防錯(cuò)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中的運(yùn)用

王佳佳

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

防錯(cuò)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中的運(yùn)用

王佳佳

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

防錯(cuò)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中運(yùn)用已經(jīng)極其廣泛和普遍，防錯(cuò)技術(shù)就是為了更好地實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)的要求，采取多種技術(shù)和策略，避免錯(cuò)裝或漏裝的發(fā)生，并從源頭上杜絕錯(cuò)誤的出現(xiàn)，整體提高裝配質(zhì)量和效率。防錯(cuò)技術(shù)一定要從系統(tǒng)的角度去考慮和規(guī)劃，這樣才具有整體意義，否則對(duì)于裝配線而言就會(huì)出現(xiàn)短板效應(yīng)。

防錯(cuò)技術(shù)裝配線效率發(fā)動(dòng)機(jī)

1　前言

操作人員在裝配線進(jìn)行實(shí)際操作的過程中，難免會(huì)出現(xiàn)因人為因素導(dǎo)致的錯(cuò)裝或漏裝［1］，例如螺栓漏擰、錯(cuò)擰。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理可以從很大程度上降低錯(cuò)裝、漏裝的概率，但卻無法從根本上消除。只有實(shí)施系統(tǒng)的防錯(cuò)措施，才能從根本上消除錯(cuò)裝、漏裝，而如何保證防錯(cuò)技術(shù)的持續(xù)有效，還要定期對(duì)防錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的驗(yàn)證。

本文從防錯(cuò)的作用出發(fā)，并結(jié)合某四缸柴油機(jī)氣缸蓋擰緊工藝，從系統(tǒng)上對(duì)防錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行闡述，希望對(duì)工藝技術(shù)人員有一定的幫助，各個(gè)生產(chǎn)車間可根據(jù)自身的實(shí)際情況，分階段選擇性進(jìn)行實(shí)施。

2　防錯(cuò)技術(shù)介紹

防錯(cuò)技術(shù)從其作用來分，可以分為數(shù)據(jù)追溯性防錯(cuò)、連鎖防錯(cuò)、順序防錯(cuò)、計(jì)數(shù)防錯(cuò)、安全防錯(cuò)、精度防錯(cuò)、功能性防錯(cuò)和上傳系統(tǒng)的防錯(cuò)等［2］。

2.1追溯性防錯(cuò)介紹

追溯性防錯(cuò)的作用不言而喻，零件信息、擰緊數(shù)據(jù)和測(cè)量信息的完整保存有助于生產(chǎn)廠家在遇到批量質(zhì)量問題時(shí)，有效鎖定問題產(chǎn)品的范圍和去向，而且零件信息還可以幫助生產(chǎn)廠家迅速地判斷從市場(chǎng)上返回的車輛和零部件的真?zhèn)巍?/p>

追溯性防錯(cuò)主要需做到以下三點(diǎn)：（1）關(guān)鍵零部件條碼（包括零部件的件號(hào)、版本以及唯一的編號(hào)）和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)的匹配；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)重要的測(cè)量數(shù)據(jù)、關(guān)鍵零部件的擰緊數(shù)據(jù)和發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)號(hào)匹配；（3）采集的數(shù)據(jù)要被有效地上傳、保存并便于取樣分析。前兩點(diǎn)被稱為數(shù)據(jù)采集過程，第三點(diǎn)被稱為數(shù)據(jù)上傳過程。對(duì)于哪些零件是關(guān)鍵零件，需要根據(jù)行業(yè)認(rèn)可情況以及各公司的實(shí)際情況而定。

在數(shù)據(jù)采集過程中，要注意發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)的唯一性和相應(yīng)數(shù)據(jù)的正確性，不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺漏和機(jī)號(hào)重復(fù)的情況。同時(shí)，裝配線的設(shè)備只有當(dāng)收到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)信息時(shí)才能開始工作，否則不能工作。根據(jù)硬件的規(guī)劃，采集機(jī)號(hào)的方式從高級(jí)到低級(jí)可以分為射頻識(shí)別（簡(jiǎn)稱RFID）采集機(jī)號(hào)、掃描槍采集機(jī)號(hào)和手工記錄采集。

