王樸，王欣，安靜勝，賈凱凱，趙帥

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

裝焊車間涉及前門(mén)、后門(mén)、機(jī)蓋、后備箱和翼子板的裝配，在早些時(shí)候，大多數(shù)裝配工作都是由工人完成，他們按照規(guī)定的裝配工藝擰緊，自動(dòng)化率、生產(chǎn)效率和質(zhì)量合格率都相對(duì)較低。然而，電動(dòng)擰緊工具具有精度高、擰緊程序可編程、工藝質(zhì)量監(jiān)控等功能，并可以與輔助質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備通訊（例如信號(hào)燈、工藝質(zhì)量顯示屏等），實(shí)現(xiàn)通過(guò)Profinet與PLC通訊進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制、通過(guò)PLUS上傳擰緊數(shù)據(jù)至服務(wù)器和IPM系統(tǒng)等多種通訊方式。下面將分別對(duì)APEX和BOSCH生產(chǎn)應(yīng)用和智能制造實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 APEX擰緊工藝系統(tǒng)

在裝焊車間，APEX專門(mén)用來(lái)擰緊前門(mén)，為了提高線速和保證擰緊質(zhì)量的穩(wěn)定性，在吊具工裝和控制氣路組成的夾持機(jī)構(gòu)賦能下，吊具工裝如圖1所示，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右車門(mén)8個(gè)擰緊位置的擰緊，吊具控制氣路如圖2所示。其工作流程為：吊具固定在桁架上，初始狀態(tài)電磁閥控制鎖銷實(shí)現(xiàn)升降支架保持在上升位，當(dāng)白車身到位后，解除鎖銷，升降支架通過(guò)吊具軌道向下運(yùn)動(dòng)，升降支架下降到工作位，氣缸夾緊后鎖銷，加工人通過(guò)拉把手向兩側(cè)將擰緊基座拉至擰緊工作位后傳感器檢測(cè)到該位置，鎖止氣缸將擰緊基座鎖住，擰緊基座機(jī)械自適應(yīng)尋找符合該車身的擰緊位置，APEX系統(tǒng)開(kāi)始擰緊工藝，擰緊完成后加工人上擰緊螺栓，之后鎖止氣缸和銷子解鎖，升降支架回到初始狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程由PLC進(jìn)行電氣控制。

圖1 吊具工裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 吊具控制氣路示意圖

因?yàn)檐嚿頂Q緊位置都會(huì)有輕微變化，關(guān)于擰緊基座如何實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)尋找擰緊位置以使APEX套筒套入螺栓，其原理為：從選材上，為使加工人能較輕松的拉動(dòng)整個(gè)擰緊基座，擰緊基座選材為鋁7075，既能保持一定的強(qiáng)度也能保證輕量化；從結(jié)構(gòu)上，擰緊基座通過(guò)滑塊與軌道實(shí)現(xiàn)上下左右移動(dòng)，在擰緊軸被拉向工作時(shí)在外力的作用下會(huì)通過(guò)移動(dòng)至車身孔，此外主定位銷和導(dǎo)向銷會(huì)在拉向車身時(shí)起到橫向?qū)蜃饔茫瑪Q緊基座結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 擰緊基座結(jié)構(gòu)圖

APEX通過(guò)氣路、機(jī)械、PLC、傳感器組成的綜合載體具有自適應(yīng)功能、斷氣保護(hù)功能、鎖止功能、邏輯控制功能，能夠?qū)ふ液线m擰緊位置達(dá)到規(guī)定扭矩，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)半柔性的擰緊工藝，具備一定的智能化水平。

2 BOSCH擰緊工藝系統(tǒng)

BOSCH擰緊系統(tǒng)應(yīng)用在全機(jī)器人四門(mén)兩蓋高度自動(dòng)化生產(chǎn)線，與VMT在線檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、PLC、PLUS、IPM組成高度智能化擰緊工藝，是智能制造領(lǐng)域里程碑式的技術(shù)模式。其工作流程如圖4。

