基于螺栓扭矩异常监控的汽车异常处置管理系统.pdf

48 天 津 科 技第 50 卷 增刊第 50 卷 增刊2023 年 11 月Vol.50 Suppl.Nov.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期：2023-09-220 引 言在汽车制造领域中，车辆各部品间的装配与结合技术主要有三大类：螺栓紧固、嵌合（橡胶管、卡扣快捷阀接头等）、其他（铆接、粘贴、压入等）。一辆普通轿车约有 1 400 个需要连接的点，其中螺栓紧固类约占 50%，涉及到车辆重要品质相关“走”“转”“停”的点占 1/3，约 450 个，这些点的螺栓紧固安装效果决定着车辆的整体品质。因此，螺栓紧固是总装作业工序中最重要、最需要被监管的环节之一。为了在源头保证产品质量，丰田汽车公司规定，任何一位作业人员在发现品质量问题时都有权停止全线生产，以便纠正质量偏差和找出产生质量缺陷的原因1。为了保证品质，在现有的重点扭矩紧固点都设置了防错提醒装置，当作业发生异常时会进行报警，待班长处置后再放行。有时为了兼顾产能，且在人员不足的条件下，可能出现班长忘记手动记录异常的情况，甚至忘记处置这个异常，会造成异常或不良流入下一个工序。某些重要品质相关的部位若发生 应用技术基于螺栓扭矩异常监控的汽车异常处置管理系统吕 刚（一汽丰田汽车有限公司 天津 300457）摘 要：目前在汽车制造过程中，存在着大量使用螺栓紧固作为部品连接的方法，其中涉及到很多需要重点管控的部位，品质保证显得尤为重要，若在市场上经过实地运行才发现品质不良，则将给用户和车辆企业造成不可挽回的损失。为此，从汽车总装和检查的扭矩异常管理方法研究入手，基于工厂整体，阐述了管控扭矩异常管理模式、工艺文件体系和防错技术，创建了汽车制造企业的异常处置管理系统。关键词：异常处置 扭矩 自工程完结 防错技术中图分类号：U466 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）增-0048-04Management System for Dealing with Automobile Abnormalities Based on Abnormal Bolt Torque Monitoring LYU Gang（FAW Toyota Motor Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）Abstract：At present，in the process of automobile manufacturing，there are a large number of methods to use bolt fastening as part connection，which involves a lot of parts that need key quality control，and the operation quality assurance of these parts is particularly important.If poor quality is discovered through on-site operation in the market，it will cause irreversible losses to users and vehicle enterprises.Therefore，starting from the research on torque anomaly management methods for automobile assembly and inspection，based on the overall perspective of the factory，this paper elaborates on the management mode，process document system，and pokayoke technology for controlling torque anomalies，and creates an anomaly handling management system for automobile manufacturing enterprises.Key words：abnormal handing；torque；self process quality completion；pokayoke 49 2023 年 11 月不良，在总装作业之后很难被发现，会给用户和车企造成不可挽回的损失。