RFID的標(biāo)簽具有一定的存儲(chǔ)功能，安裝在各個(gè)托盤上，RFID的讀寫頭安裝在生產(chǎn)線輥道或者各設(shè)備上，標(biāo)簽與讀寫頭之間是通過電磁感應(yīng)來進(jìn)行讀取和寫入信息。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型、機(jī)號(hào)以及各崗位的測(cè)量信息和操作狀態(tài)通過無線傳輸都被自動(dòng)寫入RFID的標(biāo)簽。然后讀寫頭通過現(xiàn)場(chǎng)總線或者其他標(biāo)準(zhǔn)的通信方式再把這些數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，當(dāng)生產(chǎn)線發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)丟失時(shí)，RFID的標(biāo)簽里面的數(shù)據(jù)可作為備份。若某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在某個(gè)工序被標(biāo)記為不合格后，后續(xù)工序的所有設(shè)備即對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)作自動(dòng)放行處理，不需要其他操作人員再去確認(rèn)該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。

掃描槍屬于半自動(dòng)采集設(shè)備，用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)和零部件信息，并使之匹配。當(dāng)被掃描的零件出現(xiàn)采集信息的工序和擰緊的工序不是同一個(gè)工序時(shí)（多數(shù)情況都是這樣的），需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)梯隊(duì)，否則正在擰緊的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的數(shù)據(jù)，會(huì)被匹配到掃描工序新掃描的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)中。

手工記錄，只能用于批次追溯，是比較簡(jiǎn)單的追溯，適用于不太重要的零部件的追溯。批次追溯的缺點(diǎn)就是追溯范圍太大，如產(chǎn)量不大的機(jī)型，其中的某些零部件可以使用幾個(gè)月甚至一年時(shí)間，對(duì)于這種情況而言，追溯意義就不大。

數(shù)據(jù)上傳過程中，如果能做到實(shí)時(shí)上傳是最好的，當(dāng)然這個(gè)需要強(qiáng)大的后臺(tái)技術(shù)支持。如果不能做到實(shí)時(shí)上傳，可以按照一定的頻率上傳，如每5分鐘上傳一次，每30分鐘上傳一次等，建議上傳的最小頻率為每24小時(shí)上傳一次，以便于及時(shí)的數(shù)據(jù)查看和質(zhì)量控制。

2.2連鎖防錯(cuò)

連鎖防錯(cuò)是裝配線的各個(gè)操作設(shè)備與裝配線之間的防錯(cuò)措施。對(duì)于需要控制的工序，只有當(dāng)本工序合格信號(hào)輸出并傳遞給裝配線的總控制器后，本工序的產(chǎn)品才可以放行。如果該工位是雙面操作工位，只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)合格時(shí)，面對(duì)面兩個(gè)工位都按下了合格鍵按鈕（不要求同時(shí)按鍵），發(fā)動(dòng)機(jī)才會(huì)放行。這樣就做到了對(duì)結(jié)果的有效控制，各臺(tái)設(shè)備也才真正被并入了裝配線，和裝配線成為了一個(gè)整體。連鎖防錯(cuò)有效地避免了依靠操作人員人工判定出現(xiàn)誤判的情況，此時(shí)操作人員的工作也變得簡(jiǎn)單，只需要處理不合格的情況即可。而當(dāng)不合格的情況出現(xiàn)時(shí)，設(shè)備要即時(shí)地將不合格的情況傳遞給裝配線和操作人員，操作人即可對(duì)不合格的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行返工處理。

目前而言，裝配線生產(chǎn)廠家和擰緊工具生產(chǎn)廠家通常是不同廠家。擰緊工具產(chǎn)生擰緊數(shù)據(jù)和基于這些數(shù)據(jù)的擰緊信號(hào)，而設(shè)備集成方在接到擰緊數(shù)據(jù)和信號(hào)后，可以直接讀取并輸出，也可以對(duì)該數(shù)據(jù)先進(jìn)行判斷后輸出。對(duì)于后者，由于兩家廠商軟件精度設(shè)置不一致，在工藝規(guī)定的臨界值附近的值可能會(huì)出現(xiàn)判斷不一致情況，因此建議設(shè)備集成方不再對(duì)數(shù)據(jù)做判斷。

