防錯技術在發動機裝配線中的運用

王佳佳

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

防錯技術在發動機裝配線中的運用

王佳佳

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

防錯技術在發動機裝配線中運用已經極其廣泛和普遍，防錯技術就是為了更好地實現防錯的要求，采取多種技術和策略，避免錯裝或漏裝的發生，并從源頭上杜絕錯誤的出現，整體提高裝配質量和效率。防錯技術一定要從系統的角度去考慮和規劃，這樣才具有整體意義，否則對于裝配線而言就會出現短板效應。

防錯技術裝配線效率發動機

1　前言

操作人員在裝配線進行實際操作的過程中，難免會出現因人為因素導致的錯裝或漏裝［1］，例如螺栓漏擰、錯擰。加強現場管理可以從很大程度上降低錯裝、漏裝的概率，但卻無法從根本上消除。只有實施系統的防錯措施，才能從根本上消除錯裝、漏裝，而如何保證防錯技術的持續有效，還要定期對防錯技術進行系統的驗證。

本文從防錯的作用出發，并結合某四缸柴油機氣缸蓋擰緊工藝，從系統上對防錯技術進行闡述，希望對工藝技術人員有一定的幫助，各個生產車間可根據自身的實際情況，分階段選擇性進行實施。

2　防錯技術介紹

防錯技術從其作用來分，可以分為數據追溯性防錯、連鎖防錯、順序防錯、計數防錯、安全防錯、精度防錯、功能性防錯和上傳系統的防錯等［2］。

2.1追溯性防錯介紹

追溯性防錯的作用不言而喻，零件信息、擰緊數據和測量信息的完整保存有助于生產廠家在遇到批量質量問題時，有效鎖定問題產品的范圍和去向，而且零件信息還可以幫助生產廠家迅速地判斷從市場上返回的車輛和零部件的真偽。

追溯性防錯主要需做到以下三點：（1）關鍵零部件條碼（包括零部件的件號、版本以及唯一的編號）和發動機機號的匹配；（2）發動機重要的測量數據、關鍵零部件的擰緊數據和發動機的機號匹配；（3）采集的數據要被有效地上傳、保存并便于取樣分析。前兩點被稱為數據采集過程，第三點被稱為數據上傳過程。對于哪些零件是關鍵零件，需要根據行業認可情況以及各公司的實際情況而定。

在數據采集過程中，要注意發動機機號的唯一性和相應數據的正確性，不能出現數據遺漏和機號重復的情況。同時，裝配線的設備只有當收到發動機機號信息時才能開始工作，否則不能工作。根據硬件的規劃，采集機號的方式從高級到低級可以分為射頻識別（簡稱RFID）采集機號、掃描槍采集機號和手工記錄采集。

RFID的標簽具有一定的存儲功能，安裝在各個托盤上，RFID的讀寫頭安裝在生產線輥道或者各設備上，標簽與讀寫頭之間是通過電磁感應來進行讀取和寫入信息。發動機機型、機號以及各崗位的測量信息和操作狀態通過無線傳輸都被自動寫入RFID的標簽。然后讀寫頭通過現場總線或者其他標準的通信方式再把這些數據傳送給數據存儲設備，當生產線發生網絡故障導致實時數據丟失時，RFID的標簽里面的數據可作為備份。若某臺發動機在某個工序被標記為不合格后，后續工序的所有設備即對該發動機作自動放行處理，不需要其他操作人員再去確認該臺發動機的狀態。

掃描槍屬于半自動采集設備，用于采集發動機和零部件信息，并使之匹配。當被掃描的零件出現采集信息的工序和擰緊的工序不是同一個工序時（多數情況都是這樣的），需要建立一個數據梯隊，否則正在擰緊的發動機零部件的數據，會被匹配到掃描工序新掃描的發動機機號中。

手工記錄，只能用于批次追溯，是比較簡單的追溯，適用于不太重要的零部件的追溯。批次追溯的缺點就是追溯范圍太大，如產量不大的機型，其中的某些零部件可以使用幾個月甚至一年時間，對于這種情況而言，追溯意義就不大。

數據上傳過程中，如果能做到實時上傳是最好的，當然這個需要強大的后臺技術支持。如果不能做到實時上傳，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小時上傳一次，以便于及時的數據查看和質量控制。