圖4 BOSCH擰緊工藝通訊控制過(guò)程

與APEX擰緊流程相比，VMT和機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和柔性化的關(guān)鍵，BOSCH擰緊工藝通訊控制過(guò)程如圖4，其具體實(shí)現(xiàn)路徑為：白車身到位后，機(jī)器人1帶著擰緊軸去IFSYS自動(dòng)送釘站取釘，機(jī)器人2抓著工件到達(dá)測(cè)量位置，VMT檢測(cè)工件與車身之間的間隙、平順度、距離、輪廓等尺寸數(shù)據(jù)，計(jì)算與理論數(shù)據(jù)之間的偏差，VMT輸出偏移值給機(jī)器人，機(jī)器人1到達(dá)在“原定軌跡數(shù)據(jù)+偏移值”得出的擰緊位置，浮動(dòng)機(jī)構(gòu)自適應(yīng)到達(dá)最終擰緊位置，BOSCH擰緊系統(tǒng)進(jìn)行擰緊，擰緊完畢后，VMT再次測(cè)量車身數(shù)據(jù)然后將數(shù)據(jù)上傳至PLUS。

其高度智能水平體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）VMT可攜帶線激光傳感器、點(diǎn)傳感器、工業(yè)照相機(jī)等傳感設(shè)備，可顯示擰緊前后具體測(cè)點(diǎn)車身尺寸數(shù)據(jù)偏差值，每輛白車身、四門(mén)兩蓋都有尺寸值波動(dòng)，在VMT系統(tǒng)算法計(jì)算下，BOSCH也能針對(duì)每輛車尋找最合適的位置實(shí)施擰緊工藝；（2）車身擰緊結(jié)果可在博圖HMI界面中顯示具體擰緊位置工藝質(zhì)量，車身尺寸數(shù)據(jù)可追溯，且四門(mén)兩蓋裝配車身數(shù)據(jù)與每輛白車身綁定；攜帶VMT機(jī)器人在sensor tree處實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳感器位置校準(zhǔn)，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器位置變化，也可反過(guò)來(lái)證明車身來(lái)件是否有尺寸波動(dòng)；（3）BOSCH擰緊控制柜最多可以帶四根擰緊軸，并且控制柜與擰緊軸都是模塊化制造，如遇設(shè)備故障，皆可以更換具體模塊代替更換整個(gè)系統(tǒng)，在更換質(zhì)量相關(guān)零件或者扭矩校核有效期過(guò)期后，質(zhì)量部門(mén)可實(shí)現(xiàn)擰緊系統(tǒng)在線扭矩校核；（4）無(wú)需人工上擰緊螺栓，IFSYS送釘站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送釘，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取釘與卸釘；全線機(jī)器人作業(yè)，工藝質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)節(jié)拍得到保障。

3 擰緊質(zhì)量保證策略

為保證擰緊工具擰緊質(zhì)量，分為以下多個(gè)途徑綜合保證車身擰緊質(zhì)量：（1）質(zhì)量部工具室會(huì)定期將每把擰緊工具進(jìn)行扭矩校核并貼有效期標(biāo)簽；（2）在擰緊工具控制器實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量監(jiān)控是動(dòng)態(tài)扭矩，擰緊工具后續(xù)工位會(huì)有二手緊對(duì)車身殘余靜態(tài)扭矩進(jìn)行校核；（3）如果擰緊工具需要保養(yǎng)或者損壞，供應(yīng)商和維修部門(mén)將進(jìn)行修復(fù)和保養(yǎng)并通知質(zhì)量相關(guān)部門(mén)進(jìn)行扭矩校核；（4）內(nèi)外部質(zhì)量審核工作會(huì)對(duì)整個(gè)質(zhì)量體系進(jìn)行檢查審核，保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都在標(biāo)準(zhǔn)化工作。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本文分析可知，隨著PLC技術(shù)、擰緊技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，越來(lái)越多的汽車生產(chǎn)廠引進(jìn)并使用智能制造技術(shù)，多種技術(shù)的綜合運(yùn)用在時(shí)間效益、經(jīng)濟(jì)效益、擰緊質(zhì)量、智能水平等方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為一種先進(jìn)制造領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)計(jì)，制造工藝的自動(dòng)化率、工藝質(zhì)量穩(wěn)定性、工藝數(shù)據(jù)可追溯性、人機(jī)交互程度、數(shù)據(jù)可追溯性等可作為評(píng)價(jià)智能制造水平的指標(biāo)。