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

        2021-09-10 07:22:44李建東安同
        科技研究 2021年20期
        關(guān)鍵詞:降低成本工業(yè)機(jī)器人

        李建東 安同

        摘要:近“中國制造2025”和“德國工業(yè)4.0” 都是在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下針對制造業(yè)發(fā)展提出的一個(gè)重要戰(zhàn)略舉措,在汽車制造領(lǐng)域中大批機(jī)器人投入車間中;下部車身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)最大收益勢必要對生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行優(yōu)化,通過對機(jī)器人的分析;本文以整車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 ?汽車制造焊裝 ?節(jié)拍優(yōu)化 ?降低成本

        引言

        近年來,中國制造業(yè)發(fā)展迅猛,工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)更是全面覆蓋,隨著發(fā)展,在汽車領(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,對汽車的要求也是逐年提升,汽車企業(yè)大都是同一線體中生產(chǎn)不同的車型,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)出車間的生產(chǎn)效率也同時(shí)能夠映射出該車企的造車水準(zhǔn)。

        在這大趨勢下,根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境對自動(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)對行業(yè)內(nèi)相關(guān)問題進(jìn)行參考。

        第一章原因分析

        前期車身工藝規(guī)劃,焊裝二線 UB 自動(dòng)線整體出車節(jié)拍為 85 秒,每小時(shí)出車 42 臺。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)線工藝故障問題頻發(fā),且前后地板、機(jī)艙自動(dòng)線出車節(jié)拍無法達(dá)到85秒的出車效率,導(dǎo)致機(jī)艙、前后地 板NL-3車型出車效率無法滿足UB自動(dòng)線生產(chǎn)需求,大大降低了生產(chǎn)焊裝自動(dòng)線整體出車效率。例如以下工位為影響自動(dòng)線整體出車效率的瓶頸工位:

        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),且工位夾具滑臺軌道也相對較長,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秒出車節(jié)拍。

        總結(jié):綜合以上問題,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,無疑增加了員工勞動(dòng)強(qiáng)度,導(dǎo)致員工抱怨大。提升出車效率為關(guān)鍵,可通過優(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優(yōu)化機(jī)器人工作軌跡來達(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 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)場節(jié)拍最慢ER110工位和 RF080 為例,ER110 需要進(jìn)行滑臺、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)器人提前開始抓件,JG01夾具打開的同時(shí)進(jìn)入Seg1工作歩到夾具正上方等待抓件,JG01夾具完全打開后機(jī)器人進(jìn)入Seg2開始抓件。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,按照部門標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)機(jī)器人抓件并離開干涉區(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,在焊接完之后開始打開時(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,節(jié)拍提升3s。

        3.機(jī)艙具體優(yōu)化方案

        ER11滑臺運(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,夾具打開的同時(shí)進(jìn)入Seg1工作歩等待抓件,等待夾具完全打開后,機(jī)器人進(jìn)入 Seg2 工作歩開始抓件,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車型整體出車節(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系列車型節(jié)拍均為94秒,節(jié)拍優(yōu)化后全線NL-3系列車型將為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整車出車150000臺,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),平均單臺能耗成本52.4元,共計(jì)節(jié)能成本200h*3600s/85*52.4=44.3萬元,

        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=66.66萬元。

        每年節(jié)約人工成本和能耗成本大約55.4萬元+66.66萬元=122.06萬元。

        2.成果固化

        優(yōu)化后每小時(shí)出車大約37~39臺,整體出車節(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臺左右。

        第六章結(jié)束語

        隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展在汽車制造領(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。本章通過針對于國內(nèi)某汽車廠焊裝車間自動(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領(lǐng)域。

        參考文獻(xiàn):

        [1]杜志忠,劉偉.點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)及編程應(yīng)用.

        [2]ABB點(diǎn)焊機(jī)器人部攜兩大最新技術(shù)亮相 [M]. 國際金屬加工網(wǎng)

        [3]ABB機(jī)器人手冊.3HAC026820-en [M]. ABB公司,2016.

        [4]胡晟明,王林輝,朱利瑩 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用存在人力資本提升效益嗎?

        [5]陳志雅,宋和平馬懷鎮(zhèn),李延靜 焊裝車間機(jī)器人的節(jié)拍分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

        作者簡介:

        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

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