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看沃尔沃如何保证螺栓拧紧质量?

  核心提示:沃尔沃汽车不仅在拧紧设备硬件方面有着严格的要求和测试,同时在控制系统方面也有诸多的防错方式。

  螺栓连接是汽车厂总装车间常见且重要的装配方法,重要连接处的螺栓拧紧质量控制尤其关键,而且重要螺栓连接的拧紧信息必须保存10年以上,以作为汽车质量追溯的依据。
 
  车辆位置数据采集系统

  根据沃尔沃公司的标准,对于所有重要螺栓的拧紧,其设备不仅需要和工厂网络系统进行交互,同时还必须具备力矩和角度控制,以便实时监控螺栓状态和最终拧紧质量。

  对于静态连接,如安全带连接,我们不仅会监控最终的拧紧力矩,还需要监控螺栓拧入时的过程角度,从而保证螺栓拧紧时不会出现螺纹错牙等质量问题。

  而对于底盘件的螺栓连接,我们必须监控其拧紧时的最终角度,以保证螺栓拧紧时的质量。

  沃尔沃汽车非常重视对重要螺栓连接的质量保证,除了对拧紧设备高要求外,还自主研发了一套拧紧质量保证系统。该系统可以在生产时保证重要螺栓拧紧的正确性,并能在日后追溯每台车所有的重要连接的拧紧数据记录,其主要框架如图1所示。

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  图1中,车身位置数据采集系统通过每条线线头的RFID获取车身的序列号,并获取初始车身位置信息,进而通过输送线获取该车身在线体上运行时的不同位置信息;同时,在有必要的情况下通过安装在线体不同的位置的传感器来校正车身的位置信息,以获取更加精确的车身位置信息。

  车身位置数据采集系统作为一个基层系统,将工厂内每台车的位置信息准确地提供给其他系统,从而使其他系统能够在此基础上进一步和IT系统进行更多信息交互,获取到足够的任务信息。

  设备位置采集系统

  在线旁装配工位,我们一般会将工具安装在一个可移动的工具载体上,工具载体可在线体轨道上自由滑动,操作工可以根据需要滑动该工具载体并跟随车辆,及时拿取并使用工具。

  如何定位工具位置?如图2所示,我们在工位的起始位置安装了一个固定板,并在移动的工具载体上安装了一个激光器,用于测量工具载体到固定挡板的位置。这样,在我们滑动工具载体时,就可以计算出工具载体所处的相对位置,通过工具载体的位置信息,就能计算出工具所处的最大位置信息,从而为拧紧控制系统提供重要的工具信息。

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  SJC系统

  SJC(Screw Joint Control)系统的框架如图3所示,SJC系统是一套集成系统,它可以通过IT系统获取车身位置数据,采集系统的车身位置信息,从而获知每台车在本线体上的确切位置。

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  同时,SJC系统通过设备位置采集系统获取工具的位置,对比相关设置后,如果工具在允许的拧紧范围内,SJC就可以从IT的数据服务器系统(SQL Database service)获取该车的拧紧任务;同时待车身到达指定位置时,也要将前一台车的拧紧结果上传至服务器,以便保存和查询。SJC系统在获取拧紧任务后,会通过以太网按照工位IP地址信息下发给各个控制器,以便激活各个控制器下属的套筒选择器的相应套筒和拧紧数量,以防错拧和漏拧。

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  如图4所示,SJC系统会对每个工位进行配置,包括标定拧紧设备的位置信息、拧紧设备的使用范围(如Window Offset、Window Width)以及拧紧设备的报警点,一旦设备在规定的范围内没有完成拧紧任务,在通过该点后,SJC系统会自动发出报警信息,从而保证在该工位内,拧紧设备能够准确地拧紧每一颗螺栓。

  如图5所示,为了正确激活拧紧工具,我们需要根据该工位所需拧紧的螺栓位置以及工具的可达范围,正确配置工位的拧紧范围信息,从而保证拧紧设备在相对于车身的位置范围内能够被正确激活,既能保证生产的连续性,又不会错误激活下一台车的数据。该处的信息设置对于数据的正确性至关重要,必须充分验证。

