智能監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)動機變速箱拼合中的應(yīng)用

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，動力總成（發(fā)動機及變速器）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性能。文章主要討論智能監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)動機變速器拼合中的應(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即動力總成，由發(fā)動機和變速箱組成。作為汽車最核心的組成部分，發(fā)動機為行駛提供驅(qū)動力的同時變速箱可以實現(xiàn)檔位的變換以適應(yīng)不同車速下的動力需求。發(fā)動機與變速箱通過螺栓進行拼合連接，拼合過程中由工裝托臺保證拼合精度并用氣動或電動擰緊工具對螺栓進行擰緊。同一車型可同時存在多種動力總成配置，這就要求拼合臺具有較大柔性，并可對實時生產(chǎn)狀況進行監(jiān)控。

1 動力總成拼合的現(xiàn)狀

1.1 動力總成拼合策略

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對發(fā)動機及變速器進行拼合，在變速器與發(fā)動機初步貼合后用氣動工具或電動工具對連接螺栓進行緊固，保證發(fā)動機與變速器的連接強度。

1.2 柔性組合式拼合臺工作原理

隨著各整車廠制造工藝水平的不斷提升，發(fā)動機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式柔性組合式拼合臺，見圖1。以某主機廠為例，該主機廠采用柔性組合式拼合臺對發(fā)動機與變速器進行拼合，其基本結(jié)構(gòu)包含四個橫臂和中心承重臺，每個橫臂上可最多布置四個獨立的拼合臺面，四個橫臂可以以一定的可調(diào)速度繞承重臺的中心軸進行持續(xù)旋轉(zhuǎn)，以形成4個工位。每個橫臂上需要有“停止-啟動”按鈕，以用來停止旋轉(zhuǎn)，按下“停止-啟動”按鈕后，旋轉(zhuǎn)臺將在工位限位處停止。此外，為了保證操作安全，除了第一個工位可以翻轉(zhuǎn)選擇定位面，后面三個工位的旋轉(zhuǎn)臂都無法翻轉(zhuǎn)，操作工按旋轉(zhuǎn)按鈕也無效，此項功能由PLC程序來實現(xiàn)。

發(fā)動機變速箱拼合臺面需要有粗導(dǎo)向來輔助發(fā)動機和變速箱順利落到精定位支撐上，為保證發(fā)動機與變速器的拼合精度，應(yīng)對支撐發(fā)動機變速箱各個支撐塊尺寸公差及定位銷公差做明確要求。拼合臺面上支撐發(fā)動機的部分固定在橫臂上，支撐變速箱部分臺面位于直線導(dǎo)軌上，支撐變速箱臺面部分與發(fā)動機臺面部分需要有足夠的距離以避免落變速箱時與發(fā)動機產(chǎn)生接觸碰撞，同時也需要滿足取下變扭器支架所需的工具和操作空間。同時，支撐變速箱臺面部分在滑軌最遠(yuǎn)端需具備自動鎖止機構(gòu)來保證落變速箱時臺面不產(chǎn)生移動，該鎖止機構(gòu)可由操作人員簡單解除后進行拼合操作。直線導(dǎo)軌需保證變速箱與發(fā)動機的拼合具備優(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)動機上的定位銷對齊并匹配。變速箱到發(fā)動機拼合滑動的力度在滿足人機標(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)動機。

柔性組合式拼合臺的拼合工藝步驟如下：

（1）操作者1吊裝發(fā)動機至柔性組合式拼合臺，并掃描發(fā)動機條形碼;

（2）操作者2吊裝變速器至柔性組合式拼合臺，并掃描變速器條形碼;

（3）操作者3利用柔性組合式拼合臺滑臺將變速器推至與發(fā)動機貼合，使用氣動工具或電動工具打緊發(fā)動機變速器連接螺栓;

（4）操作者4將拼合好的動力總成吊裝至機運線，運輸至發(fā)動機主線。

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，勞動強度較高且效率有待提升。若對柔性組合式拼合臺增加智能監(jiān)控系統(tǒng)并適當(dāng)增加限位機構(gòu)，可實現(xiàn)對擰緊力矩信息自動記錄及增加自動停線功能，更好的實現(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解決問題，通過設(shè)置一種視覺系統(tǒng)以警示團隊或提示某個生產(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)操作者使用電動工具對螺栓進行擰緊時，若擰緊力矩不匹配，則該信號會通過PLC傳遞至限位開關(guān)，限位開關(guān)將柔性組合式拼合臺鎖止，此時柔性組合式拼合臺將無法旋轉(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，柔性組合式拼合臺才能恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。同時所有的不匹配信息都會被系統(tǒng)記錄，便于后續(xù)追溯。

3 具體實施方案

以該主機廠現(xiàn)有柔性組合式拼合臺為例，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)臺上或者旋轉(zhuǎn)臺控制面板上需具備一個可接入智能監(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)。同時旋轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)需要和電動工具的控制信號相配合，如未接收到動力工具緊固的ok信號，則旋轉(zhuǎn)臺將無法從擰緊工位3旋轉(zhuǎn)至吊裝工位4。

下面結(jié)合現(xiàn)場使用（見圖4）情況來進一步說明此智能監(jiān)控系統(tǒng)的具體實施方式。發(fā)動機吊至拼合臺前，操作者讀取裝配車輛信息清單上車輛配置以獲取需要進行裝配的發(fā)動機與變速箱組合信息。

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

工位3處的操作者使用滑臺將變速器推至與發(fā)動機貼合，預(yù)裝發(fā)動機與變速器連接螺栓，而后電動擰緊工具對螺栓進行擰緊。此時，PLC將對擰緊信號進行收集，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并停線提示操作者，通知相關(guān)人員進行處理。當(dāng)柔性組合式拼合

臺處于停線狀態(tài)時，工位3處的動力總成無法流轉(zhuǎn)至工位4進行吊裝。待相關(guān)人員進行復(fù)位操作后，柔性組合式拼合臺方可繼續(xù)運轉(zhuǎn)。

4 總結(jié)及展望

通過增加智能監(jiān)控系統(tǒng)，該發(fā)動機變速器拼合臺功能得到進一步提升，豐富了實際生產(chǎn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行記錄、分析、優(yōu)化的需求，進一步提升了發(fā)動機變速器的拼合質(zhì)量。同時，該系統(tǒng)通過增加限位機構(gòu)連PLC，增加了自動停線功能，操作者不再需要通過人為判斷信號進行停線操作，大幅度降低了勞動強度。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拼合臺，現(xiàn)場改造量小，且不會影響到發(fā)動機主線的生產(chǎn)，靈活性好，適用于拼合臺在發(fā)動機主線外的工藝布局，可推廣性強。

未來，隨著各主機廠對制造質(zhì)量要求的進一步提升，可將該拼合臺智能監(jiān)控系統(tǒng)與質(zhì)量控制系統(tǒng)進行交互，對拼合螺栓的擰緊數(shù)據(jù)進行分析，從而實現(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)控擰緊波動對螺栓批次、擰緊設(shè)備狀態(tài)進行及時調(diào)整，進一步提升產(chǎn)品制造質(zhì)量。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.07.019