PVC生產(chǎn)線人機分配工作量問題研究與應用

陳衛(wèi)華++王明宇++張宏博++尹海清++張盛元

摘 要：本文以A涂裝車間PVC生產(chǎn)線為立足點，通過一系列大量實際觀察、實驗與數(shù)據(jù)分析，結合需涂膠車型的噴涂時間、噴涂位置、面積以及噴涂質量要求，總結出單車PVC噴涂最優(yōu)機器人分配方案與最優(yōu)人工分配方案以及它們的組合方案，以此使PVC噴涂工作數(shù)量化，具體化，標準化，通過制定出參考規(guī)程來規(guī)范工作內容，并應用于實際工作，保證工作內容高效、有序的進行，實現(xiàn)人機結合。

關鍵詞：噴涂機器人；數(shù)量；分配方案；標準化

中圖分類號：TU532+.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0055-03

機器人生產(chǎn)線建設之初，設備供應商也會根據(jù)客戶要求以及理論上的需求及設備的能力，用一套完整的理論計算出理論上的機器人需求數(shù)量，技術人員會根據(jù)現(xiàn)有的條件分配各個機器人的工作量，但在實際生產(chǎn)中因為生產(chǎn)節(jié)拍要求不一，時常會出現(xiàn)機器人數(shù)量過多，導致機器人的負荷過小而導致的設備的利用率低下，或是機器人的數(shù)量不足，造成噴涂能力的不足，還要增加人員進行噴涂，亦或是增加機器人的工作量，超出機器人的設計參數(shù)，從而使設備老化加劇，易造成設備的損壞等等在生產(chǎn)實際中考量出來的人機數(shù)量及人機工作量分配不合理而導致的問題。

本文以A公司涂裝車間PVC 60U生產(chǎn)線的生產(chǎn)實際為例，通過現(xiàn)場實際觀察與分析，對單車單一方案的標準化分配及單車組合方案標準化分配作為論述要點，通過對生產(chǎn)實際的分析，借助目前生產(chǎn)狀態(tài)下機器人數(shù)量最優(yōu)方案及人力最優(yōu)方案以及機器人與人力組合最優(yōu)方案，對新車型機器人程序導入的數(shù)量化，標準化具有重要的意義，同時也對人員的控制有著數(shù)量化的衡量，從而優(yōu)化設備利用率，平衡機器人工作量，使設備穩(wěn)定運轉。

1 標準化噴涂機器人數(shù)量

1.1 細密封機器人數(shù)量計算

通常焊縫機器人數(shù)量計算公式為：，式中：X為焊縫機器人數(shù)量，ΣL-為焊縫密封膠涂膠總長度（mm），v為機器人的噴涂速度（mm/s），T為生產(chǎn)節(jié)拍（s），t為工件輸送運行時間（s），t1為設備精確定位時間（s）。令式（T-t-t1）為機器人在噴單車膠條時的純噴涂時間即Gun on time，簡化為t′，所以該式可為。

將各密封膠條以AO文件標準寬度取齊，只考慮噴涂長度，目前A工廠生產(chǎn)的車型有A30、A35、A45、A49，根據(jù)AO文件，其密封膠所需的膠條長度（長度計算不包括流水槽，四門兩蓋等EcoRS30 L16-2機器人無法進行噴涂的位置）如表1。

根據(jù)供應商提供的數(shù)據(jù)，PVC機器人的噴涂速度區(qū)間為（0-1500）mm/s，標準速度為400mm/s，故v=400mm/s。

此數(shù)據(jù)通過各車型仿型得出在38U的情況下6021站的R11、R12、R21、R22及6021站的R11、R12共六個焊縫機器人的純噴涂時間（s），如表2所示。

當機器人噴涂結束時，其余機器人的噴涂也結束應，因此應取時間表格中的極值，從而不會發(fā)生一部分機器人噴涂結束后，還有機器人工作沒有完成，從而導致的計算誤差。故=26.53s。

所以，根據(jù)如上計算，對于各個車型來說，其所需用的細密封機器人數(shù)量為A3X=5.67；A45=5.31；A49=5.43。故人工進行噴涂的位置的情況下，A工廠涂裝車間細密封機器人應大于等于5.67個。

