汽車生產(chǎn)過程中擰緊控制系統(tǒng)死機問題的研究與改進

劉鵬　吳濤

摘 要：螺栓擰緊是汽車生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工藝，擰緊控制系統(tǒng)的正常運行是保證擰緊質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素。整車生產(chǎn)過程中，硬件系統(tǒng)、軟件功能、維護方法等都會對擰緊控制系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生重要的影響，通過對以上因素進行分析、研究，找出影響擰緊控制系統(tǒng)死機的關(guān)鍵因素，并提出改進方案。

關(guān)鍵詞：擰緊控制系統(tǒng);死機;硬盤故障

1 引言

螺栓擰緊的質(zhì)量將直接影響整車的裝配質(zhì)量和行駛的可靠。為了保證整車擰緊質(zhì)量，越來越多的汽車企業(yè)使用高精度的電動擰緊工具，與傳統(tǒng)的氣動工具比較，電動擰緊工具不僅可以大大提高擰緊精度，還可以有效的儲存擰緊數(shù)據(jù)信息。通過電動擰緊扳手的聯(lián)網(wǎng)，可以對擰緊過程進行實時監(jiān)控，并將擰緊結(jié)果統(tǒng)一保存并管理，保證擰緊結(jié)果的可追溯性[1]。隨著大批量的電動擰緊工具應(yīng)用在總裝車間，復(fù)雜的邏輯控制及龐大的數(shù)據(jù)傳輸量給擰緊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了極大的考驗。

2 擰緊控制系統(tǒng)功能

為實現(xiàn)電動擰緊扳手的聯(lián)網(wǎng)，擰緊聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由擰緊服務(wù)器、擰緊控制系統(tǒng)及擰緊工具三級組成，如圖1所示。擰緊服務(wù)器由應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成，負責與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行通訊，獲取車身信息并發(fā)送給擰緊控制系統(tǒng)，并采集和保存擰緊控制系統(tǒng)發(fā)送的擰緊結(jié)果。擰緊控制系統(tǒng)由線旁擰緊工位的控制單元組成，通過與線體PLC通訊獲取車序信息，并調(diào)用服務(wù)器發(fā)送的車身信息，生成擰緊任務(wù)，發(fā)送擰緊命令至擰緊工具，并在屏幕上顯示擰緊狀態(tài)，擰緊完成后擰緊控制系統(tǒng)處理來自擰緊工具的結(jié)果，并將結(jié)果發(fā)送給擰緊服務(wù)器。擰緊工具主要由高精度擰緊扳手、擰緊軸、驅(qū)動器組成，作用為執(zhí)行擰緊任務(wù)并生成擰緊結(jié)果。

作為擰緊聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，擰緊控制系統(tǒng)隨時要處理大量的邏輯命令及數(shù)據(jù)，擰緊控制系統(tǒng)的故障會導(dǎo)致擰緊工位無法擰緊，不僅影響著擰緊質(zhì)量，也大大降低了生產(chǎn)效率。

3 擰緊控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前總裝車間共計1臺擰緊服務(wù)器，8個線體PLC，160個擰緊控制系統(tǒng)，200余個擰緊工具。如圖2所示，每個擰緊控制系統(tǒng)需要同時與擰緊服務(wù)器、線體PLC、擰緊工具進行信息傳遞，并將擰緊狀態(tài)實時顯示出來，以便操作者按指示進行操作。應(yīng)用初期，產(chǎn)量任務(wù)較少，設(shè)備狀態(tài)良好，但隨著產(chǎn)量任務(wù)的持續(xù)攀升及設(shè)備的老化，擰緊控制系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)死機的問題，嚴重時每天發(fā)生10余處死機問題，平均處理時間都在10min以上，不僅影響擰緊質(zhì)量，還嚴重影響著生產(chǎn)效率。

4 擰緊控制系統(tǒng)死機原因分析

4.1 死機因素排查

為徹底解決死機問題，對有可能產(chǎn)生死機的因素進行了用人機料法環(huán)的方法進行排查分析，如表1所示，共發(fā)現(xiàn)5處影響因素。

4.2 影響因素驗證

4.2.1 硬盤因素驗證

擰緊控制系統(tǒng)使用128G閃迪固態(tài)硬盤，當固態(tài)硬盤出現(xiàn)故障時，也會引發(fā)現(xiàn)場控制系統(tǒng)死機。常見硬盤故障有計算機卡滯（卡住但仍可以運行）和磁盤丟失（啟動時無磁盤、運行時藍屏、崩潰），故障的原因主要是SSD驅(qū)動沒有正確安裝、AHCI模式?jīng)]有啟用、系統(tǒng)垃圾過多、數(shù)據(jù)線松動、固件未升級、異常斷電關(guān)機、數(shù)據(jù)傳輸量過大等。針對這些有可能的原因，對現(xiàn)場所有控制系統(tǒng)的硬盤進行了排查，主要發(fā)現(xiàn)2處問題。

首先是在檢查死機系統(tǒng)的日志時，發(fā)現(xiàn)Windows報警129，即AHCI電源管理配置存在問題，在AHCI模式下，可能導(dǎo)致個別SSD無法在信號中斷模式下完成正確的讀寫操作，現(xiàn)象就是系統(tǒng)卡死。要解決該問題需要升級SSD驅(qū)動程序，并修改AHCI電源管理配置。其次是現(xiàn)場有出現(xiàn)硬盤數(shù)據(jù)線松動的現(xiàn)象，模擬硬盤數(shù)據(jù)線松動時，也會出現(xiàn)相同的故障，因此需對硬盤數(shù)據(jù)線進行定期檢查并采取加固措施。

