高自動化率工業制造生產線設備停臺維修思路研究

秦志剛，宋志強

（一汽—大眾汽車有限公司天津分公司，天津 301950）

0 引言

隨著《中國制造2025》戰略發布實施，中國制造業進入高自動化率、智能制造的變革時代，中國工業進入以提質增效為中心[1]的高質量發展階段。在這場變革中，設備成為當仁不讓的主角。隨著設備數量及其復雜性、精密性的提高，因設備故障帶來的設備綜合效率損失[2]成為影響生產效率的一個重要因素，這使得如何快速發現設備故障點并修復成為有意義的課題。

汽車制造業作為最典型的工業場景之一，更是大量采用先進機電一體化設備[3]以提高智能制造水平。結合10 年國內領先水平的汽車生產線設備管理實踐發現，在處理設備停臺時，大部分人還是依靠經驗解決問題，一旦經驗失效，就會有無從下手的感覺，從而造成設備故障點遲遲不能發現而造成停臺時間的延長，給企業帶來效率和成本的損失。

1 “一分為二”思路

故障點的鎖定是設備故障維修時最重要的一個環節，只有鎖定了故障點才能采取針對性措施，消除故障。但因整個自動化設備系統過于復雜，故障點的排查也往往較難。“一分為二”的維修思路在排查故障點時非常適用。

任何設備系統都是依據一定的工作結構原理組合在的一起的，“一分為二”就是在排查故障時，先參照整個自動化系統的工作原理結構圖，在合適的中間位置“切一刀”，將整個系統分割成兩個部分，分別判斷是否故障。第一次判斷后，在對有故障的部分，再在合適的中間位置“切第二刀”，第二次“一分為二”分別判定，直至排查出具體故障點。每一刀切的位置，可以根據經驗和判斷的難易快慢綜合取舍。每“切一刀”后，可以通過工具測量、功能測試、備件更換、現場同類設備對調等方法確定故障發生在那一部分，這些判定的工具和方法需要在日常工作中進行積累總結和固化。

以汽車生產線中的自動MAG 焊系統為例，其組成部分有：機器人自動控制系統和MAG 焊系統，MAG 焊系統又包含焊槍、拉絲機、焊接管束、送絲機、焊機、控制屏等部分（圖1）。當焊接系統出現無法送絲故障時，可以先在機器人自動控制系統和MAG 焊系統間“切一刀”，通過手動送絲，確定是機器人控制系統故障，還是MAG 系統故障。如果確定MAG 系統故障，可以在管束和拉絲機間“切第二刀”，將管束和拉絲機構斷開，再次手動送絲，確定哪部分故障。以此類推，直至確定故障點。

圖1 自動MAG 焊接系統

2 “將信將疑”思路

設備故障處理時，基本上都是團隊合作，隊員之間需要互相交流。但由于每個人的對技術的理解層次、對事情的習慣表達方式各不相同，在交流過程中，有時候會出現信息傳遞“跑偏”，影響故障判斷方向和解決方案制定。

舉例說明，在一次激光器停臺處理中，激光器因為內部冷卻水溫高于40 ℃，而報警“高溫急停”。通過對冷卻水箱中加入低溫水，可以快速降溫而解決此急停。員工A 負責向水箱中加入低溫水，并不斷向負責監控故障是否消除的員工B 詢問：“急停消除了嗎？”，員工B 一直回答：“急停未消除。”但是當水溫降到35 ℃時，員工B 依然回復急停未消除。此時員工A 覺得事情蹊蹺，到監控屏上親自查看發現事實上“高溫急停”已經消除，但是因為激光焊房門打開而在報警“外部急停”，此急停只需要復位即可。因為信息交流傳遞的跑偏，導致設備停臺時間延長了1 h。為避免此類問題，設備維修人員處理停臺時接收到任何信息后，都要保持“將信將疑”的態度，要認真求證，直到經自己判斷全部信息真實后，方可采用進行下一步維修判定。

保持“將信將疑”的態度，在以下3 種信息交接時更為重要：①故障第一現象信息的確認。故障第一現象的準確描述，對于準確判斷故障點至關重要要，一旦現象失真就會導致維修方向錯誤，甚至南轅北轍。舉例說明，同一閥島上的閥片A、B 分別控制氣缸A、B，正常工作時序是“閥片A 獲得控制信號，氣缸A動作后反饋到位信號；然后閥片B 獲得控制信號，氣缸B 動作后反饋到位信號”，如圖2 所示。一次設備故障時，通過觀察信號監控面板，員工描述第一故障現象為“閥片A 獲得控制信號時，氣缸A 不動作，而氣缸B 動作到位。”此故障只有兩種可能，或者閥片底座串氣，或者閥島控制單元內芯片損壞。經過長達2 h 的維修后，才發現真實的故障現象是“閥片A 獲得控制信號時，氣缸A 反饋動作到位，同時氣缸B 也反饋動作到位”。此故障的原因是上次改造時，錯誤地將氣缸A 的動作到位反饋信號，引入到氣缸B 動作反饋信號的監控面板指示燈上；②停臺時間跨越兩個班次時，兩個班次的維修人員在交接停臺信息和已完成的判定工作時；③使用“一分為二”的判定思路，確認故障部分時，尤其要注意是否用正確的判定工具和判定方法獲得的判定結果。

