設備防錯在高柔性化發(fā)動機裝配線的應用

許可會

（上汽通用五菱青島發(fā)動機工廠，山東青島266555）

在經(jīng)濟全球一體化和用戶需求多樣化的今天，我們對供應商、生產(chǎn)商的要求不斷增加：更多的產(chǎn)品種類、更短的制造周期、更低的生產(chǎn)成本及更高的產(chǎn)品質(zhì)量。所以高柔性混線生產(chǎn)多種產(chǎn)品，是未來汽車制造工業(yè)的發(fā)展趨勢，同樣也是發(fā)動機制造業(yè)的發(fā)展趨勢，這種高柔性化的生產(chǎn)方式正在得到較廣泛的應用和實踐。

多機型發(fā)動機柔性化混線生產(chǎn)，有著它獨特的優(yōu)缺點，突出的優(yōu)點為：可以在同一段時間內(nèi)，根據(jù)客戶需求，靈活的調(diào)整裝配線的生產(chǎn)計劃，在同一條裝配生產(chǎn)線上同時制造多機型產(chǎn)品，實現(xiàn)設備的自動機型識別，調(diào)用屬于各自機型自己的加工程序，將因換型帶來的產(chǎn)量損失降低到最低，最大限度地提升整線的開動率。

但同時也有不可避免的缺點：在多機型混線裝配的制造過程中，因產(chǎn)品型號的不同，共線制造中在很多工位存在著零件的混裝、錯裝、漏裝等潛在質(zhì)量風險，從而造成發(fā)動機的部分或批量返修、報廢等情況，嚴重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和整線的FTQ（一次下線合格率），增加了發(fā)動機的制造成本。

為了將高柔性化生產(chǎn)的缺點進行優(yōu)化，保證產(chǎn)品的制造質(zhì)量，同時降低由于零件多樣化帶來的操作復雜而導致的操作人員錯漏裝，做到不接受、不制造、不傳遞缺陷，在發(fā)動機柔性化混線生產(chǎn)中就必須使用各式各樣的防錯，并建立成熟的混線生產(chǎn)防錯體系。

1 應用防錯的意義

在發(fā)動機混線柔性化裝配生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品不同，會存在錯裝、漏裝等潛在質(zhì)量風險，從而增加了制造成本。發(fā)動機制造過程中優(yōu)秀防錯技術的應用，對降低生產(chǎn)中出現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)問題的風險，發(fā)揮了非常重要的作用。所謂防錯，即通過防錯方法對不利于客戶、容易產(chǎn)生產(chǎn)品品質(zhì)風險及造成浪費的錯誤進行提前預測，并采取一定的方式方法進行防止的過程。

發(fā)動機制造過程中，若沒有防錯控制的應用，那么產(chǎn)品制造過程就會經(jīng)常出現(xiàn)較低的FTQ。實施防錯控制的意義就在于：不接受、不制造、不傳遞缺陷給客戶，提高產(chǎn)品品質(zhì)，從而降低制造成本。

2 防錯的應用類別

目前，在發(fā)動機裝配線上，主要有設備防錯和人工防錯兩種方式。其中設備防錯又包含特定控制程序防錯、工裝防錯、傳感器防錯等；人工防錯主要是采取本工位的自檢和后續(xù)工位的互檢來協(xié)作完成。有些防錯還需要設備和人工兩方面共同完成，優(yōu)秀防錯的實施，能避免眾多的失效模式，保證發(fā)動機的制造品質(zhì)。

3 防錯的有效實施

為保證防錯技術的有效實施，必須建立規(guī)范的防錯裝置驗證工作，做到按計劃，定班次，定頻次等方法，去驗證防錯裝置的有效性，保證先前所設計規(guī)劃的防錯計劃，一直在被有效的應用實施。防錯的使用本身，是對操作工工作的一種支持，應用的前提是操作工不蓄意破環(huán)，好好工作來支持防錯。防錯不能防止愚蠢錯誤或防止破環(huán)。防錯的使用，就是最大限度的防止人的疏忽犯錯。防錯系統(tǒng)的設計，是用來幫助操作工更容易輕松正確地完成工作。

