時 海 陽, 程 金 石, 亓 登 海, 王 德 權(quán), 鐘 成 生

( 大連工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

離合器裝配線摩擦片組裝工位改進(jìn)設(shè)計

時 海 陽, 程 金 石, 亓 登 海, 王 德 權(quán), 鐘 成 生

( 大連工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

針對離合器裝配線中，摩擦片組裝工位存在裝配效率低、生產(chǎn)過程管理混亂的問題，對工位進(jìn)行測量過程自動化、裝配過程可視化、物料管理信息化、生產(chǎn)過程信息可追溯化4個方面改進(jìn)。基于MES系統(tǒng)，使用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)了裝配指導(dǎo)、工位物料管理、生產(chǎn)信息保存及追溯功能模塊。摩擦片組裝工位的改進(jìn)改善了操作工的工作方式，解決了生產(chǎn)過程信息缺失的關(guān)鍵問題，大大提高了離合器裝配的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

裝配指導(dǎo)；物料管理；生產(chǎn)過程信息；信息追溯

0 引 言

汽車離合器裝配線工作內(nèi)容主要包括總裝配線離合器裝配和試驗臺離合器試機兩部分。國內(nèi)生產(chǎn)線中，摩擦片組裝工位作為瓶頸工序，很大程度上限制了整條裝配線的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)效率。該工位的問題體現(xiàn)在以下幾個方面：在節(jié)拍生產(chǎn)條件下，裝配零件規(guī)格的選擇以及裝配結(jié)果的判斷，都是人工完成，極易因裝配疲勞而出錯；摩擦組件的厚度測量都是手工完成，測量效率和測量精度低；由于裝配零件規(guī)格的不確定性，生產(chǎn)過程中因某種規(guī)格零件使用較快造成工位缺料，物流送料不及時，出現(xiàn)制品滯留時間過長、線體堵塞的情況。國外生產(chǎn)線中，整條線體的自動化程度高，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的使用，摩擦片組裝工位裝配效率低、合格率低的問題已經(jīng)得到解決，同時，也為國內(nèi)生產(chǎn)線提供了很好的借鑒[1-2]。國內(nèi)汽車離合器裝配線的摩擦片組裝工位是生產(chǎn)線上生產(chǎn)節(jié)拍最長、不合格率最高的工位，并且由于系統(tǒng)缺少物料管理功能，操作工無法掌握物料信息，時常出現(xiàn)工位鋼片供應(yīng)中斷，導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，影響生產(chǎn)。

本設(shè)計針對汽車離合器裝配線的問題，對摩擦片組裝工位進(jìn)行以測量過程自動化、裝配過程可視化、物料管理信息化、生產(chǎn)過程信息可追溯化為主要內(nèi)容的改進(jìn)設(shè)計。

1 摩擦片組裝工位

1.1 工作流程

摩擦組件由5片鋼片和4片摩擦片組成，摩擦片只有一種規(guī)格，鋼片有1.6、1.8、2.0 mm三種規(guī)格，通過合理組合使組件厚度達(dá)到規(guī)定要求，裝配示意圖如圖1所示。其工作流程為：

(1)本工位接收上工位測得的合格活塞組件的實際高度值，作為本工位摩擦片組裝厚度依據(jù)；

(2)根據(jù)(1)接收的高度值，判斷所需鋼片的規(guī)格組合；

(3)選取鋼片與摩擦片規(guī)格組合，并安裝在夾具中；

(4)用量具測量摩擦組件厚度；

(5)與裝配標(biāo)準(zhǔn)對比，判斷厚度是否合格，若合格則放行，否則調(diào)整鋼片規(guī)格，再次測量，直至合格。

圖1 摩擦組件示意圖

1.2 存在問題

(1)厚度測量采用人工測量，測量精度不易保證且一致性不好；

(2)裝配效率低，常出現(xiàn)二次測量情形，這也是導(dǎo)致本工位生產(chǎn)節(jié)拍較長的主要原因；

(3)鋼片型號選擇都是人工判斷、計算，腦力勞動強度大，易出錯；

(4)缺少必要的信息管理，倉庫很難掌握現(xiàn)場物流配送和線邊庫存數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)供貨不及時現(xiàn)象；

