基于人机界面的电池极片生产线PLC控制
陈卫华++王明宇++张宏博++尹海清++张盛元
摘 要：本文以A涂装车间PVC生产线为立足点，通过一系列大量实际观察、实验与数据分析，结合需涂胶车型的喷涂时间、喷涂位置、面积以及喷涂质量要求，总结出单车PVC喷涂最优机器人分配方案与最优人工分配方案以及它们的组合方案，以此使PVC喷涂工作数量化，具体化，标准化，通过制定出参考规程来规范工作内容，并应用于实际工作，保证工作内容高效、有序的进行，实现人机结合。
关键词：喷涂机器人；数量；分配方案；标准化
中图分类号：TU532+.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0055-03
机器人生产线建设之初，设备供应商也会根据客户要求以及理论上的需求及设备的能力，用一套完整的理论计算出理论上的机器人需求数量，技术人员会根据现有的条件分配各个机器人的工作量，但在实际生产中因为生产节拍要求不一，时常会出现机器人数量过多，导致机器人的负荷过小而导致的设备的利用率低下，或是机器人的数量不足，造成喷涂能力的不足，还要增加人员进行喷涂，亦或是增加机器人的工作量，超出机器人的设计参数，从而使设备老化加剧，易造成设备的损坏等等在生产实际中考量出来的人机数量及人机工作量分配不合理而导致的问题。
本文以A公司涂装车间PVC 60U生产线的生产实际为例，通过现场实际观察与分析，对单车单一方案的标准化分配及单车组合方案标准化分配作为论述要点，通过对生产实际的分析，借助目前生产状态下机器人数量最优方案及人力最优方案以及机器人与人力组合最优方案，对新车型机器人程序导入的数量化，标准化具有重要的意义，同时也对人员的控制有着数量化的衡量，从而优化设备利用率，平衡机器人工作量，使设备稳定运转。
1 标准化喷涂机器人数量
1.1 细密封机器人数量计算
通常焊缝机器人数量计算公式为：，式中：X为焊缝机器人数量，ΣL-为焊缝密封胶涂胶总长度（mm），v为机器人的喷涂速度（mm/s），T为生产节拍（s），t为工件输送运行时间（s），t1為设备精确定位时间（s）。令式（T-t-t1）为机器人在喷单车胶条时的纯喷涂时间即Gun on time，简化为t′，所以该式可为。
将各密封胶条以AO文件标准宽度取齐，只考虑喷涂长度，目前A工厂生产的车型有A30、A35、A45、A49，根据AO文件，其密封胶所需的胶条长度（长度计算不包括流水槽，四门两盖等EcoRS30 L16-2机器人无法进行喷涂的位置）如表1。
根据供应商提供的数据，PVC机器人的喷涂速度区间为（0-1500）mm/s，标准速度为400mm/s，故v=400mm/s。
此数据通过各车型仿型得出在38U的情况下6021站的R11、R12、R21、R22及6021站的R11、R12共六个焊缝机器人的纯喷涂时间（s），如表2所示。
当机器人喷涂结束时，其余机器人的喷涂也结束应，因此应取时间表格中的极值，从而不会发生一部分机器人喷涂结束后，还有机器人工作没有完成，从而导致的计算误差。故=26.53s。
所以，根据如上计算，对于各个车型来说，其所需用的细密封机器人数量为A3X=5.67；A45=5.31；A49=5.43。故人工进行喷涂的位置的情况下，A工厂涂装车间细密封机器人应大于等于5.67个。
1.2 UBS扇面机器人数量计算
通常扇面机器人数量的计算公式为：，式中：X为扇面机器人数量；S为各喷涂区域的面积（mm2）；D为各喷涂区域膜厚（mm）；T为生产节拍（s）；T为工件输送运行时间（s）；K为设备有效工作率；V为机器人喷涂速度（mm/s）；W为喷幅宽度（mm）；D为单枪一遍最大喷涂膜厚（mm）。式中ΣSD为各区域喷涂面积与膜厚的乘积加合，即为整车扇面喷涂所需总胶量，如表3所示，简化为V。
令=（T-t）K即为机器人在喷单车胶条时的纯喷涂时间即Gunon time，所以该式可为。
根据供应商提供的数据，PVC机器人的喷涂速度区间为（0-1500）mm/s，设计连续喷涂标准速度为400mm/s，通过标准胶板实验测试及综合实际机器人在应用中的喷涂的扇面的速度相综合，机器人的速度可取550mm/s。w：根据标准胶板实验和车身的实际测量得出喷幅宽度取出平均值得出w可取160mm。d：根据AO文件可得标准膜厚为0.25mm。
此数据通过在60U6011站3Donsite上的仿型得出在38U的情况下各个R41、R42两纯扇面机器人的纯喷涂时间如表4。
同样，取极值得=35.78。
将数据带入公式即得所需机器人的数量为A30=3.58；A35=3.47；A45=3.65；A49=3.44：故，经过实例分析目前生产的4种车型，可见需要UBS扇面机器人3.65个。
1.3 UBS胶条机器人数量计算
由于UBS的胶条出胶靠流量计和节流阀组成的闭路系统即压力调节器来控制，可直接采用流量计算法来计算，公式为：式中：X为UBS胶条机器人数量；V为UBS底涂胶条所需的胶量总体积（ml）；q为UBS底涂胶条单机器人的流量（ml/s）；η为涂料转移率；t′为UBS底涂机器人单车纯喷涂时间（s）。
根据6011站的R11、R12两纯胶条机器人和R21、R22的Gun1和Gun3所喷涂的胶条部分在3Donsite上数据综合AO文件通过长度L、宽度w、厚度d的乘积得出的数据算出UBS胶条体积数据如表5。
