發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)過(guò)程的改進(jìn)

王佳佳，周炳海

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)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(dòng)機(jī)裝配線要定期檢測(cè)各個(gè)螺栓擰緊后的靜態(tài)扭矩[1]，即發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中螺栓首次擰緊后，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)已擰緊的螺栓扭矩進(jìn)行檢測(cè)所得的扭矩值。目前常見(jiàn)做法是，使用數(shù)顯扳手或指針扳手進(jìn)行檢測(cè)，然后由人工記錄檢測(cè)結(jié)果并匯總成電子版本。如果需要檢測(cè)多種發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型的扭矩，還需要分別記錄在不同的地方，以便按照發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型種類(lèi)對(duì)檢測(cè)的扭矩進(jìn)行分類(lèi)和分析。這樣操作比較耗時(shí)，容易出現(xiàn)零部件與具體扭矩檢測(cè)值匹配錯(cuò)誤、發(fā)動(dòng)機(jī)不同機(jī)型與數(shù)據(jù)匹配錯(cuò)誤；如果操作人責(zé)任心不強(qiáng)，也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)作假的情況。為了解決這些問(wèn)題，需要從系統(tǒng)上整體考慮規(guī)劃螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)的過(guò)程，盡量去規(guī)避這些問(wèn)題，提高螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)的效率。

本文以某系列發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線螺栓靜態(tài)扭矩的檢測(cè)過(guò)程為例，詳細(xì)介紹發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)過(guò)程的改進(jìn)思路和方法。

1 控制方法

為了解決引言中提到的發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，設(shè)計(jì)制作了螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)專用小車(chē)，如圖1所示。該小車(chē)配置簡(jiǎn)單，使用方便，包含的基本配置見(jiàn)表1。其主要功能如下：在檢測(cè)扭矩前，先用無(wú)線掃描槍[2]掃描發(fā)動(dòng)機(jī)條形碼[3]，使待檢測(cè)扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)綁定，再掃描零部件條形碼確定待檢零部件，然后使用藍(lán)牙[4-5]數(shù)顯扭力扳手[4]進(jìn)行螺栓靜態(tài)扭矩的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)保存到軟件中，并與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)號(hào)和零部件信息進(jìn)行自動(dòng)綁定，然后快速生成檢測(cè)報(bào)表；支持篩選、組合查詢功能，便于對(duì)個(gè)別螺栓扭矩進(jìn)行單獨(dú)分析和后期改進(jìn)。

圖1 螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)專用小車(chē)

表1 扭矩檢測(cè)專用小車(chē)基本配置表

2 具體控制操作

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與零部件信息的分類(lèi)規(guī)則

該系列發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型種類(lèi)較多，按照客戶分類(lèi)，主要可以分為4類(lèi)客戶，每類(lèi)客戶需要的發(fā)動(dòng)機(jī)又大體可以分為6種：按照發(fā)動(dòng)機(jī)在整車(chē)上的布置可以分為橫置和縱置，按照排放可以分為國(guó)V和國(guó)六，按照剎車(chē)方式可分為氣剎和液剎。每種類(lèi)型中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件具體配置信息又可以分為若干種機(jī)型，每種機(jī)型大約有300多種裝配件，所以要實(shí)現(xiàn)掃描信息的分類(lèi)，必須對(duì)這些信息進(jìn)行歸納匯總，按照一定的規(guī)則進(jìn)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(lèi)機(jī)型，體現(xiàn)客戶和發(fā)動(dòng)機(jī)的種類(lèi)，其對(duì)應(yīng)的機(jī)型見(jiàn)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(hào)；第10位為分隔符“-”；第11位為阿拉伯?dāng)?shù)字，代表零件號(hào)，其根據(jù)具體工位裝配的零部件進(jìn)行劃分和排序；第12位為分隔符“-”；第13～14位由2位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，代表螺栓序號(hào)，第13位如果是0，可寫(xiě)可不寫(xiě)。根據(jù)此編號(hào)規(guī)則，可以覆蓋該系列發(fā)動(dòng)機(jī)所有機(jī)型的螺栓。例如A-OP1010L-1-01，就代表DT橫置國(guó)V機(jī)型OP1010L工位轉(zhuǎn)速傳感器的01號(hào)螺栓。

