機械焊接技術與自動化發展研究

黃永

引言：很多方面依然須應用傳統機械產業，然而機械制零件焊接，是其中不可或缺加工方法。目前的生產企業都講求快、穩、準，而能夠讓生產線達成三項的要求，就必須往自動化生產方向推進。推動自動化生產方式必可達到減少人力成本、提高機器駕動率、增加產能及穩定產品之質量的目標，所以實施自動化生產確有其必要性。本文作者對機械零件焊接優化技術進行了分析研究。

一、前言

本研究主要應用機械手臂進行焊接工作流程改善，首先我們先對幾家焊接企業進行收集數據，并邀請QFD專家以及TRIZ專家進行討論，找出改善工作流程之因素，依照不同仿真系統腳本劇情可將流程評估至優化，達到改善之最終目標，并可提供業界在決策規劃時之參考依據。

由質量機能展開結合TRIZ系統方法中獲得，影響個案企業建構生產線的三大方向為（1）時間管控、（2）人力資源管控、（3）質量管控之的策略。并應用Flexsim仿真系統將改善條件套入，并模擬優化。然而，此研究結果顯示，個案企業原本生產線產量為720pcs，應用仿真系統仿真原生產線的優化取得多13%的產量，將前兩種方法所獲得的改善條件導入生產線中，而生產量可提升50%的產量。

二、個案企業生產流程

個案企業的咖啡桶分為三個部分，為上蓋、中桶、下蓋，而這三種必須先各自進行不同加工之后，才會再將三個工件主合程一個完善的咖啡桶。由上述可了解本加工生產流程較繁雜，所以希望透過本研究可將他們所有的工作站做結合，并且透過仿真系統取得優化的生產線。

此外本企業在早期就已經引進機械手臂做加工，因此對于機械手臂做焊接加工之技術已經很成熟，因此在人力不足方面，對他們并沒有太大的影響，但人力的分配也需要作加強，人力安排恰當時，可提升加工質量以及減少加工的時間。

但個案企業是傳統產業，因此無生產線排程的概念，而所有的工作站，并無特定做規劃，所以個案企業會發現若訂單較多時，可能就無法應付客戶的需求。由于個案企業有此方面困擾，則本研究首先針對改善生產線之分析可分為三大部分

（1）提升生產量（2）減少不良率（3）人力資源控管

個案企業制造作業流，主要可分為三個工件的加工，第一工件為底蓋加工，主要是側板與底部的焊接，第二工件為上蓋加工，加工部分又須經過一個工作站兩個步驟，第一為焊接接頭孔，將接頭孔裝置在上蓋側邊，第二為螺絲孔焊，是應用焊接機將螺絲孔裝置上蓋的頂部，是在于焊接頭附近，而此工件須分兩道工作站，是因為加工方法不同。第三工件為中桶加工，中桶加工又分為三個工作站，第一步為雷射切割焊接機做鉆孔，第二步為將平面的薄板滾成圓柱狀再經由焊接機做接合，第三步為螺絲孔焊，就是應用焊接機將螺絲孔裝置圓柱側邊。最后先將上蓋與中桶應用焊接做結合，之后再接合底蓋與中桶，完成后就可做檢驗測試。

個案企業生產線中的人機表，由人機表就可以清楚了解每個工作站中，操作員與機器做搭配時所花費的時間。由下表中所有的工作花費的時間都不少，因此讓操作員得等待時間相當長，但如何運用此段時間，使得操作員可以做其他的加工，然而此問題將應用本研究方法做改善，將單一生產流程改善為多重生產流程，并使得在同一時間中可作兩種或兩種以上不同的加工，減少時間花費再等待。

三、傳統技術問題與自動化改造方法

因本企業生產流程依照傳統方式建構，所以很容易因為某個工作站的失誤，延遲后面的加工，且產品的質量也不一定每個都很完善，且傳統的加工流程并沒有生產成本得概念，使得生產完某一項產品之后，就需要再重新建構新的生產線，不但會浪費時間也會浪費建構成本。此外在建構生產線，傳統的概念都會認為先計算好生產流程，之后透過生產中產生失誤中去做改善，由這樣方是做整條生產線，多花費不少時間以及修改生產線的錢，因此本研究將改善個案企業傳統生產線中缺失，使得提升產量減少時間以及金錢的花費。個案企業的加工流程中，所應用的工具為：

1.焊接加工：第一工作站到第六工作站都各有一臺焊接機械手臂，分為三種加工工件，最后將這加工工件在應用焊接做接合，就成為完善的產品。

2.檢測：最終站為檢測，則檢測可分為兩個據點，分為三種不同的加工工件，且第一站在各自加工完后，第二站則在將三種工件接合后。由個案企業提供生產線的條件，期望透過本研究可以改善傳統的加工流程，提升加工生產量，減少時間花費。

個案企業由上述的生產線中每個工作流程中，從拋光至檢測人機數據，人員應用總數為10位，一天8小時，機械手臂應用總數為5臺，檢測機為2臺，一個月生產量為720個的產品數。個案企業希望透過本研究可改善他們目前生產現的缺點，希望可成功將傳統化的生產線轉換為自動化生產線，首先由自動化生產線可改善的因素包含人力轉為機械，生管人員的單線排程運算轉換為多線排成運算，因此需要透過仿真程序做優化排程運算。透過此數據進一步應用研究方法做改善分析，并做驗證。

傳統焊接廠，大多是中小企業，因此無假設生產線的概念，希望透過本研究方法改善個案企業的生產方式。而改善焊接生產線分為三大方向：

1.時間管理：每個工作站與操作員的搭配中，需好好運用在加工時的等待時間，應該將每個加工互相做配合，就可減少時間的花費，此外在運送方面也可以應用更簡便的方式做改善。

2.人力資源管理：其中一個工作站為人力加工，此加工花費不少時間，若可以應用其他的人力做搭配時，或許可將時間減少許多。

3.質量管理：加工步驟多及繁雜，更需要增加檢測功能，若最后才發現產品有瑕疵時，不但多花費了時間又多花費了材料的應用。

四、自動化總結

自動化焊接優化第一段為TRIZ系統的分析：由QFD的十項關鍵因素導入TRIZ參數中，由十位TRIZ專家做關系矩陣，獲得需求與參數關系越高之參數，而參數多半是關于生產線在線的自動化、生產量、穩定度以及時間的花費等。之后再將參數透過矛盾矩陣，取得發明原理，就可經由發明原理的意思去找出改善生產線的條件，可直接了解需改善的原件。

自動化焊接優化第二階段是個案所提工的數據分別是三個工作站以及四項產品，應用仿真軟件找出優化之生產線，時間依照個案公司一天8小時，模擬運算是將運算1個月的優化產量。然而本系統可應用情境模式加入瓶頸條件，生產出24種優化之生產流程，由生產流程可歸納出，由仿真系統所運算出之最佳流程盡還是比個案公司實際生產線多出了100pcs多的產量提升13%生產率，而生產量優化值為828pcs，因此發現個案公司生產線并不是優化。再由本研究所找出改善條件一一套進個案生產線中，可發現雖然多設置檢測站，但生產量卻大幅提升50%，而生產量優化值為1085pcs，相對的產品的質量也會提高。

參考文獻

[1]王宗杰等編著.工程材料焊接技術問答[M].機械工業出版社，2002.

[2]張漢謙著.鋼熔焊接頭金屬學[M].機械工業出版社，2000.

（作者單位：廣漢市錦程石油機械有限公司）