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  系统防错功能

  在拧紧防错方面,沃尔沃汽车采用了一套以SJC系统为主导,通过车身位置数据采集系统和IT等其他系统来触发ANDON系统和沃尔沃汽车质量系统的拧紧防错系统。为了保证重要螺栓的拧紧质量,沃尔沃汽车通过以下几种主要方式来保证质量:

  1.SJC任务自动加载

  SJC获取到车身位置信息后,IT系统根据车身的序列号获取车型配置,并通过配置信息将每个工作站相应的拧紧任务发送至服务器。根据每个工位需要拧紧的螺栓位置及其范围,通过SJC系统,我们设置相对应的设备位置,一旦工具及载体进入该工作区域,拧紧设备就会被激活,SJC系统会自动从服务器获取其对应的拧紧任务。

  如果工具及载体移动到该区域之外时,拧紧设备将不能被使用。当拧紧设备再次移动到该工作区域时,之前的拧紧任务及其已有的拧紧结果都会被自动加载,不会出现数据丢失情况,从而保证点对点的数据精度,以便正确追溯每台车的拧紧结果。

  2.ANDON系统

  SJC系统还会与工厂的ANDON系统及沃尔沃汽车质量系统相连。当车身进入工位后,如果操作工没能在相应的距离完成本工位的拧紧任务,SJC系统会自动给ANDON发出信息,本工位的ANDON会被点亮,ANDON音乐也会响起,用以提示操作工。如果此时操作工顺利完成操作,SJC系统会自动发送复线信号,消除ANDON报警,线体也会自动运行起来。

  3.沃尔沃汽车质量系统

  沃尔沃汽车质量系统是沃尔沃汽车特有的一套质量管理系统,用来记录车辆所有与质量相关的问题。对于拧紧来说,如果操作工在本工位由于某种原因无法拧紧至合格参数,此时SJC系统会根据相应的车型信息发送拧紧任务至沃尔沃汽车质量系统并报警。该拧紧问题在被正确修复并被确认后,方可由相关人员关闭该问题。

  4.操作面板及套筒选择器

  根据每台车的不同配置,SJC系统会根据调取的拧紧任务,在操作面板上显示其需要拧紧的螺栓数量,并根据拧紧任务激活套筒选择器上相对应的套筒。同时,SJC可根据车型信息,在不更换套筒的情况下,为不同的车辆配置调取不同的拧紧参数,从而在保证拧紧质量的情况下减少设备需求量。

  如何100%保证重要连接的螺栓拧紧质量,是所有汽车厂都很重视的一个课题。沃尔沃汽车不仅在拧紧设备硬件方面有着严格的要求和测试,同时在控制系统方面也有诸多的防错方式。SJC系统作为沃尔沃汽车特有的拧紧控制系统,不仅能很好地保证螺栓拧紧质量,还能避免日常生产的漏拧和错拧,从而保证了每台沃尔沃汽车的质量。

  螺栓拧紧的控制方法

  1. 扭矩控制法

  定义:当拧紧扭矩达到某一设定的控制扭矩时,立即停止拧紧的控制方法。

  优点:控制系统简单、直接,易于用扭矩传感器或高精度扭矩扳手来检查拧紧的质量。

  缺点:控制精度不高(预紧力误差±25%左右),也不能充分利用材料的潜力。

  2. 扭矩-转角控制法

  定义:先把螺栓拧到一个不大的扭矩后,再从此点开始,拧一个规定的转角的控制方法。

  优点:螺栓轴向预紧力精度较高(±15%),可以获得较大的轴向预紧力,且数值可集中分布在平均值附近。

  缺点:控制系统较复杂,要测量扭矩和转角两个参数;且质检部门也不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查。

  3. 屈服点控制法

  定义:把螺栓拧紧到屈服点后,停止拧紧的一种方法。

  优点:拧紧精度非常高,预紧力误差可以控制在±8%以内;但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。

  缺点:拧紧过程需要对扭矩和转角曲线的斜率进行动态的、连续的计算和判断,控制系统的实时性、运算速度等都有较高的要求。

  (来源:ASME,Al制造,作者曾志,金蜘蛛紧固件网综合整理)

2018/10/11 9:55:00

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本文涉及话题: 技术

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