(5)裝配過程信息未能有效存儲，不能進(jìn)行追溯分析，無法滿足現(xiàn)實需求。

2 摩擦片組裝工位改進(jìn)方案設(shè)計

針對本工位實際生產(chǎn)中存在的不足，對該工位進(jìn)行改進(jìn)方案設(shè)計，重點包括以下幾個方面。

2.1 測量過程自動化

針對人工測量精度不易保證、效率低的問題以及組件測量特點，選擇正確的自動測量裝置；使用測量裝置，提高測量精度，減少人工操作，改善操作工的工作方式。

2.2 裝配指導(dǎo)可視化

針對本工位鋼片組合選擇通過人工判斷、計算，腦力勞動強度大、易出錯的問題，編寫裝配指導(dǎo)可視化功能模塊，通過界面指導(dǎo)操作工進(jìn)行鋼片組合的選擇。工件到位后，通過界面顯示本次裝配鋼片的規(guī)格及數(shù)量，指導(dǎo)操作工進(jìn)行裝配生產(chǎn)，裝配指導(dǎo)可視化減少操作工裝配組件的時間，提高合格率。

2.3 工位物料管理信息化

針對物料管理混亂、線邊工位與倉庫沒有信息化交互、操作工無法掌握工位物料信息的問題，為工位編寫物料管理功能模塊，對工位物料進(jìn)行信息化管理[3]。系統(tǒng)在物料接收的時候，將接收的物料數(shù)量增加到本工位相應(yīng)物料庫存里面。

在工件裝配完成之后，系統(tǒng)能夠根據(jù)工位裝配各物料的數(shù)量在物料庫存里進(jìn)行相應(yīng)數(shù)量的扣減，物料庫存數(shù)量實時更新，當(dāng)物料庫存達(dá)到警戒線時，系統(tǒng)給倉庫客戶端發(fā)送缺料信息。

2.4 生產(chǎn)過程信息可追溯化

針對生產(chǎn)過程信息沒有實時保存、不能進(jìn)行追溯分析的問題，編寫過程信息實時保存功能模塊，將摩擦組件的測量信息和裝配物料的信息保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫，在測量信息區(qū)域和物料信息區(qū)域顯示相應(yīng)信息。

編寫信息查詢網(wǎng)站，質(zhì)量部門可以對生產(chǎn)過程信息進(jìn)行查詢追溯，分析處理。

3 摩擦片組裝工位改進(jìn)方案實現(xiàn)

為了實施改進(jìn)方案，一是加裝自動測量系統(tǒng)，實現(xiàn)摩擦片測量自動化；二是進(jìn)行系統(tǒng)功能開發(fā)，實現(xiàn)裝配指導(dǎo)可視化，物料管理信息化，生產(chǎn)過程信息可追溯化。

3.1 自動測量系統(tǒng)實現(xiàn)

離合器裝配精度直接影響產(chǎn)品性能，根據(jù)組件的測量特點，要求測量裝置的精度達(dá)到1.0×10-5mm，因此本裝置選取高精度測量裝置，從廠家直接購買，安裝在操作臺上。

操作工在組件裝配完成之后，按下測量裝置進(jìn)行測量，PLC獲取裝置的測量結(jié)果，把測量值傳遞給MES。系統(tǒng)界面測量數(shù)據(jù)顯示區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。在數(shù)據(jù)庫表[基本變量_原始數(shù)據(jù)]里面編寫PLC和MES接口協(xié)議，協(xié)議主要包括測量位置、PLC的IP地址、DB塊信息、變量地址等信息，根據(jù)測量需求，對該表進(jìn)行配置，接口協(xié)議信息如圖2所示。

圖2 接口協(xié)議信息

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)目標(biāo)，制定工位業(yè)務(wù)流程，如圖3所示。淺色進(jìn)程框代表PLC負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)，深色進(jìn)程框代表MES負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)。