圖2 閥島控制系統

為了減少信息傳遞時的“跑偏”問題，要將故障描述語言、維修判定方法、維修工具使用方法等標準化，讓所有維修人員使用統一的專業化語言，保證信息傳送和接收的一致性。

3 變化點思路

設備常因日常磨損、設備固有缺陷、安裝不當、外界環境變化等原因導致損壞。除此之外，在沒有外界變化點干擾的情況下是不會無緣無故損壞的。因此，停臺處理過程中，通過排查變化點往往可以快速鎖定故障點。變化點的排查可以從以下6 個方面入手：

3.1 設備改造

當前制造業競爭壓力巨大，產品迭代速度決定著產品的市場競爭力。因此，產品迭代所進行的設備改造往往是與舊產品生產同步進行的。若設備發生故障時，生產線正在進行產品迭代設備改造，需要重點排查前一天的改造變化點，包括機械、電氣硬件安裝和軟件、程序、參數更新調試等。

3.2 程序優化

自動化設備生產動作的執行，采用先進控制與優化技術[4]。設備程序優化不能一蹴而就，是一個長期過程。因此設備程序優化是伴隨著產品的全生命周期的。若發生故障前進行過程序優化和修改，應重點進行排查。

3.3 備件更換

隨著設備的不斷運行，運動部件的磨損，備件更換是一項經常性工作。若是備件更換后產生的故障，可以重點排查備件問題，如備件的尺寸、安裝是否到位，參數是否設置正確，電控版本是否一致。

3.4 產品切換

隨著個性化定制服務需求的增加，制造業從大規模流水線生產轉向“多品種、小批量”的柔性自動化生產已是大勢所趨[5]，同一條產線可能具備生產多個產品的能力。設備發生故障如果正處在產品切換時，需要重點排查是否因產品切換導致。例如，產品雖然切換但設備工藝參數未切換；A 產品設備進行改造，但是未考慮到對B 產品生產的影響；硬件、程序優化后，只對A 產品生產進行驗證，未對B 產品的生產進行驗證等。

3.5 設備預修

為了保證設備正常運轉，在設備停產時，需要對設備進行潤滑、保養等預防性維修。停產后第一個工作日的故障往往高于其他工作日，此時需要考慮是否因為預修導致的故障，要對預修工作中涉及的位置進行排查。

3.6 人員變動

設備的長期使用者對其負責設備的特殊特性最了解，一旦人員變化，信息交接不全面，就會導致設備故障。所在企業采用了一種有釘沖鉚設備，當設備故障時，不能點復位，因為點擊復位后，設備會自動送一個新釘子，此時沖頭處已經有一個釘子，而帶來因為多一個釘子導致的二次停臺。

4 設備重啟、程序還原思路

自動化程度越高的生產線，其自動化設備的數量、種類、也越多，與之相匹配的程序也越繁雜[3]。與民用計算機系統類似，對于一些自動化設備系統故障，如系統文件丟失、程序邏輯有漏洞等問題在設備投入生產后難以避免。此類故障表現出的現象也不盡相同，難以提前識別所有故障現象，找到故障點。并且由于自動化設備程序都具有一定的封閉性，直接分析程序查找故障點難度也極高，耗費時間極長。這時，相較于查找故障點，對設備重新啟動初始化程序、還原程序，將一些文件重新導入，對處理此類故障更加簡單高效。

5 求助思路

自動化工業生產領域設備種類繁多，故障現象千變萬化，無論誰都無法做到全部精通。儒者集思廣益，群策群力，“求助”也是拓展維修思路的金鑰匙，設備維修人員要善于借助外部力量。求助對象有：對單體設備特性有足夠的了解的設備生產廠家；線體搭建和早期設備調試的線體商技術人員；有相同設備的兄弟單位維修人員等。通過在解決故障的過程中與求助對象交流學習，不僅可以解決實際問題，還可以促進雙方關系升溫，實現共贏。

6 總結

當前國內應用自動化技術生產的企業日益增多，各行業生產設備和生產方式各不相同，設備停臺處理方法和思路也就無法一言蔽之。論述的自動化設備停臺處理方法和思路可能并非在任何環境條件下都普遍適用，具體實踐還是要根據實際情況進行調整和轉化，但對于同行業具有一定借鑒意義。