車身尺寸監控及數據應用

易平

上汽通用汽車有限公司武漢分公司 湖北省武漢市 430208

1 引言

車身尺寸的測量監控作為尺寸工程工作中重要的一環，對整車質量有著十分重要的作用。在傳統車身尺寸測量監控模式下，尺寸監控覆蓋率低，數據不夠全面，且反應處理速度滯后。在智能制造戰略背景下，為提升質量效益當改變傳統監控方式，實現測量監控全面性、有效性、實時性，充分發揮先進測量技術和移動網絡技術，整合數據資源，提升反應速度，抑制缺陷產生，降低成本，實現制造系統及過程智能化，是尺寸測量監控發展的新趨勢。

2 傳統監控模式

目前各大汽車廠主流的對零部件總成及白車身的尺寸監控方式為抽樣進行CMM測量（圖1）或檢具測量，通過抽樣測量結果來評價產品的符合性，并分析制造系統存在的問題，但抽樣檢測存在效率低和頻次低的缺點，抽樣頻率一般不足百分之一，而且車身制造工藝復雜、工序較多，在人、機、料等偶然因素作用下，抽樣測量有可能檢測到比較好的樣本而未暴露出問題，或者檢測到有偏差，但是樣本太少，無法做出準確判斷，還需要再抽檢一個樣本，這樣一方面增加CMM的工作負荷，占用測量資源影響其他測量任務，繼續跟蹤過程中，這個問題的解決也會被拖延。無法精確的評估工藝穩定性，無法及時的暴露尺寸波動問題，是我們傳統尺寸監控模式兩大缺點。

3 在線vision監控

隨著機器人的廣泛應用和先進測量技術的發展，vision在線光學測量系統引入制造過程有效解決了傳統監控方法的缺點，作為CMM抽樣測量的補充，該系統對生產線每臺經過vision工位的車身進行檢測（圖2），為我們提供充足的數據來評估和改進工藝制造能力、診斷制造過程異常，也為我們的產品質量監控做到100%檢測。

3.1 Vision系統特點

Vision在線測量系統采用3D掃描式激光測量傳感器、圖形處理以及計算機控制技術來實現車身空間尺寸及位置度的精確測量。

相對于傳統式CMM探針接觸測量而言，其特點是：

非接觸：3D掃描式激光測量，無須接觸車身；

效率高：車輛不用上下生產線，平均3秒完成一個測點測量；

全檢測量：關鍵尺寸點均可100%測量，實現車身尺寸的有效監控尺寸偏差，

3.2 系統架構

PLC、機器人、測量控制柜及測量傳感器的關系（圖3）：

PLC負責根據車型信息調用機器人程序，并且根據機器人的運行狀態控制測量循環；

機器人負責將激光測量傳感器精確到達測量位置，并發出測量信號；

測量控制柜在PLC控制的測量循環里面，根據機器人的測量信號來控制傳感器的發光與圖像處理，并在一個測量循環結束后實時輸出數據；

測量傳感器負責圖像的收集并回傳到測量控制柜進行處理與計算。

通訊方式：PLC、機器人、測量控制柜3者之間是通過以太網TCP/IP協議通訊。

3.3 系統原理

在線測量工位我們一般布置4-6臺機器人，測量傳感器安裝在機器人法蘭盤上，由于傳感器和機器人都各自有自己的坐標系，故要使每個傳感器都要關聯到同一個車身坐標系下。使用激光測量儀標定vision工位以建立車身坐標系，使用激光測量儀標定robot在車身坐標系的位置，通過base finder讓機器人的底座中心與車身坐標關聯，設置法蘭中心TCP與傳感器的坐標中心的關聯，通過tool finder軟件運算后消除消除TCP與傳感器坐標中心的固定偏差，通過控制器軟件的計算最終報告測量特征在車身坐標系中的偏差值，計算公式如下：