表2 第1位字符對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型

2.2 采集各機(jī)型的零部件信息

按照上述分類(lèi)規(guī)則，將各種機(jī)型在各個(gè)工位需要裝配的零部件生成對(duì)應(yīng)的條形碼，以便于使用無(wú)線掃描槍識(shí)別確認(rèn)。此時(shí)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(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，這樣相對(duì)可以減少條形碼的數(shù)量。某機(jī)型部分工位零部件與條形碼對(duì)照表見(jiàn)表3。

表3 某機(jī)型部分工位零部件與條形碼對(duì)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(jī)型種類(lèi)；(2)針對(duì)每種零部件匹配對(duì)應(yīng)的藍(lán)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(dòng)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(cè)人員識(shí)別待檢測(cè)的零件。管理員權(quán)限維護(hù)界面見(jiàn)圖2。根據(jù)該系列發(fā)動(dòng)機(jī)各螺栓扭矩的分布范圍，選擇了3把藍(lán)牙數(shù)顯扭力扳手，型號(hào)規(guī)格分別為：CEM20N、CEM50N和CEM200N，這3種型號(hào)的扳手基本覆蓋了該系列所有待檢測(cè)螺栓的扭矩范圍。當(dāng)工藝調(diào)整，零部件動(dòng)態(tài)扭矩、安裝工位等信息發(fā)生變化時(shí)，也需要使用管理員權(quán)限及時(shí)同步更新。

圖2 管理員權(quán)限維護(hù)界面

操作人權(quán)限主要在進(jìn)行螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)時(shí)使用，僅有使用軟件和生成檢測(cè)報(bào)表的權(quán)限，沒(méi)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(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要輸入自己的姓名和工號(hào)，系統(tǒng)生成報(bào)表時(shí)會(huì)予以顯示，以方便追溯。

2.4 具體檢測(cè)過(guò)程介紹

該系列發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)的頻率為每天1臺(tái)，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(dòng)機(jī)螺栓擰緊5 min內(nèi)完成靜態(tài)扭矩的檢測(cè)[6]。對(duì)于涂膠螺栓一般不需要測(cè)量靜態(tài)扭矩，可以檢測(cè)測(cè)試扭矩，即使用比動(dòng)態(tài)扭矩小一點(diǎn)的測(cè)試扭矩去擰緊涂膠螺栓，如果螺栓不動(dòng)證明扭矩合格，如果螺栓松動(dòng)則說(shuō)明扭矩不合格。操作人按照工位順序進(jìn)行檢測(cè)，每到一個(gè)工位，掃描相應(yīng)機(jī)型對(duì)應(yīng)的零部件條形碼圖冊(cè)，然后開(kāi)始進(jìn)行靜態(tài)扭矩檢測(cè)。檢測(cè)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(dāng)螺栓由靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦的一瞬間開(kāi)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(cè)時(shí)取1。

