一種車用空壓機半自動化裝配線的設計應用 Design and Application of Semi-automatic Assembly Line of Air Compressor

張大雙 ZHANG Da-shuang 魏恩發 WEI En-fa 馬輝 MA Hui

摘要：現階段，各空壓機廠的裝配過程的傳統裝配線多以手工裝配為主，裝配過程中因人為錯誤造成的質量問題較多，裝配效率較低。現設計開發一條空壓機總成裝配線，通過一線式防磕碰輸送線，關鍵工序自動裝配完成，并利用信息化管控完成數據追溯和過程CPK質量管控，實現多品種快速切換的半自動化裝配。

Abstract： At present， the traditional assembly line of the air compressor is mainly assembled by hand， and there are many quality problems and low assembly efficiencies caused by human errors in the process. Now we design and develop an assembly line of air compressor. Through the one-line anti-collision transmission line， the key processes are automatically assembled， and the information management controls can be used to complete the data tracings and the process CPK quality controls， and semi-automatic Assembly can make sure for quick switch of multi-varieties.

關鍵詞：空壓機;裝配線;自動化

Key words： air compressor;assembly line;semi-automatization

中圖分類號：TH45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0028-02

0? 引言

車用空壓機是汽車氣制動系統的造氣氣源，主要應用在中、重型載貨車及變型車上，屬汽車安全部件。近幾年來，隨著我國汽車工業的發展，車用空壓機在設計水平、工藝水平、產品品種及質量等方面都有了較大的發展和提高。目前空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）的裝配采用人工的裝配方式，配置人員較多且勞動強度較大，裝配時因人為錯誤造成的質量問題較多，裝配效率較低。本文中以空壓機作為例子，設計開發空壓機總成裝配線，通過一線式防磕碰輸送線，采用精準定位和AGV運輸系統，利用信息化管控完成數據追溯和過程CPK質量管控，取代人工裝配，實現半自動化裝配。

1? 設計背景

某公司主要生產車用空壓機，隨著市場的不斷擴大，現有裝配線已不能滿足公司的發展需求，為了減少人員和降低勞動強度，實現數據可追溯，提高產品裝配質量，因此有必要設計一種全新的半自動化空壓機裝配線，將傳統的人工體力勞動為主的裝配線改進為人機結合的半自動化裝配線，實現空壓機多品種的便捷快速的切換。

2? 設計方案

2.1 設計原則? 該空壓機裝配線為少品種大批量生產，采用單班工作制，每班7小時，每年工作251天，空壓機產能75000臺/年，單班產量300臺，產品換型時間不得超過3分鐘（包括工裝夾具）。根據空壓機的結構特點和安裝要求，按照空壓機可追溯性要求，選用合適的動力源和信息化系統，設計專用的安裝定位設備和輸送線，實現可追溯和記錄的半自動化裝配，減少因人為因素發生的質量問題。

2.2 裝配工藝過程簡介? 裝配線基本上延續手工裝配工藝過程，優化工裝托盤的結構來減少裝卸工件次數，同時增加各道工序的可追溯性和無紙化記錄的功能。裝配工藝流程大致如圖1。

3? 設計方案

3.1 主線體設計方案? 主線體的傳送線采用國內積放式柔性倍速差速鏈傳送，返板為上下返板立體環形結構。鏈速通過調整變頻器實現，啟動平穩，無沖擊、無異響，鏈速控制穩定。上下道工序輸送工裝板由滾子鏈帶動，工裝板到達下個工位時，由氣動阻擋器阻擋工裝板，待該工位工作完成后，按動雙手按扭（人工裝配位）將工裝板放行到下個工位或自動放行（自動化設備、檢測工位）。工裝板升降移載機構啟動平穩，速度可調并控制穩定。升降機位置轉換定位準確，無沖擊、無異響。輸送鏈采用板式輸送鏈，該輸送鏈采用防腐耐磨材料，結實耐用，有效防止工件磕傷。

該線體采用定位工裝托盤。該工裝根據產品需要特別設計，工件可在線旋轉，各工序的數據可根據工裝上的RFID讀寫系統將實時傳輸各工序數據。針對不同的產品，只需要通過更換定位盤，即可實現產品的快速換裝，大大縮短工裝換裝的時間。

3.2 生產及質量信息控制和數據處理系統? 整線所有檢測工位及扭力控制工位，工位有顯示屏顯示當前生產和檢測產品的質量信息，這些質量信息在工位的計算機及數據處理系統的工作站中進行存儲，根據需要可進行SPC統計和分析工作（中控計算機需安裝SPC軟件）。所有檢測工位具備所必須的網絡接口應用于數據的輸出。各單工位的質量數據應能傳輸及存儲到中控計算機上，中控計算機具有對檢測數據采集、分析、處理，能夠生成控制圖（如P 圖、nP 圖、X-R 圖、X-MS 等）和存儲、數據檢索、圖形建立、打印等功能。單件產品的過程質量數據信息應能與目前公司使用的條碼系統兼容與對應，根據總成的條碼能查詢到該工件所有工位的質量信息。線上設備自動掃描，工裝經過測試及擰緊設備時自動掃描條碼，對線下測試的工位，在工位上配置手持掃描槍，實現與總成條碼一一對應，形成一一對應的數據追溯系統。