4 防錯的等級

根據(jù)防錯的表現(xiàn)出來的效果，防錯技術可分為3個等級：不接受缺陷的防錯，不制造缺陷的防錯，不傳遞缺陷的防錯。

當然，防錯最理想的狀態(tài)，為不制造缺陷的防錯，即不制造出壞的零件，可能損壞的零件數(shù)量為零。這種防錯是最主動、最經(jīng)濟，可預見并防止錯誤的控制技術。如發(fā)動機裝配線上使用傳感器來感應零件的存在、防止零件漏裝的防錯，就達到了不制造缺陷的目標（如圖1）。

圖1 取料防錯

圖1即為最簡單的取料防錯的應用，屬于傳感器類的防錯，可以用來防止零件的錯裝，漏裝，同樣的還可以防止SOS（標準化操作）中的100%執(zhí)行，如圖2中傳感器的有效使用，就可以防止SOS操作中所要求的氣槍擰緊動作不被漏掉，通過傳感器的簡單使用，有效防止了各種操作中很容易出現(xiàn)的低級錯誤，類似的傳感器防錯都是不制造缺陷的防錯方式。

圖2 傳感器防錯

由于可能出現(xiàn)的缺陷和造成缺陷的原因不同，還必須采用其他等級的兩種防錯方式，即不接受和不傳遞的防錯技術，這也是較為被動和昂貴的防錯措施，例如裝配線中的長缸體泄漏測試工位和發(fā)動機冷試工位等，均屬于不接受缺陷的防錯工位。

5 防錯的驗證

由于設備的不穩(wěn)定性及人員操作的影響等因素，防錯系統(tǒng)的正常運用，必須經(jīng)過有效的驗證、正確的實施和必要的維護來保證。防錯系統(tǒng)在應用中必須保證以下內(nèi)容：

5.1 確認防錯系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常

實際生產(chǎn)中，必須對防錯系統(tǒng)進行定期的驗證及維護。比如前面提到的長缸體泄漏測試工位，為了保證泄漏量儀是在一個正常的狀態(tài)下工作的，操作工每天必須進行Master工件泄漏量的標定及認證，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏量超出規(guī)定的標準值，必須進行必要的檢查和重新標定，以防止部分缺陷的逃逸或?qū)е掳l(fā)動機的批量誤判；對于傳感器類的防錯，操作工每天每班次開班前只需花上數(shù)秒鐘的時間，去驗證該防錯功能的好壞即可；例如前面提到的防止SOS漏操作的防錯，操作工只需要在操作時，故意漏掉該步操作，然后看后續(xù)的操作能否繼續(xù)，或發(fā)動機在本工位能否被寫入合格信號，即可輕易地驗證該防錯工作狀態(tài)的正常與否。

5.2 防錯工裝的定期保養(yǎng)和維護

確定合適的PM周期，對防錯設備或工裝進行定期的保養(yǎng)和維護。在裝配線利用合適的工裝，對不同的零件進行防錯，是非常有必要的。但對于這些工作，必須給于必要維護，以防止工裝本身失去了防錯的功能，該項維護工作則需要生產(chǎn)車間和維修車間共同合作來完成，制定合理的TPM點檢項，制定合理的PM周期進行定期的維護檢查和更換。

6 設備防錯在裝配線的應用舉例

6.1 3C件上線時的類型防錯

3C件（指缸體、缸蓋、曲軸）通常采用二維碼描掃進行類型防錯。

在發(fā)動機生產(chǎn)線上，每一臺發(fā)動機都有唯一的身份識別追蹤編碼，稱為EUN碼，組成發(fā)動機的缸體、缸蓋、曲軸（以下簡稱3C件）均有唯一的二維識別碼，此識別碼包括3C件的類型及制造序列號。為方便追蹤發(fā)動機，將對3C件與發(fā)動機進行綁定，即一個EUN碼分別對應3個唯一的3C件二維碼。每一個3C件上線時均需對其二維碼進行掃描，HMI腳本運行程序中，會對掃描生成的二維碼進行識別比較。以缸體上線為例，缸體在裝配線上線工位，進行二維掃描槍掃碼，讀取二維碼，讀取后對其代表3C件類別的UB及代表機型的A進行比較，若讀取二維碼不符合比較規(guī)則，本工位將通過HMI顯示面板進行類別識別報警，禁止托盤流入后續(xù)工位，達到防止3C件及機型類別混裝的防錯目的；缸蓋及曲軸采用相同的二維碼掃描程序防錯，原理也相同（防錯報警界面見圖3）。

