王佳佳，周炳海

(同濟大學(xué) 機械與能源工程學(xué)院，上海 201804)

0 引言

因質(zhì)量控制需要，發(fā)動機裝配線要定期檢測各個螺栓擰緊后的靜態(tài)扭矩[1]，即發(fā)動機裝配過程中螺栓首次擰緊后，在短時間內(nèi)對已擰緊的螺栓扭矩進行檢測所得的扭矩值。目前常見做法是，使用數(shù)顯扳手或指針扳手進行檢測，然后由人工記錄檢測結(jié)果并匯總成電子版本。如果需要檢測多種發(fā)動機機型的扭矩，還需要分別記錄在不同的地方，以便按照發(fā)動機機型種類對檢測的扭矩進行分類和分析。這樣操作比較耗時，容易出現(xiàn)零部件與具體扭矩檢測值匹配錯誤、發(fā)動機不同機型與數(shù)據(jù)匹配錯誤；如果操作人責任心不強，也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)作假的情況。為了解決這些問題，需要從系統(tǒng)上整體考慮規(guī)劃螺栓靜態(tài)扭矩檢測的過程，盡量去規(guī)避這些問題，提高螺栓靜態(tài)扭矩檢測的效率。

本文以某系列發(fā)動機生產(chǎn)線螺栓靜態(tài)扭矩的檢測過程為例，詳細介紹發(fā)動機裝配線螺栓靜態(tài)扭矩檢測過程的改進思路和方法。

1 控制方法

為了解決引言中提到的發(fā)動機螺栓靜態(tài)扭矩檢測過程中存在的諸多問題，設(shè)計制作了螺栓靜態(tài)扭矩檢測專用小車，如圖1所示。該小車配置簡單，使用方便，包含的基本配置見表1。其主要功能如下：在檢測扭矩前，先用無線掃描槍[2]掃描發(fā)動機條形碼[3]，使待檢測扭矩與發(fā)動機機號綁定，再掃描零部件條形碼確定待檢零部件，然后使用藍牙[4-5]數(shù)顯扭力扳手[4]進行螺栓靜態(tài)扭矩的檢測，檢測結(jié)果自動保存到軟件中，并與發(fā)動機機號和零部件信息進行自動綁定，然后快速生成檢測報表；支持篩選、組合查詢功能，便于對個別螺栓扭矩進行單獨分析和后期改進。

圖1 螺栓靜態(tài)扭矩檢測專用小車

表1 扭矩檢測專用小車基本配置表

2 具體控制操作

2.1 發(fā)動機與零部件信息的分類規(guī)則

該系列發(fā)動機機型種類較多，按照客戶分類，主要可以分為4類客戶，每類客戶需要的發(fā)動機又大體可以分為6種：按照發(fā)動機在整車上的布置可以分為橫置和縱置，按照排放可以分為國V和國六，按照剎車方式可分為氣剎和液剎。每種類型中根據(jù)發(fā)動機零部件具體配置信息又可以分為若干種機型，每種機型大約有300多種裝配件，所以要實現(xiàn)掃描信息的分類，必須對這些信息進行歸納匯總，按照一定的規(guī)則進行排列和分布。

具體方法為設(shè)置一段14位的字符，如A-OP1010L-1-01。其中，第1位為英文字母，代表各類機型，體現(xiàn)客戶和發(fā)動機的種類，其對應(yīng)的機型見表2；第2位為分隔符“-”；第3至9位，代表生產(chǎn)線具體的工位號；第10位為分隔符“-”；第11位為阿拉伯數(shù)字，代表零件號，其根據(jù)具體工位裝配的零部件進行劃分和排序；第12位為分隔符“-”；第13～14位由2位阿拉伯數(shù)字組成，代表螺栓序號，第13位如果是0，可寫可不寫。根據(jù)此編號規(guī)則，可以覆蓋該系列發(fā)動機所有機型的螺栓。例如A-OP1010L-1-01，就代表DT橫置國V機型OP1010L工位轉(zhuǎn)速傳感器的01號螺栓。

