高自動化率工業(yè)制造生產線設備停臺維修思路研究

秦志剛，宋志強

（一汽—大眾汽車有限公司天津分公司，天津 301950）

0 引言

隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略發(fā)布實施，中國制造業(yè)進入高自動化率、智能制造的變革時代，中國工業(yè)進入以提質增效為中心[1]的高質量發(fā)展階段。在這場變革中，設備成為當仁不讓的主角。隨著設備數(shù)量及其復雜性、精密性的提高，因設備故障帶來的設備綜合效率損失[2]成為影響生產效率的一個重要因素，這使得如何快速發(fā)現(xiàn)設備故障點并修復成為有意義的課題。

汽車制造業(yè)作為最典型的工業(yè)場景之一，更是大量采用先進機電一體化設備[3]以提高智能制造水平。結合10 年國內領先水平的汽車生產線設備管理實踐發(fā)現(xiàn)，在處理設備停臺時，大部分人還是依靠經(jīng)驗解決問題，一旦經(jīng)驗失效，就會有無從下手的感覺，從而造成設備故障點遲遲不能發(fā)現(xiàn)而造成停臺時間的延長，給企業(yè)帶來效率和成本的損失。

1 “一分為二”思路

故障點的鎖定是設備故障維修時最重要的一個環(huán)節(jié)，只有鎖定了故障點才能采取針對性措施，消除故障。但因整個自動化設備系統(tǒng)過于復雜，故障點的排查也往往較難。“一分為二”的維修思路在排查故障點時非常適用。

任何設備系統(tǒng)都是依據(jù)一定的工作結構原理組合在的一起的，“一分為二”就是在排查故障時，先參照整個自動化系統(tǒng)的工作原理結構圖，在合適的中間位置“切一刀”，將整個系統(tǒng)分割成兩個部分，分別判斷是否故障。第一次判斷后，在對有故障的部分，再在合適的中間位置“切第二刀”，第二次“一分為二”分別判定，直至排查出具體故障點。每一刀切的位置，可以根據(jù)經(jīng)驗和判斷的難易快慢綜合取舍。每“切一刀”后，可以通過工具測量、功能測試、備件更換、現(xiàn)場同類設備對調等方法確定故障發(fā)生在那一部分，這些判定的工具和方法需要在日常工作中進行積累總結和固化。

以汽車生產線中的自動MAG 焊系統(tǒng)為例，其組成部分有：機器人自動控制系統(tǒng)和MAG 焊系統(tǒng)，MAG 焊系統(tǒng)又包含焊槍、拉絲機、焊接管束、送絲機、焊機、控制屏等部分（圖1）。當焊接系統(tǒng)出現(xiàn)無法送絲故障時，可以先在機器人自動控制系統(tǒng)和MAG 焊系統(tǒng)間“切一刀”，通過手動送絲，確定是機器人控制系統(tǒng)故障，還是MAG 系統(tǒng)故障。如果確定MAG 系統(tǒng)故障，可以在管束和拉絲機間“切第二刀”，將管束和拉絲機構斷開，再次手動送絲，確定哪部分故障。以此類推，直至確定故障點。

圖1 自動MAG 焊接系統(tǒng)

2 “將信將疑”思路

設備故障處理時，基本上都是團隊合作，隊員之間需要互相交流。但由于每個人的對技術的理解層次、對事情的習慣表達方式各不相同，在交流過程中，有時候會出現(xiàn)信息傳遞“跑偏”，影響故障判斷方向和解決方案制定。

舉例說明，在一次激光器停臺處理中，激光器因為內部冷卻水溫高于40 ℃，而報警“高溫急停”。通過對冷卻水箱中加入低溫水，可以快速降溫而解決此急停。員工A 負責向水箱中加入低溫水，并不斷向負責監(jiān)控故障是否消除的員工B 詢問：“急停消除了嗎？”，員工B 一直回答：“急停未消除。”但是當水溫降到35 ℃時，員工B 依然回復急停未消除。此時員工A 覺得事情蹊蹺，到監(jiān)控屏上親自查看發(fā)現(xiàn)事實上“高溫急停”已經(jīng)消除，但是因為激光焊房門打開而在報警“外部急停”，此急停只需要復位即可。因為信息交流傳遞的跑偏，導致設備停臺時間延長了1 h。為避免此類問題，設備維修人員處理停臺時接收到任何信息后，都要保持“將信將疑”的態(tài)度，要認真求證，直到經(jīng)自己判斷全部信息真實后，方可采用進行下一步維修判定。

保持“將信將疑”的態(tài)度，在以下3 種信息交接時更為重要：①故障第一現(xiàn)象信息的確認。故障第一現(xiàn)象的準確描述，對于準確判斷故障點至關重要要，一旦現(xiàn)象失真就會導致維修方向錯誤，甚至南轅北轍。舉例說明，同一閥島上的閥片A、B 分別控制氣缸A、B，正常工作時序是“閥片A 獲得控制信號，氣缸A動作后反饋到位信號；然后閥片B 獲得控制信號，氣缸B 動作后反饋到位信號”，如圖2 所示。一次設備故障時，通過觀察信號監(jiān)控面板，員工描述第一故障現(xiàn)象為“閥片A 獲得控制信號時，氣缸A 不動作，而氣缸B 動作到位。”此故障只有兩種可能，或者閥片底座串氣，或者閥島控制單元內芯片損壞。經(jīng)過長達2 h 的維修后，才發(fā)現(xiàn)真實的故障現(xiàn)象是“閥片A 獲得控制信號時，氣缸A 反饋動作到位，同時氣缸B 也反饋動作到位”。此故障的原因是上次改造時，錯誤地將氣缸A 的動作到位反饋信號，引入到氣缸B 動作反饋信號的監(jiān)控面板指示燈上；②停臺時間跨越兩個班次時，兩個班次的維修人員在交接停臺信息和已完成的判定工作時；③使用“一分為二”的判定思路，確認故障部分時，尤其要注意是否用正確的判定工具和判定方法獲得的判定結果。

