PVC生產(chǎn)線人機(jī)分配工作量問題研究與應(yīng)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(diǎn)，通過一系列大量實(shí)際觀察、實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析，結(jié)合需涂膠車型的噴涂時(shí)間、噴涂位置、面積以及噴涂質(zhì)量要求，總結(jié)出單車PVC噴涂最優(yōu)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化，通過制定出參考規(guī)程來規(guī)范工作內(nèi)容，并應(yīng)用于實(shí)際工作，保證工作內(nèi)容高效、有序的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞：噴涂機(jī)器人；數(shù)量；分配方案；標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號(hào)：TU532+.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）14-0055-03

機(jī)器人生產(chǎn)線建設(shè)之初，設(shè)備供應(yīng)商也會(huì)根據(jù)客戶要求以及理論上的需求及設(shè)備的能力，用一套完整的理論計(jì)算出理論上的機(jī)器人需求數(shù)量，技術(shù)人員會(huì)根據(jù)現(xiàn)有的條件分配各個(gè)機(jī)器人的工作量，但在實(shí)際生產(chǎn)中因?yàn)樯a(chǎn)節(jié)拍要求不一，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人數(shù)量過多，導(dǎo)致機(jī)器人的負(fù)荷過小而導(dǎo)致的設(shè)備的利用率低下，或是機(jī)器人的數(shù)量不足，造成噴涂能力的不足，還要增加人員進(jìn)行噴涂，亦或是增加機(jī)器人的工作量，超出機(jī)器人的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而使設(shè)備老化加劇，易造成設(shè)備的損壞等等在生產(chǎn)實(shí)際中考量出來的人機(jī)數(shù)量及人機(jī)工作量分配不合理而導(dǎo)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(shí)際為例，通過現(xiàn)場實(shí)際觀察與分析，對(duì)單車單一方案的標(biāo)準(zhǔn)化分配及單車組合方案標(biāo)準(zhǔn)化分配作為論述要點(diǎn)，通過對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的分析，借助目前生產(chǎn)狀態(tài)下機(jī)器人數(shù)量最優(yōu)方案及人力最優(yōu)方案以及機(jī)器人與人力組合最優(yōu)方案，對(duì)新車型機(jī)器人程序?qū)氲臄?shù)量化，標(biāo)準(zhǔn)化具有重要的意義，同時(shí)也對(duì)人員的控制有著數(shù)量化的衡量，從而優(yōu)化設(shè)備利用率，平衡機(jī)器人工作量，使設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 標(biāo)準(zhǔn)化噴涂機(jī)器人數(shù)量

1.1 細(xì)密封機(jī)器人數(shù)量計(jì)算

通常焊縫機(jī)器人數(shù)量計(jì)算公式為：，式中：X為焊縫機(jī)器人數(shù)量，ΣL-為焊縫密封膠涂膠總長度（mm），v為機(jī)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(yùn)行時(shí)間（s），t1為設(shè)備精確定位時(shí)間（s）。令式（T-t-t1）為機(jī)器人在噴單車膠條時(shí)的純噴涂時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算不包括流水槽，四門兩蓋等EcoRS30 L16-2機(jī)器人無法進(jìn)行噴涂的位置）如表1。

根據(jù)供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，PVC機(jī)器人的噴涂速度區(qū)間為（0-1500）mm/s，標(biāo)準(zhǔn)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(gè)焊縫機(jī)器人的純噴涂時(shí)間（s），如表2所示。

當(dāng)機(jī)器人噴涂結(jié)束時(shí)，其余機(jī)器人的噴涂也結(jié)束應(yīng)，因此應(yīng)取時(shí)間表格中的極值，從而不會(huì)發(fā)生一部分機(jī)器人噴涂結(jié)束后，還有機(jī)器人工作沒有完成，從而導(dǎo)致的計(jì)算誤差。故=26.53s。

所以，根據(jù)如上計(jì)算，對(duì)于各個(gè)車型來說，其所需用的細(xì)密封機(jī)器人數(shù)量為A3X=5.67；A45=5.31；A49=5.43。故人工進(jìn)行噴涂的位置的情況下，A工廠涂裝車間細(xì)密封機(jī)器人應(yīng)大于等于5.67個(gè)。

1.2 UBS扇面機(jī)器人數(shù)量計(jì)算

通常扇面機(jī)器人數(shù)量的計(jì)算公式為：，式中：X為扇面機(jī)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(yùn)行時(shí)間（s）；K為設(shè)備有效工作率；V為機(jī)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(jī)器人在噴單車膠條時(shí)的純噴涂時(shí)間即Gunon time，所以該式可為。

根據(jù)供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，PVC機(jī)器人的噴涂速度區(qū)間為（0-1500）mm/s，設(shè)計(jì)連續(xù)噴涂標(biāo)準(zhǔn)速度為400mm/s，通過標(biāo)準(zhǔn)膠板實(shí)驗(yàn)測(cè)試及綜合實(shí)際機(jī)器人在應(yīng)用中的噴涂的扇面的速度相綜合，機(jī)器人的速度可取550mm/s。w：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)膠板實(shí)驗(yàn)和車身的實(shí)際測(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)R41、R42兩純扇面機(jī)器人的純噴涂時(shí)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(jī)器人的數(shù)量為A30=3.58；A35=3.47；A45=3.65；A49=3.44：故，經(jīng)過實(shí)例分析目前生產(chǎn)的4種車型，可見需要UBS扇面機(jī)器人3.65個(gè)。

