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整车工厂中总装车间防错体系的建立探究

2020-09-08 178 上传者：管理员

摘要：在整车工厂中，总装车间属于物料密集程度、装配复杂程度最高的车间。本文结合总装车间防错系统开发设计、应用范围、使用特性，对总装车间防错工艺体系及质量追溯系统的建立做出了系统的阐述。涉及当前汽车行业总装工艺车间的主流防错方法及一些限制因素的相关研究。

关键词：
MES
总装工艺车间
汽车行业
质量追溯
防错
限制因素
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随着汽车性能及功能的不断提高，汽车的零部件型号和种类越来越多、工艺参数越来越复杂、不同车型间零件的识别判断也越来越困难、对员工素质要求也越来越高。然而正是因为在汽车装备工艺工程中存在部分人工的成分，造成人为因素引起的操作失误、误装、漏装等质量问题频发，导致批量不合格产品的出现，需要返修甚至报废，因而产生了大量的浪费。为了防止上述问题的发生及建立有效的质量跟踪及追溯体质，因而出现了对零件安装防错的需求。

针对汽车装配领域的质量控制及防错的研究，最著名的是日本的质量管理专家、著名的丰田生产体系创建人新江滋生（ShingeoShingo）创立的POKA-YOKE防错法概念。

1、总装车间防错体系的研究

1.1要实现自动化的防错系统需要完成以下几个方面

(1）实现VIN码的自动识别；（2）建立后台质量追溯服务器，服务器和现有MIS、服务器和物料拣选PLC实现交互；（3）实现物料指示、稳定可靠、方便员工操作；（4）实现拧紧、加注设备的所有工艺设备的通信，建成可靠的通信架构。

1.2就上面4个条件的规划及实现在下面做详细说明

1.2.1实现VIN码的自动识别

(1）分析现场环境。进行条码器选型。现场输送线存在三种输送方式：地板链、滑板链、和吊具区。前两者在固定式扫描器的安装方面有比较充足的空间，而吊具区在吊具运行的方向上形成一个相对的封闭区域，这样在实现扫描器自动扫描方面便存在一定的工作距离要求。

(2）固定式扫描器的限制条件。(1)景深、距离及扫描范围要求：固定式扫描器要兼容三条输送线，在吊具区的扫描需求景深又是最远的，需要安装在吊具区的扫描器具有能跨过吊具封闭面而不与吊具干涉的扫描距离。采用关节机构来弥补扫描距离的方案也有考虑到，但相对单独使用一个远距离扫描器的硬件来说，后者需要增加太多的硬件，包括两个气缸位置检测开关、一个气缸、一个电磁阀及相关的气路设备的安装，这样从稳定性及成本来考虑都不可取。一般的扫描器在工作景深范围内其扫描范围与距离扫描器的景深是成正比的关系，但相对于现场来讲，这需要选中一种折中的距离范围。同时在增加扫描范围方面，也有带摆镜的固定式扫描器型号可以选择。(2)防干涉要求：员工在地板链和滑板链进行零件安装操作的过程有可能影响到固定式扫描器的扫描，因此固定式扫描器的安装位置只能选择与员工干涉可能性较小的车顶位置。(3)SMART功能需求。SMART功能是指扫描器的智能解码功能，因为条码状态在各种复杂现场环境形成的不一致性和复杂性，例如条码污损、条码倾斜等问题，普通条码枪无法完整读物所有的条码；而具有SMART功能的扫码器却可以轻松读取，允许贴条码员工在一定范围内的操作，极大增加了条码读取的成功率，同时降低了员工的劳动强度，提高了操作节拍。(4)条形码分辨率。对一维码来说，条码分辨率是指条码中最细的黑色条码线的宽度，该值越大，对扫描器的景深要求越小，当然，其前提条件是扫描器的扫描范围可以覆盖整个条码。经现场的测量及计算，现有公司的VIN条码分辨率为0.25MM，对固定式扫描器的要求比较高。(5)扫描器的启动工作方式。在规划阶段，扫描器必须具有两种工作方式：一种是连续扫描，另一种是脉冲触发模式。后者在实现标准化和贯彻GMS理念方面会有必要的应用。(6)通信方式的选择。在防错系统研究阶段，选择的主体通信方式一以太网形式，因而在固定式扫描器的选型中优先使用支持以太网通信的型号，可以在成本、稳定性和可操作性方面有一定的保证。

