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

　　針對以上行業痛點，清華大學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，提出了跨品類的可重構柔性裝配系統。該系統由一定數量完全等同的可重構柔性裝配單元，以串聯或并聯的形式連接而成，每個單元模仿人工裝配單元而設計，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。
 

圖1.跨品類可重構柔性裝配系統
 

　　該跨品類可重構柔性裝配系統具有硬件可重構和軟件可重構兩大技術特色。硬件可重構，即裝配單元的設計是高度模塊化的，且組成結構是可重構的，可以使用不同的裝配工具和夾具來完成不同的裝配任務。多個裝配單元可根據待裝產品進行靈活布局，并重構配置為該產品的專用裝配線。軟件可重構，即提出了一種專門面向裝配產線的裝配語言，集成了機械臂和PLC控制，可根據不同產品的裝配工藝編寫控制程序，實現可重構柔性裝配的數控化，縮短裝配線改造成本等，提高企業效率。
 

圖2.五要素裝配模型及其裝配知識圖譜
 

　　為了進一步實現面向跨品類可重構柔性裝配產線的智能化，團隊近期提出了一種新五要素裝配理論模型(圖2)和重構技術實現框架(圖3)。五要素是指產品、工藝、資源、知識和決策，產品是指待組裝的裝配對象，工藝描述了產品是如何使用一個或多個裝配資源逐步實現裝配的，資源指執行工藝的機器、設備或裝置，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，通常以結構化的形式表示，如知識圖譜。該創新的形式化的五要素裝配模型相比現有的裝配模型，擴展了知識和決策兩個要素，并將他們置于中心，以支持可重構柔性裝配系統更柔性化、數控化、智能化。
 

圖3.跨品類產品重構技術體系
 

　　重構技術實現框架屬于決策要素，根據各種裝配決策方法的應用階段，該框架分成設計、配置和操作三個階段，為用戶針對新產品的產線重構提供系統化的指引。在設計階段，將產品裝配中涉及到的各種裝配信息(如裝配過程、裝配步驟、裝配動作和規則)總結并存儲到知識圖譜中，并設計各種支撐資源庫。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，并使用虛擬調試技術優化形成最終的裝配方案。在運行階段，創建裝配線的數字孿生模型，應用裝配線運維和決策技術提高產線穩定性、靈活性和智能性。
 

　　團隊的長期目標是設計并展示一種全新的智能制造系統實現途徑，即具身智能工業機器人裝配系統，兼具柔性化、數控化和智能化三大技術特色。該總體目標分為三個實現階段，目前完成柔性化和數控化，已經能夠被廣大智能制造企業實際使用。團隊圍繞可重構柔性裝配系統已經申請或授權了發明專利27項，完成了技術成果產業化，并實現了跨品類可重構柔性裝配技術的落地應用，在工業連接器行業大型央企得到成功應用，產生顯著的智能制造經濟效益。
 

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

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

　　曾龍為上述論文的通訊作者。“面向可重構柔性裝配線的裝配語言設計與開發”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平。“面向跨品類產品的可重構柔性裝配模型與實現體系”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基金面上項目、深圳市高等學校穩定支持重點項目的資助。