圖2 閥島控制系統(tǒng)

為了減少信息傳遞時的“跑偏”問題，要將故障描述語言、維修判定方法、維修工具使用方法等標準化，讓所有維修人員使用統(tǒng)一的專業(yè)化語言，保證信息傳送和接收的一致性。

3 變化點思路

設備常因日常磨損、設備固有缺陷、安裝不當、外界環(huán)境變化等原因導致?lián)p壞。除此之外，在沒有外界變化點干擾的情況下是不會無緣無故損壞的。因此，停臺處理過程中，通過排查變化點往往可以快速鎖定故障點。變化點的排查可以從以下6 個方面入手：

3.1 設備改造

當前制造業(yè)競爭壓力巨大，產品迭代速度決定著產品的市場競爭力。因此，產品迭代所進行的設備改造往往是與舊產品生產同步進行的。若設備發(fā)生故障時，生產線正在進行產品迭代設備改造，需要重點排查前一天的改造變化點，包括機械、電氣硬件安裝和軟件、程序、參數(shù)更新調試等。

3.2 程序優(yōu)化

自動化設備生產動作的執(zhí)行，采用先進控制與優(yōu)化技術[4]。設備程序優(yōu)化不能一蹴而就，是一個長期過程。因此設備程序優(yōu)化是伴隨著產品的全生命周期的。若發(fā)生故障前進行過程序優(yōu)化和修改，應重點進行排查。

3.3 備件更換

隨著設備的不斷運行，運動部件的磨損，備件更換是一項經(jīng)常性工作。若是備件更換后產生的故障，可以重點排查備件問題，如備件的尺寸、安裝是否到位，參數(shù)是否設置正確，電控版本是否一致。

3.4 產品切換

隨著個性化定制服務需求的增加，制造業(yè)從大規(guī)模流水線生產轉向“多品種、小批量”的柔性自動化生產已是大勢所趨[5]，同一條產線可能具備生產多個產品的能力。設備發(fā)生故障如果正處在產品切換時，需要重點排查是否因產品切換導致。例如，產品雖然切換但設備工藝參數(shù)未切換；A 產品設備進行改造，但是未考慮到對B 產品生產的影響；硬件、程序優(yōu)化后，只對A 產品生產進行驗證，未對B 產品的生產進行驗證等。

3.5 設備預修

為了保證設備正常運轉，在設備停產時，需要對設備進行潤滑、保養(yǎng)等預防性維修。停產后第一個工作日的故障往往高于其他工作日，此時需要考慮是否因為預修導致的故障，要對預修工作中涉及的位置進行排查。

3.6 人員變動

設備的長期使用者對其負責設備的特殊特性最了解，一旦人員變化，信息交接不全面，就會導致設備故障。所在企業(yè)采用了一種有釘沖鉚設備，當設備故障時，不能點復位，因為點擊復位后，設備會自動送一個新釘子，此時沖頭處已經(jīng)有一個釘子，而帶來因為多一個釘子導致的二次停臺。

4 設備重啟、程序還原思路

自動化程度越高的生產線，其自動化設備的數(shù)量、種類、也越多，與之相匹配的程序也越繁雜[3]。與民用計算機系統(tǒng)類似，對于一些自動化設備系統(tǒng)故障，如系統(tǒng)文件丟失、程序邏輯有漏洞等問題在設備投入生產后難以避免。此類故障表現(xiàn)出的現(xiàn)象也不盡相同，難以提前識別所有故障現(xiàn)象，找到故障點。并且由于自動化設備程序都具有一定的封閉性，直接分析程序查找故障點難度也極高，耗費時間極長。這時，相較于查找故障點，對設備重新啟動初始化程序、還原程序，將一些文件重新導入，對處理此類故障更加簡單高效。

5 求助思路

自動化工業(yè)生產領域設備種類繁多，故障現(xiàn)象千變萬化，無論誰都無法做到全部精通。儒者集思廣益，群策群力，“求助”也是拓展維修思路的金鑰匙，設備維修人員要善于借助外部力量。求助對象有：對單體設備特性有足夠的了解的設備生產廠家；線體搭建和早期設備調試的線體商技術人員；有相同設備的兄弟單位維修人員等。通過在解決故障的過程中與求助對象交流學習，不僅可以解決實際問題，還可以促進雙方關系升溫，實現(xiàn)共贏。

6 總結

當前國內應用自動化技術生產的企業(yè)日益增多，各行業(yè)生產設備和生產方式各不相同，設備停臺處理方法和思路也就無法一言蔽之。論述的自動化設備停臺處理方法和思路可能并非在任何環(huán)境條件下都普遍適用，具體實踐還是要根據(jù)實際情況進行調整和轉化，但對于同行業(yè)具有一定借鑒意義。