工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作優(yōu)化在汽車(chē)制造領(lǐng)域中經(jīng)濟(jì)效益淺析

李建東 安同

摘要：近“中國(guó)制造2025”和“德國(guó)工業(yè)4.0” 都是在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下針對(duì)制造業(yè)發(fā)展提出的一個(gè)重要戰(zhàn)略舉措，在汽車(chē)制造領(lǐng)域中大批機(jī)器人投入車(chē)間中;下部車(chē)身UB工位設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、故障率較低節(jié)拍速度快，而地板和機(jī)艙總成工位為分裝線線體，是瓶頸工位會(huì)拖慢整體的生產(chǎn)節(jié)拍，為實(shí)現(xiàn)最大收益勢(shì)必要對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)機(jī)器人的分析;本文以整車(chē)制造中焊裝廠的前后地板總成與機(jī)艙總成自動(dòng)線機(jī)器人節(jié)拍優(yōu)化為切入點(diǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍從而降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 ?汽車(chē)制造焊裝 ?節(jié)拍優(yōu)化 ?降低成本

引言

近年來(lái)，中國(guó)制造業(yè)發(fā)展迅猛，工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)制造業(yè)更是全面覆蓋，隨著發(fā)展，在汽車(chē)領(lǐng)域中，碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、電焊、弧焊等機(jī)器人的大規(guī)模投用，對(duì)汽車(chē)的要求也是逐年提升，汽車(chē)企業(yè)大都是同一線體中生產(chǎn)不同的車(chē)型，其中在一定時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量多與少，是由最慢的工位決定的，就像一個(gè)木桶裝多少水取決于最小的那塊木板，生產(chǎn)節(jié)拍在生產(chǎn)中至關(guān)重要，它能夠直接反應(yīng)出車(chē)間的生產(chǎn)效率也同時(shí)能夠映射出該車(chē)企的造車(chē)水準(zhǔn)。

在這大趨勢(shì)下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)自動(dòng)線體進(jìn)行改造就極具意義了。分析機(jī)器人運(yùn)行軌跡，以及人工上件工位是否有動(dòng)作浪費(fèi)。通過(guò)以上幾點(diǎn)方向?qū)ιa(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行優(yōu)化，提升生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的市占率、減少生產(chǎn)成本，以及同時(shí)對(duì)行業(yè)內(nèi)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行參考。

第一章原因分析

前期車(chē)身工藝規(guī)劃，焊裝二線 UB 自動(dòng)線整體出車(chē)節(jié)拍為 85 秒，每小時(shí)出車(chē) 42 臺(tái)。因 UB 自動(dòng)線只有UB10工位為拼接，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、故障率較低。前后地板、機(jī)艙自動(dòng)線為分裝線線體，因板件狀態(tài)不穩(wěn)定導(dǎo)致自動(dòng)線工藝故障問(wèn)題頻發(fā)，且前后地板、機(jī)艙自動(dòng)線出車(chē)節(jié)拍無(wú)法達(dá)到85秒的出車(chē)效率，導(dǎo)致機(jī)艙、前后地 板NL-3車(chē)型出車(chē)效率無(wú)法滿足UB自動(dòng)線生產(chǎn)需求，大大降低了生產(chǎn)焊裝自動(dòng)線整體出車(chē)效率。例如以下工位為影響自動(dòng)線整體出車(chē)效率的瓶頸工位：

1.機(jī)艙自動(dòng)線整體節(jié)拍94S，其中 ER110工位節(jié)拍為瓶頸 工位，節(jié)拍為 94 秒，其它剩余工位都在85秒以內(nèi)。因 ER110 人工上件為兩次，第一次上件完畢員工出工位安全區(qū)進(jìn)行確認(rèn)操作后才允許進(jìn)行二次上件作業(yè)，且工位夾具滑臺(tái)軌道也相對(duì)較長(zhǎng)，上件工位運(yùn)行到工作位占用大量的人工工作時(shí)間，影響生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)量。 ? （圖 1為ER110工位）

2.后地板自動(dòng)線整體出車(chē)節(jié)拍為 91秒，其中RF080工位節(jié)拍為瓶頸工位，節(jié)拍為 91秒，此工位為機(jī)器人飛行焊，焊點(diǎn)較多。RF010、RF040、RF060、RF070、RF090、RF110 因焊點(diǎn)分布問(wèn)題，機(jī)器人相互之間存在干涉等待時(shí)間，工位節(jié)拍均在 85-90 秒。（圖2為 RF080 工位）

3.前地板自動(dòng)線整體節(jié)拍90秒，其中FF040工位節(jié)拍為瓶頸工位節(jié)拍為90秒，其它剩余工位能夠滿足85秒出車(chē)節(jié)拍。

總結(jié)：綜合以上問(wèn)題，前后地板、機(jī)艙自動(dòng)線節(jié)拍不滿足生產(chǎn)需求，生產(chǎn)效率低。 特別在現(xiàn)在高產(chǎn)階段員工每天工作時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)疑增加了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，導(dǎo)致員工抱怨大。提升出車(chē)效率為關(guān)鍵，可通過(guò)優(yōu)化焊點(diǎn)分布及優(yōu)化 PLC 邏輯控制歩，部分工位的可以通過(guò)優(yōu)化機(jī)器人工作軌跡來(lái)達(dá)到節(jié)拍提升的效果

第二章相關(guān)數(shù)據(jù)

下圖3為改善前各線體節(jié)拍統(tǒng)計(jì)?？梢詮膱D中明顯看到，機(jī)艙、前后地板各個(gè)工位的生產(chǎn)節(jié)拍，其中超過(guò)85s的工位有7個(gè)工位。其中ER110/FF040/RF080為重點(diǎn)瓶頸工位。

