汽车发动机装配线的SPC质量控制系统设计

何君竹

摘要：汽车发动机装配线是发动机顺序装配的流水线工艺过程，由于工艺的复杂性，装配线在整个生产中较关键。基于此，本文论述了汽车发动机装配线的SPC质量控制系统设计。

关键词：发动机装配线;SPC质量;控制系统设计

SPC统计过程控制是从企业信息化角度，借助数理统计，实时监测和提高生产质量的过程控制工具。对生产过程进行分析评价，对采集到的数据采用基于SPC的6 分析方法进行处理，根据分析结果确定系统因素，并做出相应调整，使过程维持在仅受随机因素影响的受控状态，以此确保装配线的生产质量。

一、发动机装配线概述

发动机是汽车领域技术最密集的关键部件，在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性、工艺的繁琐性，汽车发动机装配线显得尤为重要。汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程，每个工位间是流水线生产，因此，各环节控制必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产连续性和稳定性。合理地规划发动机装配线能更好地实现产品的高精度、高效率、高柔性和高质量。

汽车发动机装配线主要包括总装线、分装线、工位器具及线上工具等。在总装线和分装线上，国内普遍采用柔性输送线输送工件，并在线上配置自动化装配设备以提高效率。柔性输送线主要有：摩擦辊道和启停式动力辊道。装配线上的自动化设备主要有自动打号机、拧紧机、自动翻转机及其它专用装配设备等，可大幅提高装配线的装配能力。

二、汽车发动机装配生产线质量控制

汽车发动机装配线的质量控制需了解装配线整体生产流程、各工位功能、操作实施模式，分析关键工序，选择质量特征参数，采集有效数据。发动机装配线包括长发装配线、短发装配线、缸盖装配线、活塞连杆装配线、出厂试验线和包装线。

三、SPC质量控制分析系统的设计

1、质量分析控制逻辑框架。SPC质量控制分析系统认为，当生产过程仅受随机因素影响时，过程处于统计受控状态;当生产过程中存在系统性因素时，该过程在统计上处于失控状态。在失控状态下，过程分布不再服从稳定的随机分布而发生变化，SPC分析过程波动的统计规律而进行质量控制。在SPC分析准备阶段，确定关键工序节点及关键工艺特性，制定相应的控制计划及标准，采集工艺特性参数;第二阶段确定分析控制图中的关键工序节点，判别分析控制图是否异常，若存在异常，需重新确定关键工序节点，若正常，则进一步分析工序能力。若工序能力不符合要求，则必须查找原因，纠正问题，改进工艺和质量，并重新采集工艺特征参数，若工序能力满足要求，进入第三阶段（监控阶段），定期抽样、描点，监控过程受控状态，判断控制图是否异常，若异常，查找原因，改进工艺方法，若正常，则进行日常管理。

与传统的SPC技术相比，基于MES的SPC质量控制分析系统具有数据集中采集、分析处理、装配线关键工序质量控制等功能。发动机装配生产线车间的制造装配工艺复杂多样，关键工序的质量控制是高效生产的核心。图1是基于MES的质量分析控制流程图，包括质量参数获取、绘制控制图、质量诊断与调整三个阶段。根据汽车发动机装配线上各加工工序作用和相互关系，绘制关键工序流程图和工艺质量治理网络图等，为后续数据分析和评价做准备。

Delphi是系统的开发工具，具有丰富的成形控件，能提高数据库开发效率，简化开发过程。数据库管理系统采用MicrosoftAccess，这是Windows环境下的数据库管理系统，软件安装简单，面向用户的桌面易于操作。系统设计遵循“自上而下、逐步细化”的原则，底层模块包括用户登录模块、系统初始化模块、设置控制限数据模块、查看数据模块、判异准则设置模块、控制图查看数据模块、控制图数据移动模块、数据报表模块和数据备份模块。

