随着环境污染加剧，国家对汽车的尾气排放提出了更加严格的标准，并且逐年逐阶段递减。汽车行业为了应对日趋激烈的市场竞争，对汽车零部件的质量水平提出了更高的要求，汽车产品需要不断的升级变化。过去传统的少品种、大产能的生产模式已不能满足多品种、较大产能的市场需求。柔性制造技术是实现未来制造行业发展的新趋势、新方向。清洗机作为产品质量控制和保障的重要设备，也必须能及时、快捷地应对新产品换型、降低生产成本和提高生产效率。机器人清洗机将成为当下市场的新“宠儿”。

机器人清洗机

传统清洗机与机器人清洗机结构、工艺分析

1.传统抬起步伐式清洗机

传统步伐式清洗机是利用机械抬起步伐式输送机构完成工件在清洗机内部各个工位的输送，通过清洗机内部不同工位的清洗、吹干、冷却和干燥功能部件的移动来完成工件的清洁。某公司典型的传统抬起步伐式清洗结构布局如图1所示。

此类清洗一般由以下工位构成：工件上料工位→空工位→紊流(浪涌)清洗工位→升降和横移定点定位清洗工位→空工位→翻转倒水+升降吹干工位→真空干燥工位→空工位→工件下料工位。

抬起步伐式清洗机被普遍认为是具有高产能和短清洗周期的清洗设备，在汽车发动机行业中广泛应用，可对高产量的发动机缸体、缸盖和曲轴等零部件进行常规浸没射流清洗和定点定位的清洗。通常传统式清洗机多根据用户的需求进行定向设计。另外，可根据用户的需求，提供高压水去毛刺清洗、真空干燥等工艺。

2.机器人搬运式清洗机

机器人搬运式清洗机是利用机器人夹持工件完成工件在清洗内部各个工位间的移动和清洗、吹干和干燥等工作。某公司机器人搬运式清洗结构布局如图2所示。

此类清洗工艺流程一般由以下工位构成：工件上料工位→紊流清洗工位→高压清洗工位→定点定位清洗工位→定点吹干工位→真空干燥工位→工件下料工位。

机器人清洗机的最大特点是非常灵活，并且具备较高的柔性，特别适合多品种、少批量的清洗生产要求。此类清洗机主要是通过安装在机器人臂上的夹爪来实现抓取待清洗零部件，以实现工件的清洗工艺。另外，还可以根据需求实现组合去毛刺工艺，来实现零件表面、内部交叉孔等部位毛刺的去除。零件的干燥方式同样可以采用真空干燥。

针对以上两种不同类型的清洗机设备，本文从清洗质量、清洗效率、柔性化程度、可靠性和可维修性、能耗和运行成本等方面进行了综合分析。

综合性能对比分析

1.清洗质量—清洁度

清洁度作为清洗机清洗效果的重要评价指标，清洁效果的好坏对汽车产品质量的保障和可靠性有着非常重要的影响。在汽车零部件的制造过程中，作为发动机心脏的关键零部件，如缸体、缸盖、曲轴和连杆等，其残留在工件表面的杂质、油污和微小的毛刺会严重影响产品的尺寸精度，进而会影响到整机装配后的发动机性能及寿命。在生产线策划之初，担心机器人清洗机的清洗效果，我公司就缸体产品进行了传统式和机器人式两种清洗效果的验证对比，其验证效果完全满足产品的设计要求(见表1)。

通过对表1数据的初步分析，很容易发现机器人清洗的效果要优于传统式清洗机的清洗效果，我公司在新建的项目中采用了机器人清洗设备。在生产过程中，为了充分验证机器人清洗的清洗效果，为后期项目提供经验输入，以缸体产品为例，采用Cpk评价方式对其清洗能力进行了验证(见表2)。

通过长时间、大量数据的收集和统计分析，机器人清洗机的清洗能力明显优于传统式清洗机的清洗能力，完全可满足产品的实际要求。

2、柔性化程度

传统抬起步伐式清洗机在各个工位清洗的过程中，一般采用工件固定，设计成与工件相匹配的旋转机构和清洗喷嘴盒，通过驱动和移动相关机构来实现工件的清洗，从严格意义上讲是一种刚性设备，不具备多种产品的共线生产。在线体生产策划前期，对于生产同系列的相似产品，通过更换定位支承元件和喷嘴盒的方式可在一定程度上实现多品种共线生产。但此时喷嘴必须采用叠加原理，在这种条件下，将导致水泵的流量和水泵电动机的功率增大，增加产品的制造成本。对于不同产品系列的共线生产，只能通过两台并行设备或同台设备每个工位都采用双工位的方式(局部需更换定位支承)实现，其投资成本高、占地面积大，资源的利用低，从而造成资源浪费。

