定制化的車輛前束外傾螺栓力矩監(jiān)控系統(tǒng)

馮東明，陳睿鵬，龍培，陳國銳

（廣汽乘用車有限公司，廣東 廣州 511434）

0 引言

汽車裝配完成后，需要在四輪定位設(shè)備工位處，對車輪前后輪的前束外傾角度進(jìn)行測量并調(diào)整。調(diào)整至合格角度范圍后，需通過扳手緊固螺栓。螺栓力矩必須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如緊固不到位，車輛在行駛過程中會因螺栓松動而發(fā)生前束外傾變動，輕則輪胎磨損加劇，重則會因操控性能發(fā)生變化導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

螺栓緊固失效的模式[1]主要有：①遺漏或重復(fù)扭緊；②螺紋扭壞導(dǎo)致出現(xiàn)假力矩；③力矩錯(cuò)誤；④錯(cuò)誤/遺漏零件；⑤重復(fù)性差。鑒于前束外傾螺栓力矩對于行駛可靠性的重要影響，為消除上述問題，可構(gòu)建定制化的力矩監(jiān)控系統(tǒng)。

1 定制化的力矩監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示，（1）控制柜部分：主要包括工控機(jī)和PLC，其中工控機(jī)搭載應(yīng)用軟件，作為數(shù)據(jù)接收和存儲終端，PLC則作為信號采集處理的核心；（2）工具部分：包括電動扳手和帶通訊的開口扳手，及其相應(yīng)的控制器；（3）配套部分：包括作業(yè)顯示屏、異常按鈕盒、扳手選擇器等[2]。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2 定制化的力矩監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示，（1）車輛進(jìn)入四輪定位設(shè)備，車輛掃碼，力矩監(jiān)控系統(tǒng)獲取該車輛的基本信息，同時(shí)四輪定位設(shè)備互鎖；（2）力矩監(jiān)控系統(tǒng)將操作指引界面?zhèn)鬏斨磷鳂I(yè)顯示器中；（3）車輛前束外傾角調(diào)整后，作業(yè)人員根據(jù)系統(tǒng)指示選取相應(yīng)的扳手；（4）作業(yè)人員依據(jù)操作指引界面依次打緊各個(gè)前束外傾螺栓，力矩監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄并比較力矩值，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，操作指引界面顯示相應(yīng)提示；（5）單個(gè)螺栓達(dá)到力矩范圍后，操作指引界面轉(zhuǎn)到下一螺栓，指引作業(yè)人員繼續(xù)作業(yè)；（6）完成所有緊固之后，系統(tǒng)將車輛的力矩?cái)?shù)據(jù)保存至服務(wù)器中，車輪定位系統(tǒng)解鎖，車輛駛出設(shè)備。

圖2 工作流程圖

3 定制化的力矩監(jiān)控系統(tǒng)的功能剖析

3.1 平臺化

應(yīng)用于汽車前束外傾螺栓扭緊的扳手可以分為兩類，一類是帶通訊的手動扳手，一類是電動扳手。在目前市場下，各類品牌、各種型號的扳手層出不窮，封閉式的系統(tǒng)存在無法兼容、無法擴(kuò)容等局限性。為此，需搭建平臺化的力矩監(jiān)控系統(tǒng)，可細(xì)分為三個(gè)特征：①針對扳手?jǐn)?shù)量：系統(tǒng)定制開發(fā)，能接入管理數(shù)量不限的扳手；②針對扳手品牌：不限制扳手品牌，只要符合通訊協(xié)議要求，均能接入到系統(tǒng)中；③針對扳手類型：無論是帶通訊的手動扳手還是電動扳手，均能接入系統(tǒng)。

3.2 開放化

在汽車制造廠中，一般多為多車型混線生產(chǎn)，每種車型都有各自固定的螺栓力矩值。為了便于日常的數(shù)據(jù)維護(hù)和系統(tǒng)操作，需搭建開放式的人機(jī)界面：①維護(hù)界面：界面開放，需緊固螺栓數(shù)量、力矩值、匹配扳手等參數(shù)均可依據(jù)生產(chǎn)工藝預(yù)設(shè)；②操作界面：直觀顯示作業(yè)工件圖像及需緊固的螺栓位置，設(shè)計(jì)了倒計(jì)數(shù)提示，另外，工件圖片及螺栓位置均為組態(tài)可調(diào)；③權(quán)限管理：基于角色的系統(tǒng)安全控制模型，整個(gè)訪問控制過程分成兩個(gè)部分，即訪問權(quán)限與角色相關(guān)聯(lián)，角色再與用戶關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)了用戶與訪問權(quán)限的邏輯分離。

