葉玉潔 隋維慶 吳佐銘 殷偉智

摘 要：現(xiàn)如今汽車已經(jīng)成為當(dāng)代人必不可少的出行工具，動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器）作為汽車的核心部件，其拼合質(zhì)量高低直接影響著整車的各項(xiàng)性能。文章主要討論智能監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)變速器拼合中的應(yīng)用，及其對產(chǎn)品質(zhì)量提升的影響。

關(guān)鍵字：智能監(jiān)控系統(tǒng);拼合;質(zhì)量提升

Abstract： Nowadays Automobile has become an indispensable means of transportation. Powertrain （engine and transmis -sion） as the core components of the automobile， its assembly quality directly affects the performance of the vehicle. This paper mainly discusses the application of intelligent monitoring system in engine transmission marriage assembly and its influence on product quality improvement.

引言

Powertrain即動(dòng)力總成，由發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱組成。作為汽車最核心的組成部分，發(fā)動(dòng)機(jī)為行駛提供驅(qū)動(dòng)力的同時(shí)變速箱可以實(shí)現(xiàn)檔位的變換以適應(yīng)不同車速下的動(dòng)力需求。發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱通過螺栓進(jìn)行拼合連接，拼合過程中由工裝托臺(tái)保證拼合精度并用氣動(dòng)或電動(dòng)擰緊工具對螺栓進(jìn)行擰緊。同一車型可同時(shí)存在多種動(dòng)力總成配置，這就要求拼合臺(tái)具有較大柔性，并可對實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控。

1 動(dòng)力總成拼合的現(xiàn)狀

1.1 動(dòng)力總成拼合策略

當(dāng)前整車制造公司的解決方案通常為：在主線外設(shè)定一塊區(qū)域，人工使用吊具或者滑臺(tái)對發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器進(jìn)行拼合，在變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)初步貼合后用氣動(dòng)工具或電動(dòng)工具對連接螺栓進(jìn)行緊固，保證發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的連接強(qiáng)度。

1.2 柔性組合式拼合臺(tái)工作原理

隨著各整車廠制造工藝水平的不斷提升，發(fā)動(dòng)機(jī)變速器拼合精度要求越來越高，目前主流的拼合方式為滑臺(tái)式柔性組合式拼合臺(tái)，見圖1。以某主機(jī)廠為例，該主機(jī)廠采用柔性組合式拼合臺(tái)對發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器進(jìn)行拼合，其基本結(jié)構(gòu)包含四個(gè)橫臂和中心承重臺(tái)，每個(gè)橫臂上可最多布置四個(gè)獨(dú)立的拼合臺(tái)面，四個(gè)橫臂可以以一定的可調(diào)速度繞承重臺(tái)的中心軸進(jìn)行持續(xù)旋轉(zhuǎn)，以形成4個(gè)工位。每個(gè)橫臂上需要有“停止-啟動(dòng)”按鈕，以用來停止旋轉(zhuǎn)，按下“停止-啟動(dòng)”按鈕后，旋轉(zhuǎn)臺(tái)將在工位限位處停止。此外，為了保證操作安全，除了第一個(gè)工位可以翻轉(zhuǎn)選擇定位面，后面三個(gè)工位的旋轉(zhuǎn)臂都無法翻轉(zhuǎn)，操作工按旋轉(zhuǎn)按鈕也無效，此項(xiàng)功能由PLC程序來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱拼合臺(tái)面需要有粗導(dǎo)向來輔助發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱順利落到精定位支撐上，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的拼合精度，應(yīng)對支撐發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱各個(gè)支撐塊尺寸公差及定位銷公差做明確要求。拼合臺(tái)面上支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的部分固定在橫臂上，支撐變速箱部分臺(tái)面位于直線導(dǎo)軌上，支撐變速箱臺(tái)面部分與發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)面部分需要有足夠的距離以避免落變速箱時(shí)與發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生接觸碰撞，同時(shí)也需要滿足取下變扭器支架所需的工具和操作空間。同時(shí)，支撐變速箱臺(tái)面部分在滑軌最遠(yuǎn)端需具備自動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)來保證落變速箱時(shí)臺(tái)面不產(chǎn)生移動(dòng)，該鎖止機(jī)構(gòu)可由操作人員簡單解除后進(jìn)行拼合操作。直線導(dǎo)軌需保證變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)的拼合具備優(yōu)秀的一致性，以滿足間隙和平行度等要求，以使變速箱能順利和發(fā)動(dòng)機(jī)上的定位銷對齊并匹配。變速箱到發(fā)動(dòng)機(jī)拼合滑動(dòng)的力度在滿足人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的前提下需要盡可能小，但最終結(jié)合前需要有一定阻力，防止變速箱快速撞擊上發(fā)動(dòng)機(jī)。

