離合器裝配線摩擦片組裝工位改進(jìn)設(shè)計(jì)

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

( 大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)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(jì)

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

( 大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

針對(duì)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(guò)程管理混亂的問(wèn)題，對(duì)工位進(jìn)行測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、裝配過(guò)程可視化、物料管理信息化、生產(chǎn)過(guò)程信息可追溯化4個(gè)方面改進(jìn)?；贛ES系統(tǒng)，使用現(xiàn)代信息技術(shù)，開(kāi)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(guò)程信息缺失的關(guān)鍵問(wèn)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(guò)程信息；信息追溯

0 引 言

汽車(chē)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(yàn)臺(tái)離合器試機(jī)兩部分。國(guó)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(wèn)題體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(cuò)；摩擦組件的厚度測(cè)量都是手工完成，測(cè)量效率和測(cè)量精度低；由于裝配零件規(guī)格的不確定性，生產(chǎn)過(guò)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(shí)，出現(xiàn)制品滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、線體堵塞的情況。國(guó)外生產(chǎn)線中，整條線體的自動(dòng)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(wèn)題已經(jīng)得到解決，同時(shí)，也為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線提供了很好的借鑒[1-2]。國(guó)內(nèi)汽車(chē)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(zhǎng)、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(wú)法掌握物料信息，時(shí)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(jì)針對(duì)汽車(chē)離合器裝配線的問(wèn)題，對(duì)摩擦片組裝工位進(jìn)行以測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、裝配過(guò)程可視化、物料管理信息化、生產(chǎn)過(guò)程信息可追溯化為主要內(nèi)容的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

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(guò)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(cè)得的合格活塞組件的實(shí)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(cè)量摩擦組件厚度；

(5)與裝配標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(cè)量，直至合格。

圖1 摩擦組件示意圖

1.2 存在問(wèn)題

(1)厚度測(cè)量采用人工測(cè)量，測(cè)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(cè)量情形，這也是導(dǎo)致本工位生產(chǎn)節(jié)拍較長(zhǎng)的主要原因；

(3)鋼片型號(hào)選擇都是人工判斷、計(jì)算，腦力勞動(dòng)強(qiáng)度大，易出錯(cuò)；

(4)缺少必要的信息管理，倉(cāng)庫(kù)很難掌握現(xiàn)場(chǎng)物流配送和線邊庫(kù)存數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)供貨不及時(shí)現(xiàn)象；

(5)裝配過(guò)程信息未能有效存儲(chǔ)，不能進(jìn)行追溯分析，無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需求。

2 摩擦片組裝工位改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)本工位實(shí)際生產(chǎn)中存在的不足，對(duì)該工位進(jìn)行改進(jìn)方案設(shè)計(jì)，重點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

2.1 測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化

針對(duì)人工測(cè)量精度不易保證、效率低的問(wèn)題以及組件測(cè)量特點(diǎn)，選擇正確的自動(dòng)測(cè)量裝置；使用測(cè)量裝置，提高測(cè)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(duì)本工位鋼片組合選擇通過(guò)人工判斷、計(jì)算，腦力勞動(dòng)強(qiáng)度大、易出錯(cuò)的問(wèn)題，編寫(xiě)裝配指導(dǎo)可視化功能模塊，通過(guò)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(guò)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(shí)間，提高合格率。

2.3 工位物料管理信息化

針對(duì)物料管理混亂、線邊工位與倉(cāng)庫(kù)沒(méi)有信息化交互、操作工無(wú)法掌握工位物料信息的問(wèn)題，為工位編寫(xiě)物料管理功能模塊，對(duì)工位物料進(jìn)行信息化管理[3]。系統(tǒng)在物料接收的時(shí)候，將接收的物料數(shù)量增加到本工位相應(yīng)物料庫(kù)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(kù)存里進(jìn)行相應(yīng)數(shù)量的扣減，物料庫(kù)存數(shù)量實(shí)時(shí)更新，當(dāng)物料庫(kù)存達(dá)到警戒線時(shí)，系統(tǒng)給倉(cāng)庫(kù)客戶端發(fā)送缺料信息。

2.4 生產(chǎn)過(guò)程信息可追溯化

針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程信息沒(méi)有實(shí)時(shí)保存、不能進(jìn)行追溯分析的問(wèn)題，編寫(xiě)過(guò)程信息實(shí)時(shí)保存功能模塊，將摩擦組件的測(cè)量信息和裝配物料的信息保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，在測(cè)量信息區(qū)域和物料信息區(qū)域顯示相應(yīng)信息。

編寫(xiě)信息查詢網(wǎng)站，質(zhì)量部門(mén)可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(shí)現(xiàn)

為了實(shí)施改進(jìn)方案，一是加裝自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)摩擦片測(cè)量自動(dòng)化；二是進(jìn)行系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)裝配指導(dǎo)可視化，物料管理信息化，生產(chǎn)過(guò)程信息可追溯化。

3.1 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)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(cè)量特點(diǎn)，要求測(cè)量裝置的精度達(dá)到1.0×10-5mm，因此本裝置選取高精度測(cè)量裝置，從廠家直接購(gòu)買(mǎi)，安裝在操作臺(tái)上。