目前的管理方法是针对人、设备和作业 3 个模块进行标准化，通过规范作业手法，对依靠人工保证的扭矩进行规范，并形成作业要领书。设备调试、量产前对设备的防错要进行测试，并形成设备点检或测试表，明确重要扭矩的检查规格和频度，并形成QC工程表，按照该表要求的频度抽检重要扭矩，记录数据和分析扭矩走向趋势，并形成 N 点管理表2。基于剖析，需要提出一套可以提醒班长不忘记处置，且和品质检查相结合的异常处置管理系统。1 异常处置管理系统的关键问题及说明1.1 扭矩紧固异常处置管理系统的基本架构如图 1 所示，异常处置系统分为：初始数据提供端 1 模块（自动录入部分）；初始数据提供端 2 模块（手动录入部分）；服务端模块；数据存储端模块；显示端模块。图 1 系统终端架构图Fig.1 System terminal architecture diagram模块功能：初始数据提供端 1 模块（QIS部分 紧固类异常信息 自动录入部分）和初始数据提供端 2 模块（其他类异常信息 手动录入部分），与端模块共同负责数据的录入；服务端模块，通过逻辑编程负责所接收到的数据筛选及判断，认定“异常数据”和“正常数据”，再将“异常数据”发送给存储端，对未判断线上修理或线下修理（申告）的异常信息进行分辨，并在模块 5 显示端报警；数据存储端模块，通过存储功能将异常信息存储，以备调用；显示端模块，显示异常信息，供检查人员使用。1.2 整体技术方案描述以往异常管理的登录都是人工发现，然后记录在纸上并将纸贴在车上，之后随车传到检查工位，由检查人员登记。万一贴纸丢失或忘记处理，异常容易流出组装工厂。改善后，异常的发现和记录都在网络上完成，既防止忘记处理，也防止丢失，见图 2。图 2 技术方案说明图示Fig.2 Technical solution description diagram1.3 紧固类异常检测和自动上传方案详细说明PI（Pokayoke Inspection）防错检查。PI装置根据来自FL-NET 的指示判断总装工艺中产品的拧紧根数，并对连号数据的排列确认、拧紧工具的残留拧紧根数的逆计数、生产线停止信号的输出、指示数据的要求、拧紧OK/NG 的判断等进行控制，见图 3。图 3 紧固类异常检测和自动上传方案详细说明（1）Fig.3 Detailed description of fastening anomaly detection and automatic uploading scheme（1）QIS（Quality Information Serve）把在组装工厂内运转的设备及防错装置的质量数据保存到数据库中。此外，从连接到LAN的电脑中，使用Internet Explorer对质量信息进行确认，见图 4。图 4 紧固类异常检测和自动上传方案详细说明（2）Fig.4 Detailed description of fastening anomaly detection and automatic uploading scheme（2）同时，设备可以通过网络读取车辆信息，这样可以将生产车号和最终的检查系统信息合并，即QIS系统和 吕刚：基于螺栓扭矩异常监控的汽车异常处置管理系统 50 天 津 科 技第 50 卷 增刊GALC系统相连，从而获取车辆信息，包括VIN，见图 5。图 5 车辆生产信息与管理系统Fig.5 Vehicle information and systems每条生产线有对应的PI设备、对应的人员及账户，如当A线的PI设备发生异常时，设备会自动将信息发给在A线负责的手修人员的PDA上。1.4 自动识别和异常记录工作原理说明识别和异常记录是异常处置失误流出防止系统的核心功能。系统能够自动识别设备运行中的异常情况，并实时记录相关信息。