同样，根据单个机器人的喷胶量与喷胶时间的比值得出UBS喷涂机器人的流量并取极值，得出q为18.05ml/s，同理，由仿形得出机R11、R12Gun on time的极值为27.17s涂料转移率取1。
代入数据即得出UBS底涂胶条机器人的个数为A3X=3.52；A45=3.71；A49=3.54。所以，根据表格，得UBS胶条机器人的数量应为最大值为3.71个。
2 标准化人工工作量
2.1 喷涂的人工数量的计算
无论是胶条喷涂还是扇面喷涂，其均可用流量公式进行计算，即
式中：X为喷涂单车所需要的人数；V为单车扇面（胶条）胶的总体积（ml）；q为人工扇面（胶条）枪的流量（ml/s）；T为生产节拍（s）；t1为输送时间（s）；t2为人工定位时间（s）。
2.2 对于扇面喷涂人工数量的变量分析
常用压力下，人工扇面枪的流量为17.18ml/s，在38U的节拍下，T为94.7s，为一常数为18s，通过在A工厂进行实验，分析几名线上生产员工的操作，通过数据分析可得出下列表格6（s）。
取其平均值，可得在76.7s的线上喷涂中，人工喷涂的时间为40.1s。所以，对于单车扇面全部采用人工喷涂需要的人工量为A3X=4.09；A45=3.96；A49=3.94。
根据上文，单车UBS扇面机器人的数量已得出，将单车扇面机器人数量之和和单车扇面人工数量之和相除即得出比值为0.97，所以在扇面喷涂上进行人机换算为一个人工相当于0.97个机器人。
2.3 关于胶条喷涂人工数量的变量分析
体积取值仍同上，各个车型的胶条胶量为底涂胶条与细密封胶条之和。常用压力下，人工胶条枪的流量为29.17ml/s。
在38U的节拍下，T为94.7s，为一常数为18s，通过视频分析法，在几名线上生产员工的操作下，通过平均数据分析可得出下列表格7（s）。
再取其平均值，可得在76.7s的线上喷涂中，人工喷涂的时间为25.3s。所以，对于单车胶条全部采用人工喷涂需要的人工量为A3X=10.01；A45=9.8；A49=9.4。
根据上文，单车UBS胶条机器人的数量已得出，将单车胶条机器人数量之和和单车胶条人工数量之和相除即得出比值为0.92，所以在胶条喷涂上进行人机换算为一个人工相当于0.92个机器人。
3 标准化人机分配方案
3.1 胶条机器人人为分配任务的公式计算及变量分析
对于细密封机器人来说，根据上面的计算，细密封机器人目前的数量为6，但需增加人员在车顶、四门两盖等EcoRS30 L16-2机器人无法进行喷涂的位置进行喷涂。
对于UBS底涂胶条机器人来说，目前有R11、R12和R21、R22的GUN1和GUN3进行喷涂，所以相当于有3.33个机器人在进行现场喷涂，其可喷涂长度计算公式为：式中：L为单机器人可喷涂胶条长度（cm）；q为UBS胶条机器人的喷涂流量（ml/s）；t为UBS胶条机器人的纯喷涂时间（s）；d为标准胶条厚度（mm）；w为标准胶条宽度（mm）。
如上分析，目前UBS胶条机器人的平均流量为18.05ml/s，其最大纯喷涂时间为27.17s，标准厚度为3mm，宽度取20mm。
所以将其带入上式可得单UBS胶条机器人的最大喷涂长度为516.53cm。同样，根据上式分析，UBS胶条喷涂最大需要3.7个机器人，而对于胶条喷涂来说一个人工相当于0.92个机器人，所以，目前，在机器人喷涂后还需要3.7-3.2 =0.54个人进行胶条喷涂。
3.2 扇面机器人人为分配任务的公式计算及变量分析
扇面单机器人所能喷涂最大面积公式为。式中，S为单机器人能喷涂的最大面积（cm2）；q为机器人最大流量（ml/s）；为机器人纯喷涂时间（s）；d为单枪一遍喷涂膜厚（cm），如上得知，扇面机器人最大流量为24.78，所以该式取q=24.78；t取机器人的最大喷涂时间为35.78，d取标准膜厚0.025cm，将其带入公式可得单机器人最大喷涂面积为35465.14cm2。
目前R21、R22机器人的GUN2为扇面喷涂，GUN1、GUN2为胶条喷涂，所以可以视为目前共有2.66个扇面机器人，所以总喷涂面积为35465.14*2.6=92209.35。
而经过上式计算，取机器人需求量的最大值，共需要3.65个扇面机器人，与目前设备数量之差为1.05，所以由一个人工相当于0.97个机器人的结论计算，还需要有1.08个人参与其余扇面的喷涂。
所有分析如表8。
4 结语
本文通过对A工厂涂装车间PVC工段机器人及人工的详细分析，总结出了机器人与人工工作的最佳分配方案，通过计算得出了机器人在单位时间的工作量以及通过实际考察对比与计算，准确的分析出了人工与机器人之间工作量的换算，以此来解决人机最佳的分配问题与人机分配的标准化问题，其意在为新车型的程序导入与工作分配一次性达到最优化，避免工作的重复与劳动力的剩余或者浪费，同时可以良好的确定各个分支的工作范围与工作内容，强化责任意识，对确保质量与安全起到了一定的积极作用。同时也为未来人机分配的确定化打下了基础。
参考文献
[1]姜峰.国外汽车涂装预处理技术发展趋势[J].表面技术，1994（05）.
[2]王錫春.汽车涂装工艺技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
