传统家具制作走向工业机器人制作的优劣分析_陈年.pdf

China Forest Products Industry林产工业，2023，60（04）：81-85传统家具制作走向工业机器人制作的优劣分析陈 年（江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000）摘 要：适龄劳动力的减少和人工成本的增加使很多以廉价劳动力为产业利润的传统家具制作行业不得不被迫转型。工业机器人的使用成为了降低人力资源成本的重要途径，工业机器人能够有效代替传统劳动力。我国工业机器人的发展已有多年的历史，而国外机器人的发展已完成了多次的更新换代。针对家具行业工业机器人的使用现状，探讨家具行业使用工业机器人发展的必然，对现阶段家具行业中常见工业机器人进行了阐述，对比分析了传统家具制作与工业机器人制作的优势和劣势，展望了家具行业工业机器发展的前景。关键词：家具；家具制造；工业机器人；优劣分析；智能化中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号：1001-5299（2023）04-0081-05DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202304014Analysis of Advantages and Disadvantages of Traditional Furniture Manufacturing Moving Towards Industrial Robot ManufacturingCHEN Nian(Jiangxi Environmental Engineering Vocational College,Ganzhou 341000,Jiangxi,P.R.China)Abstract:The reduction of eligible labor force and the increase of labor cost have forced many traditional furniture manufacturing industries that take cheap labor as industrial profits to transform.The usage of industrial robots has become an important way to reduce the cost of human resources.Industrial robots can effectively replace labor.The development of industrial robots in China has a history of many years,and the development of robots abroad has been updated for many times.Aiming at the current situation of the use of industrial robots in the furniture industry,the inevitability of the development of the use of industrial robots in the furniture industry was discussed,the common industrial robots in the furniture industry at this stage was expounded,the advantages and disadvantages of traditional furniture making and industrial robot making were compared and analyzed,and the prospects of the development of industrial machines in the furniture industry were looked forward to.Key words:Furniture;Furniture manufacturing;Industrial robot;Analysis of advantages and disadvantages;Intelligence我国家具制造发展日新月异，呈现飞速发展，工业机器人的应用使家具从走向智能化生产，为向精准、廉价方向发展提供了更多可能1。在环保要求、资源成本等诸多问题下，我国家具制造产业转向智造发展已成为必然。通过对工业机器人的使用，提升家具制作和产业转型，是家具行业发展的重要推动因素2。1 家具行业工业机器人应用的必然及现状1.1 家具行业工业机器人应用的必然1.1.1 适龄劳动力减少劳动适龄阶段为16岁到59岁，而这个年龄阶段的人群在2011-2021年期间，减少了5 000万人左右。从2012年开始，我国的适龄劳动人口就开始出现了双降现象3，见表1。基金项目：2021年度江西省教育厅科技研究课程项目（JG211273）；2022年度赣州市社会科学研究课题项目（2022-004-0017）作者简介：陈 年，男，副教授，研究方向为家具设计、家具生产技术E-mail:收稿日期：2022-11-18年份人口/亿人口比/%20119.368.720129.469.2表1 2011-2021 年我国适龄劳动力的变化Tab.1 Changes of Chinas school-age labor force from 2011 to 2021林 产 工 业82第60卷1.1.2 人工成本增加经济发展下，人力成本费用不断增加，就业工资呈现不断增加的发展趋势。2011-2020年，城镇就业平均工资出现了大幅增加，从2011年的42 452元到2020年的97 379元，见表2。