機械焊接技術(shù)與自動化發(fā)展研究

黃永

引言：很多方面依然須應(yīng)用傳統(tǒng)機械產(chǎn)業(yè)，然而機械制零件焊接，是其中不可或缺加工方法。目前的生產(chǎn)企業(yè)都講求快、穩(wěn)、準(zhǔn)，而能夠讓生產(chǎn)線達(dá)成三項的要求，就必須往自動化生產(chǎn)方向推進。推動自動化生產(chǎn)方式必可達(dá)到減少人力成本、提高機器駕動率、增加產(chǎn)能及穩(wěn)定產(chǎn)品之質(zhì)量的目標(biāo)，所以實施自動化生產(chǎn)確有其必要性。本文作者對機械零件焊接優(yōu)化技術(shù)進行了分析研究。

一、前言

本研究主要應(yīng)用機械手臂進行焊接工作流程改善，首先我們先對幾家焊接企業(yè)進行收集數(shù)據(jù)，并邀請QFD專家以及TRIZ專家進行討論，找出改善工作流程之因素，依照不同仿真系統(tǒng)腳本劇情可將流程評估至優(yōu)化，達(dá)到改善之最終目標(biāo)，并可提供業(yè)界在決策規(guī)劃時之參考依據(jù)。

由質(zhì)量機能展開結(jié)合TRIZ系統(tǒng)方法中獲得，影響個案企業(yè)建構(gòu)生產(chǎn)線的三大方向為（1）時間管控、（2）人力資源管控、（3）質(zhì)量管控之的策略。并應(yīng)用Flexsim仿真系統(tǒng)將改善條件套入，并模擬優(yōu)化。然而，此研究結(jié)果顯示，個案企業(yè)原本生產(chǎn)線產(chǎn)量為720pcs，應(yīng)用仿真系統(tǒng)仿真原生產(chǎn)線的優(yōu)化取得多13%的產(chǎn)量，將前兩種方法所獲得的改善條件導(dǎo)入生產(chǎn)線中，而生產(chǎn)量可提升50%的產(chǎn)量。

二、個案企業(yè)生產(chǎn)流程

個案企業(yè)的咖啡桶分為三個部分，為上蓋、中桶、下蓋，而這三種必須先各自進行不同加工之后，才會再將三個工件主合程一個完善的咖啡桶。由上述可了解本加工生產(chǎn)流程較繁雜，所以希望透過本研究可將他們所有的工作站做結(jié)合，并且透過仿真系統(tǒng)取得優(yōu)化的生產(chǎn)線。

此外本企業(yè)在早期就已經(jīng)引進機械手臂做加工，因此對于機械手臂做焊接加工之技術(shù)已經(jīng)很成熟，因此在人力不足方面，對他們并沒有太大的影響，但人力的分配也需要作加強，人力安排恰當(dāng)時，可提升加工質(zhì)量以及減少加工的時間。

但個案企業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，因此無生產(chǎn)線排程的概念，而所有的工作站，并無特定做規(guī)劃，所以個案企業(yè)會發(fā)現(xiàn)若訂單較多時，可能就無法應(yīng)付客戶的需求。由于個案企業(yè)有此方面困擾，則本研究首先針對改善生產(chǎn)線之分析可分為三大部分

（1）提升生產(chǎn)量（2）減少不良率（3）人力資源控管

個案企業(yè)制造作業(yè)流，主要可分為三個工件的加工，第一工件為底蓋加工，主要是側(cè)板與底部的焊接，第二工件為上蓋加工，加工部分又須經(jīng)過一個工作站兩個步驟，第一為焊接接頭孔，將接頭孔裝置在上蓋側(cè)邊，第二為螺絲孔焊，是應(yīng)用焊接機將螺絲孔裝置上蓋的頂部，是在于焊接頭附近，而此工件須分兩道工作站，是因為加工方法不同。第三工件為中桶加工，中桶加工又分為三個工作站，第一步為雷射切割焊接機做鉆孔，第二步為將平面的薄板滾成圓柱狀再經(jīng)由焊接機做接合，第三步為螺絲孔焊，就是應(yīng)用焊接機將螺絲孔裝置圓柱側(cè)邊。最后先將上蓋與中桶應(yīng)用焊接做結(jié)合，之后再接合底蓋與中桶，完成后就可做檢驗測試。

個案企業(yè)生產(chǎn)線中的人機表，由人機表就可以清楚了解每個工作站中，操作員與機器做搭配時所花費的時間。由下表中所有的工作花費的時間都不少，因此讓操作員得等待時間相當(dāng)長，但如何運用此段時間，使得操作員可以做其他的加工，然而此問題將應(yīng)用本研究方法做改善，將單一生產(chǎn)流程改善為多重生產(chǎn)流程，并使得在同一時間中可作兩種或兩種以上不同的加工，減少時間花費再等待。

