汽車發動機裝配線的SPC質量控制系統設計

何君竹

摘要：汽車發動機裝配線是發動機順序裝配的流水線工藝過程，由于工藝的復雜性，裝配線在整個生產中較關鍵。基于此，本文論述了汽車發動機裝配線的SPC質量控制系統設計。

關鍵詞：發動機裝配線;SPC質量;控制系統設計

SPC統計過程控制是從企業信息化角度，借助數理統計，實時監測和提高生產質量的過程控制工具。對生產過程進行分析評價，對采集到的數據采用基于SPC的6 分析方法進行處理，根據分析結果確定系統因素，并做出相應調整，使過程維持在僅受隨機因素影響的受控狀態，以此確保裝配線的生產質量。

一、發動機裝配線概述

發動機是汽車領域技術最密集的關鍵部件，在汽車發動機裝配過程中，由于被裝配零件的多樣性、工藝的繁瑣性，汽車發動機裝配線顯得尤為重要。汽車發動機裝配線是一個對發動機順序裝配的流水線工藝過程，每個工位間是流水線生產，因此，各環節控制必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產連續性和穩定性。合理地規劃發動機裝配線能更好地實現產品的高精度、高效率、高柔性和高質量。

汽車發動機裝配線主要包括總裝線、分裝線、工位器具及線上工具等。在總裝線和分裝線上，國內普遍采用柔性輸送線輸送工件，并在線上配置自動化裝配設備以提高效率。柔性輸送線主要有：摩擦輥道和啟停式動力輥道。裝配線上的自動化設備主要有自動打號機、擰緊機、自動翻轉機及其它專用裝配設備等，可大幅提高裝配線的裝配能力。

二、汽車發動機裝配生產線質量控制

汽車發動機裝配線的質量控制需了解裝配線整體生產流程、各工位功能、操作實施模式，分析關鍵工序，選擇質量特征參數，采集有效數據。發動機裝配線包括長發裝配線、短發裝配線、缸蓋裝配線、活塞連桿裝配線、出廠試驗線和包裝線。

三、SPC質量控制分析系統的設計

1、質量分析控制邏輯框架。SPC質量控制分析系統認為，當生產過程僅受隨機因素影響時，過程處于統計受控狀態;當生產過程中存在系統性因素時，該過程在統計上處于失控狀態。在失控狀態下，過程分布不再服從穩定的隨機分布而發生變化，SPC分析過程波動的統計規律而進行質量控制。在SPC分析準備階段，確定關鍵工序節點及關鍵工藝特性，制定相應的控制計劃及標準，采集工藝特性參數;第二階段確定分析控制圖中的關鍵工序節點，判別分析控制圖是否異常，若存在異常，需重新確定關鍵工序節點，若正常，則進一步分析工序能力。若工序能力不符合要求，則必須查找原因，糾正問題，改進工藝和質量，并重新采集工藝特征參數，若工序能力滿足要求，進入第三階段（監控階段），定期抽樣、描點，監控過程受控狀態，判斷控制圖是否異常，若異常，查找原因，改進工藝方法，若正常，則進行日常管理。

與傳統的SPC技術相比，基于MES的SPC質量控制分析系統具有數據集中采集、分析處理、裝配線關鍵工序質量控制等功能。發動機裝配生產線車間的制造裝配工藝復雜多樣，關鍵工序的質量控制是高效生產的核心。圖1是基于MES的質量分析控制流程圖，包括質量參數獲取、繪制控制圖、質量診斷與調整三個階段。根據汽車發動機裝配線上各加工工序作用和相互關系，繪制關鍵工序流程圖和工藝質量治理網絡圖等，為后續數據分析和評價做準備。

Delphi是系統的開發工具，具有豐富的成形控件，能提高數據庫開發效率，簡化開發過程。數據庫管理系統采用MicrosoftAccess，這是Windows環境下的數據庫管理系統，軟件安裝簡單，面向用戶的桌面易于操作。系統設計遵循“自上而下、逐步細化”的原則，底層模塊包括用戶登錄模塊、系統初始化模塊、設置控制限數據模塊、查看數據模塊、判異準則設置模塊、控制圖查看數據模塊、控制圖數據移動模塊、數據報表模塊和數據備份模塊。