1.2 UBS扇面機器人數(shù)量計算

通常扇面機器人數(shù)量的計算公式為：，式中：X為扇面機器人數(shù)量；S為各噴涂區(qū)域的面積（mm2）；D為各噴涂區(qū)域膜厚（mm）；T為生產(chǎn)節(jié)拍（s）；T為工件輸送運行時間（s）；K為設備有效工作率；V為機器人噴涂速度（mm/s）；W為噴幅寬度（mm）；D為單槍一遍最大噴涂膜厚（mm）。式中ΣSD為各區(qū)域噴涂面積與膜厚的乘積加合，即為整車扇面噴涂所需總膠量，如表3所示，簡化為V。

令=（T-t）K即為機器人在噴單車膠條時的純噴涂時間即Gunon time，所以該式可為。

根據(jù)供應商提供的數(shù)據(jù)，PVC機器人的噴涂速度區(qū)間為（0-1500）mm/s，設計連續(xù)噴涂標準速度為400mm/s，通過標準膠板實驗測試及綜合實際機器人在應用中的噴涂的扇面的速度相綜合，機器人的速度可取550mm/s。w：根據(jù)標準膠板實驗和車身的實際測量得出噴幅寬度取出平均值得出w可取160mm。d：根據(jù)AO文件可得標準膜厚為0.25mm。

此數(shù)據(jù)通過在60U6011站3Donsite上的仿型得出在38U的情況下各個R41、R42兩純扇面機器人的純噴涂時間如表4。

同樣，取極值得=35.78。

將數(shù)據(jù)帶入公式即得所需機器人的數(shù)量為A30=3.58；A35=3.47；A45=3.65；A49=3.44：故，經(jīng)過實例分析目前生產(chǎn)的4種車型，可見需要UBS扇面機器人3.65個。

1.3 UBS膠條機器人數(shù)量計算

由于UBS的膠條出膠靠流量計和節(jié)流閥組成的閉路系統(tǒng)即壓力調節(jié)器來控制，可直接采用流量計算法來計算，公式為：式中：X為UBS膠條機器人數(shù)量；V為UBS底涂膠條所需的膠量總體積（ml）；q為UBS底涂膠條單機器人的流量（ml/s）；η為涂料轉移率；t′為UBS底涂機器人單車純噴涂時間（s）。

根據(jù)6011站的R11、R12兩純膠條機器人和R21、R22的Gun1和Gun3所噴涂的膠條部分在3Donsite上數(shù)據(jù)綜合AO文件通過長度L、寬度w、厚度d的乘積得出的數(shù)據(jù)算出UBS膠條體積數(shù)據(jù)如表5。

同樣，根據(jù)單個機器人的噴膠量與噴膠時間的比值得出UBS噴涂機器人的流量并取極值，得出q為18.05ml/s，同理，由仿形得出機R11、R12Gun on time的極值為27.17s涂料轉移率取1。

代入數(shù)據(jù)即得出UBS底涂膠條機器人的個數(shù)為A3X=3.52；A45=3.71；A49=3.54。所以，根據(jù)表格，得UBS膠條機器人的數(shù)量應為最大值為3.71個。

2 標準化人工工作量

2.1 噴涂的人工數(shù)量的計算

無論是膠條噴涂還是扇面噴涂，其均可用流量公式進行計算，即

式中：X為噴涂單車所需要的人數(shù)；V為單車扇面（膠條）膠的總體積（ml）；q為人工扇面（膠條）槍的流量（ml/s）；T為生產(chǎn)節(jié)拍（s）；t1為輸送時間（s）；t2為人工定位時間（s）。

2.2 對于扇面噴涂人工數(shù)量的變量分析

常用壓力下，人工扇面槍的流量為17.18ml/s，在38U的節(jié)拍下，T為94.7s，為一常數(shù)為18s，通過在A工廠進行實驗，分析幾名線上生產(chǎn)員工的操作，通過數(shù)據(jù)分析可得出下列表格6（s）。

取其平均值，可得在76.7s的線上噴涂中，人工噴涂的時間為40.1s。所以，對于單車扇面全部采用人工噴涂需要的人工量為A3X=4.09；A45=3.96；A49=3.94。

根據(jù)上文，單車UBS扇面機器人的數(shù)量已得出，將單車扇面機器人數(shù)量之和和單車扇面人工數(shù)量之和相除即得出比值為0.97，所以在扇面噴涂上進行人機換算為一個人工相當于0.97個機器人。

