焊接機器人系統(tǒng)可靠性設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

文/鄒俊 周正華

焊接機器人屬于工業(yè)機器人的范疇內(nèi)，最早應(yīng)用于電汽化生產(chǎn)，隨著新時期人工智能技術(shù)、軟件編程及數(shù)字化信息處理的應(yīng)用成果，焊接機器人逐漸應(yīng)用在多個工業(yè)自動化生產(chǎn)當(dāng)中，但是我國現(xiàn)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(fā)相關(guān)設(shè)計技術(shù)的研究與應(yīng)用。

焊接機器人相較于常規(guī)勞動力來說不受工作時間、高溫惡劣環(huán)境的影響，能夠完成高危險性的復(fù)雜焊接任務(wù)，作為工業(yè)自動化控制與生產(chǎn)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(yīng)的可靠性，減少對產(chǎn)品的損耗，提升焊接機器人的質(zhì)量及標準，創(chuàng)新技術(shù)功能，完善產(chǎn)品加工制造的完成度，只有不斷改進與研發(fā)新技術(shù)，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(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能性分析

焊接機器人的系統(tǒng)常規(guī)來說包括機器人主體、控制系統(tǒng)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(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，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(shù)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(qū)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(tǒng)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(xué)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(qū)分，焊接機器人主要以機器區(qū)域和電子區(qū)域。機器區(qū)域包括支撐機器人的必要機械結(jié)構(gòu)和在進行焊接工作時的操作結(jié)構(gòu)，機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計與精細度也是決定焊接機器人系統(tǒng)可靠性的影響因素之一；電子區(qū)域則包括了焊接機器人的數(shù)據(jù)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(tǒng)的可靠性主要是根據(jù)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(guān)要求的概率；故障率是指焊接機器人的工作質(zhì)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(fā)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(fù)完畢后，持續(xù)工作時間的平均值。焊接機器人系統(tǒng)的可靠性在實際生產(chǎn)和加工過程中是具有相對性的，由于應(yīng)用范圍和實際的工作種類、工作內(nèi)容和工作要求來說，具體完成指標也不一致。不同產(chǎn)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(nèi)容分析首先要基于客戶的需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時進行修改與調(diào)整，通過對具體參數(shù)和相關(guān)質(zhì)量規(guī)格進行調(diào)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(qū)間來確定其工作效率及工作質(zhì)量水平。

3 焊接機器人系統(tǒng)可靠性設(shè)計的技術(shù)應(yīng)用

3.1 可靠性設(shè)計的方法及影響因素探討

根據(jù)相關(guān)理論，焊接機器人的可靠性預(yù)計原理主要以系統(tǒng)可靠性預(yù)計和單元可靠性預(yù)計，常見的預(yù)計方法包括模型法、相似預(yù)計法、元件計數(shù)法、應(yīng)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(fù)雜，在測算方法時需要進行綜合考量。一般來說，基于機器設(shè)計人員的工程經(jīng)驗來說，由于客觀因素的影響，限制范圍較多，諸如機器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，生產(chǎn)、加工、制造的環(huán)境條件，工作內(nèi)容、時間及要求，技術(shù)專業(yè)性質(zhì)等。焊接機器人的系統(tǒng)數(shù)據(jù)及外部結(jié)構(gòu)設(shè)計越復(fù)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(dāng)前技術(shù)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(xù)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(shè)計技術(shù)在焊接機器人系統(tǒng)中的應(yīng)用

可靠性的有效性研究一般以焊接機器人系統(tǒng)在實際工作運轉(zhuǎn)中采集到的數(shù)據(jù)信息進行實質(zhì)性的測算，基于相關(guān)數(shù)據(jù)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(chǎn)加工制造工作時都需要進行試運行，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)對其可能會出現(xiàn)的故障問題進行分析，對于故障模式、故障影響、發(fā)生概率和具體原因一一進行判別，將相關(guān)數(shù)據(jù)收集起來作為對后續(xù)焊接機器人設(shè)計制作的參考依據(jù)，一步步完善，逐漸消除相關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jù)可能會發(fā)生的故障事件的邏輯關(guān)系建立故障樹，通過頂事件與其他事件的邏輯關(guān)系，研究其故障原因，分析并處理相關(guān)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(tǒng)在設(shè)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(xiàn)的。在故障樹的構(gòu)建階段，設(shè)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(xiàn)的故障情況，比如機器人本體故障設(shè)定頂事件，子系統(tǒng)下的故障原因由敲定各個機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和運轉(zhuǎn)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(shè)置為中間事件，在根據(jù)每個細節(jié)的零件問題分為組件故障，在判定故障現(xiàn)象時計入概率數(shù)據(jù)以及因果關(guān)系，提供理論依據(jù)。

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(shù)分配，首先根據(jù)其設(shè)計結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)內(nèi)容進行逐一管理，確定每一個部分的可靠性指標，設(shè)定相應(yīng)的區(qū)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(guān)編程和參數(shù)信息，同時設(shè)計人員也根據(jù)具體的指標來尋找具體的設(shè)計方法，以保證子系統(tǒng)或組件能夠滿足可靠性指標的要求。在實際應(yīng)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(jù)焊接機器人系統(tǒng)的實際情況來進行選擇。

4 結(jié)語

綜上所述，焊接機器人系統(tǒng)的可靠性設(shè)計技術(shù)雖然較為復(fù)雜，流程繁瑣，但是只要層層深入，合理分析，剖析相關(guān)故障原因，收集參數(shù)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(guān)維護檢測工作，能夠?qū)崟r了解到焊接機器人的故障問題，優(yōu)化設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)體系。在實際設(shè)計中進行靈活應(yīng)用，充分保障焊接機器人系統(tǒng)的可靠性。從企業(yè)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(chǎn)加工制造成本，提升經(jīng)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(zhì)資源的合理配置，算入相應(yīng)的資金成本和投資效益。從我國焊接機器人事業(yè)發(fā)展來看，可靠性系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)需要考慮到未來相關(guān)試驗和實踐案例的數(shù)據(jù)信息收集，以提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，塑造良好口碑和形象，提升經(jīng)濟效益，推動焊接機器人產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，促進工業(yè)自動化、智能化高效生產(chǎn)加工制造為主。