这样可以及时发现和处理异常，能够避免处置失误流出，提高生产质量和效率。同时，记录的异常数据也为企业提供了宝贵的数据支持，有助于优化生产过程、改进设备维护策略，并预防未来可能的异常情况发生。1.5 终端PDA、PC在整体网络的工作原理说明PDA（个人数字助理）在异常处置失误流出防止系统中扮演重要角色。它是一种便携式设备，可以感知不良情况、接收异常通知并进行处理。PDA与PC级整体网络密切相关。PC级整体网络是指系统中的计算机网络，包括PC（个人计算机）、服务器等设备。PDA通过无线网络连接到PC及整体网络，能够实现与其他设备和系统的通信及数据交换。PDA的工作原理是通过与系统的通信接口实时接收来自异常识别和记录系统的通知、指令。工人可以在PDA上查看异常详情、处理建议，并记录处理结果。同时，PDA还可以将处理结果和其他数据通过网络传输到PC及整体网络中的服务器，实现数据的整合、存储和进一步分析。展示的异常信息包括：异常申告日期、时间；异常发生地部署、哪条生产线，哪个工位；异常记录人员；异常项目、现象、图片；异常处理结果；异常发生初品判断责任部署；其他信息等。具体见图 6、图 7。1.6 未及时处置的异常报警本系统的核心内容就是着重解决当作业员发生异常，且班长在了解异常的情况下，由于突发其他紧急状况导致异常未处置流出的问题。为提高总装车间的自工程完成率，在每条生产线的末尾追加了未处置异常的报警功能。如果存在未处置的信息，则由服务端模块（即系统的各功能模块）对未判断线上修理或线下修理的异常信息进行分辨，并在模块 5 显示端报警。1.7 异常处置管理系统和检查情报系统的信息连接检查情报系统是用来记录和统计工厂生产品质全部数据信息的系统，通过WEB端显示，见图 8。未处置的信息，理论上进入被“异常处置系统”中时就会被记录在“检查情报系统”中。需要进一步说明的是，异常信息无论是否被处置，都会登录检查情报系统。图 8 检查情报系统显示界面Fig.8 Display interface of check information system2 创新点及成效说明2.1 创新点基于数字化理念，独创了同行业领先的异常处图 6 PDA操作画面Fig.6 PDA operation screen图 7 PC操作画面Fig.7 PC operation screen 51 2023 年 11 月 吕刚：基于螺栓扭矩异常监控的汽车异常处置管理系统置数字化管理系统，利用PDA、PC和专用APP，结合现有生产设备的数字化改造，实现了全工程异常处置信息的自动化录入和提醒功能，并可利用语音、视频和图片等方法实现确认信息的导入，同时具备数据分析、总结、存储和自动生成图表的功能，有效提升了产品品质。2.1.1 实现制造过程中关键数据的全记录基于工程内现有扭矩紧固等设备，运用数字化技术，通过程序改造实现对扭矩等关键数据的全自动抓取。2.1.2 实现对异常数据的自动发现、跟踪及记录基于记录的异常信息，结合对应车辆点位信息的抓取，以实现自动发现、跟踪、异常忘记处置报警等功能。同时，信息关联到检查后工序，以实现制造到检查的全过程信息管理。2.1.3 对于频发工程异常可实现有针对性的改善对异常多发点位进行针对性管控，做到风险预知，从而提升工厂品质。2.2 成效说明该异常处置失误流出防止系统的应用将在提高异常处理准确性、效率和决策支持方面产生显著成效。它不仅能够降低异常处理失误流出的风险，还能够为企业提供可靠的数据支持，从而促进持续改进和提升生产质量。2.2.1 提高异常处理准确性系统通过自动识别和记录异常，避免了人工处理中的误判和遗漏，减少了由人为因素引起的处置失误流出，提高了异常处理的准确性和及时性。具体表现为提高了产品品质，系统导入后，因异常处置失误导致的不良在工程内及市场上均递减至 0 件。相较过往年度市场不良流出的处置费、人工费等，每年可递减成本约 60 万元。2.2.2 提升异常处理效率系统实现了自动化的异常识别和报警机制，能够实时通知相关人员，使得处理人员能够及时采取措施，减少了异常处理的延误，提升了处理效率。2.2.3 数据分析与决策支持系统记录和整理了大量的异常数据，通过数据分析和可视化展示，为企业提供了宝贵的决策支持。可以通过对异常数据的分析，发现潜在问题和改进机会，进一步提升生产流程的质量和效率。