焊裝車間機(jī)器人節(jié)拍分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：為了實(shí)現(xiàn)焊裝車間降本增效的目標(biāo)，對(duì)焊裝車間自動(dòng)生產(chǎn)線上機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行優(yōu)化。通過分析機(jī)器人的工作時(shí)序邏輯，查找機(jī)器人不合理的工作時(shí)序，進(jìn)而分析機(jī)器人的底層程序，修改程序上的問題，優(yōu)化工作時(shí)序，消除機(jī)器人工作時(shí)序邏輯不合理產(chǎn)生的等待浪費(fèi)，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(shí)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(shí)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(shí)間內(nèi)多產(chǎn)生加工效益，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)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(duì)節(jié)拍的優(yōu)化至關(guān)重要。同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步，在汽車領(lǐng)域焊接機(jī)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(jī)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(dòng)生產(chǎn)線機(jī)器人生產(chǎn)節(jié)拍存在的浪費(fèi)問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。分析機(jī)器人的工作時(shí)序邏輯，查找機(jī)器人工作時(shí)存在的等待浪費(fèi)，提升機(jī)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(chǎng)份額、控制生產(chǎn)成本[8]，同時(shí)對(duì)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(dòng)生產(chǎn)線主要有機(jī)艙線、后地板線、UB下車身線、左右側(cè)圍線。以機(jī)艙自動(dòng)線和后地板自動(dòng)線為例，對(duì)機(jī)艙線和后地板線的每個(gè)工位進(jìn)行了視頻拍攝和節(jié)拍時(shí)間記錄，繪制了如圖1、圖2所示的工位節(jié)拍統(tǒng)計(jì)圖。圖1、圖2中，橫線代表自動(dòng)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(gè)條形柱上的數(shù)字代表實(shí)際工作時(shí)間。焊裝車間自動(dòng)線的生產(chǎn)節(jié)拍要求為90s，機(jī)艙線共有13個(gè)工位，有6個(gè)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(dá)到46%，節(jié)拍最大超出6s，如圖1所示。后地板線共有12個(gè)工位，有6個(gè)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(dá)到50%，節(jié)拍最大超出8s，如圖2所示。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工位節(jié)拍的測(cè)量分析和統(tǒng)計(jì)，焊裝車間的自動(dòng)生產(chǎn)線不同工位上的節(jié)拍分布不均，有些工位工作時(shí)間長，有些工位工作時(shí)間短，存在大量等待浪費(fèi)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(dòng)生產(chǎn)線上，對(duì)其中耗時(shí)最長的工序進(jìn)行視頻拍攝和工作時(shí)序邏輯分析，通過視頻分析和現(xiàn)場(chǎng)觀察，查找到影響生產(chǎn)節(jié)拍的問題，并進(jìn)行了如下分析。3.1修磨導(dǎo)致等待浪費(fèi)當(dāng)機(jī)器人帶有固定焊槍需要修磨時(shí)，在固定焊槍焊接完成，抓手機(jī)器人進(jìn)行放件，回起始位（Home位）后，抓手機(jī)器人等待，擺臂修磨器對(duì)固定焊槍進(jìn)行修磨，然后固定焊槍進(jìn)行電阻檢測(cè)，直到當(dāng)修磨和電阻檢測(cè)完畢后抓手機(jī)器人才調(diào)用生產(chǎn)程序去抓件，修磨時(shí)間有16s，在這16s時(shí)間內(nèi)抓手一直處于等待狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)某工位的固定焊槍修磨如圖3所示，固定焊槍修磨時(shí)序邏輯如圖4所示。固定焊槍修磨時(shí)，抓手機(jī)器人端一直處于等待狀態(tài)，造成生產(chǎn)節(jié)拍的浪費(fèi)，存在可優(yōu)化的空間。3.2換槍盤防塵蓋開合時(shí)序邏輯不合理現(xiàn)場(chǎng)某工位的2號(hào)焊槍焊接完成，退到起始位（Home位）；給1號(hào)防塵蓋發(fā)送打開信號(hào)，收到完全打開的反饋信號(hào)后，機(jī)器人將2號(hào)焊槍放到2號(hào)停放支架，從1號(hào)停放支架取槍，回到起始位；等收到2號(hào)防塵蓋關(guān)閉完成的反饋信號(hào)后，機(jī)器人開始焊接，如圖5所示，換槍盤防塵蓋開合時(shí)序邏輯如圖6所示。在給1號(hào)防塵蓋發(fā)送打開信號(hào)到收到完全打開的反饋信號(hào)期間，機(jī)器人等待時(shí)間有3s，在等收到2號(hào)防塵蓋關(guān)閉完成的反饋信號(hào)期間，機(jī)器人等待時(shí)間有3s，一次換槍有6s的等待時(shí)間，造成生產(chǎn)節(jié)拍的浪費(fèi)，存在可優(yōu)化空間。3.3機(jī)器人放件時(shí)序邏輯不合理在機(jī)艙060工位，R1、R2兩把焊槍對(duì)夾具臺(tái)上的工件焊接完成后，機(jī)器人R3將工件從夾具臺(tái)抓起，到固定焊槍處進(jìn)行補(bǔ)焊，如圖7所示。在機(jī)器人R3將工件從夾具臺(tái)上抓起，送到固定焊槍處的這段時(shí)間，機(jī)器人R0一直在等待，沒有將工件放在空置的夾具臺(tái)上，直到機(jī)器人R3的件開始補(bǔ)焊，機(jī)器人R0才將工件放在夾具臺(tái)上，機(jī)器人R0等待時(shí)間有6s，造成節(jié)拍浪費(fèi)，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(gè)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(gè)工位的員工操作時(shí)間盡可能接近[9]。