智能監控系統在發動機變速箱拼合中的應用

葉玉潔 隋維慶 吳佐銘 殷偉智

摘 要：現如今汽車已經成為當代人必不可少的出行工具，動力總成（發動機及變速器）作為汽車的核心部件，其拼合質量高低直接影響著整車的各項性能。文章主要討論智能監控系統在發動機變速器拼合中的應用，及其對產品質量提升的影響。

關鍵字：智能監控系統;拼合;質量提升

Abstract： Nowadays Automobile has become an indispensable means of transportation. Powertrain （engine and transmis -sion） as the core components of the automobile， its assembly quality directly affects the performance of the vehicle. This paper mainly discusses the application of intelligent monitoring system in engine transmission marriage assembly and its influence on product quality improvement.

引言

Powertrain即動力總成，由發動機和變速箱組成。作為汽車最核心的組成部分，發動機為行駛提供驅動力的同時變速箱可以實現檔位的變換以適應不同車速下的動力需求。發動機與變速箱通過螺栓進行拼合連接，拼合過程中由工裝托臺保證拼合精度并用氣動或電動擰緊工具對螺栓進行擰緊。同一車型可同時存在多種動力總成配置，這就要求拼合臺具有較大柔性，并可對實時生產狀況進行監控。

1 動力總成拼合的現狀

1.1 動力總成拼合策略

當前整車制造公司的解決方案通常為：在主線外設定一塊區域，人工使用吊具或者滑臺對發動機及變速器進行拼合，在變速器與發動機初步貼合后用氣動工具或電動工具對連接螺栓進行緊固，保證發動機與變速器的連接強度。

1.2 柔性組合式拼合臺工作原理

隨著各整車廠制造工藝水平的不斷提升，發動機變速器拼合精度要求越來越高，目前主流的拼合方式為滑臺式柔性組合式拼合臺，見圖1。以某主機廠為例，該主機廠采用柔性組合式拼合臺對發動機與變速器進行拼合，其基本結構包含四個橫臂和中心承重臺，每個橫臂上可最多布置四個獨立的拼合臺面，四個橫臂可以以一定的可調速度繞承重臺的中心軸進行持續旋轉，以形成4個工位。每個橫臂上需要有“停止-啟動”按鈕，以用來停止旋轉，按下“停止-啟動”按鈕后，旋轉臺將在工位限位處停止。此外，為了保證操作安全，除了第一個工位可以翻轉選擇定位面，后面三個工位的旋轉臂都無法翻轉，操作工按旋轉按鈕也無效，此項功能由PLC程序來實現。

發動機變速箱拼合臺面需要有粗導向來輔助發動機和變速箱順利落到精定位支撐上，為保證發動機與變速器的拼合精度，應對支撐發動機變速箱各個支撐塊尺寸公差及定位銷公差做明確要求。拼合臺面上支撐發動機的部分固定在橫臂上，支撐變速箱部分臺面位于直線導軌上，支撐變速箱臺面部分與發動機臺面部分需要有足夠的距離以避免落變速箱時與發動機產生接觸碰撞，同時也需要滿足取下變扭器支架所需的工具和操作空間。同時，支撐變速箱臺面部分在滑軌最遠端需具備自動鎖止機構來保證落變速箱時臺面不產生移動，該鎖止機構可由操作人員簡單解除后進行拼合操作。直線導軌需保證變速箱與發動機的拼合具備優秀的一致性，以滿足間隙和平行度等要求，以使變速箱能順利和發動機上的定位銷對齊并匹配。變速箱到發動機拼合滑動的力度在滿足人機標準的前提下需要盡可能小，但最終結合前需要有一定阻力，防止變速箱快速撞擊上發動機。

柔性組合式拼合臺的拼合工藝步驟如下：

（1）操作者1吊裝發動機至柔性組合式拼合臺，并掃描發動機條形碼;

（2）操作者2吊裝變速器至柔性組合式拼合臺，并掃描變速器條形碼;

（3）操作者3利用柔性組合式拼合臺滑臺將變速器推至與發動機貼合，使用氣動工具或電動工具打緊發動機變速器連接螺栓;

（4）操作者4將拼合好的動力總成吊裝至機運線，運輸至發動機主線。

在上述工藝過程中，工人需要通過人工核對擰緊信號是否匹配來判斷是否做停線處理，勞動強度較高且效率有待提升。若對柔性組合式拼合臺增加智能監控系統并適當增加限位機構，可實現對擰緊力矩信息自動記錄及增加自動停線功能，更好的實現對現場生產的管控處理，從而提升現場質量管理水平。