4.2.2 工具數(shù)量因素驗證

通常單個擰緊控制系統(tǒng)只控制1個擰緊工具，但底盤結(jié)合工位，單個工位擰緊工具較多，且需要同時控制，就會出現(xiàn)1單個擰緊控制系統(tǒng)控制8個甚至10個擰緊工具。通過統(tǒng)計現(xiàn)場擰緊系統(tǒng)的死機頻次發(fā)現(xiàn)，1控多的系統(tǒng)出現(xiàn)死機的頻次遠遠大于1控1的系統(tǒng)。針對這種情況，現(xiàn)場找了1控10、1控4、1控1的位置進行了數(shù)據(jù)量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)1控10的系統(tǒng)數(shù)據(jù)寫入寫出量是1控1的4倍以上，在實際運行中更容易出現(xiàn)硬盤故障。為解決該問題，增加擰緊控制系統(tǒng)成本高，且工作量大，最好的辦法是通過增加內(nèi)存和擴大硬盤容量來優(yōu)化1控多擰緊控制系統(tǒng)的配置，降低數(shù)據(jù)讀寫出現(xiàn)故障的概率。

4.2.3 系統(tǒng)軟件因素驗證

整車在生產(chǎn)時會出現(xiàn)一種特殊情況，整車還未裝配完成需從線體抬下，隔一段時間再上線生產(chǎn)，如果擰緊控制系統(tǒng)沒有保存足夠的車身信息，會導(dǎo)致車輛上線時無法獲取擰緊任務(wù)。針對這種情況，對擰緊控制系統(tǒng)軟件進行了功能升級，將車身信息存儲數(shù)量由2000條增加至6000條。經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，功能升級后系統(tǒng)死機的頻次也明顯提高。為解決該問題，現(xiàn)場將車身信息存儲數(shù)量改回2000條，同時增加車身信息快速獲取功能，當車輛進站后，如本站沒有車身信息，擰緊控制系統(tǒng)會及時向上級服務(wù)器請求數(shù)據(jù)，減少擰緊控制系統(tǒng)的負載。

4.2.4 維護方法因素驗證

擰緊控制系統(tǒng)每天工作20個小時，待機4小時，由于生產(chǎn)任務(wù)比較緊張，且現(xiàn)場擰緊控制系統(tǒng)數(shù)量較多，通常每個月會對現(xiàn)場的擰緊控制系統(tǒng)進行一次斷電重啟，以保證控制系統(tǒng)良好運行。但經(jīng)分析斷電重啟的工作，發(fā)現(xiàn)2個主要問題。

首先是為了更快的完成斷電，現(xiàn)場經(jīng)常通過直接斷掉控制系統(tǒng)電源完成，這樣就大大的增加了控制系統(tǒng)損壞的風險，其次是控制系統(tǒng)在重啟后工作狀態(tài)良好，但隨著長時間使用，出現(xiàn)死機的頻次大大提高，經(jīng)現(xiàn)場對比實驗發(fā)現(xiàn)，增加重啟頻次可以大大降低死機現(xiàn)象的出現(xiàn)。針對這兩個問題，現(xiàn)場對斷電重啟流程進行了梳理，增加一鍵關(guān)機功能，在關(guān)機后再斷控制系統(tǒng)電源，然后對關(guān)鍵工位，將重啟頻次改為每周一次。

4.2.5 系統(tǒng)溫度因素驗證

目前，現(xiàn)場使用的擰緊控制系統(tǒng)沒有散熱裝置，經(jīng)實際測量，部分控制系統(tǒng)在工作時內(nèi)部溫度高達六七十度，會嚴重影響控制系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致死機現(xiàn)象的出現(xiàn)。為解決該問題，對現(xiàn)場的控制系統(tǒng)進行改進，在控制系統(tǒng)背面增加散熱風扇，可以大大降低控制系統(tǒng)工作時的溫度。

5 解決擰緊控制系統(tǒng)死機方案

通過對以上影響因素的分析和驗證，對擰緊控制系統(tǒng)的維護和使用做出以下改進措施，首先是檢查并完善現(xiàn)場擰緊控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，消除硬盤故障，升級硬件配置，增加散熱裝置;其次是優(yōu)化軟件功能，降低工作負載;最后是改進維護方法，保障工作性能。改進措施實施后，擰緊控制系統(tǒng)死機問題消除。

6 結(jié)語

在智能化生產(chǎn)的背景下，擰緊控制系統(tǒng)的使用需求會持續(xù)增加。個性化的功能定制以及龐大的數(shù)據(jù)量對擰緊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶了極大的考驗。在實際應(yīng)用和維護中，建議工廠對擰緊控制系統(tǒng)進行深度的管理和維護，依據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)的變化，持續(xù)優(yōu)化功能和配置，定義恰當?shù)木S護保養(yǎng)標準，讓智能化的擰緊聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)真正的助力保障整車質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

參考文獻：

[1]崔博文，張梅梅，高志純，孫志國.智能化螺栓擰緊聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在總裝車間的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2017（1）：1003-8817.