柔性組合式拼合臺(tái)的拼合工藝步驟如下：

（1）操作者1吊裝發(fā)動(dòng)機(jī)至柔性組合式拼合臺(tái)，并掃描發(fā)動(dòng)機(jī)條形碼;

（2）操作者2吊裝變速器至柔性組合式拼合臺(tái)，并掃描變速器條形碼;

（3）操作者3利用柔性組合式拼合臺(tái)滑臺(tái)將變速器推至與發(fā)動(dòng)機(jī)貼合，使用氣動(dòng)工具或電動(dòng)工具打緊發(fā)動(dòng)機(jī)變速器連接螺栓;

（4）操作者4將拼合好的動(dòng)力總成吊裝至機(jī)運(yùn)線，運(yùn)輸至發(fā)動(dòng)機(jī)主線。

在上述工藝過程中，工人需要通過人工核對擰緊信號是否匹配來判斷是否做停線處理，勞動(dòng)強(qiáng)度較高且效率有待提升。若對柔性組合式拼合臺(tái)增加智能監(jiān)控系統(tǒng)并適當(dāng)增加限位機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對擰緊力矩信息自動(dòng)記錄及增加自動(dòng)停線功能，更好的實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)的管控處理，從而提升現(xiàn)場質(zhì)量管理水平。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)介紹

智能監(jiān)控系統(tǒng)本質(zhì)上是發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)將問題傳遞給相關(guān)人員，將問題阻止在最初的地方并及時(shí)解決問題，通過設(shè)置一種視覺系統(tǒng)以警示團(tuán)隊(duì)或提示某個(gè)生產(chǎn)流程需要幫助。我們也可以簡單的理解為生產(chǎn)車間呼叫系統(tǒng)。智能監(jiān)控系統(tǒng)是一種提高制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率的最有效手段，目前在汽車制造業(yè)、汽車零部件制造企業(yè)廣泛應(yīng)用，同時(shí)也在快速拓展到其他制造企業(yè)中。

智能監(jiān)控系統(tǒng)通常包含以下幾部分（見圖2）：

（1）信號單元裝置為發(fā)送現(xiàn)場異常信號的終端;

（2）數(shù)據(jù)庫接收來自各信號單元發(fā)出的信號;

（3）硬件顯示終端包括為LED看板，平板電視等;

（4）軟件管理端負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理及信息查詢、分析。

對于本文研究的課題而言，增加智能監(jiān)控系統(tǒng)后，當(dāng)操作者使用電動(dòng)工具對螺栓進(jìn)行擰緊時(shí)，若擰緊力矩不匹配，則該信號會(huì)通過PLC傳遞至限位開關(guān)，限位開關(guān)將柔性組合式拼合臺(tái)鎖止，此時(shí)柔性組合式拼合臺(tái)將無法旋轉(zhuǎn)，操作者按下紅燈停線。待相關(guān)人員對擰緊力矩不匹配的螺栓進(jìn)行檢查確認(rèn)后，輸出匹配信號至PLC，按下復(fù)位鍵解除警報(bào)，柔性組合式拼合臺(tái)才能恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)所有的不匹配信息都會(huì)被系統(tǒng)記錄，便于后續(xù)追溯。