2 智能監控系統介紹

智能監控系統本質上是發現問題及時將問題傳遞給相關人員，將問題阻止在最初的地方并及時解決問題，通過設置一種視覺系統以警示團隊或提示某個生產流程需要幫助。我們也可以簡單的理解為生產車間呼叫系統。智能監控系統是一種提高制造質量和生產效率的最有效手段，目前在汽車制造業、汽車零部件制造企業廣泛應用，同時也在快速拓展到其他制造企業中。

智能監控系統通常包含以下幾部分（見圖2）：

（1）信號單元裝置為發送現場異常信號的終端;

（2）數據庫接收來自各信號單元發出的信號;

（3）硬件顯示終端包括為LED看板，平板電視等;

（4）軟件管理端負責系統的管理及信息查詢、分析。

對于本文研究的課題而言，增加智能監控系統后，當操作者使用電動工具對螺栓進行擰緊時，若擰緊力矩不匹配，則該信號會通過PLC傳遞至限位開關，限位開關將柔性組合式拼合臺鎖止，此時柔性組合式拼合臺將無法旋轉，操作者按下紅燈停線。待相關人員對擰緊力矩不匹配的螺栓進行檢查確認后，輸出匹配信號至PLC，按下復位鍵解除警報，柔性組合式拼合臺才能恢復正常運轉。同時所有的不匹配信息都會被系統記錄，便于后續追溯。

3 具體實施方案

以該主機廠現有柔性組合式拼合臺為例，在原基礎上增加智能監控系統及限位開關以實現上述功能，需增加的軟硬件設施如表1：

為保證所有的擰緊不匹配信息都能被監控和記錄，在旋轉臺上或者旋轉臺控制面板上需具備一個可接入智能監控系統的提示燈，以顯示設備處于非正常停止狀態。同時旋轉臺控制系統需要和電動工具的控制信號相配合，如未接收到動力工具緊固的ok信號，則旋轉臺將無法從擰緊工位3旋轉至吊裝工位4。

下面結合現場使用（見圖4）情況來進一步說明此智能監控系統的具體實施方式。發動機吊至拼合臺前，操作者讀取裝配車輛信息清單上車輛配置以獲取需要進行裝配的發動機與變速箱組合信息。

首先在工位1處，操作者使用吊具將需要裝配的發動機吊裝至柔性組合式拼合臺，并對發動機進行掃描，若不進行相關操作，則柔性組合式拼合臺鎖定停止轉動并提示操作者進行相關工藝操作。當完成上述操作后，柔性組合式拼合臺旋轉，發動機流轉至工位2，工位2處的操作者吊裝正確的變速器并進行掃描后流轉至工位3。

工位3處的操作者使用滑臺將變速器推至與發動機貼合，預裝發動機與變速器連接螺栓，而后電動擰緊工具對螺栓進行擰緊。此時，PLC將對擰緊信號進行收集，若產生擰緊不匹配信號，限位開關將隨即鎖止柔性組合式拼合臺并停線提示操作者，通知相關人員進行處理。當柔性組合式拼合

臺處于停線狀態時，工位3處的動力總成無法流轉至工位4進行吊裝。待相關人員進行復位操作后，柔性組合式拼合臺方可繼續運轉。

4 總結及展望

通過增加智能監控系統，該發動機變速器拼合臺功能得到進一步提升，豐富了實際生產對生產數據進行記錄、分析、優化的需求，進一步提升了發動機變速器的拼合質量。同時，該系統通過增加限位機構連PLC，增加了自動停線功能，操作者不再需要通過人為判斷信號進行停線操作，大幅度降低了勞動強度。此外，此種方式的優勢之處在于，該智能監控系統僅用于控制柔性組合式拼合臺拼合臺，現場改造量小，且不會影響到發動機主線的生產，靈活性好，適用于拼合臺在發動機主線外的工藝布局，可推廣性強。

未來，隨著各主機廠對制造質量要求的進一步提升，可將該拼合臺智能監控系統與質量控制系統進行交互，對拼合螺栓的擰緊數據進行分析，從而實現對螺栓批次質量的監控和管理。生產車間可通過監控擰緊波動對螺栓批次、擰緊設備狀態進行及時調整，進一步提升產品制造質量。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.07.019