導(dǎo)語：焊裝車間機器人節(jié)拍分析及優(yōu)化設(shè)計一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了實現(xiàn)焊裝車間降本增效的目標(biāo)，對焊裝車間自動生產(chǎn)線上機器人的生產(chǎn)節(jié)拍進行優(yōu)化。通過分析機器人的工作時序邏輯，查找機器人不合理的工作時序，進而分析機器人的底層程序，修改程序上的問題，優(yōu)化工作時序，消除機器人工作時序邏輯不合理產(chǎn)生的等待浪費，提升生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，從而提高車間的生產(chǎn)效率，最終實現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：降本增效;生產(chǎn)節(jié)拍;時序邏輯

1前言

現(xiàn)今汽車制造企業(yè)多采用柔性化生產(chǎn)，同一生產(chǎn)線共線生產(chǎn)多種車型[1]，在單位時間內(nèi)多產(chǎn)生加工效益，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和競爭力[2]。其中車間的生產(chǎn)節(jié)拍直接反應(yīng)了車間的生產(chǎn)效率[3-5]，所以在生產(chǎn)當(dāng)中對節(jié)拍的優(yōu)化至關(guān)重要。同時隨著技術(shù)的進步，在汽車領(lǐng)域焊接機器人得到最廣泛的應(yīng)用[6]，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而機器人在焊接的過程中，最需要關(guān)注的問題也是節(jié)拍。在這樣的背景下，研究汽車焊裝自動生產(chǎn)線機器人生產(chǎn)節(jié)拍存在的浪費問題，具有重要的現(xiàn)實意義[7]。分析機器人的工作時序邏輯，查找機器人工作時存在的等待浪費，提升機器人的生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率，可以讓企業(yè)更好地占領(lǐng)市場份額、控制生產(chǎn)成本[8]，同時對行業(yè)內(nèi)同類生產(chǎn)線節(jié)拍問題的優(yōu)化提供參考。

2優(yōu)化節(jié)拍的背景和需求

某車型的焊裝車間自動生產(chǎn)線主要有機艙線、后地板線、UB下車身線、左右側(cè)圍線。以機艙自動線和后地板自動線為例，對機艙線和后地板線的每個工位進行了視頻拍攝和節(jié)拍時間記錄，繪制了如圖1、圖2所示的工位節(jié)拍統(tǒng)計圖。圖1、圖2中，橫線代表自動線的生產(chǎn)節(jié)拍要求（90s），超出橫線代表不滿足要求的工位，未超出橫線代表滿足要求的工位，每個條形柱上的數(shù)字代表實際工作時間。焊裝車間自動線的生產(chǎn)節(jié)拍要求為90s，機艙線共有13個工位，有6個工位的生產(chǎn)節(jié)拍超出了90s，不滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求的工位達到46%，節(jié)拍最大超出6s，如圖1所示。后地板線共有12個工位，有6個工位的生產(chǎn)節(jié)拍超出了90s，不滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求的工位達到50%，節(jié)拍最大超出8s，如圖2所示。經(jīng)過對現(xiàn)場工位節(jié)拍的測量分析和統(tǒng)計，焊裝車間的自動生產(chǎn)線不同工位上的節(jié)拍分布不均，有些工位工作時間長，有些工位工作時間短，存在大量等待浪費以及作業(yè)間不平衡導(dǎo)致的效率損失，存在一定的可優(yōu)化空間。

