蒙國(guó)全，李敏虔

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)車間中，螺栓擰緊是裝配過程中非常重要的環(huán)節(jié)，也是許多工位工作量最大的部分。由于螺栓種類多數(shù)量大且相似性高，所以員工在操作時(shí)很容易出現(xiàn)失誤，引發(fā)質(zhì)量問題[1]。根據(jù)我公司的質(zhì)量問題清單和返修記錄表，我公司某車間在2011年9月、10月和11月出現(xiàn)的螺栓擰緊問題數(shù)分別占發(fā)動(dòng)機(jī)下線質(zhì)量問題總數(shù)的13.11%、8.47%和5.39%，其中滑牙問題分別1.64%、5.93%和3.00%，螺栓漏裝錯(cuò)裝問題分別占3.28%、0.85%和0.60%，螺栓松脫問題分別占4.92%、0.85%和0.60%，其它分別占3.28%、0.85%和1.20%.雖然我公司通過自檢互檢、抽檢等方式一定程度上降低了這些問題發(fā)生的概率，但是由于人員的差異性和流動(dòng)性及抽檢的不全面性，問題一直沒有得到根本性解決。

這些問題很大程度上是由于員工在操作過程中出現(xiàn)重復(fù)擰緊、漏擰緊及不完全擰緊等過失造成，雖然通過一定的培訓(xùn)和長(zhǎng)期的操作能使犯錯(cuò)的概率有所降低，但由于人本身的局限性，不可能做到百分之百的不犯錯(cuò)。因此，要從根本上解決問題，光靠對(duì)員工的嚴(yán)格要求是不夠的，還必須從設(shè)備上著手，想方設(shè)法實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)功能的全覆蓋。

1 電槍簡(jiǎn)介

目前螺栓擰緊的設(shè)備多種多樣，使用較為普遍的有風(fēng)槍、電槍和擰緊機(jī)三種，而電槍因其較高的性價(jià)比被普遍應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工位。

電槍有多種樣式，裝配車間中最為常用的是直柄電槍（見圖1）和槍式電槍（見圖2）。其中直柄電槍比較適合實(shí)現(xiàn)大扭矩?cái)Q緊，能在工件各個(gè)角度上工作，而槍式電槍更適合實(shí)現(xiàn)小扭矩?cái)Q緊，在工件的水平方向上操作比較方便。不論是直柄或是槍式電槍，都可實(shí)現(xiàn)多種扭矩?cái)Q緊，而這一功能是通過套筒選擇器進(jìn)行電槍擰緊程序的切換（見圖3）。套筒選擇器上的每個(gè)套筒孔位與電槍上的扭矩是一一對(duì)應(yīng)的。

圖1 直柄電槍

圖2 槍式電槍

圖3 套筒選擇器

電槍本身具有輸出扭矩、擰緊角度和擰緊次數(shù)的檢測(cè)功能，這是它能進(jìn)行防錯(cuò)控制的基礎(chǔ)。但是由于生產(chǎn)過程及緊固件配合的復(fù)雜性，這些參數(shù)的上下限監(jiān)控范圍不能單靠以往經(jīng)驗(yàn)來確定，也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可查，因此，要真正發(fā)揮好電槍的防錯(cuò)功能仍需做出更多努力。

2 重復(fù)擰緊防錯(cuò)的難點(diǎn)及解決辦法

要判斷一顆螺栓是否被重復(fù)擰緊，可以通過它轉(zhuǎn)過的角度來識(shí)別。在正常情況下，螺栓從開始旋轉(zhuǎn)到擰緊結(jié)束，需要轉(zhuǎn)過幾圈甚至十幾圈，而重復(fù)擰緊一顆螺栓，如果施加的扭矩一樣，那么螺栓轉(zhuǎn)過的角度會(huì)非常小，幾近于零。從這方面講，要識(shí)別一顆螺栓是否正在被重復(fù)擰緊可通過監(jiān)控其擰緊角度來實(shí)現(xiàn)。作業(yè)過程中，只要給電槍監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)擰緊角度的下限值，在擰緊過程中檢測(cè)到螺栓轉(zhuǎn)過的角度小于下限角，就說明這顆螺栓正在被重復(fù)擰緊，電槍監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出警告。然而，如圖4所示，由于電槍計(jì)算角度時(shí)必須考慮兩個(gè)重要的參數(shù)：觸發(fā)扭矩（trigger）和臨界值。觸發(fā)扭矩是電槍進(jìn)行精確控制的開始，扭矩值不能設(shè)得太小，否則會(huì)引起擰緊轉(zhuǎn)速和檢測(cè)數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定；臨界值是角度計(jì)算開始時(shí)的扭矩，必須大于或等于觸發(fā)扭矩，而螺栓在被擰緊時(shí)的絕大部分時(shí)間扭矩達(dá)不到觸發(fā)扭矩，更不用說臨界值了。因此，即便在正常擰緊的情況下，電槍計(jì)算出來的螺栓的擰緊角度也是非常小的，通常小于100°.這就嚴(yán)重地壓縮了重復(fù)擰緊角角度下限的設(shè)置范圍，即如果重復(fù)擰緊角度下限設(shè)定得太高，電槍就會(huì)大量誤報(bào)。而由于現(xiàn)場(chǎng)操作過程中人員、工件和螺栓材質(zhì)硬度、電槍反作用力及工件間墊圈有無軟硬等差異使重復(fù)擰緊的角度千差萬別：有的接近于零，有的能達(dá)到三四十度甚至更高。這就要求必須提高重復(fù)擰緊角的角度下限值，否則重復(fù)擰緊防錯(cuò)功能將形同虛設(shè)。從這兩個(gè)相互對(duì)立的限制條件上看，實(shí)現(xiàn)重復(fù)擰緊防錯(cuò)的最大困難在于如何界定其角度下限。