1.3 UBS膠條機(jī)器人數(shù)量計(jì)算

由于UBS的膠條出膠靠流量計(jì)和節(jié)流閥組成的閉路系統(tǒng)即壓力調(diào)節(jié)器來控制，可直接采用流量計(jì)算法來計(jì)算，公式為：式中：X為UBS膠條機(jī)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(jī)器人的流量（ml/s）；η為涂料轉(zhuǎn)移率；t′為UBS底涂機(jī)器人單車純噴涂時(shí)間（s）。

根據(jù)6011站的R11、R12兩純膠條機(jī)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(gè)機(jī)器人的噴膠量與噴膠時(shí)間的比值得出UBS噴涂機(jī)器人的流量并取極值，得出q為18.05ml/s，同理，由仿形得出機(jī)R11、R12Gun on time的極值為27.17s涂料轉(zhuǎn)移率取1。

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

2 標(biāo)準(zhǔn)化人工工作量

2.1 噴涂的人工數(shù)量的計(jì)算

無論是膠條噴涂還是扇面噴涂，其均可用流量公式進(jìn)行計(jì)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(shí)間（s）；t2為人工定位時(shí)間（s）。

2.2 對(duì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(shí)間為40.1s。所以，對(duì)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(jī)器人的數(shù)量已得出，將單車扇面機(jī)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(jìn)行人機(jī)換算為一個(gè)人工相當(dāng)于0.97個(gè)機(jī)器人。

2.3 關(guān)于膠條噴涂人工數(shù)量的變量分析

體積取值仍同上，各個(gè)車型的膠條膠量為底涂膠條與細(xì)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(shí)間為25.3s。所以，對(duì)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(jī)器人的數(shù)量已得出，將單車膠條機(jī)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(jìn)行人機(jī)換算為一個(gè)人工相當(dāng)于0.92個(gè)機(jī)器人。

3 標(biāo)準(zhǔn)化人機(jī)分配方案

3.1 膠條機(jī)器人人為分配任務(wù)的公式計(jì)算及變量分析

對(duì)于細(xì)密封機(jī)器人來說，根據(jù)上面的計(jì)算，細(xì)密封機(jī)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(jī)器人無法進(jìn)行噴涂的位置進(jìn)行噴涂。

對(duì)于UBS底涂膠條機(jī)器人來說，目前有R11、R12和R21、R22的GUN1和GUN3進(jìn)行噴涂，所以相當(dāng)于有3.33個(gè)機(jī)器人在進(jìn)行現(xiàn)場噴涂，其可噴涂長度計(jì)算公式為：式中：L為單機(jī)器人可噴涂膠條長度（cm）；q為UBS膠條機(jī)器人的噴涂流量（ml/s）；t為UBS膠條機(jī)器人的純噴涂時(shí)間（s）；d為標(biāo)準(zhǔn)膠條厚度（mm）；w為標(biāo)準(zhǔn)膠條寬度（mm）。

如上分析，目前UBS膠條機(jī)器人的平均流量為18.05ml/s，其最大純噴涂時(shí)間為27.17s，標(biāo)準(zhǔn)厚度為3mm，寬度取20mm。

所以將其帶入上式可得單UBS膠條機(jī)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(gè)機(jī)器人，而對(duì)于膠條噴涂來說一個(gè)人工相當(dāng)于0.92個(gè)機(jī)器人，所以，目前，在機(jī)器人噴涂后還需要3.7-3.2 =0.54個(gè)人進(jìn)行膠條噴涂。

3.2 扇面機(jī)器人人為分配任務(wù)的公式計(jì)算及變量分析

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

目前R21、R22機(jī)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(gè)扇面機(jī)器人，所以總噴涂面積為35465.14*2.6=92209.35。

而經(jīng)過上式計(jì)算，取機(jī)器人需求量的最大值，共需要3.65個(gè)扇面機(jī)器人，與目前設(shè)備數(shù)量之差為1.05，所以由一個(gè)人工相當(dāng)于0.97個(gè)機(jī)器人的結(jié)論計(jì)算，還需要有1.08個(gè)人參與其余扇面的噴涂。

所有分析如表8。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)A工廠涂裝車間PVC工段機(jī)器人及人工的詳細(xì)分析，總結(jié)出了機(jī)器人與人工工作的最佳分配方案，通過計(jì)算得出了機(jī)器人在單位時(shí)間的工作量以及通過實(shí)際考察對(duì)比與計(jì)算，準(zhǔn)確的分析出了人工與機(jī)器人之間工作量的換算，以此來解決人機(jī)最佳的分配問題與人機(jī)分配的標(biāo)準(zhǔn)化問題，其意在為新車型的程序?qū)肱c工作分配一次性達(dá)到最優(yōu)化，避免工作的重復(fù)與勞動(dòng)力的剩余或者浪費(fèi)，同時(shí)可以良好的確定各個(gè)分支的工作范圍與工作內(nèi)容，強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)，對(duì)確保質(zhì)量與安全起到了一定的積極作用。同時(shí)也為未來人機(jī)分配的確定化打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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