对劳动力密集型的家具产业而言，人口红利消失后，企业人力成本上升，工业机器人的使用成为有效降低企业成本和提升生产效率的重要途径4-5。如今，家具产业转型主要是从传统模式转向智能化6。1.2 家具行业工业机器人现状1.2.1 我国工业机器人现状工业机器人是一种能够通过程序设置后替代部分人工的自动化装置。“上海一号”是我国自主研发的首台6 自由度机器人。在此基础上改良加工后，研发出了“上海三号”。在研发人员的不断钻研之下，2009 年，奇瑞机器人研发成功，并被投入到汽车焊接工作中。我国工业机器人的使用最早是为了服务汽车行业，能够更加快捷、精准的对点焊、喷涂等工艺制作效率提升。经几十年发展，我国自主生产的机器人越来越多，工业机器人的应用逐渐步入到成熟阶段，一批批的工业机器人已经开始被应用到工程、产业基地、汽车、轻工等多个领域7-9。从2016 年开始，工业机器人的发展得到了国家的大力支持，并且明确规划到“十三五”当中。随之出台了诸多产业支持政策，支持该产业的发展10。如下表3 所示，2020 年，我国是新增工业机器人最多的国家，达到16.8 万台。截止2021 年，我国工业机器人的销量已经达到了25.6 万台。在“中国制造2025”战略下，工业机器人的发展开始向着自动化、人工智能等方面延伸和发展11。发展工业机器人，不仅是为了让我国各大产业实现有效劳动力替换，更是为了提升我国制造业的柔性化、差异化12。1.2.2 国外工业机器人发展现状国外对工业机器人一词的使用起源于捷克作家卡雷尔 卡佩克的 R.U.R.:Rossum s Universal Robots13。国外工业机器人的发展始于1950 年，早期的机器手臂在其运动时与机械挡板之间产生剧烈撞击会发出噪音且缺乏控制器14。Unimation是第一家使用工业机器人的公司，引入了焊接机器人，用于汽车的生产。1968 年，工业机器人得到升级，它的行动路径从点对点发展到连续路径，并且拥有PLC控制系统15。这时期工业机器人主要被用在汽车行业。AMF Corporation发明了Versatran新型机器人，当机器人出现故障后，会 （续表1）年份人口/亿人口比/%20139.267.620149.267.020159.166.320169.165.620179.064.920189.064.320199.064.020208.963.420218.862.5年份非私营城镇就业平均工资/元 私营城镇就业平均工资/元201142 45224 556201246 76928 752201351 47432 706201456 33936 390201560 54344 213201667 56942 833201774 31845 761201882 46149 575201975 22953 604202097 37957 727表2 2011-2020 年城镇就业平均工资Tab.2 Average wage of urban employment from 2011 to 2020国家台数/台英国0.2西班牙0.3法国0.5德国0.9美国2.2中国16.8表3 全球工业机器人的新增数Tab.3 New addition of global industrial robots /万台图1 国外早期部分的机器人形态Fig.1 Robotic form in the early part of foreign countries(a)Versatran机器人 （b）IRB系列机器人陈年：传统家具制作走向工业机器人制作的优劣分析83第4期有指示灯提示异常，但没有诊断报告，维修难度较大。1974 年，瑞典ASEA公司推出了知名的IRB系列机器人，见图1。在19781999 年期间，工业机器人在视觉、语言、交互等方面有了提升，并且拥有部分自我重新编程能力。经过不断研发，工业机器人能够感知生产故障类型并生成报告，逐步具有了“智能”的特点。2000 年至今，国外工业机器人一直在向着“智能”方向发展，主要研发在云计算、复杂测量、协同能力等方面延伸。2 家具行业中的常见工业机器人2.1 数控开料机数控在家具设计中是一种从人工手动到数控控制之间的一个重要连接点。数控开料机在家具“智造”中至关重要，可实现家具的在线设计、3D效果显现、自动切割加工排孔等诸多功能16。使用该机器能大幅提升家具制作工序的效率。现阶段，我国常见的开料机为双工序、三工序、四工序开料机，包含了打孔、开槽、开料、镂空几个工序。其中，四工序开料机，配备自动对刀仪后，其加工速度可达1224 m/min。2.2 砂光机器人家具制造过程中的打磨环节会产生大量粉尘，影响员工健康。通过使用机器人砂光机，可实现家具表面的自动砂光17。目前，砂光机器人已向智能化发展，无需人工辅助，实现自动精加工。2.3 喷漆机器人喷涂是家具制作中十分重要的一道工序，在传统技艺中不可控因素较多，且涂料中含有对人体有害的诸多化学物质18。为此，家具喷漆机器人可以避免不可控因素，使得家具制作更具灵活性19。2.4 码垛机器人码垛机器人可在家具制作中替代人工搬运码垛，改善人工码垛中存在的低效率、高误差等问题20，且它具有更广泛的运动范围。作为智能智造机器人，它的运作涉及到了视觉、控制、运动等多个系统21（见图2）。2.5 分拣机器人分拣机器人的作用十分广泛（见图3），特别是机器人手臂诞生之后，分拣机器人通过对物件上二维码的扫描分析，在视觉导航的作用下，实现对材料有效分类，从而更快捷地把各种原材料放到相应位置22。在家具生产中，对板材的识别可借助图像匹配技术，对不同板件进行精准分类，效率高、出错率低。分拣机器人精准检测功能也在不断完善，尤其是分拣物品重叠、超出识别范围等诸多方面23。2.6 装配机器人装配工序需要消耗大量的资源和人力。装配机器人可对家具中零、部件进行自动装配，从而提升了装配效率，并且更加精准。装配机器人主要是依靠手臂、手腕的力量实现更加安全、稳健的目标。六轴机器人是目前市面常见的装配机器人。根据机器型号和负载能力的不同，广州伯郎特机器人本体重量约为310 kg，臂展为3 000 mm，手臂工作范围为150，最大速度为1