3.3 分組測量模式

整車質量監控要求測量的測點越多越好，測點多則測量時間越長，影響生產線生產節拍。上汽通用則采用了分組測量模式，在線檢測測點進行分組，將測點分為A、B兩類，A組為車身關鍵測點組，為每次固定測量組，B組為循環測量組，分為多個循環組，測量程序按A+Bi（i=1~n）組方式進行循環測量，采用這種測量模式既提高了數據應用效率又不影響生產節拍，解決了有限的單次測量測點數和盡可能多的監控測量點需求之間的矛盾。

4 尺寸大數據應用

我們通過測量收集了車身大量數據，上汽通用構建有完善的數據測量采集、提取加工、存儲管理體系，我們把各類分散的數據納入到系統數據庫GDIS尺寸信息系統中，它整合有沖壓件測量、車身CMM測量、車身vision測量、audit測量以及供應商零部件等等測量數據。GDIS系統實現各類數據所有部門的互聯共享，通過它我們能夠對數據進行查詢、分析、計算以及智能評估等操作，也可用通過GDIS統計生成各類整車或區域合格率報告、工藝穩定性報告、偏差報告、PP/PPK/CP/CPK報告、控制圖以及趨勢報告，從不同方面來了解產品尺寸質量狀態，通過預設功能設置自己需要的報告模板，后續不需重新設置模板直接以網頁報告的模式打開。我們也開發了手機版GDIS系統，即使不在電腦旁，也可不受條件限制隨時隨地查詢測量數據，及時完成數據的處理和有效分析。

為提高制造質量，我們在數據利用方面也有很多創新應用。為抑制缺陷產生、防止缺陷流出，降低生產成本，需要制造過程中能夠及時發現問題并及時預警，故我們充分利用vision在線測量數據。

4.1 與Andon暗燈系統相結合

我們把vision系統與車間Andon暗燈系統相連，我們測量軟件設置Alarm.RxData[3] .1和Alarm.RxData[3] .2兩個輸出變量，通過變量值是0還是1來判斷是否超差，變量Alarm.RxData[3] .1值為1則表示超出黃線監控線，Alarm.RxData[3] .2值為1則表示超出紅線監控線，PLC可以根據此來觸發塔燈亮或者生產線停線，同時測量超差位置及數據顯示在我們質量門工位設置的大屏LED顯示器上，指示員工問題所在和嚴重等級，并采取相應措施，在線返修或拉動工程支持。

4.2 自動報警軟件

為提高車間在線vision測量數據的報警速率和準確率，替代人工大量數據查看和報警工作，我們開發了自動報警軟件，vision測量完車輛后數據實時上傳后臺服務器，設置軟件報警算法并自動化運行，常規報警分為突變報警、波動報警、均值報警和綜合報警，常規報警我們設計采用移動控制線計算方法進行報警輸出，取最近的100個樣本的數據計算極差R、方差S、均值X-bar，將以上統計量與其所對應控制圖的上下控制線對比，看是否超出控制線存在超差，會得到數據突變、波動加劇、均值偏移單種或綜合的報警類型，通過登錄報警軟件查看報警信息，不用人工對著大量測量數據去甄別發現問題，提升了工作效率。

4.3 報警數據手機移動端推送

為便于工程師及時獲得報警信息并采取應對措施，我們通過在服務器上外插SIM網卡配合專門開發的軟件，實現了報警信息的手機短信、微信方式推動，可以實時對數據異常情況進行報警，報警分為產品報警和過程報警兩類。產品報警，通過設定報警公差，當零件狀態超出報警公差后，軟件發生短信或微信信息提醒用戶具體情況，及時采取措施避免后續不良影響以及客戶抱怨。過程報警，依據SPC相關的判定過程異常規則，設置過程報警條件，當生產過程觸發報警條件后，軟件自動發送出報警信息給用戶提醒具體情況，監控制造過程，防止生產過程變異而產生批量缺陷。

5 結語

車身尺寸一直是各個汽車廠質量控制要點和核心競爭力，通過我們在工作中不斷的試驗和總結，利用新技術和大數據，逐步完善我們的尺寸信息體系，強化車身尺寸信息管理，豐富尺寸質量領域的管理手段，只有不斷創新才能提升中國汽車工業的制造質量。