3.3 質量追溯及生產信息管理系統? 本生產線通過RFID讀卡技術、數據庫技術，建立集成的生產現場控制平臺和完善的生產過程數據庫，實現對生產裝配過程的實時監控與質量追溯。生產信息集中到中控計算機管理，當班生產信息可以在中控計算機屏幕顯示。中控計算機預留生產信息和暗燈信息輸出接口，采用集中控制和管理整條流水線的生產信息狀態管理，質量數據信息自動存儲工作。

該裝配線采用整線集中控制方案，利用服務器主機（MES），通過Ethernet/工業現場總線，將各自動化單元工作站數據輸送到主工作站上完成數據采集和處理，實現無紙化記錄，為數據追溯和過程Cpk質量管控提供直接的數據來源。

各自動化單元采用掃碼器、程序編輯觸摸屏、RFID芯片及關鍵設備（包括傳感器、氣缸或氣缸組、伺服電機、壓力機等）上的可編程控制器等多種形式采集現場數據，通過Ethernet/工業現場總線，最終將數據傳輸到主服務器上。

3.4 主要機構模塊設計? 裝配線的關鍵設備的結構大致相同，基本上都是由機架、電動擰緊軸、氣動壓力裝置、控制系統、RFID讀寫系統等主要部分組成。均具有計數功能和存儲功能，不良品的記錄及報警功能。這些機構涵蓋空壓機裝配的所有擰緊工序，當螺栓擰緊過程中出現漏擰、不合格螺絲時會自動報警并記錄，有效避免傳統裝配線在擰緊工序中出現漏擰，扭力值過大或過小的情況，同時也能實現數據的實時跟蹤和追溯，替代傳統的手工記錄及畫標記的方法，為必要的質量分析提供更直接更客觀地數據。

后蓋擰緊工藝過程大致為：手動預緊后蓋螺栓后，工裝板帶工件移動至后蓋擰緊結構處，阻擋氣缸進行阻擋，頂升氣缸自動頂升定位，設備自動啟動，對角擰緊后蓋螺栓，工裝自動旋轉到位，測量機構自動測量曲軸的軸向間隙后，擰緊、測量數據上傳對應空壓機至數據庫，合格后放行至下一工序。空壓機的后蓋為四個孔，擰緊機構的擰緊軸是對角擰緊，密封墊或密封圈能受力均勻，有效減少泄漏風險。后蓋擰緊機構如圖2所示。

底蓋擰緊工藝過程大致為：手動依次將底蓋墊片，底蓋板、底蓋螺栓放在箱體上，預緊螺栓后，工裝板帶工件移動至底蓋自動擰緊機構處，阻擋氣缸進行阻擋，頂升氣缸自動頂升定位，啟動電動擰緊機將底蓋螺栓旋入并擰緊至規定的扭力值，通過設定好的模組可調節不同產品的擰緊位置，擰緊完成后可自動將工裝板上的工裝連帶工件一起翻轉180°，使缸蓋頂面向上，輸送帶自動流轉至下序。該擰緊機構的擰緊軸預設為兩根，根據空壓機缸數不同，可以手動進行調節，裝配單缸空壓機時，可卸下其中一根擰緊軸的軸頭;裝配雙缸空壓機時，兩根擰緊軸可實現同時擰緊。

缸蓋擰緊工藝過程大致為：工裝板帶工件移動到本工序，阻擋氣缸阻擋，頂升氣缸頂升定位，設備自動下降到需要的位置，六軸擰緊軸同時自動擰緊缸蓋螺栓。六軸擰緊槍的位置根據產品的不同通過擰緊軸控制器來手動調整邊距。六軸擰緊機同時擰緊缸蓋螺栓至要求的扭力值，使缸蓋墊片的受力均勻，減少缸蓋結合面的泄漏風險。

4? 空壓機整體裝配線驗證

經實際生產驗證，該空壓機半自動化裝配線的設計制造，能夠將人員配置從原來的35人減少到9人，單人產量提升約2倍，較大提高空壓機裝機效率。

5? 結論

該裝配線為半自動化線，較傳統手工裝配線，減少了人員操作的失誤，更好的識別零部件的質量一致性，通過信息化控制系統數據追溯和過程Cpk質量管控，實現無紙化記錄，從而提高了產品質量。目前，該裝配線只適用于整體氣缸體的空壓機類型，但可通過設計專用工裝和設備來增加裝配品種。該裝配線的整體設計思路可以為空壓機行業的全自動化裝配線提供有效參考。

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