若后期对现有的生产线改造使用完全不相似的产品实现清洗，传统抬起步伐式清洗机内部的所有部件均需要重新设计和制造。我公司计划将某条生产线清洗机改造为生产其他产品，通过与厂家交流和分析，其设备改造的费用约为新采购设备成本的40%～60%，同时现场的改造周期约为20～30天。

机器人搬运式清洗机采用清洗喷嘴盒和吹干风刀固定，机器人抓持工件，通过PLC程序控制，实现机器人抓着工件移动到相应的工位按照相应的轨迹进行清洗，其生产柔性比较高。生产线策划之初，无论是同系列或不同系列的产品，在设计时几乎无需更换任何部件或仅需更换机器夹爪上定位销和夹紧块，通过调整机器人的运行轨迹即可实现多产品共线生产。如我公司天津二期的某条缸体生产线，两种产品的结构完全不同，只是通过调整机器人程序就可实现

(见图3)。

若后期改造生产线，在生产同系列相似产品时，只需通过调整机器人运行轨迹和机器夹爪上的定位销和夹紧块即可实现。当生产不同系列完全不相似的产品时，充分利用机器人运行轨迹调整的方便性和灵活性，在使用极少喷嘴的情况下，通过调整机器人的运行程序和更换机器人夹爪，工件多次在不同位置移动，完成定点清洗和扫描清洗，即可实现多品种共线生产。其改造费用一般为机器人夹爪费用，约为20～35万元，调整周期约2 h以内。

3.能源消耗分析

一般情况下，抬起步伐式清洗的多个工位是同时工作的，需要配置的水泵较大，气源消耗也较大，而对于机器人搬运式清洗机的清洗工位是按照相应的顺序依次工作的，对水泵功率需求较小，气源消耗也相对较少。表3为我公司某两条生产线两种清洗机能源消耗的状况对比。

通过表3的对比分析发现，机器人清洗机在运行过程中能源消耗量较低，可有效降低生产过程成本。

4.可靠性及可维修性

传统抬起步伐式清洗机工件的输送和清洗、干燥均是通过气缸、电动机驱动各个部件的移动完成相应的工作，部件间的运动是相互关联和制约的。一般一台4个有效工位的设备至少需要15个气缸、4台电动机来驱动完成所有动作，设备的机构较多，导致设备的故障率高，设备的维护、可靠性相对降低，严重影响整体生产线的生产效率。通过对我公司现有的抬起步伐式清洗机最近几年的使用状态进行分析，可以看出，随着设备使用年限的延长，设备的故障率和维护时间不断增加，最影响设备停机时间的是设备硬软件故障，约占总停机项目的57%(见图4、图5)。

机器人搬运式清洗机全部主要动作都由机器人来完成，清洗和吹干基本不需要其他动作元件来配合。机器人是成熟产品，稳定性好，重复精度与定位精度极高，故其故障率较低，可靠性高。

传统抬起步伐式清洗机的整体工位间布局结构紧凑，内部的维护空间较少，内部工位异常时，维护人员维修过程中需弯腰、防止脚滑和起身磕碰机床等，非常困难。机器人清洗机各个工位围绕着机器人布置在四周，其内部维修空间、操作空间极大，设备维护时可同时进入多名维修人员(见图6、图7)。

5. 清洗效率-节拍

抬起步伐式清洗机各个工位的工作是同时开展工作，加工效率较高，一般可实现50 s以上的节拍需求，适合于单品种、大产能的生产方式。对于机器人搬运式清洗机而言，如果采用单个机器人进行工件的清洗，其节拍一般在85 s以上，如果低于此节拍需增加辅助的对立吹干工位，可以实现60 s左右的生产节拍。如果节拍要求更高，可以采用双机器人的方式实现，只是设备的初次采购成本比较高。

6. 综合性价比

以缸体最终清洗机为主，对抬起步伐式清洗机和机器人清洗机两种设备，按照使用5年时间进行综合性价比分析(见表4)。

表4中的数据，对于不同厂家的设备其使用情况不同可能存在差异，此表仅是对两种清洗设备性能对比提供帮助。

结语

通过对传统的抬起步伐式清洗机和机器人搬运式清洗机的对比分析发现，机器人清洗机在各个方面都具有一定的优势。同时，随着市场产品变化的多样性，机器人搬运式清洗机将成为未来发动机生产线的不二之选。