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管理与控制!
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车身焊接机器人自动线工艺设计方法
一汽轿车股份有限公司!（吉林长春!
进入
进行生产，通常有两班制、三班制。
（(）班有效工作时间，指在一个班次计划用于生产的时间，以分钟为单位。
（&）日有效工作时间，一日
日有效工作时间
班制
班有效工作时间%)-.$*+,/)0(%$23&)-.$*+,/)0(&$
（*+,）
日有效工作时间
1.$#’&$
一、工艺设计需要的输入条件
工艺设计需要输入条件，包括年生产纲领、年有效工作日、生产班制、班有效工作时间、设备可动率以及装配的产品结构。
（#）年生产纲领，指每年生产的产量，是有效的工作日生产的产量之和，以万辆为单位。需要注意的是每个有效的工作日的产量是一样的。年生产纲领是工艺设计的首要条件。年生产纲领来源于企业对车型产品的市场定位、市场预期。如果定位准确、预期准确，车型投放市场后，生产产量就能满足市场需求。如果市场预期过于乐观，而市场实际反应平淡，就会供大于求，造成产能过剩和浪费，造成初期设备投资浪费；如果市场预期过于悲观，而市场实际反应热烈，就会供不应求，造成产能不足。所以，深入的市场调研和准确的市场预期非常关键。当然，根据市场实际情况，年生产纲领是要及时调整的。需要注意的是，年生产纲领不同于年生产产量，前者是一个设计输入的数据，后者是一年的实际生产量，不作为设计输入。
（
（’）生产班制，指#个工作日
（.）设备可动率，设备开动的实际时间与计划时间的比率，反映的是设备停机情况，有效工作时间利用的效率。指生产线各类设备的综合可动率，不是指某台设备自身的可动率。一般手工线设备数量少，设备可动率按照1$4计算，而自动线由于自动化设备数量多，生产线出现停机的概率大，所以设备可动率按照%$4计算。设备可动率是一个管理项，随着设备管理水平提升而提升。
（2）装配的产品结构，需要提出装配的产品零件数量、焊点数量，零件数量决定搬运机器人数量，焊点数量则决定焊接机器人数量。
二、生产线机器人数计算
#%确定生产线设计节拍
生产线设计节拍，指生产线完成一个完整的工作循环所需要的时间，一般以*+,/辆为单位（有时在实际工作中，为了方便，通常都简称为*+,），由生产线移动时间和机器人焊接时间组成。生产线是由各工位组成的，即各工位的工作都要在生产线设计节拍内完成。生产线设计节拍是一个考虑设备可动率的节拍。
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根据纲领，生产线设计节拍计算公式如下：
生产线节拍（
年有效工时（
日有效工作时间（
例如，某车型年生产纲领*+万辆，一年*,+天，两班生产，每班-.+
生产线设计节拍&*,+（天）’*（班）’-.+（
也就是说，该车型的每个工位的工作都应该在+/01
生产线设计节拍,43，如果一小时（1+
也有一种生产制造系统习惯使用的生产节拍，是指在班有效工作时间内的平均节拍。例如上例提到的*+万辆车型，日生产节拍2/*
生产线设计节拍用于指导工艺人员进行详细的工艺设计，所有工位的节拍都要小于等于这个时间。从计算公式也可以看出，设备可动率作为管理项，是生产线设计时的一个预留量，通过提高设备可动率，提高用于生产的时间，从而提高产量。对于全焊接机器人生产线来说，要注意机器人正常工作以外的辅助时间，例如机器人点焊钳电极修磨，如果工作时间6修磨时间7生产线设计节拍，就需要在设计时减少工作内容以降低工作时间。这个在后面会讲解到。
焊接的。显然，生产线移动时间越小，用于焊接的时间越多，能够点焊的焊点数就越多。对于往复杆式输送线，生产线移动时间一般为2+3；对于辊床输送线，生产线移动时间一般为213。
（*）机器人焊接时间基数!机器人焊接时间基数，指机器人带点焊钳焊接单个焊点所需要的时间，包括机器人移动时间和焊接时间，不包含等待时间。例如机器人仅带一把点焊钳时，如果姿态变换简单，基本使用一个平缓变化的姿态、不需要频繁变换开口行程就能够完成工作内容，气动焊钳的机器人焊接时间基数会比伺服焊钳的更快，前者一般*/+9*/,3，后者一般*/,95/+3。
如果姿态变换复杂，需要频繁变化姿态、频繁变换开口行程才能够完成工作内容，气动焊钳的机器人焊接时间基数就比伺服焊钳的慢，前者一般,3，后者一般-3。在理论计算时，取焊点工时基数为53。
理论计算时，伺服焊钳和气动焊钳的机器人焊接时间基数按照5/,3计算。对于单台机器人带多把焊钳的情况，机器人时间基数就要考虑加入抓焊钳、放焊钳的时间了。（5）确定机器人数量!焊接机器人数量&焊点总数’机器人焊接时间基数)机器人焊接时间。
其中，机器人焊接时间&生产线设计节拍8生产线移动时间。当遇到机器人数量不是整数时，将取与之最近的大整数。