2.2連鎖防錯

連鎖防錯是裝配線的各個操作設備與裝配線之間的防錯措施。對于需要控制的工序，只有當本工序合格信號輸出并傳遞給裝配線的總控制器后，本工序的產品才可以放行。如果該工位是雙面操作工位，只有當發動機合格時，面對面兩個工位都按下了合格鍵按鈕（不要求同時按鍵），發動機才會放行。這樣就做到了對結果的有效控制，各臺設備也才真正被并入了裝配線，和裝配線成為了一個整體。連鎖防錯有效地避免了依靠操作人員人工判定出現誤判的情況，此時操作人員的工作也變得簡單，只需要處理不合格的情況即可。而當不合格的情況出現時，設備要即時地將不合格的情況傳遞給裝配線和操作人員，操作人即可對不合格的發動機進行返工處理。

目前而言，裝配線生產廠家和擰緊工具生產廠家通常是不同廠家。擰緊工具產生擰緊數據和基于這些數據的擰緊信號，而設備集成方在接到擰緊數據和信號后，可以直接讀取并輸出，也可以對該數據先進行判斷后輸出。對于后者，由于兩家廠商軟件精度設置不一致，在工藝規定的臨界值附近的值可能會出現判斷不一致情況，因此建議設備集成方不再對數據做判斷。

2.3順序防錯

只有按照工藝規定的順序，設備才能持續工作，做到了對擰緊過程的有效控制。

2.4計數防錯

只有當螺栓擰緊合格數量與所要求數量一致時，設備才會輸出合格信號。計數防錯是為連鎖防錯服務的，經常在擰緊多螺栓零件的擰緊設備或者擰緊槍上應用。

2.5安全防錯

安全防錯同樣也是裝配線不可忽視的防錯措施，對于一些操作設備設置防護欄，如果操作人打開防護欄接近設備時，設備就會強制停止。還有對于裝配線一些手工操作的旋轉裝置和壓機設備，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。對于機械工業機器人，表面增加肌膚感應層，在自動狀態下，當人體接觸或靠近機器人時，機器人會立即停止。

2.6上傳系統的防錯

在數據追溯防錯中，數據按照一定的頻率上傳到系統中，上傳到系統中的數據大致分為兩類：發動機的零部件信息（包括零部件的件號、版本以及唯一的編號）和螺栓擰緊與測量數據。

對于裝配過程中需要采集信息的零部件，按照其驗證模式可以分為高級、中級和低級，按照掃描模式分為必掃和可不掃兩類。低級模式僅是采集信息，不做任何判斷；中級模式是采集信息后驗證零件的供應商信息，且不允許重復掃描；高級模式是在中級模式的基礎上再增加與PBOM比對的功能。必掃模式是發動機下線時系統必須收到被掃描的零件信息，發動機才能下線；而可不掃模式則沒有此項要求。按照必掃模式中的零部件清單，只有當系統收到齊全的、正確的零部件信息時，該發動機方可下線，否則會報錯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。

對于上傳的螺栓擰緊和測量數據，系統會進行解析和判斷。系統對數據的判斷是對設備防錯的補充和檢驗，這主要從三個方面對數據進行判斷。首先比對上傳數值是否在工藝規定的范圍內，其次對各個設備進行合格信號數量的計數，是否和實際的數量一致，再次看上傳數據的時間是否正確。一旦發現數據異常時，系統會自動報警，即時發現故障，從這點也可以看出數據上傳的頻率是越高越好。關于數據上傳時間出錯，正常情況下，螺栓擰緊、測量時間即為當前時間，但當工程師在修改設備程序參數時，如果使用的軟件時間設置不是當下的正確時間，設備也會自動沿用軟件錯誤的時間，從而造成上傳時間錯誤，因此需要對擰緊時間進行確認。另外，從數據庫角度分析，雙通道的數據上傳路徑比單路徑更加可靠，其邏輯關系如圖2所示。

圖1　某車間需采集的零部件信息和具體模式

圖2　雙通道的數據上傳邏輯

3　防錯驗證

各種防錯技術都需要定期進行防錯驗證［3］，以確保其有效性，否則就容易出現批量問題。防錯驗證需要人為設置并模擬異常情況，查看設備是否可以識別，裝配線是否會放行。如果設備可以識別，則證明其有效，否則需要檢驗設備并追溯判斷此檢驗周期內的所有發動機。

