淺析汽車總裝線電槍擰緊防錯原理

李德鑫 鄒凡剛

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545005

擰緊操作是汽車總裝線非常重要的裝配內(nèi)容，對于像安全帶、輪胎等關鍵零部件的扭矩緊固點，一般采用高精度電槍擰緊。電槍具有擰緊扭矩精度高，實時上傳扭矩及擰緊曲線數(shù)據(jù)，以及通過設定約束條件，探測并報警重擰、粘滑、滑牙等多種擰緊缺陷的優(yōu)點。

1 防錯概述

1.1 防錯的定義及目的

防錯，即預防缺陷的發(fā)生和逃逸，是通過設計、工裝、工藝等方法，消除潛在的缺陷發(fā)生，或缺陷發(fā)生后，及時探測識別并將其造成的影響限制在可控的范圍內(nèi)，從而提高裝配質量和效率，縮小缺陷影響范圍，降低缺陷造成的損失。

1.2 防錯的分類

根據(jù)防錯實施階段的不同，可以將防錯分為設計防錯和過程防錯兩類。設計防錯是指在零件設計階段，識別潛在的失效模式，并通過優(yōu)化設計，消除可能發(fā)生缺陷的一種方法。例如，某零件4顆螺栓固定，固定位置呈現(xiàn)矩形對稱結構，存在安裝方向錯誤（水平轉動180°也能裝配）的風險，通過縮短一側2顆螺栓的間距，使螺栓固定位置呈現(xiàn)等腰梯形結構，實現(xiàn)安裝方向的唯一，從而消除零件安裝方向錯誤缺陷的發(fā)生。

過程防錯是指在裝配過程中，通過工藝、工具、工裝等方法消除或降低缺陷的發(fā)生概率。例如，車輛外觀標牌的粘貼，存在粘貼位置偏差，歪斜等問題，通過制作限位工裝，實現(xiàn)標牌粘貼位置的標準化，降低了粘貼不到位缺陷的發(fā)生率；生產(chǎn)線某工位需要使用不同扭矩扳手施加A/B兩種螺栓，扭矩分別為10N.m和13N.m，使用套筒一致，存在將兩種螺栓施加錯誤扭矩的風險，通過工藝優(yōu)化，將該工位B螺栓（13N.m）裝配內(nèi)容調(diào)整到其他工位，從而避免了施加扭矩錯誤的缺陷發(fā)生。

1.3 電槍防錯

生產(chǎn)線電槍施加扭矩屬于過程防錯。汽車總裝線常見的電槍防錯一般包括三部分，①通過掃描車輛配置信息單的電槍代碼，自動調(diào)取對應的擰緊程序（擰緊扭矩及打緊顆數(shù)等），消除人工施加錯誤扭矩的風險；②通過擰緊程序增加時間、角度、扭矩等約束條件，對粘滑、滑牙、夾異物等缺陷進行探測及報警；③通過與機運線關聯(lián)，實現(xiàn)擰緊缺陷的不可逃逸性（擰緊不合格導致機運線停止運行，故障車不可逃逸出工位）。

2 電槍擰緊缺陷不可逃逸系統(tǒng)

2.1 缺陷不可逃逸系統(tǒng)的組成

電槍擰緊缺陷不可逃逸系統(tǒng)主要包含三部分，探測端、判定端和執(zhí)行端。探測端主要包括電槍及傳輸信號線；判定端主要包括機運線I/O控制模塊和PLC邏輯程序；執(zhí)行端主要是機運線驅動電機及相關信號傳輸線。如圖1所示。

2.2 缺陷不可逃逸系統(tǒng)工作原理

電槍擰緊缺陷不可逃逸系統(tǒng)工作原理分為三個階段，一是預置不合格信號（計數(shù)+1）；二是清除不合格信號（計數(shù)-1）；三是狀態(tài)判定及采取措施。

圖1 缺陷不可逃逸系統(tǒng)主要組成部分

第一階段，預置不合格信號。當新的車輛進入生產(chǎn)線，觸發(fā)進位開關后，機運線PLC控制模塊會向該生產(chǎn)線所有電槍崗位預置不合格信號，即每個電槍崗位對應的計數(shù)器+1。如圖2所示，假設某生產(chǎn)線有3個電槍崗位，當C車進入生產(chǎn)線（觸發(fā)進位開關），機運線PLC控制模塊向3把電槍預置不合格信號，每把電槍對應的計數(shù)器+1。