2.3順序防錯(cuò)

只有按照工藝規(guī)定的順序，設(shè)備才能持續(xù)工作，做到了對(duì)擰緊過程的有效控制。

2.4計(jì)數(shù)防錯(cuò)

只有當(dāng)螺栓擰緊合格數(shù)量與所要求數(shù)量一致時(shí)，設(shè)備才會(huì)輸出合格信號(hào)。計(jì)數(shù)防錯(cuò)是為連鎖防錯(cuò)服務(wù)的，經(jīng)常在擰緊多螺栓零件的擰緊設(shè)備或者擰緊槍上應(yīng)用。

2.5安全防錯(cuò)

安全防錯(cuò)同樣也是裝配線不可忽視的防錯(cuò)措施，對(duì)于一些操作設(shè)備設(shè)置防護(hù)欄，如果操作人打開防護(hù)欄接近設(shè)備時(shí)，設(shè)備就會(huì)強(qiáng)制停止。還有對(duì)于裝配線一些手工操作的旋轉(zhuǎn)裝置和壓機(jī)設(shè)備，必須要做到雙手控制，避免操作人員未按照安全操作流程操作而造成傷害。對(duì)于機(jī)械工業(yè)機(jī)器人，表面增加肌膚感應(yīng)層，在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)人體接觸或靠近機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人會(huì)立即停止。

2.6上傳系統(tǒng)的防錯(cuò)

在數(shù)據(jù)追溯防錯(cuò)中，數(shù)據(jù)按照一定的頻率上傳到系統(tǒng)中，上傳到系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)大致分為兩類：發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件信息（包括零部件的件號(hào)、版本以及唯一的編號(hào)）和螺栓擰緊與測(cè)量數(shù)據(jù)。

對(duì)于裝配過程中需要采集信息的零部件，按照其驗(yàn)證模式可以分為高級(jí)、中級(jí)和低級(jí)，按照掃描模式分為必掃和可不掃兩類。低級(jí)模式僅是采集信息，不做任何判斷；中級(jí)模式是采集信息后驗(yàn)證零件的供應(yīng)商信息，且不允許重復(fù)掃描；高級(jí)模式是在中級(jí)模式的基礎(chǔ)上再增加與PBOM比對(duì)的功能。必掃模式是發(fā)動(dòng)機(jī)下線時(shí)系統(tǒng)必須收到被掃描的零件信息，發(fā)動(dòng)機(jī)才能下線；而可不掃模式則沒有此項(xiàng)要求。按照必掃模式中的零部件清單，只有當(dāng)系統(tǒng)收到齊全的、正確的零部件信息時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)方可下線，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)并提示缺少的零部件信息。某車間需采集的零部件信息和具體模式如圖1所示。

對(duì)于上傳的螺栓擰緊和測(cè)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行解析和判斷。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的判斷是對(duì)設(shè)備防錯(cuò)的補(bǔ)充和檢驗(yàn)，這主要從三個(gè)方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。首先比對(duì)上傳數(shù)值是否在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，其次對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行合格信號(hào)數(shù)量的計(jì)數(shù)，是否和實(shí)際的數(shù)量一致，再次看上傳數(shù)據(jù)的時(shí)間是否正確。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，即時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，從這點(diǎn)也可以看出數(shù)據(jù)上傳的頻率是越高越好。關(guān)于數(shù)據(jù)上傳時(shí)間出錯(cuò)，正常情況下，螺栓擰緊、測(cè)量時(shí)間即為當(dāng)前時(shí)間，但當(dāng)工程師在修改設(shè)備程序參數(shù)時(shí)，如果使用的軟件時(shí)間設(shè)置不是當(dāng)下的正確時(shí)間，設(shè)備也會(huì)自動(dòng)沿用軟件錯(cuò)誤的時(shí)間，從而造成上傳時(shí)間錯(cuò)誤，因此需要對(duì)擰緊時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)。另外，從數(shù)據(jù)庫角度分析，雙通道的數(shù)據(jù)上傳路徑比單路徑更加可靠，其邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖1　某車間需采集的零部件信息和具體模式