4　防錯技術在裝配線中的應用

以某四缸柴油機氣缸蓋螺栓擰緊為例，說明防錯技術的具體應用。該缸蓋螺栓共有18個，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（內含發動機機號信息），見圖4。缸蓋螺栓擰緊由OP1120-R工序完成，采用一臺四軸擰緊機。缸蓋螺栓返修由OP1130-R工序完成，采用一臺單軸擰緊機，當四軸擰緊機有擰緊不合格的螺栓時或者四軸擰緊機損壞時，由單軸擰緊機完成返修或者全部擰緊工作，如圖5所示。

圖3　某四缸柴油機氣缸蓋螺栓擰緊順序

圖4　采集發動機條形碼信息

圖5　四軸擰緊機和單軸擰緊機的布局

4.1數據追溯性防錯

在OP1110-L工序中，當操作人員掃描發動機條碼后，裝配線才會放行。在掃描工序OP1110-L和擰緊工序OP1120-R之間共有3個發動機托盤（包含各工序內托盤），故需要在軟件上做出3個機號的隊列，當第一個機號有擰緊數據后，第二個機號才能被匹配數據，依次而推，以防止正在擰緊的發動機數據被錯誤地匹配到最新掃描的發動機的機號之上。在OP1120-R和OP1130-R工序，只有當掃描發動機條形碼后擰緊設備才可以工作。數據上傳時間為5 min，在擰緊結束后基本上可以查詢到該發動機的擰緊數據。在裝配過程中，每個機號只能使用一次，且必須確保其匹配合格數據，才會生成合格信號。對于已有合格數據的機號，再次采集其機號后，設備不會工作。但當某臺發動機裝配下線后，由于某種原因需要重新上線返工時，需要先掃描一個解鎖條碼（指定機號），將設備解鎖，然后再次掃描用過的機號，設備才可重新運行。建議整個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

四軸擰緊機和單軸擰緊機必須按照工藝規定的順序擰緊，設備才能持續運行。特別對于單軸擰緊機，不論是對單個螺栓進行返工還是擰緊全部18個缸蓋螺栓，都需要按照工藝規定的順序進行操作。

4.3連鎖防錯

四軸擰緊機和單軸擰緊機直接從電軸廠家的擰緊模塊中讀取數據和最終的合格信號，自身不再做判斷。

四軸擰緊機和單軸擰緊機工位作為一個整體，放行由單軸擰緊機收到的信號來確定，只有當單軸擰緊機有合格信號后才予以放行。如某四缸柴油機的18個缸蓋螺栓經四軸擰緊機擰緊，均合格后給單軸擰緊機發出合格信號，發動機自動放行；若經過四軸擰緊機后有不合格螺栓時，把不合格螺栓信息傳遞給單軸擰緊機，單軸擰緊機按照工藝要求進行返修，返修合格后把合格信號傳遞給裝配線控制器，發動機才能放行。

OP1110-L、OP1120-R和OP1130-R這3個工序沒有手動放行按鈕，代替的是鑰匙開關，鑰匙開關平時由現場的管理人員保管，當遇到故障的發動機或者其他不需要裝配缸蓋的情況時，用鑰匙開關進行放行，這樣就做到了零缺陷［4］。

4.4安全防錯

對于四軸擰緊機周圍用圍欄將其圍住，當操作人打開圍欄的安全門時，設備就會停止工作且無法啟動，故當設備正在運行時一般情況下不建議直接打開圍欄的門。

5　防錯技術實施后的效果

防錯技術運用恰當，不僅可以提高產品質量，還可以為企業帶來較好的經濟效益，表1即為某車間零缺陷改造的收益表，表2為該車間防錯技術實施前后的質量水平對比。

表1　某車間零缺陷改造費用清單

表2　某車間防錯裝置運用前后的質量水平對比

6　結束語

防錯技術對于提高發動機的裝配質量意義重大，同時也為企業帶來了可觀的經濟效益，防錯技術的方法也是多種多樣，企業可結合現狀進行大力推廣。在推進防錯技術的過程中也要考慮到實施成本，畢竟對于企業來講，防錯技術的目的還是為了能給企業帶來實際的經濟效益。

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

［2］梁國明，梁承歡.機械產品設計制造使用防錯方法［M］.北京：機械工業出版社，2014.

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

［4］閔亞能.零缺陷設計基礎講義.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，主要研究方向為工藝規劃、工藝技術和IE技術。