3.3 互聯(lián)化

車輛的前束外傾角度需調(diào)整至合格范圍，才能對螺栓實(shí)施緊固。前者利用的是四輪定位設(shè)備，后者利用的是力矩監(jiān)控系統(tǒng)，這意味著兩個(gè)設(shè)備之間必須有定制化的深度互聯(lián)，才能夠共同保證產(chǎn)品品質(zhì)。

（1）掃卡互聯(lián)：為簡化作業(yè)，通過增加串口分配器的方式，實(shí)現(xiàn)四輪定位設(shè)備與力矩監(jiān)控系統(tǒng)共用一把條碼槍的功能，即掃條碼一次，條碼數(shù)據(jù)同步傳送至兩臺設(shè)備。

（2）設(shè)備互鎖：通過四輪定位設(shè)備與力矩監(jiān)控系統(tǒng)的交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互鎖。車輛進(jìn)入四輪定位后，會有擋板限制車輛駛出，當(dāng)前束外傾調(diào)整后，四輪定位設(shè)備發(fā)出信號，指示可以開始螺栓緊固。力矩監(jiān)控系統(tǒng)判斷緊固完成后，再發(fā)出指令給四輪定位，指示可下降擋板，以此實(shí)現(xiàn)互鎖。同時(shí)，為了解決某一設(shè)備故障導(dǎo)致另一設(shè)備不可用的情況，亦可實(shí)現(xiàn)解鎖，兩設(shè)備互不關(guān)聯(lián)。

3.4 數(shù)據(jù)化

（1）數(shù)據(jù)報(bào)表[3]：緊固過程各項(xiàng)力矩?cái)?shù)據(jù)均存儲在服務(wù)器中，系統(tǒng)能生成報(bào)表分析圖，如CPK值等，以便用于車輛力矩品質(zhì)管控和扳手工具能力分析；

（2）質(zhì)量追溯：存儲于服務(wù)器的數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)查詢、導(dǎo)出等功能，起到質(zhì)量追溯作用。

3.5 可視化

（1）顯示屏[4-5]：四輪定位崗位給地面、地坑前軸、地坑后軸三處均布置前束外傾角顯示屏及力矩監(jiān)控系統(tǒng)顯示屏，合計(jì)6個(gè)。其中地面上為綜合屏，全面顯示各項(xiàng)信息，地坑下為單軸屏，只顯示對應(yīng)軸的情況，定制化界面更利于操作員作業(yè)；

（2）指示燈/蜂鳴器：設(shè)備裝有狀態(tài)指示燈，綠燈代表無異常、紅燈代表故障，故障時(shí)蜂鳴器同步發(fā)出警示音。

3.6 場景化

在汽車制造廠中，如果在四輪定位設(shè)備的后工序中，對于底盤或相關(guān)部件需要進(jìn)行返修，則需要重新過線檢測，部分車輛可能需要重調(diào)前束外傾及力矩緊固。另一方面，某個(gè)螺栓可能滑牙無法緊固，同一個(gè)螺栓可能扭緊兩次等，這都意味著力矩緊固的場景是復(fù)雜的。為此定制一個(gè)操作盒，提供多位場景選擇，常規(guī)的按鈕設(shè)置如下：①不打：重過線車不需力矩緊固；②跳過：跳過當(dāng)前螺栓，緊固下一個(gè)螺栓；③回退：退回上一個(gè)螺栓緊固；④復(fù)位：當(dāng)前車輛全部螺栓重新緊固一次。

3.7 防錯(cuò)化

防錯(cuò)即避免選擇錯(cuò)誤的力矩工具，導(dǎo)致無法滿足品質(zhì)要求。如圖3所示，在電動扳手應(yīng)用場景，可使用套筒選擇器，即將同把扳手的多個(gè)套筒放入一個(gè)選擇器中，當(dāng)識別出車輛所需的套筒型號后，選擇器對應(yīng)位置亮燈提示對應(yīng)套筒。因前束螺栓調(diào)整一般需要開口型扳手，頻繁拆裝扳手頭無法滿足工時(shí)要求，故定制化制作扳手選擇器，能放置多把扳手，每一把扳手旁都有指示燈提示。

圖3 扳手選擇器

4 結(jié)語

本文提出了一種定制化的車輛前束外傾力矩監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作流程，深度剖析系統(tǒng)的平臺化、開放化、互聯(lián)化、數(shù)據(jù)化、可視化、場景化、防錯(cuò)化各項(xiàng)功能，為汽車制造廠解決前束外傾螺栓力矩品質(zhì)監(jiān)控提供解決方案，促進(jìn)汽車品質(zhì)管控能力的提升。