摘要：随着产业转型升级的需要、人力成本的上升以及国家政策的扶持，我国工业机器人市场占有率越来越高，应用范围也越来越广泛。目前，焊接机器人由于其焊接质量好、焊接效率高等特点，被应用到了许多工程机械的焊接生产线上。本文以PR1400焊接机器人为研究对象，对其进行可靠性设计技术的研究。首先，本文对PR1400焊接机器人系统的结构组成进行了详细的阐述，明确了焊接机器人的基本参数与性能要求。根据PR1400焊接机器人系统的结构组成与系统划分的结果，绘制了PR1400焊接机器人系统的可靠性框图，构建了简化的可靠性数学模型。
关键词：焊接机器人；可靠性；研究
引言：
焊接机器人由于其能够代替工人在恶劣的环境下完成一系列危险的高质量焊接任务，受到了当前许多工业自动化领域企业的青睐[3]。焊接机器人最早运用于汽车领域，后来随着机器人技术的不断成熟，精度的不断提高，被广泛应用于工程机械等工业自动化领域。而我国机器人产业与国外工业发达的国家相比，起步较晚，其研发和生产水平相当于国外30年前的水平，还没有形成焊接机器人的产品标准。就目前而言，国内整个机器人产业可靠性低、创新能力薄弱、高端产品低端化等弱点己暴露，国产机器人厂商想要在未来占据竞争的制高点，巫需脚踏实地，提升机器人产品的可靠性、安全性，才能增强自身的核心竞争力。
1、机器人可靠性技术研究现状
随着机器人在制造业领域的应用越来越广，机器人可靠性暴露出的问题逐渐受到企业领导以及相关领域专家的重视。为解决这一问题许多专家学者开始把相应理论知识运用到机器人行业的整个设计过程中，主要涉及到机器人的故障树分析、故障模式影响分析、可靠性预计、分配等方面。机器人系统进行可靠性分析，并将分析结果用于指导制定相关的机器人安全规范:将故障树分析法运用在焊接机器人的送丝机上，从故障现象的角度出发，建立了送丝机的故障树模型并对其进行了定量分析和定性分析，分析结果显示该方法简单可行值得推广和应用;M.HKorayem等运用FMEA(FailureModeEffectAnalysis)和QFD(QualityFunctionDeployment)相结合的方法提升了机器人的可靠性.董爱等基于FMEA分析法和FTA(FailureTreeAnalysis)方法针对机械手臂进行了可靠性分析确定了其薄弱环节;韩雪等人引入模糊集理论的故障树分析法对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人可靠性进行了详细的研究;提出了一种基于FMEA的三层贝叶斯网络诊断模型，并将该模型用于水下机器人系统软件的故障诊断过程中，提高了机器人软件可靠性;提出了模糊马尔科夫链预测模型的机器人可靠性分析方法，克服了传统可靠性计算方法的缺陷;张蓉，王春洁等人运用FMECA与FTA方法对机器人系统进行了可靠性仿真分析，并确定了系统的可靠性指标;高俊饶基于FTA和FMECA分析对履带式移动机器人进行了可靠性分析，制定了机器人系统的改进设计方案;张学文，姜生元等人采用故障树分析法对移动机器人驱动单元进行了定量分析，找出了影响差速故障的原因;苏金远结合静态FTA.分析法、动态FTA分析法、机构运动可靠性分析法对弧焊机器人进行了可靠性分析，所得结果为将来提高现有产品的可靠性，改进产品性能提供参考。
2、焊接机器人系统的可靠性预计与分配
2.1可靠性预计概述
2.1.1可靠性预计的目的
客户对高可靠性产品的迫切需要，使得企业不得不对产品的可靠性工作高度重视起来。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现在，标明可靠性指标的产品越来越多，比如美国的绝大部分通信类产品以及我国的所有军用产品等都标有可靠性指标。这些可靠性指标大多数是通过可靠性预计或者现场统计的结果得到的。产品的可靠性预计是在设计阶段对其可靠性水平进行定量估计的过程。从可靠性工程的角度来说，可靠性预计的目的主要在于比较不同设计方案之间的可靠性水平，检查产品的设计方案是否合理，评估产品整体的可靠性水平等。所以，针对焊接机器人系统来说可靠性预计主要有以下四个目的[[53]0(1)评估焊接机器人的整个系统能否达到可靠性指标的要求。(2)对焊接机器人系统的可靠性分配提供理论依据和奠定基础。(3)为制定焊接机器人系统的预防性维护修理方案、元器件储备和更新计划提供依据。(4)比较相似的设计方案，以选择最佳的焊接机器人系统。
