汽车生产过程中拧紧控制系统死机问题的研究与改进

刘鹏　吴涛

摘 要：螺栓拧紧是汽车生产过程中的关键工艺，拧紧控制系统的正常运行是保证拧紧质量和生产效率的重要因素。整车生产过程中，硬件系统、软件功能、维护方法等都会对拧紧控制系统的正常运行产生重要的影响，通过对以上因素进行分析、研究，找出影响拧紧控制系统死机的关键因素，并提出改进方案。

关键词：拧紧控制系统;死机;硬盘故障

1 引言

螺栓拧紧的质量将直接影响整车的装配质量和行驶的可靠。为了保证整车拧紧质量，越来越多的汽车企业使用高精度的电动拧紧工具，与传统的气动工具比较，电动拧紧工具不仅可以大大提高拧紧精度，还可以有效的储存拧紧数据信息。通过电动拧紧扳手的联网，可以对拧紧过程进行实时监控，并将拧紧结果统一保存并管理，保证拧紧结果的可追溯性[1]。随着大批量的电动拧紧工具应用在总装车间，复杂的逻辑控制及庞大的数据传输量给拧紧控制系统的稳定性带来了极大的考验。

2 擰紧控制系统功能

为实现电动拧紧扳手的联网，拧紧联网系统由拧紧服务器、拧紧控制系统及拧紧工具三级组成，如图1所示。拧紧服务器由应用服务器和数据库服务器组成，负责与生产管理系统进行通讯，获取车身信息并发送给拧紧控制系统，并采集和保存拧紧控制系统发送的拧紧结果。拧紧控制系统由线旁拧紧工位的控制单元组成，通过与线体PLC通讯获取车序信息，并调用服务器发送的车身信息，生成拧紧任务，发送拧紧命令至拧紧工具，并在屏幕上显示拧紧状态，拧紧完成后拧紧控制系统处理来自拧紧工具的结果，并将结果发送给拧紧服务器。拧紧工具主要由高精度拧紧扳手、拧紧轴、驱动器组成，作用为执行拧紧任务并生成拧紧结果。

作为拧紧联网系统的关键环节，拧紧控制系统随时要处理大量的逻辑命令及数据，拧紧控制系统的故障会导致拧紧工位无法拧紧，不仅影响着拧紧质量，也大大降低了生产效率。

3 拧紧控制系统应用现状

目前总装车间共计1台拧紧服务器，8个线体PLC，160个拧紧控制系统，200余个拧紧工具。如图2所示，每个拧紧控制系统需要同时与拧紧服务器、线体PLC、拧紧工具进行信息传递，并将拧紧状态实时显示出来，以便操作者按指示进行操作。应用初期，产量任务较少，设备状态良好，但随着产量任务的持续攀升及设备的老化，拧紧控制系统频繁出现死机的问题，严重时每天发生10余处死机问题，平均处理时间都在10min以上，不仅影响拧紧质量，还严重影响着生产效率。

4 拧紧控制系统死机原因分析

4.1 死机因素排查

为彻底解决死机问题，对有可能产生死机的因素进行了用人机料法环的方法进行排查分析，如表1所示，共发现5处影响因素。

4.2 影响因素验证

4.2.1 硬盘因素验证

拧紧控制系统使用128G闪迪固态硬盘，当固态硬盘出现故障时，也会引发现场控制系统死机。常见硬盘故障有计算机卡滞（卡住但仍可以运行）和磁盘丢失（启动时无磁盘、运行时蓝屏、崩溃），故障的原因主要是SSD驱动没有正确安装、AHCI模式没有启用、系统垃圾过多、数据线松动、固件未升级、异常断电关机、数据传输量过大等。针对这些有可能的原因，对现场所有控制系统的硬盘进行了排查，主要发现2处问题。

