工业机器人全生命周期健康管理理论与长寿化技术研究

一、引言

在制造业智能化转型的浪潮中，工业机器人作为核心装备，其运行状态直接影响企业生产效能与竞争力。据统计，工业机器人单次故障停机不仅会造成数千元至数万元的直接经济损失，还可能打乱生产计划，影响交货周期。因此，开展工业机器人全生命周期健康管理理论与长寿化技术研究，实现设备高效稳定运行，对制造业可持续发展至关重要。

二、项目立项目的及意义

（一）显著提升生产效率

设备停机是制约制造业生产效率的关键因素。在实际生产中，工业机器人因故障导致的停机时间每减少 1 小时，企业平均可增加数千元甚至上万元的产值。本项目通过构建完善的健康管理体系，实时监测机器人运行状态，提前预防故障发生，大幅减少设备停机时间。同时，优化生产流程，使工业机器人在单位时间内完成更多生产任务，从而显著提升企业整体生产效率，增强企业在市场竞争中的优势地位。

（二）有效降低运营成本

当前，许多企业在工业机器人保养方面过度依赖外部服务，单次保养成本往往高达数万元，且设备更换成本更高。本项目通过组建企业内部专业保养队伍，实现保养服务自主化，预计可使保养成本降低 30%-50%_⨀ 。此外，科学规范的全生命周期健康管理能够延长机器人设备使用寿命，减少设备更换频率，进一步降低企业在设备采购与维护方面的资金投入，有效控制运营成本，提高企业经济效益。

（三）推动技术创新与积累

深入开展工业机器人全生命周期健康管理研究，有助于企业深入探索机器人设备的核心技术原理。在实践过程中，企业能够不断积累设备维护保养经验，这些经验将成为开展机器人技术改造、优化升级等创新工作的宝贵财富。通过对机器人全生命周期的研究，企业可以掌握设备运行规律与技术要点，为后续在智能制造领域开展技术研发、产品创新奠定坚实基础，推动企业在智能制造领域实现技术突破与长远发展。

三、项目前期研究基础及所需条件

（一）前期研究基础

在技术人员储备方面，包钢股份工程服务公司拥有一批具备机械、电气自动化等专业背景的技术人员。他们在日常设备维护工作中积累了丰富经验，熟悉工业设备运行原理和故障排查方法，部分人员还参与过自动化设备升级改造项目，具备一定的技术钻研和创新能力，为项目开展提供了人力保障。

在资料收集与分析上，项目团队通过多种渠道广泛收集工业机器人技术资料，包括设备手册、操作指南、维修案例等，并对资料进行深入分析，初步掌握了工业机器人的结构特点、工作原理、常见故障类型及处理方法，为制定保养方案和流程奠定了理论基础。同时，团队与机器人供应商取得联系，获取了专业保养建议和技术支持。

（二）所需条件

为确保项目顺利实施，需要专业培训资源支持。计划与工业机器人制造商或专业培训机构合作，邀请专业讲师开展系统培训课程，内容涵盖机器人机械结构拆解与组装、电气系统调试与维护、软件编程与故障诊断等方面，提升技术人员的专业技能。

同时，需要购置一批针对工业机器人保养所需的专业工具和检测设备，如高精度扭矩扳手、专用螺丝刀套装、皮带张力计、电动数显锂电抽油泵等。这些工具和设备能够帮助技术人员准确地进行机器人的拆卸、安装、调试和故障检测，提高保养工作的质量和效率。

四、项目主要研究内容、技术研究路线、进度及技术创新点

（一）主要研究内容

1. 工业机器人结构与原理剖析

深入研究工业机器人的机械结构、电气系统和软件系统。在机械结构方面，以六轴工业机器人为例，重点分析关节、传动装置、手臂等关键部件，建立磨损预测模型，优化维护策略；电气系统研究中，剖析控制器、驱动器、传感器等核心元件的工作原理和故障诊断方法；软件系统则聚焦控制逻辑、任务调度和故障代码解析，完善故障诊断体系。

2. 制定专业保养方案

根据机器人使用频率和工况条件，制定日常保养和定期保养方案。日常保养注重外观清洁和运行状态监测，定期保养涵盖机械部件润滑、电气

元件检查、精度校准等内容，并制定详细的操作流程和技术标准，确保保养工作规范、高效。

3. 故障诊断与修复技术研究

系统整理工业机器人机械、电气、软件常见故障类型，建立故障诊断模型。利用人工智能和大数据技术，学习历史故障数据，实现快速准确的故障诊断。同时，建立故障案例库，积累故障处理经验，提高故障修复效率。

五、项目研究目标及经济技术指标

（一）研究目标

本项目旨在全面提升工业机器人的可靠性和稳定性。通过深入研究机器人结构与原理，制定科学的保养流程，结合预防性维护、状态监测和故障预测技术，利用传感器实时采集运行数据，运用大数据分析和人工智能算法提前识别潜在故障隐患。同时，组建专业保养队伍并进行系统培训，确保保养流程严格规范执行，将工业机器人平均无故障工作时间延长 1% ，为企业生产连续性提供有力保障，增强企业在智能制造领域的核心竞争力。

（二）经济技术指标

在经济技术指标方面，重点控制机器人保养成本。通过优化保养流程，减少不必要的操作步骤，提高保养效率，降低人工成本；合理选择性价比高的保养材料，在保证保养质量的前提下，降低耗材支出。建立完善的成本监控体系，对保养过程中的人力、材料、设备等成本进行实时跟踪与分析，及时发现成本波动并采取调整措施。最终实现单次机器人保养成本降低 1% ，并确保年度保养总成本严格控制在预算范围内，提升企业设备管理的经济效益。

六、预期经济效益与社会效益

（一）预期经济效益

以稀土钢冷轧板材厂为例，假设该厂有 25 台工业机器人。实施新保养项目前，每年每台机器人平均故障次数为 5 次，每次故障平均损失为2000 元（包括维修费用、停产损失等），年度保养成本为每台 0 元；实施新保养项目后，机器人平均无故障工作时间延长，故障次数降为每年每台2 次，新保养项目使每台年度保养成本提升至 8000 元，但生产效率提高10% 。该厂产品年销售额为 5000 万元，利润率为 20% 。

（二）社会效益

本项目的实施具有显著的社会效益。通过推广先进的机器人保养技术和理念，有助于推动制造业向智能化、高效化方向发展，促进产业升级，提升我国制造业整体竞争力。同时，项目的开展将带动相关专业人才培养，为行业发展提供人才支持，对推动智能制造产业生态建设具有积极意义。

七、结论

本研究围绕工业机器人全生命周期健康管理理论与长寿化技术展开，通过对项目立项目的、国内外现状、前期基础、研究内容、创新点、目标指标及效益等方面的系统阐述，提出了一套切实可行的解决方案。研究成果对于提升工业机器人可靠性、降低企业运营成本、推动制造业智能化发展具有重要的理论和实践价值。未来，随着研究的深入和技术的不断完善，有望在工业机器人健康管理领域取得更多突破，为我国制造业高质量发展提供有力支撑。

参考文献：

[1] 张阳 , 李华 . 工业机器人全生命周期健康管理体系构建与实践 [J].智能制造 ,2024,35(11):34-37.

[2] 王强 , 刘悦 . 基于大数据的工业机器人故障预测与长寿化技术研究[J]. 自动化与仪器仪表 ,2025,42(03):156-160.

作者简介：高铭阳（1986-），男，汉族，内蒙古包头市人，助理工程师，大学本科，现从机器人运维相关工作