3. 节拍测量与数据采集

节拍优化的第一步不是改程序，而是把“现在到底跑多快”变成一组可复现、可比较的数字。没有基线，任何优化都只是感觉。本节围绕四类工具——KUKA示教器、Trace、WorkVisual 和外部秒表——说明如何分别完成单步、单周期和多周期节拍测量，并把结果整理成可用的节拍基线数据。

一、先明确“测什么”：三类节拍口径

在动手之前必须统一口径，否则不同人测出的数字无法对比。

• 单步节拍：只测一个运动段或一个动作单元，例如从 P1 直线运动到 P2 的耗时。用于定位“哪一段慢”。
• 单周期节拍：机器人从初始位出发，完成一次完整工作循环并回到初始位（或循环起点）的总时间。用于评估单件加工能力。
• 多周期节拍：连续运行 N 个周期，记录每个周期时间，观察稳定性、热漂移和节拍波动。用于评估真实产能。

参照约定：本文所有时间均以“周期起点信号上升沿”为计时零点，周期终点定义为机器人回到循环起始位且输出“循环完成”信号置位。切换参照系时必须重新标注，避免与上一版基线混用。

二、用示教器做单步与单周期粗测

示教器是最快的粗测工具。在 T1 模式下，打开 显示 > 实际位置 与 诊断 > 运动时间（不同 KSS 版本菜单名略有差异），可以读取单条运动指令的执行时间。更实用的做法是在程序关键点插入时间戳变量：

DEF MAIN( )
  DECL REAL t_start, t_end, t_cycle
  ; 周期起点
  t_start = $TIMER[1]
  $TIMER[1] = 0
  ; ... 主循环动作 ...
  PTP P1
  LIN P2
  WAIT FOR $IN[10] == TRUE   ; 等待外部完成信号
  ; 周期终点
  t_cycle = $TIMER[1]
  $MSG_TXT[1] = "Cycle time: " + t_cycle
END

注意 $TIMER 的计时精度受 IPO 周期影响，通常为 12 ms 量级，适合粗测，不适合毫秒级分析。示教器测量的价值在于快速确认“单周期大概多少秒”，并发现明显异常段。

三、用 Trace 采集高分辨率信号

Trace 是 KUKA 控制器内置的示波器功能，可同时记录多个信号，采样周期可设到 1 ms 甚至更小。典型配置如下：

1. 在示教器进入 诊断 > Trace > 配置，新建一个 Trace 配置。
2. 添加信号：$AXIS_ACT（各轴实际位置）、$VEL_ACT（实际速度）、$IN[10]（外部完成信号）、$OUT[20]（循环完成输出）。
3. 设置采样周期 4 ms，记录时长 60 s，触发条件设为 $IN[10] 上升沿。
4. 启动 Trace，运行程序，停止后导出 .trc 文件。

Trace 数据的判读重点：观察速度曲线是否出现平台期（说明存在等待或减速）、各轴是否同时到达（不同步会造成额外等待）、以及 $IN[10] 与 $OUT[20] 之间的时间差。这个差值往往就是被忽略的“隐性等待时间”。

四、用 WorkVisual 做离线节拍分析

WorkVisual 可以在不占用机器人的情况下，对项目中的程序进行运动时间估算。将项目从控制器上传到 WorkVisual，打开 Program Editor，启用 Cycle Time Analysis，它会根据各运动指令的路径长度、速度参数和加速度参数给出估算时间。需要注意：WorkVisual 的估算不含外部等待、PLC 交互和实际负载影响，因此它适合做“方案对比”，不适合直接当作实测节拍。

五、外部秒表：多周期实测的基准

无论 Trace 多精确，最终验收仍以外部秒表为准。多周期测量建议连续记录 10～30 个周期，每个周期记录起止时刻。示例记录表如下（数据为教学示例，非实测）：

均值约 42.4 s，标准差约 0.6 s。第 6 周期的 +1.6 s 偏差明显，应结合 Trace 检查该周期是否发生了外部等待。多周期测量的核心不是平均值，而是波动来源。

六、建立节拍基线数据

把上述四类工具的结果汇总成一份基线表，至少包含：测量日期、程序版本、负载配置、单步时间、单周期时间、多周期均值与标准差、测量工具、测量人。基线一旦建立，后续任何优化都必须与它对比，且对比时程序版本和负载配置必须一致。

基线建立后，每次优化只改变一个变量，重新测量并与基线对比。若单周期时间下降但多周期标准差上升，说明优化引入了新的波动源，需要回到 Trace 数据中定位。节拍测量不是一次性任务，而是贯穿整个优化过程的反馈回路。