表2 第1位字符對應(yīng)的發(fā)動機機型

2.2 采集各機型的零部件信息

按照上述分類規(guī)則，將各種機型在各個工位需要裝配的零部件生成對應(yīng)的條形碼，以便于使用無線掃描槍識別確認。此時生成的條形碼僅代表具體零部件信息即可，該零部件具體的螺栓數(shù)量由軟件進行自動計數(shù)，這樣相對可以減少條形碼的數(shù)量。某機型部分工位零部件與條形碼對照表見表3。

表3 某機型部分工位零部件與條形碼對照表

2.3 權(quán)限設(shè)置

該軟件系統(tǒng)有管理員權(quán)限和操作人權(quán)限。管理員權(quán)限可做如下修改：(1)增加機型種類；(2)針對每種零部件匹配對應(yīng)的藍牙數(shù)顯扭力扳手；(3)設(shè)置每種零部件具體的螺栓數(shù)量；(4)設(shè)置每種螺栓的動態(tài)扭矩范圍[5]和靜態(tài)扭矩范圍，并匹配上傳待檢零部件的圖片，幫助檢測人員識別待檢測的零件。管理員權(quán)限維護界面見圖2。根據(jù)該系列發(fā)動機各螺栓扭矩的分布范圍，選擇了3把藍牙數(shù)顯扭力扳手，型號規(guī)格分別為：CEM20N、CEM50N和CEM200N，這3種型號的扳手基本覆蓋了該系列所有待檢測螺栓的扭矩范圍。當工藝調(diào)整，零部件動態(tài)扭矩、安裝工位等信息發(fā)生變化時，也需要使用管理員權(quán)限及時同步更新。

圖2 管理員權(quán)限維護界面

操作人權(quán)限主要在進行螺栓靜態(tài)扭矩檢測時使用，僅有使用軟件和生成檢測報表的權(quán)限，沒有修改信息的權(quán)限。操作人登陸權(quán)限使用統(tǒng)一的用戶名和密碼，不同操作人在使用該系統(tǒng)進行測量時，需要輸入自己的姓名和工號，系統(tǒng)生成報表時會予以顯示，以方便追溯。

2.4 具體檢測過程介紹

該系列發(fā)動機螺栓靜態(tài)扭矩檢測的頻率為每天1臺，具體頻率各企業(yè)可根據(jù)自己的情況選擇。根據(jù)多數(shù)企業(yè)的操作要求，一般需在發(fā)動機螺栓擰緊5 min內(nèi)完成靜態(tài)扭矩的檢測[6]。對于涂膠螺栓一般不需要測量靜態(tài)扭矩，可以檢測測試扭矩，即使用比動態(tài)扭矩小一點的測試扭矩去擰緊涂膠螺栓，如果螺栓不動證明扭矩合格，如果螺栓松動則說明扭矩不合格。操作人按照工位順序進行檢測，每到一個工位，掃描相應(yīng)機型對應(yīng)的零部件條形碼圖冊，然后開始進行靜態(tài)扭矩檢測。檢測方法采用緊扣法，即用數(shù)顯扳手或者指針扳手繼續(xù)擰緊，當螺栓由靜摩擦變?yōu)閯幽Σ恋囊凰查g開始讀數(shù)，將此讀數(shù)乘以緊扣比，就是螺栓靜態(tài)扭矩。緊扣比一般取0.9或者1，該系列在檢測時取1。