檢測(cè)時(shí)，用系統(tǒng)指定的藍(lán)牙數(shù)顯扭力扳手進(jìn)行靜態(tài)扭矩檢測(cè)。數(shù)顯扳手?jǐn)?shù)值顯示框旁的扭矩指示燈不亮，表示正在檢測(cè)，藍(lán)燈閃爍代表已達(dá)到靜態(tài)扭矩值的下限，檢測(cè)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)間，提醒檢測(cè)者放慢速度并感知螺栓是否瞬間轉(zhuǎn)動(dòng)，一轉(zhuǎn)動(dòng)則即刻停止并讀數(shù)。如果藍(lán)燈還未開(kāi)始閃爍，即靜態(tài)扭矩還未達(dá)到下限值時(shí), 螺栓就發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明該螺栓靜態(tài)扭矩不合格。如果檢測(cè)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(huì)自動(dòng)清空并進(jìn)行下一個(gè)螺栓的檢測(cè)程序。本工位結(jié)束后將檢測(cè)小車(chē)推至下一個(gè)工位進(jìn)行檢測(cè)。螺栓測(cè)量結(jié)果會(huì)自動(dòng)上傳到工具小車(chē)一體式電腦中的扭矩測(cè)量系統(tǒng)，自動(dòng)計(jì)數(shù)，并與發(fā)動(dòng)機(jī)具體機(jī)型和零部件進(jìn)行綁定。但因使用藍(lán)牙傳遞數(shù)據(jù)，且生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)干擾較多，需要保持?jǐn)?shù)顯扳手和小車(chē)的距離在5 m內(nèi)。該系列發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型種類(lèi)比較多，且檢測(cè)節(jié)拍大大快于生產(chǎn)節(jié)拍，為了提高檢測(cè)效率，測(cè)量過(guò)程不隨發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)來(lái)完成的，即不是按照機(jī)型完整性，而是按照工位完整性進(jìn)行檢測(cè)的；每天的檢測(cè)工作覆蓋所有的工位就可以，每個(gè)工位檢測(cè)的機(jī)型不限。

檢測(cè)過(guò)程中系統(tǒng)也會(huì)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(cè)人員此時(shí)打開(kāi)測(cè)量系統(tǒng)軟件，可以同時(shí)顯示該零部件的動(dòng)態(tài)扭矩范圍、靜態(tài)扭矩范圍、實(shí)際靜態(tài)扭矩檢測(cè)值及已檢測(cè)螺栓的數(shù)量，檢測(cè)人員要分析原因，并上報(bào)車(chē)間采取進(jìn)一步的措施。如果檢測(cè)工作有未全部完成或遺漏的工位，則系統(tǒng)會(huì)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(cè)工位的檢測(cè)工作。

當(dāng)天測(cè)量工作完成后，測(cè)量人員選擇生成報(bào)表的功能，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)表格自動(dòng)生成當(dāng)天的測(cè)量報(bào)表。生成報(bào)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(shí)顯示操作人工號(hào)和姓名、動(dòng)態(tài)扭矩范圍、靜態(tài)扭矩范圍、實(shí)際靜態(tài)扭矩檢測(cè)值。也可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型、工位號(hào)、采集日期等信息進(jìn)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(cè)部分報(bào)表。

表4 導(dǎo)出的螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)部分報(bào)表

2.5 特定數(shù)據(jù)導(dǎo)出分析

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要，可以對(duì)特定螺栓的靜態(tài)扭矩檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行隨訪，以便對(duì)質(zhì)量控制進(jìn)行指導(dǎo)。如曾有檢測(cè)人員在連續(xù)2天檢測(cè)油底殼螺栓靜態(tài)扭矩時(shí)，發(fā)現(xiàn)有多起檢測(cè)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(chē)間立即使用螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)系統(tǒng)，將這2天內(nèi)的油底殼螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)不合格的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總(見(jiàn)表5，表中NG表示不合格)，發(fā)現(xiàn)共有7起檢測(cè)值超出靜態(tài)扭矩范圍的上限,涉及2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行整改，同時(shí)評(píng)估已裝配發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，并通知裝配人員近期要重點(diǎn)關(guān)注，避免了該問(wèn)題的進(jìn)一步惡化。

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

3 結(jié)論

新開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線螺栓靜態(tài)扭矩檢測(cè)系統(tǒng)改進(jìn)了螺栓靜態(tài)扭矩的檢測(cè)過(guò)程，解決了多品種、小批量發(fā)動(dòng)機(jī)在靜態(tài)扭矩檢測(cè)過(guò)程中遇到的數(shù)據(jù)種類(lèi)多、分類(lèi)匯總難、報(bào)表無(wú)法自動(dòng)生成的問(wèn)題，大幅提升了檢測(cè)過(guò)程的效率，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的質(zhì)量控制，且該系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，投資不大，具備較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣性。