發(fā)布時間：2023-09-27
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在汽車零配件裝配生產(chǎn)線中，螺栓擰緊是裝配過程中非常重要的環(huán)節(jié)，也是許多工位工作量很大的部分。由于螺栓種類多數(shù)量大且相似性高，所以員工在操作時很容易出現(xiàn)失誤，引發(fā)質(zhì)量問題。根據(jù)某公司的質(zhì)量問題清單和返修記錄表，其中滑牙、螺栓漏裝錯裝、螺栓松脫是經(jīng)常發(fā)生的問題，這些問題很大程度上是由于員工在操作過程中出現(xiàn)重復(fù)擰緊、漏擰緊及不完全擰緊等過失造成，雖然通過一定的培訓(xùn)和長期的操作能使犯錯的概率有所降低，但由于人本身的局限性，不可能做到100%的不犯錯。因此，要從根本上解決問題，光靠對員工的嚴格要求是不夠的，還需要從設(shè)備上著手，想方設(shè)法實現(xiàn)防錯功能的全覆蓋。
目前螺栓擰緊的設(shè)備多種多樣，使用較為普遍是電動擰緊槍，因其較高的性價比被普遍應(yīng)用于汽車零配件裝配工位。擰緊槍有多種樣式，裝配車間中常用的是直柄擰緊槍和槍式擰緊槍。其中直柄擰緊槍比較適合實現(xiàn)大扭矩擰緊，能在工件各個角度上工作，而槍式擰緊槍更適合實現(xiàn)小扭矩擰緊，在工件的水平方向上操作比較方便。不論是直柄或是槍式擰緊槍，都可實現(xiàn)多種扭矩擰緊，而這一功能可以通過套筒選擇器進行擰緊槍擰緊程序的切換。套筒選擇器上的每個套筒孔位與擰緊槍上的扭矩是一一對應(yīng)的。
擰緊槍本身具有輸出扭矩、擰緊角度和擰緊次數(shù)的檢測功能，這是它能進行防錯控制的基礎(chǔ)。但是由于生產(chǎn)過程及緊固件配合的復(fù)雜性，這些參數(shù)的上下限監(jiān)控范圍不能單靠以往經(jīng)驗來確定，也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可查，因此，要發(fā)揮好擰緊槍的防錯功能仍需做出更多努力。
重復(fù)擰緊防錯的難點及解決辦法
要判斷一顆螺栓是否被重復(fù)擰緊，可以通過它轉(zhuǎn)過的角度來識別。在正常情況下，螺栓從開始旋轉(zhuǎn)到擰緊結(jié)束，需要轉(zhuǎn)過幾圈甚至十幾圈，而重復(fù)擰緊一顆螺栓，如果施加的扭矩一樣，那么螺栓轉(zhuǎn)過的角度會非常小，幾近于零。從這方面講，要識別一顆螺栓是否正在被重復(fù)擰緊可通過監(jiān)控其擰緊角度來實現(xiàn)。作業(yè)過程中，只要給擰緊槍控制系統(tǒng)設(shè)置一個擰緊角度的下限值，在擰緊過程中檢測到螺栓轉(zhuǎn)過的角度小于下限角，就說明這顆螺栓正在被重復(fù)擰緊，擰緊槍控制系統(tǒng)發(fā)出警告。然而，由于擰緊槍計算角度時需要考慮兩個重要的參數(shù)：貼合扭矩和門檻扭矩。貼合扭矩是擰緊槍進行準(zhǔn)確控制的開始，扭矩值不能設(shè)得太小，否則會引起擰緊轉(zhuǎn)速和檢測數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定；門檻扭矩是角度計算開始時的扭矩，需要大于或等于貼合扭矩，而螺栓在被擰緊時的絕大部分時間扭矩達不到貼合扭矩，更不用說門檻扭矩了。因此，即便在正常擰緊的情況下，擰緊槍計算出來的螺栓的擰緊角度也是非常小的，通常小于100°，這就嚴重地壓縮了擰緊角度下限的設(shè)置范圍，即如果重復(fù)擰緊角度下限設(shè)定得太高，擰緊槍就會大量誤報。而由于現(xiàn)場操作過程中人員、工件和螺栓材質(zhì)硬度、擰緊槍反作用力及工件間墊圈有無軟硬等差異使重復(fù)擰緊的角度千差萬別：有的接近于零，有的能達到三四十度甚至更高。這就要求需要提高擰緊角度下限值，否則重復(fù)擰緊防錯功能將形同虛設(shè)。從這兩個相互對立的限制條件上看，實現(xiàn)重復(fù)擰緊防錯的困難在于如何界定其角度下限。僅靠經(jīng)驗以及硬性參數(shù)推測出的角度下限值很不可靠。要得到可靠的值，需要經(jīng)過細致的現(xiàn)場考察和大量的數(shù)據(jù)分析。通過對螺栓擰緊數(shù)據(jù)進行采集和分析后初步確定重復(fù)擰緊角下限角度，同時根據(jù)現(xiàn)場人員腕力大小、螺栓和工件材質(zhì)硬度、擰緊槍的大小彎直、工件間墊片厚薄軟硬的不同對角度進行微調(diào)。
