試論焊接機(jī)器人系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的研究與應(yīng)用

裴含忠

（格力電器（蕪湖）有限公司，蕪湖 241000）

在設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人可靠性系統(tǒng)的過(guò)程中，可靠性參數(shù)是其最關(guān)鍵的部分之一。在制定可靠性參數(shù)時(shí)，人們需要綜合考慮機(jī)器人的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求等，從而保證最終參數(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)用性。當(dāng)前，人們經(jīng)常使用的可靠性參數(shù)為可靠度、故障率以及故障間隔時(shí)間。

1 焊接機(jī)器人系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)

焊接機(jī)器人可靠性設(shè)計(jì)主要采用故障分析技術(shù)，該技術(shù)主要負(fù)責(zé)綜合分析機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的模式、部位以及時(shí)間。其間主要采用故障樹的方式分析。例如，分析機(jī)器人本體故障時(shí)，將本體故障作為故障樹的頂事件。人們可以將可能直接引起本體故障的部位作為與故障樹相關(guān)的部位，其主要包括底座腰故障、肩部故障、手臂故障、齒輪磨損故障以及人為因素故障，從而建立一個(gè)本體故障的故障樹，分析機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)本體故障的原因。

除了這種方式之外，還可以根據(jù)機(jī)器人中的某一零件系統(tǒng)建立相應(yīng)的故障樹，對(duì)其中每個(gè)零件在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行詳細(xì)分析，最終制定出相應(yīng)的解決方案，提高機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的可靠性。在制定機(jī)器人可靠性模型的過(guò)程中，需要對(duì)機(jī)器人的本體子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)以及焊接子系統(tǒng)制定相應(yīng)的代碼。其中，機(jī)器人本體的代碼為R（ROBOT sUBsYsTEM），控制子系統(tǒng)的代碼為C（CONTORL sUBsYsTEM），焊接子系統(tǒng)的代碼為W（WIELD sUBsYsTEM），其可靠性模型可以表示為：

在應(yīng)用該技術(shù)的過(guò)程中，重要的是確定分析的對(duì)象和其中頂事件與分支事件的關(guān)系，只有采用正確的邏輯一步步向下分析，才能夠?qū)⑺惺录信e出來(lái)。由此可以看出，在使用該技術(shù)的過(guò)程中，需要在保證分析全面性的基礎(chǔ)上提高該技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量[1]。

2 焊接機(jī)器人系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在提高焊接機(jī)器人系統(tǒng)可靠性水平的基礎(chǔ)上，將機(jī)器人應(yīng)用到無(wú)人化車間、智能生產(chǎn)、智能倉(cāng)儲(chǔ)、無(wú)人運(yùn)輸及車間智能體系的構(gòu)造中，是使機(jī)器人價(jià)值得以發(fā)揮的關(guān)鍵。本部分以伺服點(diǎn)焊機(jī)器人及激光焊接機(jī)器人為例，對(duì)某車間焊接機(jī)器人的可靠性技術(shù)應(yīng)用方法進(jìn)行了研究。

2.1 激光焊接機(jī)器人的原理

能夠應(yīng)用于無(wú)人化車間的焊接機(jī)器人，以激光焊接機(jī)器人及伺服點(diǎn)焊機(jī)器人為主，兩者的應(yīng)用方法存在一定的差異。以激光焊接機(jī)器人為例，該類型機(jī)器人可發(fā)射激光源，并使其作用于車間產(chǎn)品的各部位，達(dá)到焊接的目的。常見的激光焊接機(jī)器人，共包括激光源18個(gè)。將其應(yīng)用到無(wú)人化車間后，長(zhǎng)度≤6106m的焊縫，將無(wú)需采用人工的方式焊接。車間焊接效率將明顯提升。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，激光焊接機(jī)器人的可靠度為0.987，較接近1，表明該類型機(jī)器人的可靠度較高，應(yīng)用價(jià)值顯著。伺服點(diǎn)焊機(jī)器人，由焊接氣缸與控制模塊兩部分構(gòu)成。工作人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)，將氣動(dòng)焊接位置點(diǎn)的檢測(cè)優(yōu)化為對(duì)位移的檢測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力指標(biāo)的實(shí)時(shí)控制。將其應(yīng)用到無(wú)人化車間中，可有效縮短焊接時(shí)間，提高焊接點(diǎn)位的精準(zhǔn)度，在減小焊接誤差的同時(shí)，提高焊接質(zhì)量[2]。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，伺服點(diǎn)焊機(jī)器人早期故障率為13.02%，使用1年后故障率為18.00%。維修后，故障率降低至13.05%。研究表明，將伺服點(diǎn)焊機(jī)器人應(yīng)用到無(wú)人化車間的打造中，可靠性同樣較強(qiáng)。

2.2 焊接機(jī)器人的可靠性設(shè)計(jì)方案

為提高焊接機(jī)器人的可靠性，本文對(duì)其控制子系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 焊接機(jī)器人控制子系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果

2.3 可靠性設(shè)計(jì)方案

為降低機(jī)器人的失效率，提高系統(tǒng)可靠性，筆者通過(guò)建立故障樹，對(duì)其故障發(fā)生情況進(jìn)行分析。故障樹方程如下：

式中，P（t）代表t時(shí)刻的故障率。

按照式（2）計(jì)算故障率，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化焊接機(jī)器人運(yùn)行流程的途徑。這樣可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人動(dòng)作時(shí)間、焊接參數(shù)的合理控制，從而提高車間各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的流暢性，提高機(jī)器人的整體質(zhì)量[3]。機(jī)器人控制子系統(tǒng)均由電子元件構(gòu)成，如零件少，則系統(tǒng)的可靠性一般較高，反之則否。除此之外，元器件中，集成電路、接插件、繼電器等同樣會(huì)對(duì)機(jī)器人的可靠性造成影響。為提高焊接機(jī)器人運(yùn)行的可靠性，車間需要對(duì)集成電路、接插件、繼電器等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.4 設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用效果觀察

以“機(jī)車構(gòu)架”的生產(chǎn)為例，生產(chǎn)車間所采用的可靠性設(shè)計(jì)方法如下：工作人員可將焊接坡口尺寸誤差，設(shè)置為±0.5mm，將裝配誤差，設(shè)置為±1.5mm，將焊絲直徑，設(shè)置為1.4mm；設(shè)置完成后，需將上述誤差允許值輸入計(jì)算機(jī)中，而焊接機(jī)器人則需與計(jì)算機(jī)相互連接，接受計(jì)算機(jī)的控制；機(jī)器人的本體子系統(tǒng)需完成焊接動(dòng)作、控制子系統(tǒng)需接收計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，焊接子系統(tǒng)則需控制焊接參數(shù)。

3 結(jié)論

在分析焊接機(jī)器人常見故障的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)優(yōu)化機(jī)器人參數(shù)的方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高焊接機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。有關(guān)領(lǐng)域可視社會(huì)各部門的需求，對(duì)焊接機(jī)器人的性能加以評(píng)估及優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，人們可以將其應(yīng)用到無(wú)人化車間、生產(chǎn)、運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)等過(guò)程中，從而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提高我國(guó)各行業(yè)的整體智能化水平。