例如，需要设计一条*+万辆的车身焊接生产线，生产线设计节拍,43，生产线移动时间2+3，在生产线焊接的车身焊点总数为.++点，机器人焊接时间基数取5/,3，则
焊接机器人数量&.++’5/,)（,482+）&,0/1（台），取整数为1+台。
我们来验证一下1+台机器人是否能够满足生产线设计节拍：
每台焊接机器人所焊焊点数量&.++)1+&25/5，取整为25个焊点。
每台焊接机器人焊接时间&25’5/,&-,/,（3）:-4（3）
但是1+台机器人焊接的总焊点数为1+’25&4.+个，比.++个焊点少*+个焊点。这时，可以通过详细的工艺设计来分配这*+个焊点给节拍富余的机器人。
综上，我们初步确定机器人数量为1+台，作为继
（2）机器人焊接时间!如上文提到的，生产线设计节拍&生产线移动时间6机器人焊接时间。
所以，机器人焊接时间&生产线设计节拍8生产线移动时间。
生产线移动时间，是一个搬运过程，机器人是不能
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焊接时间。对于机器人来说，移动时间由位置时间和姿态时间组成，而主要取决于姿态时间。机器人腕部的$个轴决定机器人姿态。
（
（
（
（
（
（
（#&）尽量不用带外部行走轴的机器人，因为占地面积大，运动速度低。可以通过焊点分配、焊钳设计来消除需要带外部行走轴的机器人。
（#
（##）机器人在点焊夹具夹紧状态下的焊点时，夹具设计要给与焊钳尽可能大的作业空间，减少姿态变换。（#$）应尽可能采用工艺模拟仿真软件进行机器人轨迹确认。计算机辅助设计是工艺设计发展的方向。（#(）要分秒必争，尤其是生产线设计节拍达到)&.，提高
!
续生产线设计过程中详细布置的基础。
三、机器人数量优化方法
由于焊接机器人数量是理论计算出来的，还需要进行详细的布局和设备选型来优化机器人数量，降低设备投资。
（
（(）机器人点焊电极修磨速度应尽可能快，选择高速修磨机。
（%）机器人点焊电极修磨频次应尽可能少，即在不影响焊接质量的情况下，每次打点数应尽可能多。（)）所有机器人点焊电极应同时修磨，以减少修磨时间长的机器人占用生产线设计节拍。可能会增加电极消耗，但这个与高产量相比是微乎其微的。（*）选取电缆内置型机器人。
（+）密集布置的机器人，在满足负载的前提下，选取体积小的机器人。
（,）每台机器人只抓取一把点焊钳，尤其生产线设计节拍越快时。这样机器人在焊接时，不需要抓、放点焊钳，节约了搬运的时间，增加了焊接时间。注意无论如何要避免机器人使用$把焊钳，机器人最多抓取两把焊钳，宁可考虑增加机器人数量，也不增加机器人抓取焊钳数量。虽然节省了短期投资，却增加了后续的生产维护、备件更换、生产线改造等的费用。
（
（
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四、结语
本文是笔者结合自身在一汽轿车股份有限公司焊装车间工作经验总结，并在产能提升项目中验证的，为从事车身焊接机器人自动线工艺设计的工艺人员在生产线详细布局时提供一个参考。
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进行生产，通常有两班制、三班制。
（(）班有效工作时间，指在一个班次计划用于生产的时间，以分钟为单位。
（&）日有效工作时间，一日
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一、工艺设计需要的输入条件
工艺设计需要输入条件，包括年生产纲领、年有效工作日、生产班制、班有效工作时间、设备可动率以及装配的产品结构。
（#）年生产纲领，指每年生产的产量，是有效的工作日生产的产量之和，以万辆为单位。需要注意的是每个有效的工作日的产量是一样的。年生产纲领是工艺设计的首要条件。年生产纲领来源于企业对车型产品的市场定位、市场预期。如果定位准确、预期准确，车型投放市场后，生产产量就能满足市场需求。如果市场预期过于乐观，而市场实际反应平淡，就会供大于求，造成产能过剩和浪费，造成初期设备投资浪费；如果市场预期过于悲观，而市场实际反应热烈，就会供不应求，造成产能不足。所以，深入的市场调研和准确的市场预期非常关键。当然，根据市场实际情况，年生产纲领是要及时调整的。需要注意的是，年生产纲领不同于年生产产量，前者是一个设计输入的数据，后者是一年的实际生产量，不作为设计输入。
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（’）生产班制，指#个工作日
（.）设备可动率，设备开动的实际时间与计划时间的比率，反映的是设备停机情况，有效工作时间利用的效率。指生产线各类设备的综合可动率，不是指某台设备自身的可动率。一般手工线设备数量少，设备可动率按照1$4计算，而自动线由于自动化设备数量多，生产线出现停机的概率大，所以设备可动率按照%$4计算。设备可动率是一个管理项，随着设备管理水平提升而提升。