2.3 關于膠條噴涂人工數(shù)量的變量分析

體積取值仍同上，各個車型的膠條膠量為底涂膠條與細密封膠條之和。常用壓力下，人工膠條槍的流量為29.17ml/s。

在38U的節(jié)拍下，T為94.7s，為一常數(shù)為18s，通過視頻分析法，在幾名線上生產(chǎn)員工的操作下，通過平均數(shù)據(jù)分析可得出下列表格7（s）。

再取其平均值，可得在76.7s的線上噴涂中，人工噴涂的時間為25.3s。所以，對于單車膠條全部采用人工噴涂需要的人工量為A3X=10.01；A45=9.8；A49=9.4。

根據(jù)上文，單車UBS膠條機器人的數(shù)量已得出，將單車膠條機器人數(shù)量之和和單車膠條人工數(shù)量之和相除即得出比值為0.92，所以在膠條噴涂上進行人機換算為一個人工相當于0.92個機器人。

3 標準化人機分配方案

3.1 膠條機器人人為分配任務的公式計算及變量分析

對于細密封機器人來說，根據(jù)上面的計算，細密封機器人目前的數(shù)量為6，但需增加人員在車頂、四門兩蓋等EcoRS30 L16-2機器人無法進行噴涂的位置進行噴涂。

對于UBS底涂膠條機器人來說，目前有R11、R12和R21、R22的GUN1和GUN3進行噴涂，所以相當于有3.33個機器人在進行現(xiàn)場噴涂，其可噴涂長度計算公式為：式中：L為單機器人可噴涂膠條長度（cm）；q為UBS膠條機器人的噴涂流量（ml/s）；t為UBS膠條機器人的純噴涂時間（s）；d為標準膠條厚度（mm）；w為標準膠條寬度（mm）。

如上分析，目前UBS膠條機器人的平均流量為18.05ml/s，其最大純噴涂時間為27.17s，標準厚度為3mm，寬度取20mm。

所以將其帶入上式可得單UBS膠條機器人的最大噴涂長度為516.53cm。同樣，根據(jù)上式分析，UBS膠條噴涂最大需要3.7個機器人，而對于膠條噴涂來說一個人工相當于0.92個機器人，所以，目前，在機器人噴涂后還需要3.7-3.2 =0.54個人進行膠條噴涂。

3.2 扇面機器人人為分配任務的公式計算及變量分析

扇面單機器人所能噴涂最大面積公式為。式中，S為單機器人能噴涂的最大面積（cm2）；q為機器人最大流量（ml/s）；為機器人純噴涂時間（s）；d為單槍一遍噴涂膜厚（cm），如上得知，扇面機器人最大流量為24.78，所以該式取q=24.78；t取機器人的最大噴涂時間為35.78，d取標準膜厚0.025cm，將其帶入公式可得單機器人最大噴涂面積為35465.14cm2。

目前R21、R22機器人的GUN2為扇面噴涂，GUN1、GUN2為膠條噴涂，所以可以視為目前共有2.66個扇面機器人，所以總噴涂面積為35465.14*2.6=92209.35。

而經(jīng)過上式計算，取機器人需求量的最大值，共需要3.65個扇面機器人，與目前設備數(shù)量之差為1.05，所以由一個人工相當于0.97個機器人的結論計算，還需要有1.08個人參與其余扇面的噴涂。

所有分析如表8。

4 結語

本文通過對A工廠涂裝車間PVC工段機器人及人工的詳細分析，總結出了機器人與人工工作的最佳分配方案，通過計算得出了機器人在單位時間的工作量以及通過實際考察對比與計算，準確的分析出了人工與機器人之間工作量的換算，以此來解決人機最佳的分配問題與人機分配的標準化問題，其意在為新車型的程序導入與工作分配一次性達到最優(yōu)化，避免工作的重復與勞動力的剩余或者浪費，同時可以良好的確定各個分支的工作范圍與工作內容，強化責任意識，對確保質量與安全起到了一定的積極作用。同時也為未來人機分配的確定化打下了基礎。

參考文獻

[1]姜峰.國外汽車涂裝預處理技術發(fā)展趨勢[J].表面技術，1994（05）.

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