冯东明,陈睿鹏,龙培,陈国锐
(广汽乘用车有限公司,广东 广州 511434)
汽车装配完成后,需要在四轮定位设备工位处,对车轮前后轮的前束外倾角度进行测量并调整。调整至合格角度范围后,需通过扳手紧固螺栓。螺栓力矩必须达到设计标准,如紧固不到位,车辆在行驶过程中会因螺栓松动而发生前束外倾变动,轻则轮胎磨损加剧,重则会因操控性能发生变化导致安全事故发生。
螺栓紧固失效的模式[1]主要有:①遗漏或重复扭紧;②螺纹扭坏导致出现假力矩;③力矩错误;④错误/遗漏零件;⑤重复性差。鉴于前束外倾螺栓力矩对于行驶可靠性的重要影响,为消除上述问题,可构建定制化的力矩监控系统。
系统拓扑图如图1所示,(1)控制柜部分:主要包括工控机和PLC,其中工控机搭载应用软件,作为数据接收和存储终端,PLC则作为信号采集处理的核心;(2)工具部分:包括电动扳手和带通讯的开口扳手,及其相应的控制器;(3)配套部分:包括作业显示屏、异常按钮盒、扳手选择器等[2]。
图1 系统拓扑图
系统工作流程图如图2所示,(1)车辆进入四轮定位设备,车辆扫码,力矩监控系统获取该车辆的基本信息,同时四轮定位设备互锁;(2)力矩监控系统将操作指引界面传输至作业显示器中;(3)车辆前束外倾角调整后,作业人员根据系统指示选取相应的扳手;(4)作业人员依据操作指引界面依次打紧各个前束外倾螺栓,力矩监控系统实时记录并比较力矩值,达到标准范围时,操作指引界面显示相应提示;(5)单个螺栓达到力矩范围后,操作指引界面转到下一螺栓,指引作业人员继续作业;(6)完成所有紧固之后,系统将车辆的力矩数据保存至服务器中,车轮定位系统解锁,车辆驶出设备。
图2 工作流程图
应用于汽车前束外倾螺栓扭紧的扳手可以分为两类,一类是带通讯的手动扳手,一类是电动扳手。在目前市场下,各类品牌、各种型号的扳手层出不穷,封闭式的系统存在无法兼容、无法扩容等局限性。为此,需搭建平台化的力矩监控系统,可细分为三个特征:①针对扳手数量:系统定制开发,能接入管理数量不限的扳手;②针对扳手品牌:不限制扳手品牌,只要符合通讯协议要求,均能接入到系统中;③针对扳手类型:无论是带通讯的手动扳手还是电动扳手,均能接入系统。
在汽车制造厂中,一般多为多车型混线生产,每种车型都有各自固定的螺栓力矩值。为了便于日常的数据维护和系统操作,需搭建开放式的人机界面:①维护界面:界面开放,需紧固螺栓数量、力矩值、匹配扳手等参数均可依据生产工艺预设;②操作界面:直观显示作业工件图像及需紧固的螺栓位置,设计了倒计数提示,另外,工件图片及螺栓位置均为组态可调;③权限管理:基于角色的系统安全控制模型,整个访问控制过程分成两个部分,即访问权限与角色相关联,角色再与用户关联,从而实现了用户与访问权限的逻辑分离。
车辆的前束外倾角度需调整至合格范围,才能对螺栓实施紧固。前者利用的是四轮定位设备,后者利用的是力矩监控系统,这意味着两个设备之间必须有定制化的深度互联,才能够共同保证产品品质。
(1)扫卡互联:为简化作业,通过增加串口分配器的方式,实现四轮定位设备与力矩监控系统共用一把条码枪的功能,即扫条码一次,条码数据同步传送至两台设备。
(2)设备互锁:通过四轮定位设备与力矩监控系统的交互,实现设备互锁。车辆进入四轮定位后,会有挡板限制车辆驶出,当前束外倾调整后,四轮定位设备发出信号,指示可以开始螺栓紧固。力矩监控系统判断紧固完成后,再发出指令给四轮定位,指示可下降挡板,以此实现互锁。同时,为了解决某一设备故障导致另一设备不可用的情况,亦可实现解锁,两设备互不关联。
(1)数据报表[3]:紧固过程各项力矩数据均存储在服务器中,系统能生成报表分析图,如CPK值等,以便用于车辆力矩品质管控和扳手工具能力分析;
(2)质量追溯:存储于服务器的数据能实现查询、导出等功能,起到质量追溯作用。
(1)显示屏[4-5]:四轮定位岗位给地面、地坑前轴、地坑后轴三处均布置前束外倾角显示屏及力矩监控系统显示屏,合计6个。其中地面上为综合屏,全面显示各项信息,地坑下为单轴屏,只显示对应轴的情况,定制化界面更利于操作员作业;
(2)指示灯/蜂鸣器:设备装有状态指示灯,绿灯代表无异常、红灯代表故障,故障时蜂鸣器同步发出警示音。
在汽车制造厂中,如果在四轮定位设备的后工序中,对于底盘或相关部件需要进行返修,则需要重新过线检测,部分车辆可能需要重调前束外倾及力矩紧固。另一方面,某个螺栓可能滑牙无法紧固,同一个螺栓可能扭紧两次等,这都意味着力矩紧固的场景是复杂的。为此定制一个操作盒,提供多位场景选择,常规的按钮设置如下:①不打:重过线车不需力矩紧固;②跳过:跳过当前螺栓,紧固下一个螺栓;③回退:退回上一个螺栓紧固;④复位:当前车辆全部螺栓重新紧固一次。
防错即避免选择错误的力矩工具,导致无法满足品质要求。如图3所示,在电动扳手应用场景,可使用套筒选择器,即将同把扳手的多个套筒放入一个选择器中,当识别出车辆所需的套筒型号后,选择器对应位置亮灯提示对应套筒。因前束螺栓调整一般需要开口型扳手,频繁拆装扳手头无法满足工时要求,故定制化制作扳手选择器,能放置多把扳手,每一把扳手旁都有指示灯提示。
图3 扳手选择器
本文提出了一种定制化的车辆前束外倾力矩监控系统,详细介绍了系统结构和工作流程,深度剖析系统的平台化、开放化、互联化、数据化、可视化、场景化、防错化各项功能,为汽车制造厂解决前束外倾螺栓力矩品质监控提供解决方案,促进汽车品质管控能力的提升。