机器人在阀门制造业中的应用盘点

　　阀门制造业作为工业领域的重要组成部分，对于能源、化工、水利等众多行业的运行起着关键作用。在传统阀门制造模式下，生产过程面临着诸多挑战，如劳动强度大、生产效率低、产品质量一致性难以保证等。随着科技的飞速发展，机器人技术逐渐成熟并广泛应用于各个制造业领域，阀门制造业也不例外。机器人凭借其高精度、高速度、高稳定性以及可重复性等优势，为阀门制造业带来了新的发展机遇，正在推动阀门制造行业向智能化、自动化方向转型升级。深入探讨机器人在阀门制造业中的应用，对于提升阀门制造企业的竞争力、促进整个行业的可持续发展具有重要意义。
 

　　阀门制造业现状及传统生产痛点
 

　　当前，阀门制造业呈现出多元化的发展态势。市场需求持续增长，不仅来自传统工业领域的更新改造需求，新兴产业如新能源、半导体等的崛起也为阀门市场注入了新的活力。阀门制造企业数量众多，竞争激烈。在技术方面，虽然部分企业已经开始引入自动化、智能化生产设备，但整体而言，仍有相当比例的企业采用传统生产方式，生产效率和产品质量参差不齐。在产品方面，阀门的种类繁多，包括闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等，不同类型阀门在结构、尺寸、性能要求上差异较大，这对生产制造过程提出了较高的灵活性要求。
 

　　传统生产模式存在以下痛点：
 

　　生产效率低下：传统阀门制造中，大量工序依赖人工操作，如零部件加工、装配、检测等。人工操作速度相对较慢，且工人需要休息，无法实现连续不间断生产。例如在阀门装配环节，人工装配一个复杂阀门可能需要数小时，且随着订单量增加，工人劳动强度增大，出错概率也会上升，进一步影响生产效率。质量稳定性差：人工操作受工人技能水平、工作状态等因素影响较大。不同工人在操作手法、力度等方面存在差异，这导致产品质量难以保证高度一致。以阀门密封面加工为例，人工打磨时难以确保每个阀门密封面的平整度和光洁度相同，从而影响阀门的密封性能，增加产品次品率。劳动强度大且人力成本高：阀门制造过程中的一些工序，如搬运较重的阀体、长时间进行重复性手工操作等，对工人身体造成较大负担。同时，随着劳动力成本的不断上升，企业在人力方面的支出持续增加。为完成大规模订单，企业需要雇佣大量工人，这不仅增加了人力成本，还带来了管理难度。生产灵活性不足：当市场需求发生变化，需要调整产品型号或规格时，传统生产模式难以快速响应。由于生产设备和工艺相对固定，重新调整生产线需要耗费大量时间和精力，导致企业在面对市场变化时反应迟缓，难以满足客户多样化、个性化的需求。
 

　　机器人在阀门制造业的应用
 

　　工业机器人
 

　　工业机器人近十几年已经在机械制造业中得到了广泛的应用，阀门行业的发展和强大得益于自动化设备和机器人的应用。除了常见的数控机床和加工中心进行零部件的加工之外，工业机器人还有其他方面的应用，比如机器人在高温、肮脏而危险的铸造过程中，将熔化的金属浇入铸模中。传统的人工浇注由于操作工更替频繁和受操作工体能的限制，易造成浇注工艺稳定性不佳，铸造产品质量时有波动；而使用机器人浇注后，由机器人浇注管理软件可自动控制机器人按预先设定的工艺进行浇注，产品重复性一致，大幅提高了产品质量，解放了劳动力。同时，机器人系统可与炉内的金属液检测系统进行关联，实现对金属液元素成分的实时监控，从而保证浇注金属液的材料质量符合要求。 阀门焊接也是工业机器人一个极为重要的应用，可实现连续点焊和缝焊，有助于员工脱离有害、高温和散发臭氧的环境。机器人操作焊接精度高，能大幅度降低焊接缺陷，确保阀门的质量，如焊接件的焊接连续性带来的美观度、阀座密封性、承压件的强度等。 常见的阀门喷涂，如喷漆、喷塑、喷铝镁合金、喷涂不锈钢粉末等工作，均有害于身体健康，这类工况采用机器人喷涂极为适合。该工业机器人可以均匀地喷涂涂层，精确计算出涂料的用量，继而节约用料成本；繁重、危险而乏味的机器上下料也是工业机器人的工作领域；采用机器人可以准确定位料件位置，并可自动输送料件，节省人工成本，降低枯燥工作使操作工人注意力不集中而带来意外受伤的风险。
 

