第1章
简介
本章概括了全书的主要内容，并简要回顾了自动化的历史，区分了流程自动化和离散自动化。回顾了从20世纪60年代第一台工业机器人安装以来的工业机器人历史，概述了工业机器人技术发展中的里程碑。还讨论了机器人应用技术的发展，特别是那些受汽车工业驱动的机器人应用。另外，还讨论了机器人使用对就业的影响。
关键词：工业机器人，离散自动化，工厂自动化，Unimation公司，PUMA，机器人密度
在20世纪60年代，工业机器人首次出现，对制造工程师来说，这预示了一个令人激动的时代。这种机器为工程师提供了一种前所未有的、能够实现自动化作业的机会。1961年，通用汽车公司首次将工业机器人应用到制造过程中。从那时起，机器人技术取得了长足的进步，当今的机器人在性能、生产能力和价格等方面都完全不同于最早的工业机器人。已有超过200万台机器人安装在不同的工业领域，从而形成了一个全新的自动化领域。这些机器人为制造业和1消费者带来了巨大的好处。在成功应用这些机器人的过程中充满了挑战，但是，在过去的50年中，那些机器人技术的先驱者也收获了宝贵的经验教训。
这些挑战大部分都是由于机器人与人相比存在局限性造成的。虽然机器人能够与人一样完成许多制造任务，甚至比人类做得还要好，但是，在当前技术条件下，机器人还不具有人类所有的传感能力和智能。因此，为了成功实现机器人应用，我们就需要充分考虑这些局限性，而且机器人应用必须要设计合理，使得机器人能够成功完成指定的任务。
本书为工程师和即将从事机器人应用的学生提供了诸多实践性的指导。本书的目的不是展示机器人技术细节，也不是展示机器人如何操作或者编程，而是传授一些经验教训，给那些机器人应用的新手提供指导。畏惧困难和期望值过高往往是使用机器人的最大障碍。尽管当前机器人的安装量非常大，但是全世界的许多公司仍然会因为引进了机器人技术而获得利益。他们不愿意使用机器人的主要原因是对未知的恐惧，往往抱着“机器人适合于汽车工业，而不适合我们”这样的念头。这种错误的念头阻碍了公司接受机器人技术并从中获利，从而阻碍了公司的发展壮大和赢利能力。
1.1本书范围
如上所述，本书的目的是为机器人系统的实际应用提供指导。一方面，许多学术性的书籍详细描述了机器人技术的来龙去脉。另一方面，机器人制造商和系统集成商通过因特网提供了许多机器人应用的实例。然而，很少有资料涵盖机器人系统实施的所有重要领域。虽然许多机器人专家从经验中获得了这方面的知识，但是他们没有时间整理成书以向其他人传授这些经验。
接下来，我们将介绍自动化的概念。自动化在不同的行业中含义有所不同。因此，理解在什么条件下机器人是恰当的，尤其是要理解在什么条件下机器人是不恰当的，这是至关重要的。术语机器人（robot）让我们联想到许多丰富的画面，从简单的物料操作设备到智能的仿人机器人。因此，我们有必要专门解释术语工业机器人（industrial robot）。本书主要讨论工业2机器人。
尽管我们的主要目的不是详细讲解机器人技术，但是我们将简要介绍使用机器人的好处，以及机器人的构型、性能和特性等。对所有的机器人应用来说，这些都是必备的入门知识，因为这些知识为我们选择合理的、满足特定应用的机器人提供了基础。这是本书第2章的内容。
机器人由机械部分（典型情况下为机械臂）和相应的控制器组成。就它自身而言，这种设备没有什么用处。为了完成某个具体应用任务，机器人必须集成到一个包括多个其他设备的复杂系统中。第3章概述了重要的机器人周边设备。
第4章回顾了机器人的典型应用。当然，我们不希望这段综述把读者搞得精疲力竭。相反，这一章提供了许多在各种不同工业领域的机器人应用的具体实例。我们利用这些实例来阐述机器人应用中涉及的主要问题，特别是那些与特定工业领域或应用相关的问题。
本书的剩下部分概述了一个按部就班的流程，遵循这个流程就可以成功实现机器人应用。首先，在第5章中，我们讨论了开发机器人解决方案的初始流程，尽管这个流程通常是反复的，但最终的解决方案通常要等到经济性评价完成后才能确定。成功的机器人应用的关键是如何定义系统的技术要求。大多数情况下，用户往往会将机器人解决方案的实施外包给外部供应商，比如系统集成商，供应商必须清楚地理解即将实施的机器人系统的需求和限制条件。这些内容一般都写在用户需求说明书里。如果没有这个说明书，用户与供应商之间就会缺少清晰的理解，从而导致项目失败的可能性大增。用户需求说明书的目的就是传达这些重要信息。在本书的第6章中，我们将讨论如何制定这一关键文件。
当然，机器人系统的实施必须给终端用户带来好处。这些好处通常是经济上的，经济性评价必须在项目的开始阶段就明确下来。通常情况下，除非经济性评价可行，否则用户是不会继续推进3购买机器人系统的，这与其他资产投资的道理是一样的。因此，终端客户的决策制定者需要看到一份具有说服力的经济性评价。所以，经济性评价与机器人解决方案的工程设计一样重要。这还不只是确定可以节省多少劳动力。机器人系统还能够带来其他在经济上可以量化的好处。许多情况下，机器人系统没有实施的主要原因是经济性评价无法满足企业的财务要求。然而，依靠正确的方法并进行详细的分析会有利于经济性评价。这些内容将在第7章中介绍。
所有成功的项目都需要一套对项目计划和管理井然有序的方法。从这个角度来看，机器人系统应用也是如此，尽管问题总是难以避免的，特别是对那些开始尝试使用机器人技术的公司。第8章涵盖项目计划、供应商选择、机器人系统的安装和操作等诸多环节，提供了成功实施机器人应用的指导案例。特别值得一提的是，本章考虑了一些共性问题，并告诉读者如何避免发生这些问题。
最后，第9章总结了机器人系统实施流程。本章还为刚刚涉足机器人技术的工程师和公司提供了一些想法和建议，便于他们从制定自动化战略中获益。自动化战略为制造业提供了一个宏观的计划。依靠该计划，制造商可以扩展他们的专业能力，并把自动化应用作为公司总体目标的一部分。