焊接機器人系統可靠性設計技術的應用

文/鄒俊 周正華

焊接機器人屬于工業機器人的范疇內，最早應用于電汽化生產，隨著新時期人工智能技術、軟件編程及數字化信息處理的應用成果，焊接機器人逐漸應用在多個工業自動化生產當中，但是我國現存的實踐案例和理論體系不夠成熟，焊接機器人的使用性和功能性不足，可靠性有待完善，所以需要加以研發相關設計技術的研究與應用。

焊接機器人相較于常規勞動力來說不受工作時間、高溫惡劣環境的影響，能夠完成高危險性的復雜焊接任務，作為工業自動化控制與生產的象征，對于精密電子元件和機械零件的高精度加工焊接，需要提升相應的可靠性，減少對產品的損耗，提升焊接機器人的質量及標準，創新技術功能，完善產品加工制造的完成度，只有不斷改進與研發新技術，才能提升市場競爭力，保障焊接機器人的可靠性、實用性與安全性。

1 焊接機器人的系統結構及功能性分析

焊接機器人的系統常規來說包括機器人主體、控制系統中心、焊機等焊接工具以及必要附件，焊接機器人的本體部分分為控制處理系統和執行系統，要想提升可靠性，必須要雙管齊下，既要掌控焊接機器人的操作技術和機械臂動作軌跡，也要重視信息的傳輸、處理、存儲、通訊、模擬、實踐等多種功能，具備一定的人機交互和傳感功能。在面對特殊情況和異常事件時，要能夠區分差異并作出解決方案，決定即時停機暫停操作還是進行合理補救。焊接機器人按照系統組成部件可以劃分為機器本體、控制柜、焊機及周邊附件，（附件具體包括示范教學機器、變壓器、焊槍、送絲機、保護器、焊絲、各類線纜等）。如果按照客觀實際來區分，焊接機器人主要以機器區域和電子區域。機器區域包括支撐機器人的必要機械結構和在進行焊接工作時的操作結構，機械臂的結構設計與精細度也是決定焊接機器人系統可靠性的影響因素之一；電子區域則包括了焊接機器人的數據輸入裝置、邏輯控制器、傳感器、變壓器、集成電路、電源和線纜。

2 焊接機器人的可靠性分析

嚴格來說，焊接機器人系統的可靠性主要是根據可靠度和故障率兩個硬性指標來衡量的?？煽慷仁侵负附訖C器人的工作效率，即在限定條件下完成工作并達到相關要求的概率；故障率是指焊接機器人的工作質量，既在某一時間點之前的工作完成率和時間點之后的故障發生率。另外還包括平均故障間隔時間，平均故障間隔則是指機器人在每次修復完畢后，持續工作時間的平均值。焊接機器人系統的可靠性在實際生產和加工過程中是具有相對性的，由于應用范圍和實際的工作種類、工作內容和工作要求來說，具體完成指標也不一致。不同產品對焊接機器人的可靠性要求也有所差異。所以具體的可靠性內容分析首先要基于客戶的需求，在結構設計時進行修改與調整，通過對具體參數和相關質量規格進行調整，并且可以進行三維建模推演投入運行的實際效果，通過對可靠度、故障率及其他指標事項進行核算，來假定焊接機器人的可靠性區間來確定其工作效率及工作質量水平。

3 焊接機器人系統可靠性設計的技術應用

3.1 可靠性設計的方法及影響因素探討

根據相關理論，焊接機器人的可靠性預計原理主要以系統可靠性預計和單元可靠性預計，常見的預計方法包括模型法、相似預計法、元件計數法、應力分析法、專家評分法等。具體影響焊接機器人可靠性的因素較為復雜，在測算方法時需要進行綜合考量。一般來說，基于機器設計人員的工程經驗來說，由于客觀因素的影響，限制范圍較多，諸如機器結構的復雜性，生產、加工、制造的環境條件，工作內容、時間及要求，技術專業性質等。焊接機器人的系統數據及外部結構設計越復雜，機械零件和電子元件越多，在實際投入運行的難度就越大，可靠性就越難提升。就當前技術水平來說，需要克服種種限制條件，不但要提升焊接機器人可靠性，還要就后續對焊接機器人的檢修和維護工作做好防護措施。

