螺栓數據管理系統在上海大眾汽車的應用

李虎（西門子工廠自動化工程有限公司上海第一分公司，上海 200030）

螺栓數據管理系統在上海大眾汽車的應用

李虎（西門子工廠自動化工程有限公司上海第一分公司，上海 200030）

隨著汽車工業在我國的快速發展及市場的日漸成熟，對車輛安全性的要求也在不斷提高，車身上裝配的每一個螺栓的擰緊都要有嚴格的擰緊力和擰緊角度的要求，以前僅靠扭力扳手擰緊的工藝操作已經不能滿足當今的螺栓數據安全性和追溯性的要求了。文中結合Bosch高精度擰緊槍和工業以太網，基于高級語言開發了螺栓數據管理系統，并應用在上海大眾汽車車身車間，實現了螺栓數據的穩定采集、質量控制和數據追溯。

高精度擰緊槍；PROFINET；螺栓數據管理系統

1　引言

過去，由于車輛構造的相對簡單，零部件大多采用了車身一體化的生產模式，部件與部件之間的裝配螺栓相對較少，這就導致了傳統觀念上對車輛生產過程中螺栓擰緊所產生的數據管理重視不夠。而近十年來，伴隨著汽車制造業工業化程度的提高，車輛的構造也日益復雜化，在車輛生產中動輒成百上千的擰緊螺栓數據面前，僵化的管理觀念已不能再適應市場的需要；而隨著自動擰緊裝置的普及應用，以往的人工數據監控所固有的管理漏洞也已無所遁形。傳統的人工預緊、紙張記錄、抽樣復核的螺栓數據管理方法，大大增加了工作量，提高了數據追溯的難度，導致資源利用率和管理效率的低效化，給車輛質量管理和最終產品的安全化保障帶來了很大的困難。

隨著網絡技術的長足發展，采用網絡系統對高精度擰緊系統進行數據聯網并監控成為可能，可以將所有單個獨立的螺栓擰緊系統連接起來，通過適當的數據庫設置將所有的數據進行采集處理。本文所討論的是在上海大眾汽車車身車間開發并已經投入使用的基于Bosch高精度擰緊槍和工業以太網的螺栓數據管理系統，該系統實現了數據的安全穩定和可追溯性。

2　系統結構設計

螺栓數據管理系統是采集生產過程中高精度擰緊槍的螺栓擰緊結果，包括扭矩、角度、合格與否等信息，并結合FIS（上級生產管理信息系統）及現場的車輛信息，識別出每個螺栓數據，將螺栓擰緊信息保存在歸檔服務器中，同時將螺栓結果實時上傳給FIS系統，實現螺栓數據的安全穩定和可追溯性，為日后分析車輛制造數據提供依據。

（1）系統設計目標

記錄上海大眾某廠車身車間四門兩蓋調整線生產過程中每輛車的每個電動擰緊螺栓信息，顯示于質量控制工作站上，指導返修操作，并及時將螺栓數據歸檔，便于日后查詢和分析。

同時，本系統配合掃描槍將車輛信息讀取至系統中，實現車型的自動識別，用于擰緊不同的車型。

（2）系統結構

根據現場情況和客戶需求，本系統設計為兩級架構，分別為控制層和數據層。控制層由PLC和智能從站ET200S組成，負責對Bosch擰緊槍控制器的擰緊控制，根據車型信息調用不同的擰緊程序，使能擰緊槍對螺栓進行擰緊，并指示擰緊結果；數據層由數據采集部分和數據上傳部分組成，數據采集部分是將Bosch擰緊槍的擰緊結果進行實時采集，并保存在本地服務器上，數據上傳部分是將采集到的螺栓擰緊結果實時上傳給上海大眾的FIS系統，以顯示在相應的質量檢測點，進行質量控制。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

3　系統工作流程

該系統從大眾FIS系統獲取制造車輛的相關信息，包括車型、后蓋信息等，并保存到本地服務器中，以便車輛進入到工位后進行查詢和匹配；同時系統根據匹配結果控制Bosch高精度擰緊槍對螺栓擰緊，并對擰緊結果采集和保存，最后將螺栓擰緊結果上傳給大眾FIS 系統。工作流程圖如圖2所示。

具體流程如下：

（1) 當車輛進入擰緊工位時，工人通過掃描槍獲取車輛信息，通過與FIS下發的信息對比，獲得車型信息，PLC根據此信息控制Bosch高精度擰緊槍對螺栓擰緊；當獲取失敗或匹配失敗時可進行手動輸入和匹配。