第二階段，清除不合格信號。以圖2模擬的生產(chǎn)線為例，當C車進入01電槍崗位（生產(chǎn)線車輛為串聯(lián)排列，此時B車進入02電槍崗位， A車進入03電槍崗位），三個崗位員工操作電槍開始正常裝配擰緊，當完成操作，擰緊狀態(tài)合格時，電槍控制器I/O信號端發(fā)出合格信號，經(jīng)過機運線I/O模塊轉換，機運線PLC控制模塊收到合格信號后，發(fā)出清除不合格信號指令（計數(shù)器-1），計數(shù)從1變?yōu)?。以02崗位電槍完成B車裝配為例，清除不合格信號過程如圖3所示。

第三階段，狀態(tài)判定及采取措施。當新車輛進入生產(chǎn)線，觸發(fā)進位開關，機運線PLC控制模塊對該生產(chǎn)線所有電槍崗位預置不合格信號（計數(shù)+1），同時檢查所有電槍對應計數(shù)器的狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)計數(shù)大于1時，判定計數(shù)異常，發(fā)出停止信號給機運線驅動電機，機運線停線，報警聲響起，同時將計數(shù)異常點對應的電槍崗位號顯示在看板上。例如，以02崗位電槍未完成B車擰緊操作為例，電槍無合格信號發(fā)出，對應計數(shù)器仍然為1，當D車進入生產(chǎn)線，觸發(fā)進位開關后，機運線PLC控制模塊對所有電槍預置不合格信號（計數(shù)+1），此時02崗位對應計數(shù)器計數(shù)從1變?yōu)?，機運線PLC控制模塊判定為異常，生產(chǎn)線停線，看板顯示02工位。如圖4所示。

圖2 預置不合格信號示意圖

圖3 清除不合格信號示意圖

圖4 02崗位未完成擰緊操作導致停線示意圖

3 電槍防錯常見問題

3.1 正常擰緊后無法放行機運線

電槍擰緊扭矩合格后，當車輛到達出工位線（FPS）時，機運線停線。主要原因是機運線PLC控制模塊沒有接收到電槍擰緊的合格信號，導致預置的不合格信號無法被清除。潛在的風險點有兩個，一是電槍控制器I/O信號端口無法發(fā)出信號；二是從電槍到機運線PLC控制模塊的信號線路故障。可以用萬用表檢測風險點，確認具體故障點。

3.2 電槍未擰緊合格機運線不停線

當員工未能操作電槍完成擰緊時，車輛到出工位線，機運線不停線，看板無報警。主要原因是機運線PLC控制模塊持續(xù)收到合格信號，清除預置不合格信號的指令被持續(xù)發(fā)出。潛在的風險點主要有兩個，一是信號線路出現(xiàn)短路；二是機運線PLC控制模塊對應崗位的計數(shù)器功能故障，無法正常計數(shù)。線路問題可以通過萬用表進行排查，計數(shù)器問題可以通過更換PLC程序計數(shù)器來判定。

4 預防性措施

根據(jù)生產(chǎn)過程中的發(fā)現(xiàn)的問題，在建設或改造生產(chǎn)線時，建議采取預先性的預防措施，減小生產(chǎn)線電槍擰緊缺陷不可逃逸系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，主要包括幾方面：①增加機運線I/O模塊數(shù)量，減小每個模塊覆蓋電槍崗位的數(shù)量，縮短I/O信號線的接線長度，降低信號衰減；②選用的信號線線徑適當加大，從電槍控制器到機運線I/O模塊用整條線連接，避免中間有接線；③對于帶導軌可隨車移動式的電槍，信號線需要具備高柔性及物理包裹防護，避免長時間彎折導致線路老化和磨損；④適當增加傳輸合格信號電壓，使電壓穩(wěn)定可靠，防止電壓波動造成合格信號傳輸間歇性失敗；⑤提高信號線接線質量，避免人為接線質量差導致的線路斷開或短路；

5 未來展望

隨著汽車制造技術的進步，未來汽車總裝線的智能化水平將逐步提高。目前電槍防錯系統(tǒng)依靠有形的導線傳遞信息（數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸，信號通過導線傳輸），不可避免的產(chǎn)生施工難度大，費時費力費錢，檢修及維護成本高等缺點。未來電槍防錯系統(tǒng)將朝著“無線化”“模塊化”“集約化”的方向發(fā)展，電槍防錯系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)和信號整合在一起，依靠分布在生產(chǎn)線的信號模塊，通過無線網(wǎng)，實現(xiàn)打包傳輸。

6 結束語

本文主要探討了汽車總裝生產(chǎn)線電槍擰緊防錯原理，重點就電槍擰緊缺陷不可逃逸系統(tǒng)進行分析，結合在生產(chǎn)運行過程中遇到的防錯失效等問題，提出有針對性的預防措施，并對將來電槍防錯系統(tǒng)的發(fā)展進行一定程度的展望和思考。