對(duì)于超過生產(chǎn)節(jié)拍要求的瓶頸工位，需要進(jìn)行節(jié)拍優(yōu)化，減少各個(gè)工位之間的時(shí)間差，從而達(dá)到節(jié)拍平衡[10]。針對(duì)上述造成節(jié)拍浪費(fèi)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(jī)器人取件異步進(jìn)行，存在多余等待浪費(fèi)，造成這種浪費(fèi)的原因?yàn)閿[臂修磨程序在抓手機(jī)器人程序最后面，只有運(yùn)行完擺臂修磨程序后，走主程序（MAIN程序），抓手機(jī)器人才能進(jìn)行取件，底層程序如圖8所示。修磨時(shí)間需要16s，這16s時(shí)間內(nèi)機(jī)器人端不工作一直處于等待，造成生產(chǎn)節(jié)拍浪費(fèi)。為了避免因修磨造成的機(jī)器人等待浪費(fèi)，將修磨與機(jī)器人作業(yè)同步進(jìn)行，在機(jī)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(cè)（CheckBGTD）、擺臂修磨結(jié)束（EndB⁃GTD）、擺臂修磨開始（StartBGTD）放在機(jī)器人的程序軌跡當(dāng)中，只要固定焊槍焊接完成就啟動(dòng)修磨指令（StartBGTD），這時(shí)機(jī)器人不等待繼續(xù)放件，此時(shí)修磨時(shí)間全都納入軌跡中，從而節(jié)約了修磨等待時(shí)間，電阻檢測(cè)運(yùn)行CheckBGTD，等修磨完后運(yùn)行EndBGTD，此時(shí)修磨結(jié)束。通過修改機(jī)器人底層程序節(jié)約了機(jī)器人因修磨而產(chǎn)生的等待時(shí)間，修改后的機(jī)器人底層程序如圖9所示。通過在機(jī)器人抓放件程序中嵌入固定修磨程序，使得機(jī)器人抓放件與固定修磨同步進(jìn)行，消除了機(jī)器人的等待浪費(fèi)，優(yōu)化后固定焊槍修磨時(shí)序邏輯如圖10所示，單工位固定修磨節(jié)約16s時(shí)間，節(jié)拍優(yōu)化率達(dá)到47%，固定修磨時(shí)序優(yōu)化前后對(duì)比如圖11所示。焊裝車間固定焊總數(shù)量為48個(gè)，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(shí)序優(yōu)化。機(jī)器人取放槍與防塵罩開合異步進(jìn)行，造成等待浪費(fèi)，原因?yàn)榉缐m蓋開合底層程序存在BUG，在機(jī)器人焊槍完成焊接，退回到起始位（Home位）后才運(yùn)行防塵蓋開合程序，直到程序運(yùn)行完畢，機(jī)器人端才開始放槍、回起始位、取槍、回起始位，并再次運(yùn)行防塵蓋開合程序，在防塵蓋關(guān)閉完成后，機(jī)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(fèi)，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(shí)現(xiàn)了焊裝自動(dòng)線換槍工位換槍盤防塵蓋合理的開合時(shí)序邏輯，即帶2號(hào)焊槍的機(jī)器人焊接完成，回到起始位后給1號(hào)防塵蓋發(fā)送打開信號(hào)，然后去2號(hào)停放支架進(jìn)行放槍，機(jī)器人端放槍完成后回到起始位，給2號(hào)防塵蓋發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，并在接收到1號(hào)防塵蓋完全打開信號(hào)后，去抓1號(hào)焊槍，并回到起始位，機(jī)器人端在檢測(cè)到2號(hào)防塵蓋關(guān)閉完成信號(hào)后開始進(jìn)行焊接工作。換槍盤防塵蓋優(yōu)化后開合時(shí)序邏輯如圖13所示。優(yōu)化后的底層程序，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人取槍前防塵罩已經(jīng)打開完畢；機(jī)器人放槍后，防塵罩馬上關(guān)閉，消除了等待浪費(fèi)。單工位換槍節(jié)約6s，節(jié)拍優(yōu)化率達(dá)到26%，防塵蓋開合時(shí)序優(yōu)化前后對(duì)比如圖14所示。焊裝車間換槍盤總數(shù)量為97個(gè)，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(jī)器人放件時(shí)序優(yōu)化。如圖15所示，機(jī)器人R0放件的信號(hào)來源于機(jī)器人R3固定焊是否開始焊接，時(shí)序不合理。通過對(duì)機(jī)器人底層程序進(jìn)行優(yōu)化，在機(jī)器人R3抓件離開機(jī)器人R0放件的干涉區(qū)后，機(jī)器人R0開始進(jìn)行放件。機(jī)器人放件時(shí)序優(yōu)化后，能節(jié)約等待時(shí)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(duì)某車型的焊裝車間現(xiàn)場(chǎng)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(fèi)，提升焊裝車間自動(dòng)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(duì)國內(nèi)某車型的焊裝車間自動(dòng)生產(chǎn)線上機(jī)器人設(shè)備工作時(shí)序邏輯不合理的3個(gè)問題，即固定焊槍修磨導(dǎo)致抓手機(jī)器人等待、換槍盤防塵蓋開合時(shí)序邏輯不合理導(dǎo)致機(jī)器人端等待、機(jī)器人放件時(shí)序邏輯不合理導(dǎo)致機(jī)器人端等待，分別分析了機(jī)器人的工作時(shí)序和底層程序，對(duì)程序中存在的漏洞和不合理的邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，使得擺臂修磨與機(jī)器人作業(yè)同步進(jìn)行，換槍盤防塵罩開合時(shí)序合理，機(jī)器人放件時(shí)序合理，解決了機(jī)器人工作時(shí)序邏輯不合理的3個(gè)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(jìng)爭(zhēng)力。

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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