1.2.2建立质量追溯服务器

(1）质量追溯服务器的功能。质量追溯服务器需要满足如下几个功能：定期从现有MIS及SAP系统读取数据（VIN与VSN绑定信息、物料变化信息）；定期将VSN与工艺代码发送给工艺设备、物料拣选PLC；采集记录工艺设备工作完成后的工艺参数并与VIN绑定到数据库中；设置人员登录维护VSN与工艺代码的界面与功能；WEB远程访问查询产品质量信息的功能。

(2）维护管理的定义。服务器建立后需要在用户权限定义、管理定义及信息维护做明确的界定和分工，避免后期出现权责上的问题或分歧。

(3）实现SPS及线上物料拣选指示。每条SPS拣选线及线上物料拣选都采用单独控制器控制，用双以太网网卡来区分上行和下行数据流，PLC至现场IO参用以太网作为现场总线，采用环形通信网络，提高总线稳定性；同时采用以太网结构较设备网来说，能降低较大的成本，在通信效率、通信数据量及维护方面也有一定的优势。

1.2.3物料拣选

物料拣选也采用VIN码与工艺代码绑定的结构，在PLC内部实现条码的扫描，工艺零件代码的调用，而服务器的功能是定期得对本地PLC内部的数据捆绑结构体进行刷新，以保证生产安装的一致性。同时采用这种方式的控制系统也具备一定的抗击停线风险能力，在服务器数据库与PLC通信故障或者服务器故障的时候可以独立运行，降低停线的风险。

(1)SPS区物料拣选。由服务器获取MIS队列，并采用一车一单的形式进行排序物料清单的打印，员工在扫描物料清单的表头条码后，进入该车物料的拣选过程。该系统需要能支持多台车同时拣选，也就可以进行扫描器采集条码信息的排序处理。将不同的物料信息在不同的捡料区按顺序显示出来。如图1所示，既能满足节拍的要求，有能防止员工拿错零件。

图1SPS拣选方式

(2）线上物料拣选。为了避免排序问题出现的不稳定性，在每个拣选工位前安装扫描设备，获取待安装车辆的VIN信息和零件装配代码，点亮响应的物料指示灯。同时因为其在一直运行的生产线上，其稳定性、与主线的连锁及BYPASS功能都需要非常完善，能准确的在操作起始点前获取车辆装配信息，在工作完成点或者FPS点位置进行各种提示。

(3）按钮及现场IO的选择。因现场物料物料有很多种类，并且员工在取用物料期间极有可能将物料与按钮发生碰撞，因而需要拣选按钮本体具有高结构强度和抗冲击的能力，防护需要在IP67以上。现场IO一般都安装在料架的侧面或者下部，虽然与物料碰撞的可能性较小，但是在防水溅、防尘等功能上也需要有所保证。

图2防错系统结构规划

1.2.4拧紧、加注设备的改造方案

拧紧设备和加注设备是总装车间在此规划中种类最多、最麻烦的设备，三条生产线的拧紧设备分别由三家供应商提供并用了3种控制器；加注设备在三条生产线中共有21套，挑选重点加注设备：含发动机齿轮油加注、防冻液加注、转向助力液加注、制动液加注、冷媒加注5种共计15套，由4家供应商、7种控制器组成。

因为他们的控制器品牌差异太大，通信协议不同，因而在联入整个防错系统的时候都需要使用串口转以太网转换单元。经转换单元后集成到整个系统的以太网中。其转换单元选型方面需要在稳定性及寿命方面着重考虑。

1.3整体系统结构规划

整个防错系统由一台后台质量追溯服务器、数台物料拣选控制PLC、工艺上传及参数选择控制PLC、SPS打印机、人机界面、及各种网关和指示灯组成。示意图如图2。

2、结语

在总装防错系统的研究中，结合其他整车工厂的参观与资料查询，结合递归要素与方法论比较深入得了解了系统组成的各个关键要素。防错系统终将在汽车企业中占据非常重要的地位，而且会结合智慧工厂不断的发展壮大与普及。

陈传强.整车工厂总装车间防错体系研究[J].中国设备工程,2020(17):92-94.