　　检测机器人
 

　　针对阀门尺寸检验，3D投影仪和三坐标设备已被许多阀门工厂应用，为不易检测尺寸的检验工作提供了极大地便利性；此外，检测机器人的检测精度更为精准，工作性质可与机器智能化相关联。在阀门和管道检验方面，利用机器人的高精度传感器，可以检验不方便人工检验位置的表面粗糙度、裂纹、砂眼等缺陷，也可检验内部管道中的结构、损坏程度等。对于实际中不易实现的阀门测试或使用环境，利用机器人的模拟功能，可以对阀门超常功能性进行科学预判，如高压密封性、高温对材料的影响、高腐蚀性使用腐蚀指数等。
 

　　量产和试样用机器人
 

　　在阀门产品的装配和测试方面，利用机器人进行零件装配前的清洁、搬运、对中、组装、自动化测试等；这些工序按照先后顺序进行，针对一些体型小且批量大的阀门而言尤为合适。在阀门成品的包装方面，利用机器人可进行拾取、称重、分拣、分装、打包、贴标等工作。针对小型、轻型的阀门产品，可选择小造型的多关节机器人，其操作灵活、使用便捷、功能多样化；针对较大型重型的阀门产品，侧重于选择负载能力强的大型工业机器人，无需将大型产品进行快速搬运或运转，而是需要承载能力之余的安全性和可靠性。包装机器人在一些追求自动化的阀门生产厂家已经采用，其效率明显高于人工。此外，在研发阀门新产品时需要制样，对于一些不确定的多类设计，企业实际将遇到开模具的固定投资较高、铸造样品时出品周期长、质量不确定等问题，通常采用机器人3D打印技术制作阀门的初次样品。3D打印技术在国内近些年已逐渐应用，能按照需求制作一些常见材料的样品，不仅保证精准的尺寸、上等的美观度，还可用于实际测试，节省了成本，并缩短了制样周期，为阀门的设计、挑选、定型工作提供的便利性。
 

　　我国已有不少阀门企业在制造过程中正逐步使用工业机器人，如三偏心蝶阀密封面的堆焊与机械加工、大尺寸拼焊阀门生产、高圧无缝钢管三通及阀体焊接生产线、水系统用的阀门喷涂环氧树脂粉体的工序、铸铁阀门阀座喷涂不锈钢粉末、大型工业阀门和管道表面喷锌工序、氟塑料衬里生产线，多功能的3D检验仪器或设备的运用、自动化加工-组装-测试生产线、自动化分拣-包装-打标流水线、3D打印技术的制样应用等，这些工序逐渐选择机器人操作，且取得显著成绩；此外，某些企业甚至实现无人化的自动生产线作业，极大地提高生产效率和产品质量。
 

　　面临的机遇和挑战
 

　　机器人主要部件包含控制器、伺服电机、减速器、传感器和末端执行器，这些部件在机器人的运行中能够实现机器人的运动控制、感知环境和执行任务等功能。虽然具备六个自由度的轻型机械人价格不菲，但若机器人能够完成相应的工作，便可代替至少2个工人的工作量，从而快速收回投资成本。截至目前，中国机器人使用量目前以25%的速度在增长，已经连续增长三年，而世界上大约有40%的机器人应用于中国。尽管国产机器人起步与国外相近，但中途有所停滞，因此在制造水平上与工业国家存在一些差距。近几年，由于企业的生产需要，尤其是汽车生产企业，我国有一半的机器人用在汽车生产线上，而其他工业生产也逐步采用机器人，推动了机器人生产的发展。工业机器人国产供应链基本形成，国内企业能够制造出质优价廉的工业机器人本体，适合一般制造业的需求。随着RV减速机的国产化和国产高精端行业(如芯片、半导体、新能源等)的快速崛起，网络越来越好，人工智能越发强大，未来的机器人将面向更智能化、网络化、集成化、订制化方向发展，阀门制造企业所需求的具有多样化功能的机器人仍有较大的研发进步空间。
 

　　阀门行业采用机器人是势在必行。与此同时，机器人生产企业需要与相关生产设备制造厂联合，在了解和掌握机器人核心零部件的原理和应用的基础上，结合阀门制造企业的实际需求，进行二次开发，设计和制造更贴近不同生产所用的机器人；然而，针对特殊的阀门生产企业，机器人的订制化需求也是一个探索方向。阀门行业不仅需要熟知机器人的技术人员，还需要对机器人定期维修保养的技术工人，需要企业提前做出铺垫。