（2）装配的产品结构，需要提出装配的产品零件数量、焊点数量，零件数量决定搬运机器人数量，焊点数量则决定焊接机器人数量。
二、生产线机器人数计算
#%确定生产线设计节拍
生产线设计节拍，指生产线完成一个完整的工作循环所需要的时间，一般以*+,/辆为单位（有时在实际工作中，为了方便，通常都简称为*+,），由生产线移动时间和机器人焊接时间组成。生产线是由各工位组成的，即各工位的工作都要在生产线设计节拍内完成。生产线设计节拍是一个考虑设备可动率的节拍。
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根据纲领，生产线设计节拍计算公式如下：
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年有效工时（
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例如，某车型年生产纲领*+万辆，一年*,+天，两班生产，每班-.+
生产线设计节拍&*,+（天）’*（班）’-.+（
也就是说，该车型的每个工位的工作都应该在+/01
生产线设计节拍,43，如果一小时（1+
也有一种生产制造系统习惯使用的生产节拍，是指在班有效工作时间内的平均节拍。例如上例提到的*+万辆车型，日生产节拍2/*
生产线设计节拍用于指导工艺人员进行详细的工艺设计，所有工位的节拍都要小于等于这个时间。从计算公式也可以看出，设备可动率作为管理项，是生产线设计时的一个预留量，通过提高设备可动率，提高用于生产的时间，从而提高产量。对于全焊接机器人生产线来说，要注意机器人正常工作以外的辅助时间，例如机器人点焊钳电极修磨，如果工作时间6修磨时间7生产线设计节拍，就需要在设计时减少工作内容以降低工作时间。这个在后面会讲解到。
焊接的。显然，生产线移动时间越小，用于焊接的时间越多，能够点焊的焊点数就越多。对于往复杆式输送线，生产线移动时间一般为2+3；对于辊床输送线，生产线移动时间一般为213。
（*）机器人焊接时间基数!机器人焊接时间基数，指机器人带点焊钳焊接单个焊点所需要的时间，包括机器人移动时间和焊接时间，不包含等待时间。例如机器人仅带一把点焊钳时，如果姿态变换简单，基本使用一个平缓变化的姿态、不需要频繁变换开口行程就能够完成工作内容，气动焊钳的机器人焊接时间基数会比伺服焊钳的更快，前者一般*/+9*/,3，后者一般*/,95/+3。
如果姿态变换复杂，需要频繁变化姿态、频繁变换开口行程才能够完成工作内容，气动焊钳的机器人焊接时间基数就比伺服焊钳的慢，前者一般,3，后者一般-3。在理论计算时，取焊点工时基数为53。
理论计算时，伺服焊钳和气动焊钳的机器人焊接时间基数按照5/,3计算。对于单台机器人带多把焊钳的情况，机器人时间基数就要考虑加入抓焊钳、放焊钳的时间了。（5）确定机器人数量!焊接机器人数量&焊点总数’机器人焊接时间基数)机器人焊接时间。
其中，机器人焊接时间&生产线设计节拍8生产线移动时间。当遇到机器人数量不是整数时，将取与之最近的大整数。
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生产线移动时间，是一个搬运过程，机器人是不能
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三、机器人数量优化方法
由于焊接机器人数量是理论计算出来的，还需要进行详细的布局和设备选型来优化机器人数量，降低设备投资。
（
（(）机器人点焊电极修磨速度应尽可能快，选择高速修磨机。
（%）机器人点焊电极修磨频次应尽可能少，即在不影响焊接质量的情况下，每次打点数应尽可能多。（)）所有机器人点焊电极应同时修磨，以减少修磨时间长的机器人占用生产线设计节拍。可能会增加电极消耗，但这个与高产量相比是微乎其微的。（*）选取电缆内置型机器人。
（+）密集布置的机器人，在满足负载的前提下，选取体积小的机器人。
（,）每台机器人只抓取一把点焊钳，尤其生产线设计节拍越快时。这样机器人在焊接时，不需要抓、放点焊钳，节约了搬运的时间，增加了焊接时间。注意无论如何要避免机器人使用$把焊钳，机器人最多抓取两把焊钳，宁可考虑增加机器人数量，也不增加机器人抓取焊钳数量。虽然节省了短期投资，却增加了后续的生产维护、备件更换、生产线改造等的费用。
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四、结语
本文是笔者结合自身在一汽轿车股份有限公司焊装车间工作经验总结，并在产能提升项目中验证的，为从事车身焊接机器人自动线工艺设计的工艺人员在生产线详细布局时提供一个参考。
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