3.2 可靠性設計技術在焊接機器人系統中的應用

可靠性的有效性研究一般以焊接機器人系統在實際工作運轉中采集到的數據信息進行實質性的測算，基于相關數據的整合、處理與分析，來建立工作故障樹狀圖。通常來說，焊接機器人在投入生產加工制造工作時都需要進行試運行，數據信息錄入之后，通過軟件編程進行模擬實際的工作效益，并對焊接機器人的各項功能進行試運行測試，收集數據對其可能會出現的故障問題進行分析，對于故障模式、故障影響、發生概率和具體原因一一進行判別，將相關數據收集起來作為對后續焊接機器人設計制作的參考依據，一步步完善，逐漸消除相關問題，提升可靠性。

焊接機器人的故障檢驗分析必須要通過建立故障樹展開分析，在確認目標機器人后，需要了解對象，對其整體的結構設計、工作性能和功能范疇進行了解，合理選定故障樹的頂點事件，一般來說頂事件大于等于兩個。其次要根據可能會發生的故障事件的邏輯關系建立故障樹，通過頂事件與其他事件的邏輯關系，研究其故障原因，分析并處理相關問題，由上至下，層層深入，最后進行描述。故障樹分析故障樹分析主要用于焊接機器人系統在設計階段的故障檢驗，而這一檢驗過程則是通過建立故障樹并圍繞故障樹展開分析來實現的。在故障樹的構建階段，設計師首先需要收集盡可能多的焊接機器人故障資料，了解其可能出現的故障情況，比如機器人本體故障設定頂事件，子系統下的故障原因由敲定各個機械結構的設計和運轉故障，依次將手臂、肩部、肘部、底座、腰部、軸承、軸、齒輪、等等進行設置為中間事件，在根據每個細節的零件問題分為組件故障，在判定故障現象時計入概率數據以及因果關系，提供理論依據。

3.3 可靠性分配

可靠性分配是指對焊接機器人的工作需求進行合理的參數分配，首先根據其設計結構和系統內容進行逐一管理，確定每一個部分的可靠性指標，設定相應的區間閾值，定期對其進行核算，確定焊接機器人的可靠值、故障率及平均故障間隔。對于客戶需求和工作要求明確相關編程和參數信息，同時設計人員也根據具體的指標來尋找具體的設計方法，以保證子系統或組件能夠滿足可靠性指標的要求。在實際應用中，可靠性分配可分為等份分配法、評分分配法、比例組合閥等多種方法，不同方法所使用的算法不同，適用的情況也存在差異，因而還需根據焊接機器人系統的實際情況來進行選擇。

4 結語

綜上所述，焊接機器人系統的可靠性設計技術雖然較為復雜，流程繁瑣，但是只要層層深入，合理分析，剖析相關故障原因，收集參數和運行信息進行處理，能夠有效提升其可靠性，通過建立完善的故障樹圖來最大程度上減少故障幾率，加強相關維護檢測工作，能夠實時了解到焊接機器人的故障問題，優化設計方案和結構體系。在實際設計中進行靈活應用，充分保障焊接機器人系統的可靠性。從企業利益來看，提升焊接機器人的可靠性水平能夠有效降低后期生產加工制造成本，提升經濟效益，收回成本。尤其是對于可靠性分配來說，需要注重物質資源的合理配置，算入相應的資金成本和投資效益。從我國焊接機器人事業發展來看，可靠性系統的設計技術需要考慮到未來相關試驗和實踐案例的數據信息收集，以提升企業產品質量，塑造良好口碑和形象，提升經濟效益，推動焊接機器人產業鏈發展，促進工業自動化、智能化高效生產加工制造為主。