2、质量数据分析系统。基于MES的SPC质量控制系统采用B/S结构，将生产线上采集的实时数据通过现场总线上传至PLC，然后，MES管理系统、ANDON电子看板系统、监控系统将数据采集上传到数据库，并以网页形式将数据以报表形式呈现，为企业质量部门及管理层提供实时、准确的产品质量信息，从而达到质量控制目的。

数据采集和实时监控是质量数据分析系统的核心，在汽车发动机装配线的生产过程中，关键工序及质量参数种类繁多，关系复杂。

SPC分析图用于区分异常原因引起的波动或过程中固有的随机原因引起的偶然波动。此外，在质量控制分析系统中，可先实现的功能是零件状态查询，包括加工件及外购件。在系统界面，能先了解项目名称、机床号、组号、零件号、零件状态、零件类型、零件种数、零件件数、机床图号、投产状态、工艺状态、出入库状态等信息。在设计的零件短线表中，可查看工位类型、区域、部套号、部别、工序等信息;在加工进度查询界面，可查看不同类型零件的加工进度;工序列表及工艺名称可在工艺卡界面详细查看。在装配部分，装配质量数据采集系统可实时监控各装配线的状态，机床上电及循环开始状态、装配线上出现的问题（下料堵塞/上料无件/工位生产/技术中断等）能及时发现。以缸盖分装线为例，缸盖分总成装配需要经过零件上分装线、凸轮轴盖螺栓分解、凸轮轴盖拆卸、锥螺堵拧紧、气门油封安装、气门安装、气门弹簧及锁片保持座安装、气门锁片压装、锁片激光检查、气门拍打、进排气道试漏、下线检查等12道工序。其中锁片激光检查和进排气道试漏的过程数据需要作为质量参数进行采集。

3、装配过程質量追溯。在汽车发动机装配过程中，通过工件编码全程跟踪工件，可随时查询物料信息，包括订单号、工件型号、流水号、工序名称等信息，并导出Excel表格，工件信息查询界面包含所有工件信息的系统可查询工件各工位的全部质量数据。系统中各种信息数据的流向是数据层中实际业务逻辑的抽象，了解这些信息的流向，有助于方便快捷地实时查询工件或工位的生产质量和装配质量，及时调节出现的问题。QE可通过工件信息查询系统对生产的工件质量数据进行分析;ME人员能实时掌握现场生产状况;经理可实时掌握现场生产数据。通过工件信息查询系统，能实现快速、对策健全的工件质量监控。

四、基于MES的SPC质量控制分析系统测试与优化

系统测试是系统正式投入使用前的必要准备工作，制定一个好的系统测试计划将节省测试时间并获得有价值的测试结果。根据测试结果对系统进行必要的优化，能提高软件系统功能。对基于MES的SPC质量控制分析系统来说，数据的真实性非常重要，因此在系统投入使用前，必须对数据的准确性和完整性进行测试。另外，系统的部分组成结合了硬件设备，又需保证设备的稳定运行，充分预估设备原因对系统的影响。软件系统测试旨在尽快发现潜在的错误及缺陷。信息系统的测试应包括软硬件及网络测试。硬件、网络测试可根据具体性能指标进行。

五、结论

本文以汽车发动机装配线为研究对象，根据其装配线特点，分析了装配线质量控制要求，了解了装配线整体生产流程、各工位功能及操作实施模式，分析关键工序，选择质量特征参数，采集有效数据。根据需求，设计装配线质量控制分析系统，建立了SPC分析图，选择了质量控制参数形状特征、精度特征和约束关系的检测数据进行分析。实时监控关键工序的质量参数，确保工件及装配线的质量符合要求。在装配过程的质量追溯环节中，通过工件编码全员追踪工件，通过工件信息查询系统实现快速及对策健全的工件质量监控。

参考文献：

[1]沈晓杰.基于制造执行系统的统计过程控制在质量管理上的应用[J].工业控制计算机，2015（09）.

[2]庞晓飞.汽车发动机装配线的SPC质量控制系统设计[J].中国农机化学报，2016（02）.