2.1.2可靠性预计的常用方法
目前，可靠性预计的方法有很多，根据可靠性预计原理的不同可以分为传统的可靠性预计法、功能预计法、相似复杂性法、上下限法等;根据可靠性预计对象的不同可分为系统可靠性预计与单元可靠性预计。其中最常用的预计方法有数学模型法、上下限法、元件计数法、专家评分法、应力分析法、相似设备法、蒙特卡洛法、相似功能法、布尔真值法等。以下对常用的四种可靠性预计方法进行介绍。(1)元器件计数法元器件计数法主要运用在产品研制的早期阶段。这一阶段产品只大概知道元器件的数量，但是对元器件的详细信息并不清楚，不能对产品进行详细的可靠性预计。而产品研制的初期工程人员也只是想要大致的了解产品的可靠性水平，判断当前的设计方案是否满足可靠性要求，同时还能根据可靠性预计的结果对设计方案进行比较，然后确定更好的方案。元器件计数法的可靠性预计步骤如下。1)建立可靠性模型。将系统根据功能原理划分成一个个相对独立的单元，确定系统和独立单元之间的数学关系和可靠性逻辑关系，建立相应的可靠性预计模型。2)明确各元器件的应用方式、所属单元、工作环境、工作应力以及电应力比等信息。
2.2可靠性分配概述
2.2.1可靠性分配的目的与作用
可靠性分配是把装备的可靠性规定值和最低可接受值分给系统、分系统、设备、组件、元件。这是一个由上到下、由系统整体到零部件的分解过程。其主要目的是:分配给各层次产品可靠性指标的规定值和最低可接受值，所分配的规定值可以使各级设计人员明确其设计产品的可靠性设计要求，并研究实现这些要求的可能性和方法，所分配的最低可接受值是产品可靠性试验验证与评估的依据。就像产品的性能指标一样，是产品设计人员在可靠性方面的一个设计目标[[56]。其具体作用是:(1)为产品的各部分(或各个低层次产品)研发设计人员提供可靠性设计指标，以保证系统最终满足规定的可靠性要求。(2)通过对系统进行可靠性分配，制定各供应方和承制方产品的可靠性指标，以便于系统的承制方对其实施管理。
2.3可靠性分配方法的选择
通过综合分析常用的几种可靠性分配方法可以看出:等分分配法比较适用于方案设计一与方案论证阶段，其优点主要是计算简单，使用方便，但其缺点是可靠性分配结果误差较大，未考虑各分系统之间的差别。组合比例分配法适用于在有一定可靠性数据基础的产品或装备中，新产品或装备可靠性分配结果的准确度跟与它相似的老产品或老装备的故障统计结果的准确度相关。评分分配法适用于企业在没有可靠性参考数据的情况下，该方法能够充分发挥企业相关设计人员的主观能动性。选择可靠性分配方法为焊接机器人系统进行可靠性分配时，不能盲目的选择一种可靠性分配方法，要根据产品所在的生命周期，选择合适的可靠性分配方法。同时，可靠性分配还需要遵循一定的选择依据，也就是说要进行分配，必须首先明确设计目标、系统下属各级定义的清晰程度、限制条件及相关类似产品可靠性数据等信息。随着研制阶段的进展，产品定义起来越清晰，则可靠性分配方法也将有所不同。
3、结语
提升产品质量就要坚持从故障发生的源头抓起，在产品设计的各个阶段进行可靠性工作的安排与实施。本文结合PR1400焊接机器人日常的故障积累，将可靠性理论运用到焊接机器人可靠性设计技术中，对PR1400焊接机器人系统进行了可靠性分析、预计与分配相关方面的研究。最后结合实际工作中的需要为了对可靠性分析、预计、分配所得到的可靠性数据进行规范化的管理，建立了PANDA-FRACAS系统。
参考文献：
[1]董爱.机械手性能衰退与失效模型建立方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2013.
[2]韩雪，皆斌，孙辉辉.可缠绕式混合驱动柔索并联机器人可靠性分析[[J].机械设
论文作者:贺炯乐
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
标签：可靠性论文; 机器人论文; 分配论文; 系统论文; 产品论文; 方法论文; 故障论文; 《防护工程》2018年第2期论文;