三、傳統(tǒng)技術(shù)問題與自動化改造方法

因本企業(yè)生產(chǎn)流程依照傳統(tǒng)方式建構(gòu)，所以很容易因為某個工作站的失誤，延遲后面的加工，且產(chǎn)品的質(zhì)量也不一定每個都很完善，且傳統(tǒng)的加工流程并沒有生產(chǎn)成本得概念，使得生產(chǎn)完某一項產(chǎn)品之后，就需要再重新建構(gòu)新的生產(chǎn)線，不但會浪費時間也會浪費建構(gòu)成本。此外在建構(gòu)生產(chǎn)線，傳統(tǒng)的概念都會認(rèn)為先計算好生產(chǎn)流程，之后透過生產(chǎn)中產(chǎn)生失誤中去做改善，由這樣方是做整條生產(chǎn)線，多花費不少時間以及修改生產(chǎn)線的錢，因此本研究將改善個案企業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)線中缺失，使得提升產(chǎn)量減少時間以及金錢的花費。個案企業(yè)的加工流程中，所應(yīng)用的工具為：

1.焊接加工：第一工作站到第六工作站都各有一臺焊接機械手臂，分為三種加工工件，最后將這加工工件在應(yīng)用焊接做接合，就成為完善的產(chǎn)品。

2.檢測：最終站為檢測，則檢測可分為兩個據(jù)點，分為三種不同的加工工件，且第一站在各自加工完后，第二站則在將三種工件接合后。由個案企業(yè)提供生產(chǎn)線的條件，期望透過本研究可以改善傳統(tǒng)的加工流程，提升加工生產(chǎn)量，減少時間花費。

個案企業(yè)由上述的生產(chǎn)線中每個工作流程中，從拋光至檢測人機數(shù)據(jù)，人員應(yīng)用總數(shù)為10位，一天8小時，機械手臂應(yīng)用總數(shù)為5臺，檢測機為2臺，一個月生產(chǎn)量為720個的產(chǎn)品數(shù)。個案企業(yè)希望透過本研究可改善他們目前生產(chǎn)現(xiàn)的缺點，希望可成功將傳統(tǒng)化的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換為自動化生產(chǎn)線，首先由自動化生產(chǎn)線可改善的因素包含人力轉(zhuǎn)為機械，生管人員的單線排程運算轉(zhuǎn)換為多線排成運算，因此需要透過仿真程序做優(yōu)化排程運算。透過此數(shù)據(jù)進一步應(yīng)用研究方法做改善分析，并做驗證。

傳統(tǒng)焊接廠，大多是中小企業(yè)，因此無假設(shè)生產(chǎn)線的概念，希望透過本研究方法改善個案企業(yè)的生產(chǎn)方式。而改善焊接生產(chǎn)線分為三大方向：

1.時間管理：每個工作站與操作員的搭配中，需好好運用在加工時的等待時間，應(yīng)該將每個加工互相做配合，就可減少時間的花費，此外在運送方面也可以應(yīng)用更簡便的方式做改善。

2.人力資源管理：其中一個工作站為人力加工，此加工花費不少時間，若可以應(yīng)用其他的人力做搭配時，或許可將時間減少許多。

3.質(zhì)量管理：加工步驟多及繁雜，更需要增加檢測功能，若最后才發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有瑕疵時，不但多花費了時間又多花費了材料的應(yīng)用。

四、自動化總結(jié)

自動化焊接優(yōu)化第一段為TRIZ系統(tǒng)的分析：由QFD的十項關(guān)鍵因素導(dǎo)入TRIZ參數(shù)中，由十位TRIZ專家做關(guān)系矩陣，獲得需求與參數(shù)關(guān)系越高之參數(shù)，而參數(shù)多半是關(guān)于生產(chǎn)線在線的自動化、生產(chǎn)量、穩(wěn)定度以及時間的花費等。之后再將參數(shù)透過矛盾矩陣，取得發(fā)明原理，就可經(jīng)由發(fā)明原理的意思去找出改善生產(chǎn)線的條件，可直接了解需改善的原件。

自動化焊接優(yōu)化第二階段是個案所提工的數(shù)據(jù)分別是三個工作站以及四項產(chǎn)品，應(yīng)用仿真軟件找出優(yōu)化之生產(chǎn)線，時間依照個案公司一天8小時，模擬運算是將運算1個月的優(yōu)化產(chǎn)量。然而本系統(tǒng)可應(yīng)用情境模式加入瓶頸條件，生產(chǎn)出24種優(yōu)化之生產(chǎn)流程，由生產(chǎn)流程可歸納出，由仿真系統(tǒng)所運算出之最佳流程盡還是比個案公司實際生產(chǎn)線多出了100pcs多的產(chǎn)量提升13%生產(chǎn)率，而生產(chǎn)量優(yōu)化值為828pcs，因此發(fā)現(xiàn)個案公司生產(chǎn)線并不是優(yōu)化。再由本研究所找出改善條件一一套進個案生產(chǎn)線中，可發(fā)現(xiàn)雖然多設(shè)置檢測站，但生產(chǎn)量卻大幅提升50%，而生產(chǎn)量優(yōu)化值為1085pcs，相對的產(chǎn)品的質(zhì)量也會提高。

參考文獻

[1]王宗杰等編著.工程材料焊接技術(shù)問答[M].機械工業(yè)出版社，2002.

[2]張漢謙著.鋼熔焊接頭金屬學(xué)[M].機械工業(yè)出版社，2000.

（作者單位：廣漢市錦程石油機械有限公司）