（2) 基于工業以太網和大眾的XML2.1標準協議，系統實時采集Bosch高精度擰緊槍的螺栓擰緊結果，并結合車輛信息實時保存到數據服務器。

（3) 將采集的螺栓擰緊結果實時上傳給FIS系統，通過質量檢測點對螺栓質量進行控制。

圖2 工作流程圖

（4) 當有螺栓擰緊不合格時，車輛需要進入到返修工作站進行返修，并將返修結果保存和上傳給大眾FIS系統。

4　系統組成

4.1系統硬件組成

根據該系統的兩層架構，其硬件組成也分為控制層和數據層。

（1）控制層由SIEMENS PLC CPU317F+ET200S+Bosch高精度擰緊槍構成，采用PROFINET總線。根據工藝要求，現場每個工位又由一個掃描槍、一個MP377觸摸屏（帶E7鑰匙）和一組按鈕指示燈組成。其中掃描槍用來掃描車身的隨車碼，并將結果發送給PLC；MP377作為工位操作指導屏，顯示本工位所有擰緊工序的操作狀態，并與E7鑰匙開關聯動作為手動操作的入口；按鈕指示燈指示螺栓擰緊結果，同時可進行螺栓不合格確認。

（2）數據層的硬件主要由服務器和工控機組成，用于運行相應的軟件程序。其中服務器用于螺栓數據的采集和保存，后臺數據庫使用SQL Server 2008，并接收FIS系統下發的車型數據和保存螺栓擰緊結果；工程師站用于螺栓擰緊數據的查詢和管理；返修PC顯示需要返修的螺栓，并指導工人完成返修。

4.2系統軟件組成

系統軟件主要由PLC程序、數據采集程序、FIS程序和WinCC程序組成，其中PLC程序和數據采集程序需要遵循大眾的XML2.1協議；FIS程序需要符合FIS數據傳輸的PMON協議；WinCC程序作為后臺數據庫和PLC程序數據交換的接口，并做一些必要的畫面顯示。

（1）PLC程序主要用于Bosch高精度擰緊槍的邏輯控制，遵循XML2.1協議。FB300是開發用于控制Bosch高精度擰緊槍的程序塊，每把擰緊槍都是一個PLC從站，通訊字節分別為64字節的輸入和輸出。FB300程序塊如圖3所示。

圖3 FB300程序塊

（2）數據采集程序用于螺栓擰緊結果的采集，基于XML2.1協議，以VS C#編程語言為平臺，通過實時監聽擰緊槍控制器網絡端口，將接收到的數據報文解析后存儲到后臺數據庫中，完成螺栓結果的數據采集，如圖4所示。

圖4 數據采集程序

（3）FIS程序主要功能是接收FIS下發的車型信息，同時將螺栓結果信息上傳給FIS系統。遵循大眾的PMON協議，通過VB編程語言編寫FIS程序，具體FIS程序共有四個通訊通道，分別是數據下發通道，快速請求通道，快速應答通道和數據上傳通道。

（4）數據查詢及分析程序用于螺栓擰緊結果數據的查詢和分析，同時提供有多種查詢方式，如通過車輛KNR碼查詢、通過螺栓編號查詢、通過時間查詢等等，另外還提供螺栓一次合格率分析、小時生產柱狀圖、3sigam質量分析等多種分析方式，如圖5所示。

圖5 數據查詢及分析界面

5　結語

該系統目前已經投入使用，并且已經取得了預期的效果，車身四門兩蓋的螺栓數據都能夠采集起來，并且能夠通過多種查看方式進行查詢和分析，做到了數據的可后續處理分析，并且實現了數據的可追溯性。該系統是在上海大眾標準化工廠的一次成功實踐，隨后上海大眾的其它車身工廠都陸續上馬了這套系統，從而有效提高了整體汽車工業的裝配水平。

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Application of Screw Data Management System in Shanghai Volkswagen

With the rapid development of the automobile industry in China and the matured market, it was continuously improved on automobile safety requirements. Every screw of theautomobile body should have strict tightening torque and tightening angle. The way by torque wrench to tighten screw has been unable to meet the requirements of screw data safety and traceability today. In this paper, combined with Bosch EC tightening tools and PROFINET, screw data management system is developed based on Visual Studio language, which realizes stable screw data collection, quality control and good screw data retroactivity.

EC tightening tool; PROFINET; Screw Data Management System

文獻標識碼：B 文章編號：1003-0492（2016）05-0092-03 中圖分類號：TP274

李虎（1981-），男，山東淄博人，工程師，碩士，現就職于西門子工廠自動化工程有限公司，從事汽車電氣自動化生產線開發設計工作。