2、質量數據分析系統。基于MES的SPC質量控制系統采用B/S結構，將生產線上采集的實時數據通過現場總線上傳至PLC，然后，MES管理系統、ANDON電子看板系統、監控系統將數據采集上傳到數據庫，并以網頁形式將數據以報表形式呈現，為企業質量部門及管理層提供實時、準確的產品質量信息，從而達到質量控制目的。

數據采集和實時監控是質量數據分析系統的核心，在汽車發動機裝配線的生產過程中，關鍵工序及質量參數種類繁多，關系復雜。

SPC分析圖用于區分異常原因引起的波動或過程中固有的隨機原因引起的偶然波動。此外，在質量控制分析系統中，可先實現的功能是零件狀態查詢，包括加工件及外購件。在系統界面，能先了解項目名稱、機床號、組號、零件號、零件狀態、零件類型、零件種數、零件件數、機床圖號、投產狀態、工藝狀態、出入庫狀態等信息。在設計的零件短線表中，可查看工位類型、區域、部套號、部別、工序等信息;在加工進度查詢界面，可查看不同類型零件的加工進度;工序列表及工藝名稱可在工藝卡界面詳細查看。在裝配部分，裝配質量數據采集系統可實時監控各裝配線的狀態，機床上電及循環開始狀態、裝配線上出現的問題（下料堵塞/上料無件/工位生產/技術中斷等）能及時發現。以缸蓋分裝線為例，缸蓋分總成裝配需要經過零件上分裝線、凸輪軸蓋螺栓分解、凸輪軸蓋拆卸、錐螺堵擰緊、氣門油封安裝、氣門安裝、氣門彈簧及鎖片保持座安裝、氣門鎖片壓裝、鎖片激光檢查、氣門拍打、進排氣道試漏、下線檢查等12道工序。其中鎖片激光檢查和進排氣道試漏的過程數據需要作為質量參數進行采集。

3、裝配過程質量追溯。在汽車發動機裝配過程中，通過工件編碼全程跟蹤工件，可隨時查詢物料信息，包括訂單號、工件型號、流水號、工序名稱等信息，并導出Excel表格，工件信息查詢界面包含所有工件信息的系統可查詢工件各工位的全部質量數據。系統中各種信息數據的流向是數據層中實際業務邏輯的抽象，了解這些信息的流向，有助于方便快捷地實時查詢工件或工位的生產質量和裝配質量，及時調節出現的問題。QE可通過工件信息查詢系統對生產的工件質量數據進行分析;ME人員能實時掌握現場生產狀況;經理可實時掌握現場生產數據。通過工件信息查詢系統，能實現快速、對策健全的工件質量監控。

四、基于MES的SPC質量控制分析系統測試與優化

系統測試是系統正式投入使用前的必要準備工作，制定一個好的系統測試計劃將節省測試時間并獲得有價值的測試結果。根據測試結果對系統進行必要的優化，能提高軟件系統功能。對基于MES的SPC質量控制分析系統來說，數據的真實性非常重要，因此在系統投入使用前，必須對數據的準確性和完整性進行測試。另外，系統的部分組成結合了硬件設備，又需保證設備的穩定運行，充分預估設備原因對系統的影響。軟件系統測試旨在盡快發現潛在的錯誤及缺陷。信息系統的測試應包括軟硬件及網絡測試。硬件、網絡測試可根據具體性能指標進行。

五、結論

本文以汽車發動機裝配線為研究對象，根據其裝配線特點，分析了裝配線質量控制要求，了解了裝配線整體生產流程、各工位功能及操作實施模式，分析關鍵工序，選擇質量特征參數，采集有效數據。根據需求，設計裝配線質量控制分析系統，建立了SPC分析圖，選擇了質量控制參數形狀特征、精度特征和約束關系的檢測數據進行分析。實時監控關鍵工序的質量參數，確保工件及裝配線的質量符合要求。在裝配過程的質量追溯環節中，通過工件編碼全員追蹤工件，通過工件信息查詢系統實現快速及對策健全的工件質量監控。

參考文獻：

[1]沈曉杰.基于制造執行系統的統計過程控制在質量管理上的應用[J].工業控制計算機，2015（09）.

[2]龐曉飛.汽車發動機裝配線的SPC質量控制系統設計[J].中國農機化學報，2016（02）.