第三章設(shè)定計(jì)劃

機(jī)艙地板自動(dòng)線的整體出車(chē) 節(jié)拍要加快 9 秒以上，整體節(jié)拍至少達(dá)到 85 秒，才能達(dá)到要求。以現(xiàn)場(chǎng)節(jié)拍最慢ER110工位和 RF080 為例，ER110 需要進(jìn)行滑臺(tái)、人工、還有紅色線為 UB 線體 85s機(jī)器人焊點(diǎn)及PLC等多方面進(jìn)行調(diào)整。RF080R16 機(jī)器人焊鉗為固定焊鉗（固定焊鉗有三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：焊接飛濺較大，修磨不干凈，容易產(chǎn)生虛焊），改善的過(guò)程中我 們要在完成目標(biāo)的同時(shí)，也要解決掉這些風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

第四章項(xiàng)目改造措施

1.前地板具體優(yōu)化方案：優(yōu)化FF040 R7機(jī)器人提前開(kāi)始抓件，JG01夾具打開(kāi)的同時(shí)進(jìn)入Seg1工作歩到夾具正上方等待抓件，JG01夾具完全打開(kāi)后機(jī)器人進(jìn)入Seg2開(kāi)始抓件。同時(shí)優(yōu)化FF040工位R4、R5機(jī)器人焊點(diǎn)移動(dòng)4個(gè)，2個(gè)移至空中補(bǔ)焊位，2個(gè)移至FF060工位R14、R8機(jī)器人焊接，減少工位焊接時(shí)間，預(yù)計(jì)減少6S。移動(dòng)焊點(diǎn)如下圖：

機(jī)器人與夾具的布置圖：

2.后地板具體優(yōu)化方案：后地板RF110工位RF90R8機(jī)器人上件速度為10s如圖4，按照部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)機(jī)器人抓件并離開(kāi)干涉區(qū)，包含抓手氣缸一次動(dòng)作時(shí)間為6s/件;提高機(jī)器人速度到6s;生產(chǎn)節(jié)拍提升了4s。

后地板RF110R22機(jī)器人，在焊接完之后開(kāi)始打開(kāi)時(shí)點(diǎn)慢，焊接機(jī)器人焊接完之后在干涉區(qū)外可以提前打開(kāi)，節(jié)拍提升3s。

3.機(jī)艙具體優(yōu)化方案

ER11滑臺(tái)運(yùn)行速度提升到90如圖6所示

人工兩次分別上件更改PLC程序邏輯為一次上件完成后確認(rèn)工作完成如圖7所示。同時(shí)優(yōu)化R4機(jī)器人抓手提前進(jìn)入抓件程序，夾具打開(kāi)的同時(shí)進(jìn)入Seg1工作歩等待抓件，等待夾具完全打開(kāi)后，機(jī)器人進(jìn)入 Seg2 工作歩開(kāi)始抓件，機(jī)艙總體節(jié)拍提升了9s。

第五章效果確認(rèn)總結(jié)

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后前后地板、機(jī)艙滿足UB自動(dòng)線整體生產(chǎn)節(jié)拍，提高了機(jī)艙、前后地板NL-3車(chē)型整體出車(chē)節(jié)拍，減少了UB自動(dòng)線生產(chǎn)等待時(shí)間達(dá)到設(shè)定目標(biāo)，圖8數(shù)據(jù)為當(dāng)前自動(dòng)線節(jié)拍數(shù)據(jù)：

1.有形效果

前后地板NL-3系列車(chē)型節(jié)拍均為94秒，節(jié)拍優(yōu)化后全線NL-3系列車(chē)型將為85秒，整體節(jié)拍提升9秒。按照2020年產(chǎn)量大綱如圖9，NL-3整車(chē)出車(chē)150000臺(tái)，相當(dāng)于節(jié)省375小時(shí)。

節(jié)約成產(chǎn)時(shí)間：每年節(jié)省時(shí)間80000*9/3600=200h。

2020年1-10月份根據(jù)實(shí)際能耗統(tǒng)計(jì)，平均單臺(tái)能耗成本52.4元，共計(jì)節(jié)能成本200h*3600s/85*52.4=44.3萬(wàn)元，

節(jié)約人工成本：焊裝自動(dòng)線總?cè)藬?shù)200人計(jì)算，人工成本16.5元/小時(shí)，大約節(jié)省200*200*16=66.66萬(wàn)元。

每年節(jié)約人工成本和能耗成本大約55.4萬(wàn)元+66.66萬(wàn)元=122.06萬(wàn)元。

2.成果固化

優(yōu)化后每小時(shí)出車(chē)大約37～39臺(tái)，整體出車(chē)節(jié)拍提升9s，生產(chǎn)效率相較于優(yōu)化前每小時(shí)生產(chǎn)效率提升7臺(tái)左右。

第六章結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展在汽車(chē)制造領(lǐng)域中，自動(dòng)化率大幅度提升，機(jī)器人大量投用代替人工已成主流。本章通過(guò)針對(duì)于國(guó)內(nèi)某汽車(chē)廠焊裝車(chē)間自動(dòng)線上機(jī)器人的焊點(diǎn)挪移和人工工位優(yōu)化降低生產(chǎn)成本所介紹的方法和思路，其他自動(dòng)化制造業(yè)亦可參考不僅限于汽車(chē)領(lǐng)域。

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作者簡(jiǎn)介：

1.李建東（1998—）男，本科，設(shè)備維修技術(shù)工程師，主要從事設(shè)備管理和維護(hù)工作。

2.安同（1991-），男，本科江蘇大學(xué)，機(jī)器人工程師，主要從事機(jī)器人維護(hù)調(diào)試