根據(jù)供應(yīng)商提供的經(jīng)驗(yàn)及工件、螺栓的工藝參數(shù)，按表1對(duì)公司某條新生產(chǎn)線上的30把電槍的重?cái)Q防錯(cuò)下限角度進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)50臺(tái)套發(fā)動(dòng)機(jī)走線驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)：有3把電槍將正常擰緊誤報(bào)成重復(fù)擰緊，10把電槍在重復(fù)擰緊螺栓時(shí)沒有報(bào)警，其余17把雖未報(bào)錯(cuò)，但是其中大部分?jǐn)Q緊角度與預(yù)想中的相差甚大。從這個(gè)結(jié)果上講，僅靠經(jīng)驗(yàn)以及硬性參數(shù)推測(cè)出的角度下限值很不可靠。要得到可靠的值，必須經(jīng)過細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)考察和大量的數(shù)據(jù)分析。

表1 第一次設(shè)定的防錯(cuò)角度參數(shù)值

筆者對(duì)上述50臺(tái)套發(fā)動(dòng)上的螺栓擰緊數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析后初步確定新的重復(fù)擰緊角下限角度，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員腕力大小、螺栓和工件材質(zhì)硬度、電槍的大小彎直、工件間墊片厚薄軟硬的不同對(duì)角度進(jìn)行了微調(diào)，按工位順序形成了如表2中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)對(duì)電槍重新進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)300多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)及質(zhì)控部驗(yàn)證后，未發(fā)現(xiàn)有誤報(bào)或是漏報(bào)的情況。

表2 第二次設(shè)定的防錯(cuò)角度參數(shù)值

3 漏擰緊防錯(cuò)的介紹

漏擰緊防錯(cuò)主要是通過計(jì)數(shù)功能來實(shí)現(xiàn)。比如，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上在某個(gè)工位裝配時(shí)需要擰緊10顆相同的螺栓，那么電槍就會(huì)累積計(jì)數(shù)10次；若計(jì)數(shù)少于10次，則生產(chǎn)線線體或是相關(guān)設(shè)備作出反應(yīng)，限制托盤放行或報(bào)警；若計(jì)數(shù)已經(jīng)達(dá)到10次，那么電槍就會(huì)自鎖，不允許員工再往下擰緊，直到有新發(fā)動(dòng)機(jī)流入后才會(huì)解鎖。實(shí)現(xiàn)這種控制方式必須滿足兩個(gè)前提條件：第一，電槍能自動(dòng)識(shí)別新發(fā)動(dòng)機(jī)；第二，重復(fù)擰緊防錯(cuò)完全有效[2]。

對(duì)于上述第一個(gè)前提條件，目前有兩種方式可以滿足：第一種是改進(jìn)線體，通過線體上的讀寫頭和托盤自動(dòng)識(shí)別不同的發(fā)動(dòng)機(jī)；第二種是通過人工錄入信息的方式識(shí)別不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。

如圖5所示，對(duì)于第一種方式，線體上安裝有讀寫頭，托盤對(duì)應(yīng)位置上安裝有標(biāo)志模塊（即tag），每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上線時(shí)，員工都會(huì)通過讀寫頭將發(fā)動(dòng)機(jī)的流水號(hào)寫入托盤的tag中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)線上始終與托盤綁定，因此可認(rèn)為托盤上的流水號(hào)即是發(fā)動(dòng)機(jī)的唯一標(biāo)志。當(dāng)托盤流入一個(gè)工位時(shí)，就會(huì)刷掉前面托盤的流水號(hào)信息，并且通過讀寫頭將自己的流水號(hào)上傳，這樣電槍就能很快地判斷是否有新發(fā)動(dòng)機(jī)流入。