3節(jié)拍延誤的問題分析

從焊裝自動生產(chǎn)線上，對其中耗時最長的工序進行視頻拍攝和工作時序邏輯分析，通過視頻分析和現(xiàn)場觀察，查找到影響生產(chǎn)節(jié)拍的問題，并進行了如下分析。3.1修磨導(dǎo)致等待浪費當(dāng)機器人帶有固定焊槍需要修磨時，在固定焊槍焊接完成，抓手機器人進行放件，回起始位（Home位）后，抓手機器人等待，擺臂修磨器對固定焊槍進行修磨，然后固定焊槍進行電阻檢測，直到當(dāng)修磨和電阻檢測完畢后抓手機器人才調(diào)用生產(chǎn)程序去抓件，修磨時間有16s，在這16s時間內(nèi)抓手一直處于等待狀態(tài)?，F(xiàn)場某工位的固定焊槍修磨如圖3所示，固定焊槍修磨時序邏輯如圖4所示。固定焊槍修磨時，抓手機器人端一直處于等待狀態(tài)，造成生產(chǎn)節(jié)拍的浪費，存在可優(yōu)化的空間。3.2換槍盤防塵蓋開合時序邏輯不合理現(xiàn)場某工位的2號焊槍焊接完成，退到起始位（Home位）；給1號防塵蓋發(fā)送打開信號，收到完全打開的反饋信號后，機器人將2號焊槍放到2號停放支架，從1號停放支架取槍，回到起始位；等收到2號防塵蓋關(guān)閉完成的反饋信號后，機器人開始焊接，如圖5所示，換槍盤防塵蓋開合時序邏輯如圖6所示。在給1號防塵蓋發(fā)送打開信號到收到完全打開的反饋信號期間，機器人等待時間有3s，在等收到2號防塵蓋關(guān)閉完成的反饋信號期間，機器人等待時間有3s，一次換槍有6s的等待時間，造成生產(chǎn)節(jié)拍的浪費，存在可優(yōu)化空間。3.3機器人放件時序邏輯不合理在機艙060工位，R1、R2兩把焊槍對夾具臺上的工件焊接完成后，機器人R3將工件從夾具臺抓起，到固定焊槍處進行補焊，如圖7所示。在機器人R3將工件從夾具臺上抓起，送到固定焊槍處的這段時間，機器人R0一直在等待，沒有將工件放在空置的夾具臺上，直到機器人R3的件開始補焊，機器人R0才將工件放在夾具臺上，機器人R0等待時間有6s，造成節(jié)拍浪費，存在可優(yōu)化空間。

4節(jié)拍優(yōu)化的詳細(xì)方法

基于節(jié)拍平衡理論，要使得每個工位的設(shè)備利用率、人員負(fù)荷程度基本平均合理，就需要每個工位的員工操作時間盡可能接近[9]。對于超過生產(chǎn)節(jié)拍要求的瓶頸工位，需要進行節(jié)拍優(yōu)化，減少各個工位之間的時間差，從而達到節(jié)拍平衡[10]。針對上述造成節(jié)拍浪費的問題制定了如下的優(yōu)化方案。4.1擺臂修磨同步功能。擺臂修磨與抓手機器人取件異步進行，存在多余等待浪費，造成這種浪費的原因為擺臂修磨程序在抓手機器人程序最后面，只有運行完擺臂修磨程序后，走主程序（MAIN程序），抓手機器人才能進行取件，底層程序如圖8所示。修磨時間需要16s，這16s時間內(nèi)機器人端不工作一直處于等待，造成生產(chǎn)節(jié)拍浪費。為了避免因修磨造成的機器人等待浪費，將修磨與機器人作業(yè)同步進行，在機器人抓放件程序中嵌入固定修磨程序，將修磨語句行指令，即修磨電阻檢測（CheckBGTD）、擺臂修磨結(jié)束（EndB⁃GTD）、擺臂修磨開始（StartBGTD）放在機器人的程序軌跡當(dāng)中，只要固定焊槍焊接完成就啟動修磨指令（StartBGTD），這時機器人不等待繼續(xù)放件，此時修磨時間全都納入軌跡中，從而節(jié)約了修磨等待時間，電阻檢測運行CheckBGTD，等修磨完后運行EndBGTD，此時修磨結(jié)束。通過修改機器人底層程序節(jié)約了機器人因修磨而產(chǎn)生的等待時間，修改后的機器人底層程序如圖9所示。通過在機器人抓放件程序中嵌入固定修磨程序，使得機器人抓放件與固定修磨同步進行，消除了機器人的等待浪費，優(yōu)化后固定焊槍修磨時序邏輯如圖10所示，單工位固定修磨節(jié)約16s時間，節(jié)拍優(yōu)化率達到47%，固定修磨時序優(yōu)化前后對比如圖11所示。焊裝車間固定焊總數(shù)量為48個，單工位固定修磨節(jié)約16s，焊裝車間單次固定修磨可節(jié)約768s，極大提高了車間生產(chǎn)效率。4.2換槍盤防塵罩開合時序優(yōu)化。機器人取放槍與防塵罩開合異步進行，造成等待浪費，原因為防塵蓋開合底層程序存在BUG，在機器人焊槍完成焊接，退回到起始位（Home位）后才運行防塵蓋開合程序，直到程序運行完畢，機器人端才開始放槍、回起始位、取槍、回起始位，并再次運行防塵蓋開合程序，在防塵蓋關(guān)閉完成后，機器人開始焊接。換槍盤防塵蓋程序的邏輯問題造成了等待浪費，存在優(yōu)化空間，具體程序優(yōu)化方式如圖12所示。優(yōu)化后的防塵蓋開合底層程序，實現(xiàn)了焊裝自動線換槍工位換槍盤防塵蓋合理的開合時序邏輯，即帶2號焊槍的機器人焊接完成，回到起始位后給1號防塵蓋發(fā)送打開信號，然后去2號停放支架進行放槍，機器人端放槍完成后回到起始位，給2號防塵蓋發(fā)送關(guān)閉信號，并在接收到1號防塵蓋完全打開信號后，去抓1號焊槍，并回到起始位，機器人端在檢測到2號防塵蓋關(guān)閉完成信號后開始進行焊接工作。換槍盤防塵蓋優(yōu)化后開合時序邏輯如圖13所示。優(yōu)化后的底層程序，實現(xiàn)了機器人取槍前防塵罩已經(jīng)打開完畢；機器人放槍后，防塵罩馬上關(guān)閉，消除了等待浪費。單工位換槍節(jié)約6s，節(jié)拍優(yōu)化率達到26%，防塵蓋開合時序優(yōu)化前后對比如圖14所示。焊裝車間換槍盤總數(shù)量為97個，單工位換槍能節(jié)約6s，焊裝車間單次換槍能節(jié)約582s，提高了車間生產(chǎn)效率。4.3機器人放件時序優(yōu)化。如圖15所示，機器人R0放件的信號來源于機器人R3固定焊是否開始焊接，時序不合理。通過對機器人底層程序進行優(yōu)化，在機器人R3抓件離開機器人R0放件的干涉區(qū)后，機器人R0開始進行放件。機器人放件時序優(yōu)化后，能節(jié)約等待時間6s，優(yōu)化前單工位節(jié)拍為95s，節(jié)拍優(yōu)化提升6%，提升了生產(chǎn)節(jié)拍，提高了車間生產(chǎn)效率。4.43種優(yōu)化方法總結(jié)針對某車型的焊裝車間現(xiàn)場3種影響生產(chǎn)節(jié)拍的具體問題，提出3種優(yōu)化方案，并全車間應(yīng)用，消除部分等待浪費，提升焊裝車間自動線的線平衡率，提高生產(chǎn)效率。優(yōu)化方法總結(jié)如表1所示。