漏擰緊防錯的解決辦法
漏擰緊防錯主要是通過計數(shù)功能來實現(xiàn)。比如，一個零配件在某個工位裝配時需要擰緊10顆相同的螺栓，那么擰緊槍就會累積計數(shù)10次；若計數(shù)少于10次，則生產(chǎn)線線體或是相關(guān)設(shè)備作出反應(yīng)，限制托盤放行或報警；若計數(shù)已經(jīng)達到10次，那么擰緊槍就會自鎖，不允許員工再往下擰緊，直到有新的工件流入后才會解鎖。實現(xiàn)這種控制方式需要滿足兩個前提條件：一，擰緊槍支持數(shù)據(jù)交互；二，重復(fù)擰緊防錯完全有效。
對于上述前提條件一，目前有兩種方式可以滿足：一種是改進線體，通過線體上的讀寫頭和托盤自動識別不同的工件；另一種是通過人工錄入信息的方式識別不同的工件。對于前一種方式，線體上安裝有讀寫頭，托盤對應(yīng)位置上安裝有標(biāo)志模塊（即tag），每個工件上線時，員工都會通過讀寫頭將發(fā)動機的流水號寫入托盤的tag中，由于工件在生產(chǎn)線上始終與托盤綁定，因此可認為托盤上的流水號即是工件的獨一標(biāo)志。當(dāng)托盤流入一個工位時，就會刷掉前面托盤的流水號信息，并且通過讀寫頭將自己的流水號上傳，這樣擰緊槍就能很快地判斷是否有新工件流入。對于后一種方式，線體旁邊設(shè)有掃描設(shè)備，這種方式的工藝順序是：工件流入工位→掃描槍掃描條形碼/二維碼→擰緊槍控制器刷新工件信息→擰緊螺栓→計數(shù)合格放行→新工件流入工位。由于增加了人工掃碼的工序，因此這種方式相對于前一種方式生產(chǎn)效率較低。對于上述后一個前提條件，由于重復(fù)擰緊一顆螺栓后如果被誤報為合格，那么后面少擰緊一顆就能滿足計數(shù)要求，員工只要稍不注意，就可能造成漏擰緊的情況。因此，要解決漏擰緊的問題，需要先保證重復(fù)擰緊防錯功能全部實現(xiàn)。
扭矩不合格防錯解決辦法
擰緊槍擰緊工位螺栓扭矩不合格主要由以下幾點引起：
（1）員工在還沒完全擰緊的情況下就松開擰緊槍開關(guān)，致使扭矩不足；
（2）擰緊槍的轉(zhuǎn)速過高，擰緊時慣性過大，造成扭矩超出合格范圍；
（3）對于多扭矩擰緊槍，由于有些工位套筒一樣扭矩不同，員工選擇套筒時容易混淆，進而引起扭矩混淆，導(dǎo)致擰緊后超差。
由于擰緊槍本身有良好的扭矩判斷功能，因此在絕大部分擰緊扭矩不合格的情況下，擰緊槍都會發(fā)出報警信號，提醒員工糾正錯誤。然而，由于裝配現(xiàn)場聲音嘈雜，員工在匆忙時很可能忽略了報警信息。因此，在不合格扭矩出現(xiàn)后，需要使擰緊槍觸發(fā)更加嚴格可靠的反應(yīng)來限制員工下一步的操作，才能100%地避免疏忽遺漏事故的發(fā)生。解決的辦法是，在擰緊槍控制器內(nèi)設(shè)置一種程序，使擰緊槍的報警功能與反轉(zhuǎn)功能聯(lián)系到一起，當(dāng)擰緊槍控制器收到不合格扭矩信號時，就會觸發(fā)該程序，即如果員工不反轉(zhuǎn)擰緊槍，就不能再繼續(xù)往下擰，這樣可以有效地避免了上述（1）和（2）所帶來的隱患和風(fēng)險。
對于（3），由于在選錯扭矩的情況下擰緊槍仍會“將錯就錯”地擰緊至該扭矩的合格值，擰緊槍不會報警，因此上述的防錯程序也就無法觸發(fā)。對此，應(yīng)從套筒選擇器上著手，方法是，根據(jù)螺栓擰緊的工藝要求安排各個套筒的選擇順序和擰緊次數(shù)。每把擰緊槍的擰緊順序和次數(shù)都是獨一的，如果選錯了套筒，擰緊槍就不會動作，如果一個套筒的擰緊次數(shù)夠了，擰緊槍就不能再繼續(xù)往下擰緊，直到更換新的套筒為止。這樣既能有效地規(guī)范員工的操作行為，又可以消除因選錯扭矩而引發(fā)的質(zhì)量問題。
以上是擰緊槍擰緊過程中常見的幾種可能引起質(zhì)量問題的操作行為和對應(yīng)的防錯方案，但是生產(chǎn)過程中的防錯控制既非一蹴而就，亦非一勞永逸，需要根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求制定出行之有效的控制計劃，并嚴格地根據(jù)控制計劃對生產(chǎn)線進行周期性的驗證，以保證防錯功能的長期有效性。