2.2.4 预防异常再次发生系统通过对异常数据的分析和反馈，可以帮助企业识别异常的根本原因，并采取相应的改进措施，预防了类似异常再次发生，降低了生产风险和损失。2.2.5 工人参与度提升系统中的PDA设备使得工人能够直接参与异常感知和处理过程，增加了工人的责任感和参与度，提升了整体生产团队的协同效率和质量意识。2.2.6 系统可扩展性该系统基于数字化和智能化技术构建，具有较高的可扩展性。可以根据需求和实际情况进一步优化和扩展系统的功能和性能，以适应不断变化的生产环境和业务需求。2.2.7 潜在效益该系统在汽车行业中首次成功使用，并获取了国家发明专利，可利用知识产权授权收取专利使用费，发挥了潜在效益。3 探讨发展方向异常处置失误流出防止系统在汽车制造领域具有巨大的潜力和广阔的市场，以下是对系统潜力和未来发展方向的进一步探讨。3.1 智能优化和预测性维护通过系统不断积累异常数据和分析经验，引入智能优化和预测性维护功能。通过分析异常数据和设备运行状态，系统可以提供设备故障预测和维护建议，能实现更加智能化的维护策略，从而降低停机时间和维修成本。3.2 多源数据整合与分析除了设备传感器数据外，系统还可以整合其他数据源，如供应链数据、质量检测数据等，从而进行全面的数据分析和综合决策。通过跨系统数据整合，实现全局视野，发现更深层次的异常原因，并在供应链和生产过程中采取相应的改进措施3。3.3 自适应学习和持续改进系统可以引入自适应学习功能，根据实时数据和反馈信息不断优化模型和算法，提高异常识别的准确性和可靠性。通过持续学习和改进，系统能够适应变化的生产环境和新型异常模式，从而进一步提升系统的性能和效果。3.4 人机协作与远程监控系统可以与人工智能技术相结合，从而实现更高级别的人机协作。如通过增强现实（AR）技术，工人可经可穿戴设备实时获得异常信息和处理指导，从而实现更加智能化的异常处理。此外，远程监控功能可以让专家团队通过网络对远程生产线进行实时监下转第 56 页 56 天 津 科 技第 50 卷 增刊参考文献毕亚雄，沙先华，秦海岩.海上风电场的“心脏”：海上升压站 J .科学世界，2017（12）：47.张宝峰.国内外风电场海上升压站布置型式标准概述 J .12中国标准化，2017（24）：222-223.柳丽香，俞华锋，贾献林.国内外风电场海上升压站结构型式概述 J .青年科学（下半月），2014（4）：64.钟宏才，向东，谭家华.船体分段划分方法研究概述 J .造船技术，2002（2）：1-4.34控和指导，以及提供远程支持和培训。3.5 供应链可视化与协同优化将异常处置失误流出系统与供应链管理系统相结合，实现供应链的可视化与协同优化。通过整合供应链数据和异常信息，系统可以实时追踪零部件的异常情况和处理状态，能够优化供应链的协同工作，从而减少异常情况对生产进度和质量的影响3。3.6 跨行业应用与智能工厂类似的异常处置失误流出防止系统不仅适用于汽车制造领域，还可以在其他制造行业广泛应用。随着智能制造和工业物联网的发展，系统甚至可以与其他智能网络系统相链接拓展更广阔的使用场景。4 结 语异常处置管理系统在汽车生产甚至整个制造领域都具有重要意义。通过数字化方法和智能化技术，系统实现了自动识别和记录异常、提醒工人处置、数据总结与图表生成等功能。这一系统的应用带来了显著的成效，包括提高异常处理准确性和效率、提供决策支持、预防异常再次发生等。同时，系统具有继续开发的潜力，如智能优化、多源数据整合、自适应学习、人机协作、供应链协同优化等。系统的成功应用不仅能够提升生产质量和效率，还能为企业提供持续改进和创新的动力，从而实现智能化制造和智能工厂的目标。该系统的发展将为汽车制造领域带来更高水平的异常管理和质量控制，并为其他制造行业的应用提供借鉴和参考。参考文献张文涛，尹利亮.汽车制造过程中装配扭矩的控制和管理 J .科学理论探索，2017（9）：77-79.胡泽宏，苗长勇，李灼文.浅谈汽车总装扭矩管理方法与防错管理 J .汽车时代，2019（3）：26-27.马贝方，陈智隆，于乐翔，等.螺纹紧固件拧紧过程角度监控和扭矩监控研究 J .汽车实用技术，2021（24）：117-121.123上接第 51 页