3种方式。

示教再现编程 示教再现型机器人的在线示教编程过程繁琐、效率低；示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，对于复杂路径难以取得令人满意的示教效果；对于一些需要根据外部信息进行实时决策的应用无能为力。

离线编程与小范围示教编程 机器人离线编程系统是利用计算机图形学的成果，通过对编程结果进行2D/3D图形动画仿真，最后将生成的代码传到机器人控制柜，以控制机器人运动。由于理论编程与实际机器设备之间的差别，这种方式还必须再到真实机器上进行小范围示教编程。其对于复杂路径难以取得令人满意的示教效果，对于一些需要根据外部信息进行实时决策的应用无法满足。

完全离线编程(非示教) 机器人离线编程系统是利用计算机图形学的成果，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行轨迹规划。最后将生成的代码传到机器人控制柜，以控制机器人运动，同时通过激光去测量工件的位置与公差，与输入的CAD图纸进行比较换算，完成给定的所有加工任务。

调查显示，目前在国内外生产中应用的机器人系统大多为示教再现型。而笔者所见到的这套系统正是完全离线的编程系统。它无须传统的示教方式和复杂的CAD软件。在采访过程中，顾毅风工程师随手调出一个零件模型，鼠标轻轻点击几下，仅仅几十秒内，一个标准的坡口加工程序就已经编写完毕了，它的简单和快捷大大超出了笔者的想像。

与传统的示教再现型机器人系统相比，该系统为企业省去了大量在龙门式切割和普通机器人切割中需要的高级编程人员，避免了企业高技术编程人员和普通编程人员由于经验悬殊而造成的编程和工艺参数差别。当企业遇到多批次、小批量定货时，这套系统能大大节省企业成本、缩短加工时间和加快交货周期。

另外，据顾毅风工程师讲，这套先进设备一旦调试完毕，客户在生产切割任何组件时就像使用微波炉一样，不再需要机器人定位，彻底解决了数控龙门坡口切割系统的繁琐问题。

如何激光扫描

该系统对传统方式的一大突破是实现了离线编程，另一大突破是采用了激光扫描测量。在该系统中，它使用了线条形激光扫描器，该仪器是一个带微处理器和可刷新程序存储器的测量设备。

当对弯曲、变形、倾斜的钢板零件进行加工时，该系统又是如何应对的呢？顾毅风工程师介绍， 在CAD上简短编制程序后，理论上CAM加工程序、数据和各种工艺参数也已经同时产生了，可即刻把CAM传送给机器人。但是实际上此时每个零件的位置、方位、非标准度还未知，这就需要由机器人和激光测量器在切割前去解决这些关键问题。正是有了先进的激光测量器，该系统可以把测量到的数值及时返回到工业计算机和机器人；然后根据理论上的CAD数据与实际比较，进行空间几何换算、拟合，这样就得到了零件实际的弯曲度、变形和斜率；再根据机器人实际运行的轨迹不断进行修正，从而得到精确、完美的坡口切割。

应用价值巨大

目前，这种先进的设备已经用于德国很多集团公司中。在全球著名的利勃海尔集团各种工程机械、矿山机械、煤矿机械的焊接切割中，他们就用这种先进的坡口、钝边工艺保证了产品设计结构的先进性、实用性以及良好的信誉。

据了解，由于传统的车、铣、刨、龙门数控等在坡口切割技术上的局限和缺陷，往往需要24名工人完成。采用了该先进系统后，由于不需要夹具、工装、在线编程等，现在只需要3个工人即可，而且加工出的产品精度非常高。“所有坡口任务，现在只用一台机器三班倒连续切割即可，彻底抛弃了之前沿用多年的思路和示教切割设备。”该企业领导高兴地说。

由以上智能化单元和装置组成的智能化车间或者工厂，如果再加上信息管理系统实现生产管理的智能化，便可以组成具有更加广泛意义上的智能化工厂，这是信息化工业化融合的高级阶段。

智能化是“中国制造”的最佳选择

从单机的智能化到单元智能化甚至是整条生产线的智能化，智能化的程度在不断提高。行业中对于设备效率与精度的要求，以及节能环保、减少人力成本的呼声，让我们看到：工业控制的智能化、高效化已成为时代的发展潮流。

由以上智能化单元和装置组成的智能化车间或者工厂，再加上信息管理系统实现生产管理的智能化，便可以组成具有更加广泛意义上的智能化工厂，这是信息化工业化融合的高级阶段。

当前，世界整个机械制造业迈入了一个全新纪元，中国的产业升级将激发无数的创新与突破。我们目前只是一个开端，惟有深入智能化加工，才能最终实现“中国制造”竞争力的提升。

作者： 刘永生

来源： 《中国信息界-E制造》

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