圖3 防錯報警界面

6.2 擰緊程序防錯

在發(fā)動機生產(chǎn)制造中，緊固件的擰緊，占據(jù)了裝配生產(chǎn)線的大部分工藝，擰緊的品質(zhì)直接影響著發(fā)動機的性能。在裝配線上，不管是自動擰緊工位，還是手動擰緊工位，均可能存在漏擰或擰緊程序調(diào)用錯誤的風險，為避免此失效，裝配線均采用了電槍擰緊程序防錯。

（1）手動擰緊工位。手動擰緊工位是單軸手持電槍人工擰緊。擰緊程序分段編寫，先進行高速擰緊，使其達到中間經(jīng)驗扭矩值，后再以適當?shù)臄Q緊速度進行最終擰緊，達到目標扭矩要求。在裝配線生產(chǎn)過程中，考慮工藝及生產(chǎn)節(jié)拍要求，多種緊固件經(jīng)常需在同一工位進行擰緊，這樣就會存在因操作工失誤而引起的漏擰或錯擰，嚴重影響裝配品質(zhì)。為避免此失效，當電槍達到目標扭矩后，會發(fā)送擰緊合格信號至PLC系統(tǒng)中，防錯系統(tǒng)采用對合格信號進行計數(shù)對比，進行防錯。例如：某工位需擰緊10個扭矩為（12±2）N·m的螺栓，則防錯系統(tǒng)需收到10次擰緊合格信號后，托盤方可人工放行，若未完成擰緊放行，則HMI報警系統(tǒng)會報警“擰緊未完成”，且托盤不能自動放行；除了采用該合格信號對比防漏擰防錯外，還采用套筒選擇器的方法，防止擰緊程序調(diào)用錯誤（如圖4），不同的套筒，調(diào)用不同的擰緊程序，去擰緊不同的螺栓，很簡單的防錯辦法，起到了防錯的最大效果。

圖4 套筒選擇器

（2）自動擰緊工位。自動工位擰緊機，是多軸電槍同時擰緊，同時根據(jù)工藝要求，自動多軸電槍擰緊在單軸電槍擰緊程序的基礎上，增加了同步擰緊步驟，防止擰緊不同步，導致零件變形，影響裝配品質(zhì)。同樣的，為了適應多機型在同一自動站的生產(chǎn)，自動站同樣也可以使用套筒選擇器（圖5）的方法來防錯，只不過使用的不是套筒對應程序的方法，而是為了防止螺栓錯裝。

圖5 自動站套筒選擇器

如圖6，有兩種雙頭螺栓，顏色一致，分別裝配在兩種不同的發(fā)動機上。這兩種螺栓僅僅在長度上有細微的差別，如果是來料混料，操作工很難發(fā)現(xiàn)這兩種螺栓的細微差別。如果這兩種螺栓裝配到錯誤的發(fā)動機上，就會造成批量的品質(zhì)問題。對于這類的防錯，我們就必須要結(jié)合套筒選擇器和套筒工裝本身的不同，來設計這個防錯（如圖7）。

圖6 長度不同的螺栓

圖7 深度不同的套筒

我們在原來使用的同規(guī)格套筒基礎上，讓廠家根據(jù)我們螺栓的需求，設計出深度不同的套筒，當長的雙頭螺栓錯裝為短的雙頭螺栓時，只要我們自動站的套筒選擇是正確的（這是我們選擇的時深度淺的套筒），那這顆螺栓在該自動站擰緊時，就會因套筒過短而擰不住螺栓，從而導致擰緊不合格，有效避免了螺栓的錯裝。

7 結(jié)束語

一條高柔性化的裝配線，可以同時生產(chǎn)多機型發(fā)動機的同時，也帶來同等風險的裝配品質(zhì)問題。我們知道，人總是會犯錯誤的，所以最好的防錯辦法，就是利用設備，使用工裝，控制程序等防錯辦法，來將這種風險降到最低。只要我們不斷地思考和改進，不斷地去現(xiàn)場評估，對零件的差異進行總結(jié)和分析，就一定能做出優(yōu)秀的設備防錯，就一定能將各類錯漏裝問題徹底地從源頭上控制住，在生產(chǎn)中防止住。

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