5結(jié)束語

針對國內(nèi)某車型的焊裝車間自動生產(chǎn)線上機器人設(shè)備工作時序邏輯不合理的3個問題，即固定焊槍修磨導(dǎo)致抓手機器人等待、換槍盤防塵蓋開合時序邏輯不合理導(dǎo)致機器人端等待、機器人放件時序邏輯不合理導(dǎo)致機器人端等待，分別分析了機器人的工作時序和底層程序，對程序中存在的漏洞和不合理的邏輯進行了優(yōu)化，使得擺臂修磨與機器人作業(yè)同步進行，換槍盤防塵罩開合時序合理，機器人放件時序合理，解決了機器人工作時序邏輯不合理的3個問題，提升焊裝車間的生產(chǎn)節(jié)拍，從而提升車間的生產(chǎn)效率，最終通過降低生產(chǎn)成本提高企業(yè)的競爭力。

參考文獻：

[1]孫鳳元.汽車焊裝車間柔性化生產(chǎn)線的應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程,2019(11):159-160.

[2]高文麗,王建中,彭琰.車身焊裝線柔性化改造在新產(chǎn)品導(dǎo)入中的應(yīng)用與實踐[J].汽車工藝與材料,2016(7):66-69.

[3]寧宇,韓英淳,李悅.基于數(shù)字化工廠的白車身焊裝前期規(guī)劃[J].汽車技術(shù),2010(5):58-61.

[4]吳昊,陳新.基于PLC的焊裝生產(chǎn)線分裝區(qū)的設(shè)計與應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2020(3):23-27.

[5]陳佳祺,郭為忠.基于生產(chǎn)線仿真分析的關(guān)鍵工位診斷與改進設(shè)計[J].機械設(shè)計與研究,2017,33(1):83-86.

[6]霍厚志,張?zhí)?杜啟恒,等.我國焊接機器人應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢[J].焊管,2017,40(2):36-42.

[7]尚校,杜海,楊磊,等.焊裝生產(chǎn)線的節(jié)拍分析及優(yōu)化[J].汽車工藝與材料,2013(8):20-26.

[8]何益富.焊裝B平臺地板線往復(fù)桿輸送設(shè)備鉸鏈四連桿提升機構(gòu)的優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2017(3):35-36.

[9]賈秋紅,肖燕,龔玉潔,等.基于Witness的飛輪生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍平衡研究[J].機械設(shè)計與制造,2011(11):122-124.

[10]胡明茂,趙锎,李峰,等.基于工序分析的駕駛室焊裝工藝改進[J].機械制造與自動化,2018,47(3):81-84.

作者:陳志雅 宋和平 馬懷振 李延靜 單位:1.寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司長興分公司 2.凱悅汽車大部件制造（張家口）有限公司