机械焊接技术与自动化发展研究

黄永

引言：很多方面依然须应用传统机械产业，然而机械制零件焊接，是其中不可或缺加工方法。目前的生产企业都讲求快、稳、准，而能够让生产线达成三项的要求，就必须往自动化生产方向推进。推动自动化生产方式必可达到减少人力成本、提高机器驾动率、增加产能及稳定产品之质量的目标，所以实施自动化生产确有其必要性。本文作者对机械零件焊接优化技术进行了分析研究。

一、前言

本研究主要应用机械手臂进行焊接工作流程改善，首先我们先对几家焊接企业进行收集数据，并邀请QFD专家以及TRIZ专家进行讨论，找出改善工作流程之因素，依照不同仿真系统脚本剧情可将流程评估至优化，达到改善之最终目标，并可提供业界在决策规划时之参考依据。

由质量机能展开结合TRIZ系统方法中获得，影响个案企业建构生产线的三大方向为（1）时间管控、（2）人力资源管控、（3）质量管控之的策略。并应用Flexsim仿真系统将改善条件套入，并模拟优化。然而，此研究结果显示，个案企业原本生产线产量为720pcs，应用仿真系统仿真原生产线的优化取得多13%的产量，将前两种方法所获得的改善条件导入生产线中，而生产量可提升50%的产量。

二、个案企业生产流程

个案企业的咖啡桶分为三个部分，为上盖、中桶、下盖，而这三种必须先各自进行不同加工之后，才会再将三个工件主合程一个完善的咖啡桶。由上述可了解本加工生产流程较繁杂，所以希望透过本研究可将他们所有的工作站做结合，并且透过仿真系统取得优化的生产线。

此外本企业在早期就已经引进机械手臂做加工，因此对于机械手臂做焊接加工之技术已经很成熟，因此在人力不足方面，对他们并没有太大的影响，但人力的分配也需要作加强，人力安排恰当时，可提升加工质量以及减少加工的时间。

但个案企业是传统产业，因此无生产线排程的概念，而所有的工作站，并无特定做规划，所以个案企业会发现若订单较多时，可能就无法应付客户的需求。由于个案企业有此方面困扰，则本研究首先针对改善生产线之分析可分为三大部分

（1）提升生产量（2）减少不良率（3）人力资源控管

个案企业制造作业流，主要可分为三个工件的加工，第一工件为底盖加工，主要是侧板与底部的焊接，第二工件为上盖加工，加工部分又须经过一个工作站两个步骤，第一为焊接接头孔，将接头孔装置在上盖侧边，第二为螺丝孔焊，是应用焊接机将螺丝孔装置上盖的顶部，是在于焊接头附近，而此工件须分两道工作站，是因为加工方法不同。第三工件为中桶加工，中桶加工又分为三个工作站，第一步为雷射切割焊接机做钻孔，第二步为将平面的薄板滚成圆柱状再经由焊接机做接合，第三步为螺丝孔焊，就是应用焊接机将螺丝孔装置圆柱侧边。最后先将上盖与中桶应用焊接做结合，之后再接合底盖与中桶，完成后就可做检验测试。

个案企业生产线中的人机表，由人机表就可以清楚了解每个工作站中，操作员与机器做搭配时所花费的时间。由下表中所有的工作花费的时间都不少，因此让操作员得等待时间相当长，但如何运用此段时间，使得操作员可以做其他的加工，然而此问题将应用本研究方法做改善，将单一生产流程改善为多重生产流程，并使得在同一时间中可作两种或两种以上不同的加工，减少时间花费再等待。

三、传统技术问题与自动化改造方法

因本企业生产流程依照传统方式建构，所以很容易因为某个工作站的失误，延迟后面的加工，且产品的质量也不一定每个都很完善，且传统的加工流程并没有生产成本得概念，使得生产完某一项产品之后，就需要再重新建构新的生产线，不但会浪费时间也会浪费建构成本。此外在建构生产线，传统的概念都会认为先计算好生产流程，之后透过生产中产生失误中去做改善，由这样方是做整条生产线，多花费不少时间以及修改生产线的钱，因此本研究将改善个案企业传统生产线中缺失，使得提升产量减少时间以及金钱的花费。个案企业的加工流程中，所应用的工具为：

1.焊接加工：第一工作站到第六工作站都各有一台焊接机械手臂，分为三种加工工件，最后将这加工工件在应用焊接做接合，就成为完善的产品。

2.检测：最终站为检测，则检测可分为两个据点，分为三种不同的加工工件，且第一站在各自加工完后，第二站则在将三种工件接合后。由个案企业提供生产线的条件，期望透过本研究可以改善传统的加工流程，提升加工生产量，减少时间花费。

个案企业由上述的生产线中每个工作流程中，从抛光至检测人机数据，人员应用总数为10位，一天8小时，机械手臂应用总数为5台，检测机为2台，一个月生产量为720个的产品数。个案企业希望透过本研究可改善他们目前生产现的缺点，希望可成功将传统化的生产线转换为自动化生产线，首先由自动化生产线可改善的因素包含人力转为机械，生管人员的单线排程运算转换为多线排成运算，因此需要透过仿真程序做优化排程运算。透过此数据进一步应用研究方法做改善分析，并做验证。

传统焊接厂，大多是中小企业，因此无假设生产线的概念，希望透过本研究方法改善个案企业的生产方式。而改善焊接生产线分为三大方向：

1.时间管理：每个工作站与操作员的搭配中，需好好运用在加工时的等待时间，应该将每个加工互相做配合，就可减少时间的花费，此外在运送方面也可以应用更简便的方式做改善。

2.人力资源管理：其中一个工作站为人力加工，此加工花费不少时间，若可以应用其他的人力做搭配时，或许可将时间减少许多。

3.质量管理：加工步骤多及繁杂，更需要增加检测功能，若最后才发现产品有瑕疵时，不但多花费了时间又多花费了材料的应用。

四、自动化总结

自动化焊接优化第一段为TRIZ系统的分析：由QFD的十项关键因素导入TRIZ参数中，由十位TRIZ专家做关系矩阵，获得需求与参数关系越高之参数，而参数多半是关于生产线在线的自动化、生产量、稳定度以及时间的花费等。之后再将参数透过矛盾矩阵，取得发明原理，就可经由发明原理的意思去找出改善生产线的条件，可直接了解需改善的原件。

自动化焊接优化第二阶段是个案所提工的数据分别是三个工作站以及四项产品，应用仿真软件找出优化之生产线，时间依照个案公司一天8小时，模拟运算是将运算1个月的优化产量。然而本系统可应用情境模式加入瓶颈条件，生产出24种优化之生产流程，由生产流程可归纳出，由仿真系统所运算出之最佳流程尽还是比个案公司实际生产线多出了100pcs多的产量提升13%生产率，而生产量优化值为828pcs，因此发现个案公司生产线并不是优化。再由本研究所找出改善条件一一套进个案生产线中，可发现虽然多设置检测站，但生产量却大幅提升50%，而生产量优化值为1085pcs，相对的产品的质量也会提高。

参考文献

[1]王宗杰等编著.工程材料焊接技术问答[M].机械工业出版社，2002.

[2]张汉谦著.钢熔焊接头金属学[M].机械工业出版社，2000.

（作者单位：广汉市锦程石油机械有限公司）