3.2.1 裝配指導(dǎo)模塊實現(xiàn)

(1)基于Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)工具，使用C#、HTML、CSS編程語言開發(fā)裝配指導(dǎo)界面，如圖4所示。通過PLC和MES功能模塊的協(xié)同工作，實現(xiàn)裝配指導(dǎo)、物料管理、過程信息保存的系統(tǒng)功能。

(2)工件到本工位后，PLC讀取托盤MOBY里面的工件信息，包括工件編號、工件型號、型號代碼、托盤編號等信息，PLC給出“傳遞機型”信號，然后系統(tǒng)從數(shù)據(jù)交互區(qū)把工件的信息讀取過來[4]。根據(jù)工件編號信息，從數(shù)據(jù)庫獲取到4個裝配鋼片的規(guī)格，由裝配指導(dǎo)界面進(jìn)行鋼片裝配指導(dǎo)。

(3)操作工按照界面指導(dǎo)裝配完成之后，使用測量裝置進(jìn)行摩擦組件厚度測量(4片鋼片和4片摩擦片)，系統(tǒng)根據(jù)本次摩擦組件實際厚度和理論厚度比較，由界面提示第5片鋼片的規(guī)格。

3.2.2 工位物料管理模塊實現(xiàn)

基于實際需求，設(shè)計出本工位物料管理功能，如圖5所示。

(1)開發(fā)物料電子看板界面，如圖6所示。

圖3 業(yè)務(wù)流程圖

圖4 裝配指導(dǎo)界面

(2)工廠MES與裝配線MES物料信息接口定義如表1、2所示。裝配線MES可根據(jù)工廠、裝配線代碼、配送單號、工位號、開始時間、結(jié)束時間等條件通過工廠MES發(fā)布的Webservice接口進(jìn)行查詢[5]。系統(tǒng)定期調(diào)度將物料配送信息更新到裝配線MES數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)配送單號接受的狀態(tài)以及配送單號是否取消配送等狀態(tài)進(jìn)行更新。

圖5 工位物料管理流程圖

圖6 物料電子看板界面

表1 輸入數(shù)據(jù)定義

表2 輸出數(shù)據(jù)定義

(3)提示物料接收。當(dāng)物料從倉庫配送出來時，裝配線MES將接收到來自工廠MES的配送信息通知，同時在界面顯示配送單號和配送物料信息，提示操作工接收物料。其中接收物料信息包括：配送單號、工位號、物料號和數(shù)量。

(4)接收物料并更新物料庫存。當(dāng)物料配送到本工位線邊時，操作工盤點配送物料數(shù)量是否符合配送要求，如果滿足要求，則可通過掃描配送單號自動接收物料同時系統(tǒng)將更新工位庫存信息，工位庫存的信息可以在物料管理界面上查看。

(5)物料消耗。裝配完成，物料信息保存完成之后，系統(tǒng)會根據(jù)裝配物料的規(guī)格及數(shù)量，在工位物料庫存里進(jìn)行扣料，同時將工位庫存數(shù)量信息實時的顯示在界面上。

3.2.3 生產(chǎn)過程信息保存及追溯模塊實現(xiàn)

本工位生產(chǎn)過程信息主要包括測量信息和裝配物料信息，在生產(chǎn)過程中，MES系統(tǒng)將產(chǎn)生的信息實時保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫，后臺通過對過程信息的追溯分析，可以及時優(yōu)化工藝[6-9]。

(1)測量信息的保存。MES系統(tǒng)通過和PLC進(jìn)行信號交互來實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時采集，定義允許保存和保存完成兩個信號。當(dāng)操作工測量完數(shù)據(jù)之后，PLC把測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好放在信息交互區(qū)，同時把允許保存信號置為1，MES接到允許保存為1之后，會把信息交互區(qū)里面的測量數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，保存完成之后，MES會把保存完成信號置為1，PLC接到保存完成為1之后，再把允許保存信號復(fù)位置為0，MES接到允許保存為0之后，再把保存完成信號復(fù)位置為0[10-11]。