圖2　雙通道的數(shù)據(jù)上傳邏輯

3　防錯(cuò)驗(yàn)證

各種防錯(cuò)技術(shù)都需要定期進(jìn)行防錯(cuò)驗(yàn)證［3］，以確保其有效性，否則就容易出現(xiàn)批量問題。防錯(cuò)驗(yàn)證需要人為設(shè)置并模擬異常情況，查看設(shè)備是否可以識(shí)別，裝配線是否會(huì)放行。如果設(shè)備可以識(shí)別，則證明其有效，否則需要檢驗(yàn)設(shè)備并追溯判斷此檢驗(yàn)周期內(nèi)的所有發(fā)動(dòng)機(jī)。

4　防錯(cuò)技術(shù)在裝配線中的應(yīng)用

以某四缸柴油機(jī)氣缸蓋螺栓擰緊為例，說明防錯(cuò)技術(shù)的具體應(yīng)用。該缸蓋螺栓共有18個(gè)，其擰緊次序如圖3所示。氣缸蓋的掃描和安裝由OP1110-L工序完成，使用掃描槍采集條形碼信息（內(nèi)含發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)信息），見圖4。缸蓋螺栓擰緊由OP1120-R工序完成，采用一臺(tái)四軸擰緊機(jī)。缸蓋螺栓返修由OP1130-R工序完成，采用一臺(tái)單軸擰緊機(jī)，當(dāng)四軸擰緊機(jī)有擰緊不合格的螺栓時(shí)或者四軸擰緊機(jī)損壞時(shí)，由單軸擰緊機(jī)完成返修或者全部擰緊工作，如圖5所示。

圖3　某四缸柴油機(jī)氣缸蓋螺栓擰緊順序

圖4　采集發(fā)動(dòng)機(jī)條形碼信息

圖5　四軸擰緊機(jī)和單軸擰緊機(jī)的布局

4.1數(shù)據(jù)追溯性防錯(cuò)

在OP1110-L工序中，當(dāng)操作人員掃描發(fā)動(dòng)機(jī)條碼后，裝配線才會(huì)放行。在掃描工序OP1110-L和擰緊工序OP1120-R之間共有3個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)托盤（包含各工序內(nèi)托盤），故需要在軟件上做出3個(gè)機(jī)號(hào)的隊(duì)列，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)機(jī)號(hào)有擰緊數(shù)據(jù)后，第二個(gè)機(jī)號(hào)才能被匹配數(shù)據(jù)，依次而推，以防止正在擰緊的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)被錯(cuò)誤地匹配到最新掃描的發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)號(hào)之上。在OP1120-R和OP1130-R工序，只有當(dāng)掃描發(fā)動(dòng)機(jī)條形碼后擰緊設(shè)備才可以工作。數(shù)據(jù)上傳時(shí)間為5 min，在擰緊結(jié)束后基本上可以查詢到該發(fā)動(dòng)機(jī)的擰緊數(shù)據(jù)。在裝配過程中，每個(gè)機(jī)號(hào)只能使用一次，且必須確保其匹配合格數(shù)據(jù)，才會(huì)生成合格信號(hào)。對(duì)于已有合格數(shù)據(jù)的機(jī)號(hào)，再次采集其機(jī)號(hào)后，設(shè)備不會(huì)工作。但當(dāng)某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配下線后，由于某種原因需要重新上線返工時(shí)，需要先掃描一個(gè)解鎖條碼（指定機(jī)號(hào)），將設(shè)備解鎖，然后再次掃描用過的機(jī)號(hào)，設(shè)備才可重新運(yùn)行。建議整個(gè)裝配線采用相同的解鎖條碼，以方便操作人使用。

4.2順序防錯(cuò)

四軸擰緊機(jī)和單軸擰緊機(jī)必須按照工藝規(guī)定的順序擰緊，設(shè)備才能持續(xù)運(yùn)行。特別對(duì)于單軸擰緊機(jī)，不論是對(duì)單個(gè)螺栓進(jìn)行返工還是擰緊全部18個(gè)缸蓋螺栓，都需要按照工藝規(guī)定的順序進(jìn)行操作。