3 具體實(shí)施方案

以該主機(jī)廠現(xiàn)有柔性組合式拼合臺(tái)為例，在原基礎(chǔ)上增加智能監(jiān)控系統(tǒng)及限位開關(guān)以實(shí)現(xiàn)上述功能，需增加的軟硬件設(shè)施如表1：

為保證所有的擰緊不匹配信息都能被監(jiān)控和記錄，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上或者旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制面板上需具備一個(gè)可接入智能監(jiān)控系統(tǒng)的提示燈，以顯示設(shè)備處于非正常停止?fàn)顟B(tài)。同時(shí)旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)需要和電動(dòng)工具的控制信號相配合，如未接收到動(dòng)力工具緊固的ok信號，則旋轉(zhuǎn)臺(tái)將無法從擰緊工位3旋轉(zhuǎn)至吊裝工位4。

下面結(jié)合現(xiàn)場使用（見圖4）情況來進(jìn)一步說明此智能監(jiān)控系統(tǒng)的具體實(shí)施方式。發(fā)動(dòng)機(jī)吊至拼合臺(tái)前，操作者讀取裝配車輛信息清單上車輛配置以獲取需要進(jìn)行裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱組合信息。

首先在工位1處，操作者使用吊具將需要裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝至柔性組合式拼合臺(tái)，并對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行掃描，若不進(jìn)行相關(guān)操作，則柔性組合式拼合臺(tái)鎖定停止轉(zhuǎn)動(dòng)并提示操作者進(jìn)行相關(guān)工藝操作。當(dāng)完成上述操作后，柔性組合式拼合臺(tái)旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)流轉(zhuǎn)至工位2，工位2處的操作者吊裝正確的變速器并進(jìn)行掃描后流轉(zhuǎn)至工位3。

工位3處的操作者使用滑臺(tái)將變速器推至與發(fā)動(dòng)機(jī)貼合，預(yù)裝發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器連接螺栓，而后電動(dòng)擰緊工具對螺栓進(jìn)行擰緊。此時(shí)，PLC將對擰緊信號進(jìn)行收集，若產(chǎn)生擰緊不匹配信號，限位開關(guān)將隨即鎖止柔性組合式拼合臺(tái)并停線提示操作者，通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。當(dāng)柔性組合式拼合

臺(tái)處于停線狀態(tài)時(shí)，工位3處的動(dòng)力總成無法流轉(zhuǎn)至工位4進(jìn)行吊裝。待相關(guān)人員進(jìn)行復(fù)位操作后，柔性組合式拼合臺(tái)方可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 總結(jié)及展望

通過增加智能監(jiān)控系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)變速器拼合臺(tái)功能得到進(jìn)一步提升，豐富了實(shí)際生產(chǎn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析、優(yōu)化的需求，進(jìn)一步提升了發(fā)動(dòng)機(jī)變速器的拼合質(zhì)量。同時(shí)，該系統(tǒng)通過增加限位機(jī)構(gòu)連PLC，增加了自動(dòng)停線功能，操作者不再需要通過人為判斷信號進(jìn)行停線操作，大幅度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，此種方式的優(yōu)勢之處在于，該智能監(jiān)控系統(tǒng)僅用于控制柔性組合式拼合臺(tái)拼合臺(tái)，現(xiàn)場改造量小，且不會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)主線的生產(chǎn)，靈活性好，適用于拼合臺(tái)在發(fā)動(dòng)機(jī)主線外的工藝布局，可推廣性強(qiáng)。

未來，隨著各主機(jī)廠對制造質(zhì)量要求的進(jìn)一步提升，可將該拼合臺(tái)智能監(jiān)控系統(tǒng)與質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，對拼合螺栓的擰緊數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對螺栓批次質(zhì)量的監(jiān)控和管理。生產(chǎn)車間可通過監(jiān)控?cái)Q緊波動(dòng)對螺栓批次、擰緊設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，進(jìn)一步提升產(chǎn)品制造質(zhì)量。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.07.019