檢測時，用系統(tǒng)指定的藍牙數(shù)顯扭力扳手進行靜態(tài)扭矩檢測。數(shù)顯扳手數(shù)值顯示框旁的扭矩指示燈不亮，表示正在檢測，藍燈閃爍代表已達到靜態(tài)扭矩值的下限，檢測進入檢測區(qū)間，提醒檢測者放慢速度并感知螺栓是否瞬間轉(zhuǎn)動，一轉(zhuǎn)動則即刻停止并讀數(shù)。如果藍燈還未開始閃爍，即靜態(tài)扭矩還未達到下限值時, 螺栓就發(fā)生轉(zhuǎn)動，說明該螺栓靜態(tài)扭矩不合格。如果檢測扭矩在靜態(tài)扭矩要求范圍內(nèi)，數(shù)顯扳手的數(shù)字欄會自動清空并進行下一個螺栓的檢測程序。本工位結(jié)束后將檢測小車推至下一個工位進行檢測。螺栓測量結(jié)果會自動上傳到工具小車一體式電腦中的扭矩測量系統(tǒng)，自動計數(shù)，并與發(fā)動機具體機型和零部件進行綁定。但因使用藍牙傳遞數(shù)據(jù)，且生產(chǎn)現(xiàn)場干擾較多，需要保持數(shù)顯扳手和小車的距離在5 m內(nèi)。該系列發(fā)動機機型種類比較多，且檢測節(jié)拍大大快于生產(chǎn)節(jié)拍，為了提高檢測效率，測量過程不隨發(fā)動機整機來完成的，即不是按照機型完整性，而是按照工位完整性進行檢測的；每天的檢測工作覆蓋所有的工位就可以，每個工位檢測的機型不限。

檢測過程中系統(tǒng)也會顯示靜態(tài)扭矩的要求范圍，如果發(fā)現(xiàn)有不合格的螺栓，檢測人員此時打開測量系統(tǒng)軟件，可以同時顯示該零部件的動態(tài)扭矩范圍、靜態(tài)扭矩范圍、實際靜態(tài)扭矩檢測值及已檢測螺栓的數(shù)量，檢測人員要分析原因，并上報車間采取進一步的措施。如果檢測工作有未全部完成或遺漏的工位，則系統(tǒng)會一直提示未完成的工位，但不影響后續(xù)按照順序應(yīng)該檢測工位的檢測工作。

當天測量工作完成后，測量人員選擇生成報表的功能，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)表格自動生成當天的測量報表。生成報告前，系統(tǒng)要完成自檢，例如所有工位是否有完整的合格數(shù)據(jù)，同時顯示操作人工號和姓名、動態(tài)扭矩范圍、靜態(tài)扭矩范圍、實際靜態(tài)扭矩檢測值。也可以根據(jù)發(fā)動機機型、工位號、采集日期等信息進行組合查詢并支持導(dǎo)出。表4為導(dǎo)出的螺栓靜態(tài)扭矩檢測部分報表。

表4 導(dǎo)出的螺栓靜態(tài)扭矩檢測部分報表

2.5 特定數(shù)據(jù)導(dǎo)出分析

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場需要，可以對特定螺栓的靜態(tài)扭矩檢測結(jié)果進行隨訪，以便對質(zhì)量控制進行指導(dǎo)。如曾有檢測人員在連續(xù)2天檢測油底殼螺栓靜態(tài)扭矩時，發(fā)現(xiàn)有多起檢測值均超出了靜態(tài)扭矩范圍的上限(本文所述油底殼，需要安裝21顆螺栓)，車間立即使用螺栓靜態(tài)扭矩檢測系統(tǒng)，將這2天內(nèi)的油底殼螺栓靜態(tài)扭矩檢測不合格的數(shù)據(jù)進行匯總(見表5，表中NG表示不合格)，發(fā)現(xiàn)共有7起檢測值超出靜態(tài)扭矩范圍的上限,涉及2臺發(fā)動機。通過對現(xiàn)場情況的排查，發(fā)現(xiàn)近期油底殼螺栓的清潔度較差，立即通知螺栓供應(yīng)商進行整改，同時評估已裝配發(fā)動機的風(fēng)險，并通知裝配人員近期要重點關(guān)注，避免了該問題的進一步惡化。

表5 油底殼螺栓靜態(tài)扭矩檢測值連續(xù)2天不合格數(shù)據(jù)匯總

3 結(jié)論

新開發(fā)的發(fā)動機裝配線螺栓靜態(tài)扭矩檢測系統(tǒng)改進了螺栓靜態(tài)扭矩的檢測過程，解決了多品種、小批量發(fā)動機在靜態(tài)扭矩檢測過程中遇到的數(shù)據(jù)種類多、分類匯總難、報表無法自動生成的問題，大幅提升了檢測過程的效率，有利于發(fā)動機裝配線的質(zhì)量控制，且該系統(tǒng)配置簡單，投資不大，具備較強的實用性和推廣性。