首先是在检查死机系统的日志时，发现Windows报警129，即AHCI电源管理配置存在问题，在AHCI模式下，可能导致个别SSD无法在信号中断模式下完成正确的读写操作，现象就是系统卡死。要解决该问题需要升级SSD驱动程序，并修改AHCI电源管理配置。其次是现场有出现硬盘数据线松动的现象，模拟硬盘数据线松动时，也会出现相同的故障，因此需对硬盘数据线进行定期检查并采取加固措施。

4.2.2 工具数量因素验证

通常单个拧紧控制系统只控制1个拧紧工具，但底盘结合工位，单个工位拧紧工具较多，且需要同时控制，就会出现1单个拧紧控制系统控制8个甚至10个拧紧工具。通过统计现场拧紧系统的死机频次发现，1控多的系统出现死机的频次远远大于1控1的系统。针对这种情况，现场找了1控10、1控4、1控1的位置进行了数据量监控，发现1控10的系统数据写入写出量是1控1的4倍以上，在实际运行中更容易出现硬盘故障。为解决该问题，增加拧紧控制系统成本高，且工作量大，最好的办法是通过增加内存和扩大硬盘容量来优化1控多拧紧控制系统的配置，降低数据读写出现故障的概率。

4.2.3 系统软件因素验证

整车在生产时会出现一种特殊情况，整车还未装配完成需从线体抬下，隔一段时间再上线生产，如果拧紧控制系统没有保存足够的车身信息，会导致车辆上线时无法获取拧紧任务。针对这种情况，对拧紧控制系统软件进行了功能升级，将车身信息存储数量由2000条增加至6000条。经现场统计发现，功能升级后系统死机的频次也明显提高。为解决该问题，现场将车身信息存储数量改回2000条，同时增加车身信息快速获取功能，当车辆进站后，如本站没有车身信息，拧紧控制系统会及时向上级服务器请求数据，减少拧紧控制系统的负载。

4.2.4 维护方法因素验证

拧紧控制系统每天工作20个小时，待机4小时，由于生产任务比较紧张，且现场拧紧控制系统数量较多，通常每个月会对现场的拧紧控制系统进行一次断电重启，以保证控制系统良好运行。但经分析断电重启的工作，发现2个主要问题。

首先是为了更快的完成断电，现场经常通过直接断掉控制系统电源完成，这样就大大的增加了控制系统损坏的风险，其次是控制系统在重启后工作状态良好，但随着长时间使用，出现死机的频次大大提高，经现场对比实验发现，增加重启频次可以大大降低死机现象的出现。针对这两个问题，现场对断电重启流程进行了梳理，增加一键关机功能，在关机后再断控制系统电源，然后对关键工位，将重启频次改为每周一次。

4.2.5 系统温度因素验证

目前，现场使用的拧紧控制系统没有散热装置，经实际测量，部分控制系统在工作时内部温度高达六七十度，会严重影响控制系统的性能，导致死机现象的出现。为解决该问题，对现场的控制系统进行改进，在控制系统背面增加散热风扇，可以大大降低控制系统工作时的温度。

5 解决拧紧控制系统死机方案

通过对以上影响因素的分析和验证，对拧紧控制系统的维护和使用做出以下改进措施，首先是检查并完善现场拧紧控制系统的硬件系统，消除硬盘故障，升级硬件配置，增加散热装置;其次是优化软件功能，降低工作负载;最后是改进维护方法，保障工作性能。改进措施实施后，拧紧控制系统死机问题消除。

6 结语

在智能化生产的背景下，拧紧控制系统的使用需求会持续增加。个性化的功能定制以及庞大的数据量对拧紧控制系统的稳定性带了极大的考验。在实际应用和维护中，建议工厂对拧紧控制系统进行深度的管理和维护，依据现场状态的变化，持续优化功能和配置，定义恰当的维护保养标准，让智能化的拧紧联网系统真正的助力保障整车质量和生产效率。

参考文献：

[1]崔博文，张梅梅，高志纯，孙志国.智能化螺栓拧紧联网系统在总装车间的应用[J].汽车工艺与材料，2017（1）：1003-8817.