4.3連鎖防錯(cuò)

四軸擰緊機(jī)和單軸擰緊機(jī)直接從電軸廠家的擰緊模塊中讀取數(shù)據(jù)和最終的合格信號(hào)，自身不再做判斷。

四軸擰緊機(jī)和單軸擰緊機(jī)工位作為一個(gè)整體，放行由單軸擰緊機(jī)收到的信號(hào)來確定，只有當(dāng)單軸擰緊機(jī)有合格信號(hào)后才予以放行。如某四缸柴油機(jī)的18個(gè)缸蓋螺栓經(jīng)四軸擰緊機(jī)擰緊，均合格后給單軸擰緊機(jī)發(fā)出合格信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)放行；若經(jīng)過四軸擰緊機(jī)后有不合格螺栓時(shí)，把不合格螺栓信息傳遞給單軸擰緊機(jī)，單軸擰緊機(jī)按照工藝要求進(jìn)行返修，返修合格后把合格信號(hào)傳遞給裝配線控制器，發(fā)動(dòng)機(jī)才能放行。

OP1110-L、OP1120-R和OP1130-R這3個(gè)工序沒有手動(dòng)放行按鈕，代替的是鑰匙開關(guān)，鑰匙開關(guān)平時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)的管理人員保管，當(dāng)遇到故障的發(fā)動(dòng)機(jī)或者其他不需要裝配缸蓋的情況時(shí)，用鑰匙開關(guān)進(jìn)行放行，這樣就做到了零缺陷［4］。

4.4安全防錯(cuò)

對(duì)于四軸擰緊機(jī)周圍用圍欄將其圍住，當(dāng)操作人打開圍欄的安全門時(shí)，設(shè)備就會(huì)停止工作且無法啟動(dòng)，故當(dāng)設(shè)備正在運(yùn)行時(shí)一般情況下不建議直接打開圍欄的門。

5　防錯(cuò)技術(shù)實(shí)施后的效果

防錯(cuò)技術(shù)運(yùn)用恰當(dāng)，不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可以為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益，表1即為某車間零缺陷改造的收益表，表2為該車間防錯(cuò)技術(shù)實(shí)施前后的質(zhì)量水平對(duì)比。

表1　某車間零缺陷改造費(fèi)用清單

表2　某車間防錯(cuò)裝置運(yùn)用前后的質(zhì)量水平對(duì)比

6　結(jié)束語

防錯(cuò)技術(shù)對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量意義重大，同時(shí)也為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，防錯(cuò)技術(shù)的方法也是多種多樣，企業(yè)可結(jié)合現(xiàn)狀進(jìn)行大力推廣。在推進(jìn)防錯(cuò)技術(shù)的過程中也要考慮到實(shí)施成本，畢竟對(duì)于企業(yè)來講，防錯(cuò)技術(shù)的目的還是為了能給企業(yè)帶來實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李廣泰.防錯(cuò)防誤與防呆措施應(yīng)用技巧［M］.深圳：海天出版社，2006.

［2］梁國(guó)明，梁承歡.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造使用防錯(cuò)方法［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［3］華鋒.防錯(cuò)技術(shù)的培訓(xùn)講義.納威爾格（北京）管理咨詢有限公司，2014.

［4］閔亞能.零缺陷設(shè)計(jì)基礎(chǔ)講義.2013.

Application of Mistake Proofing Techniques for Assembly Lines of Engine

Wang Jiajia
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd，.Shanghai 200438，China）

Mistake proofing techniques are in general use in assembly lines of engine.The purpose of mistake proofing techniques is to optimize requirements of the mistake proofing，prevent mistakes assemble or short-shipped by using various methods and control strategies.The priority and planning of mistake proofing techniques must be considered as a whole，which is significant，or buckets effect will happen.

mistake proofing techniques，assembly lines，efficiency，engine

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.03.011

來稿日期：2016-08-05

王佳佳（1987-），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)楣に囈?guī)劃、工藝技術(shù)和IE技術(shù)。