操作工在組件裝配完成之后，按下測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，PLC獲取裝置的測(cè)量結(jié)果，把測(cè)量值傳遞給MES。系統(tǒng)界面測(cè)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(kù)表[基本變量_原始數(shù)據(jù)]里面編寫(xiě)PLC和MES接口協(xié)議，協(xié)議主要包括測(cè)量位置、PLC的IP地址、DB塊信息、變量地址等信息，根據(jù)測(cè)量需求，對(duì)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(shí)現(xiàn)

針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)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(shí)現(xiàn)

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

(2)工件到本工位后，PLC讀取托盤(pán)MOBY里面的工件信息，包括工件編號(hào)、工件型號(hào)、型號(hào)代碼、托盤(pán)編號(hào)等信息，PLC給出“傳遞機(jī)型”信號(hào)，然后系統(tǒng)從數(shù)據(jù)交互區(qū)把工件的信息讀取過(guò)來(lái)[4]。根據(jù)工件編號(hào)信息，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取到4個(gè)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(cè)量裝置進(jìn)行摩擦組件厚度測(cè)量(4片鋼片和4片摩擦片)，系統(tǒng)根據(jù)本次摩擦組件實(shí)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(shí)現(xiàn)

基于實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出本工位物料管理功能，如圖5所示。

(1)開(kāi)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(hào)、工位號(hào)、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間等條件通過(guò)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(kù)，系統(tǒng)根據(jù)配送單號(hào)接受的狀態(tài)以及配送單號(hào)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(cāng)庫(kù)配送出來(lái)時(shí)，裝配線MES將接收到來(lái)自工廠MES的配送信息通知，同時(shí)在界面顯示配送單號(hào)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(hào)、工位號(hào)、物料號(hào)和數(shù)量。

(4)接收物料并更新物料庫(kù)存。當(dāng)物料配送到本工位線邊時(shí)，操作工盤(pán)點(diǎn)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(guò)掃描配送單號(hào)自動(dòng)接收物料同時(shí)系統(tǒng)將更新工位庫(kù)存信息，工位庫(kù)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(huì)根據(jù)裝配物料的規(guī)格及數(shù)量，在工位物料庫(kù)存里進(jìn)行扣料，同時(shí)將工位庫(kù)存數(shù)量信息實(shí)時(shí)的顯示在界面上。

3.2.3 生產(chǎn)過(guò)程信息保存及追溯模塊實(shí)現(xiàn)

本工位生產(chǎn)過(guò)程信息主要包括測(cè)量信息和裝配物料信息，在生產(chǎn)過(guò)程中，MES系統(tǒng)將產(chǎn)生的信息實(shí)時(shí)保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)通過(guò)對(duì)過(guò)程信息的追溯分析，可以及時(shí)優(yōu)化工藝[6-9]。

(1)測(cè)量信息的保存。MES系統(tǒng)通過(guò)和PLC進(jìn)行信號(hào)交互來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，定義允許保存和保存完成兩個(gè)信號(hào)。當(dāng)操作工測(cè)量完數(shù)據(jù)之后，PLC把測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好放在信息交互區(qū)，同時(shí)把允許保存信號(hào)置為1，MES接到允許保存為1之后，會(huì)把信息交互區(qū)里面的測(cè)量數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，保存完成之后，MES會(huì)把保存完成信號(hào)置為1，PLC接到保存完成為1之后，再把允許保存信號(hào)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(hào)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(gè)物料時(shí)，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(hào)、批次和供應(yīng)商信息，將物料條碼信息保存綁定到對(duì)應(yīng)的物料上。料箱標(biāo)簽的條碼掃描之后，通過(guò)客戶端程序發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)，相應(yīng)存儲(chǔ)過(guò)程進(jìn)行條碼是否符合判斷、條碼內(nèi)容拆分、對(duì)應(yīng)物料綁定。業(yè)務(wù)邏輯在數(shù)據(jù)庫(kù)里面運(yùn)行，當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯需要變更時(shí)，只需要在數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)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(huì)把裝配鋼片的規(guī)格以及數(shù)量統(tǒng)計(jì)出來(lái)，進(jìn)行物料信息保存，物料信息包括：物料號(hào)、物料名稱(chēng)、物料數(shù)量、批次號(hào)、物料條碼、生產(chǎn)廠家、廠家代碼等信息。

(3)信息查詢追溯。開(kāi)發(fā)信息查詢功能界面，用于過(guò)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(kù)之后，可以在通過(guò)工件編號(hào)、工位號(hào)來(lái)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(guò)工位號(hào)、物料號(hào)來(lái)查詢使用此物料的所有工件編號(hào)進(jìn)行反向追溯[12-13]。

4 改進(jìn)方案實(shí)施效果

摩擦片組裝工位改進(jìn)方案在離合器裝配線上實(shí)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(shí)際問(wèn)題，滿足了現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需求。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)離合器裝配線摩擦片組裝工位裝配效率低、生產(chǎn)過(guò)程管理混亂的問(wèn)題，對(duì)本工位進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。通過(guò)加裝自動(dòng)測(cè)量裝置，提高了測(cè)量精度與測(cè)量效率，工位生產(chǎn)節(jié)拍大幅下降。通過(guò)對(duì)本工位MES系統(tǒng)功能模塊的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了工位裝配指導(dǎo)可視化、物料管理信息化、生產(chǎn)過(guò)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(qiáng)了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了整條裝配線生產(chǎn)信息一體化，取得了良好的實(shí)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(shí)海陽(yáng)(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(shí)海陽(yáng),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(jì)[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),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.