(2)物料信息的保存。物料信息采集條碼化，操作工在拿取第一箱第一個物料時，需要掃描料箱標(biāo)簽，系統(tǒng)根據(jù)掃描的料箱標(biāo)簽條碼拆分出零件圖號、批次和供應(yīng)商信息，將物料條碼信息保存綁定到對應(yīng)的物料上。料箱標(biāo)簽的條碼掃描之后，通過客戶端程序發(fā)送到數(shù)據(jù)庫，相應(yīng)存儲過程進(jìn)行條碼是否符合判斷、條碼內(nèi)容拆分、對應(yīng)物料綁定。業(yè)務(wù)邏輯在數(shù)據(jù)庫里面運行，當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯需要變更時，只需要在數(shù)據(jù)庫存儲過程里進(jìn)行修改配置。

本工位裝配完摩擦組件之后，系統(tǒng)會把裝配鋼片的規(guī)格以及數(shù)量統(tǒng)計出來，進(jìn)行物料信息保存，物料信息包括：物料號、物料名稱、物料數(shù)量、批次號、物料條碼、生產(chǎn)廠家、廠家代碼等信息。

(3)信息查詢追溯。開發(fā)信息查詢功能界面，用于過程信息追溯，信息查詢界面如圖7所示。

物料信息保存到數(shù)據(jù)庫之后，可以在通過工件編號、工位號來查詢本工件裝配使用的物料的所有信息進(jìn)行正向追溯，也可以通過工位號、物料號來查詢使用此物料的所有工件編號進(jìn)行反向追溯[12-13]。

4 改進(jìn)方案實施效果

摩擦片組裝工位改進(jìn)方案在離合器裝配線上實施應(yīng)用，提高了裝配效率和裝配質(zhì)量。系統(tǒng)為操作工提供了人性化的工作方式，為產(chǎn)品信息的分析處理提供了保障并且有效地管理工位裝配物料，解決了瓶頸工序的實際問題，滿足了現(xiàn)實生產(chǎn)需求。

5 結(jié) 語

針對離合器裝配線摩擦片組裝工位裝配效率低、生產(chǎn)過程管理混亂的問題，對本工位進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。通過加裝自動測量裝置，提高了測量精度與測量效率，工位生產(chǎn)節(jié)拍大幅下降。通過對本工位MES系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)，實現(xiàn)了工位裝配指導(dǎo)可視化、物料管理信息化、生產(chǎn)過程信息保存及可追溯化。本工位改進(jìn)優(yōu)化了整條離合器裝配線的生產(chǎn)性能，降低了生產(chǎn)成本，增強了產(chǎn)品競爭力，實現(xiàn)了整條裝配線生產(chǎn)信息一體化，取得了良好的實際效果。

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Improved design of assembly line of clutch assembly line

SHI Haiyang, CHENG Jinshi, QI Denghai, WANG Dequan, ZHONG Chengsheng

( School of Mechanical Engineering and Automation, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China )

As the friction plate assembly workstation has been troubled in low efficiency of assembly and production process management chaos, the workstation was improved in measurement process automation, assembly process visualization, material management informatization and process information traceability. Assembly instruction module, material management module, production information saving module and traceability module were developed based on MES by modern information technology. The improvement of the assembling position of the friction plate could improve the working mode of the operator, solve the key problem of process information missing, and greatly improve the production efficiency and product quality of the clutch assembly.

assembly instruction; material management; production process information; information back

2015-11-30.

時海陽(1990-)，男，碩士研究生；通信作者：程金石(1970-)，男，副教授.

TP29

A

1674-1404(2017)04-0304-05

時海陽,程金石,亓登海,王德權(quán),鐘成生.離合器裝配線摩擦片組裝工位改進(jìn)設(shè)計[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,36(4):304-308.

SHI Haiyang, CHENG Jinshi, QI Denghai, WANG Dequan, ZHONG Chengsheng. Improved design of assembly line of clutch assembly line[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2017, 36(4): 304-308.