圖5 線體上的托盤和讀寫頭

對(duì)于第二種方式，線體旁邊設(shè)有掃描設(shè)備，如圖6所示，這種方式的工藝順序是：發(fā)動(dòng)機(jī)流入工位→掃描槍掃描條形碼/二維碼→電槍控制器刷新發(fā)動(dòng)機(jī)信息→擰緊螺栓→計(jì)數(shù)合格放行→新發(fā)動(dòng)機(jī)流入工位。由于增加了人工掃碼的工序，因此這種方式相對(duì)于第一種方式生產(chǎn)效率較低。

圖6 線體旁的掃描槍

對(duì)于上述第二個(gè)前提條件，由于重復(fù)擰緊一顆螺栓后如果被誤報(bào)為合格，那么后面少擰緊一顆就能滿足計(jì)數(shù)要求，員工只要稍不注意，就可能造成漏擰緊的情況。因此，要解決漏擰緊的問題，必須先保證重復(fù)擰緊防錯(cuò)功能全部實(shí)現(xiàn)。

4 扭矩不合格防錯(cuò)實(shí)施過程的介紹

電槍擰緊工位螺栓扭矩不合格主要由以下幾點(diǎn)引起：

（1）員工在還沒完全擰緊的情況下就松開電槍開關(guān)，致使扭矩不足；

（2）電槍的轉(zhuǎn)速過高，擰緊時(shí)慣性過大，造成扭矩超出合格范圍；

（3）對(duì)于多扭矩電槍，由于有些工位套筒一樣扭矩不同，員工選擇套筒時(shí)容易混淆，進(jìn)而引起扭矩混淆，導(dǎo)致擰緊后超差。

由于電槍本身有良好的扭矩判斷功能，因此在絕大部分?jǐn)Q緊扭矩不合格的情況下，電槍都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒員工糾正錯(cuò)誤。然而，由于電槍本身沒有聲音提示，員工在匆忙時(shí)很可能忽略了報(bào)警信息。因此，在不合格扭矩出現(xiàn)后，必須使電槍觸發(fā)更加嚴(yán)格可靠的反應(yīng)來限制員工下一步的操作，才能百分之百地避免疏忽遺漏事故的發(fā)生。解決的辦法是，在電槍控制器內(nèi)設(shè)置一種程序，使電槍的報(bào)警功能與反轉(zhuǎn)功能聯(lián)系到一起，當(dāng)電槍控制器收到不合格扭矩信號(hào)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)該程序，即如果員工不反轉(zhuǎn)電槍，就不能再繼續(xù)往下擰。這個(gè)方法實(shí)施后，有效地避免了上述（1）和（2）所帶來的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于（3），由于在選錯(cuò)扭矩的情況下電槍仍會(huì)“將錯(cuò)就錯(cuò)”地?cái)Q緊至該扭矩的合格值，電槍不會(huì)報(bào)警，因此上述的防錯(cuò)程序也就無法觸發(fā)。對(duì)此，應(yīng)從套筒選擇器上著手，方法是，根據(jù)螺栓擰緊的工藝要求安排各個(gè)套筒的選擇順序和擰緊次數(shù)。每把電槍的擰緊順序和次數(shù)都是唯一的，如果選錯(cuò)了套筒，電槍就不會(huì)動(dòng)作，如果一個(gè)套筒的擰緊次數(shù)夠了，電槍就不能再繼續(xù)往下擰緊，直到更換新的套筒為止。這個(gè)方案實(shí)施以后，既有效地規(guī)范了員工的操作行為，又消除了因選錯(cuò)扭矩而引發(fā)的質(zhì)量問題，取得了良好的效果[3]。

5 結(jié)束語

本文淺析了電槍擰緊過程中常見的幾種可能引起質(zhì)量問題的操作行為，并提出了對(duì)應(yīng)的防錯(cuò)方案，這些方案經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證后取得了令人滿意的效果。但值得注意的是，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程中的防錯(cuò)控制既非一蹴而就，亦非一勞永逸，必須根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求制定出行之有效的控制計(jì)劃，并嚴(yán)格地根據(jù)控制計(jì)劃對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行周期性的驗(yàn)證，以保證防錯(cuò)功能的長(zhǎng)期有效性。

[1]趙華堅(jiān)，奚立峰．應(yīng)用防錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量零缺陷[J]．工業(yè)工程與管理，2002（4）：46-49.

[2]劉高鵬，張根寶．面向制造的防錯(cuò)設(shè)計(jì)研究[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2002（10）：235-236.

[3]陳麗華，周炳海．PFMEA與防錯(cuò)技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007，45（517）：61-64.