蒙國全，李敏虔

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

在發(fā)動機生產(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)動機下線質(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)和長期的操作能使犯錯的概率有所降低，但由于人本身的局限性，不可能做到百分之百的不犯錯。因此，要從根本上解決問題，光靠對員工的嚴格要求是不夠的，還必須從設(shè)備上著手，想方設(shè)法實現(xiàn)防錯功能的全覆蓋。

1 電槍簡介

目前螺栓擰緊的設(shè)備多種多樣，使用較為普遍的有風槍、電槍和擰緊機三種，而電槍因其較高的性價比被普遍應(yīng)用于發(fā)動機裝配工位。

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現(xiàn)大扭矩擰緊，能在工件各個角度上工作，而槍式電槍更適合實現(xiàn)小扭矩擰緊，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，都可實現(xiàn)多種扭矩擰緊，而這一功能是通過套筒選擇器進行電槍擰緊程序的切換（見圖3）。套筒選擇器上的每個套筒孔位與電槍上的扭矩是一一對應(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)的檢測功能，這是它能進行防錯控制的基礎(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)驗來確定，也沒有相關(guān)標準可查，因此，要真正發(fā)揮好電槍的防錯功能仍需做出更多努力。

2 重復(fù)擰緊防錯的難點及解決辦法

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)過的角度會非常小，幾近于零。從這方面講，要識別一顆螺栓是否正在被重復(fù)擰緊可通過監(jiān)控其擰緊角度來實現(xiàn)。作業(yè)過程中，只要給電槍監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置一個擰緊角度的下限值，在擰緊過程中檢測到螺栓轉(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，由于電槍計算角度時必須考慮兩個重要的參數(shù)：觸發(fā)扭矩（trigger）和臨界值。觸發(fā)扭矩是電槍進行精確控制的開始，扭矩值不能設(shè)得太小，否則會引起擰緊轉(zhuǎn)速和檢測數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定；臨界值是角度計算開始時的扭矩，必須大于或等于觸發(fā)扭矩，而螺栓在被擰緊時的絕大部分時間扭矩達不到觸發(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，電槍就會大量誤報。而由于現(xiàn)場操作過程中人員、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)擰緊防錯功能將形同虛設(shè)。從這兩個相互對立的限制條件上看，實現(xiàn)重復(fù)擰緊防錯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)驗及工件、螺栓的工藝參數(shù)，按表1對公司某條新生產(chǎn)線上的30把電槍的重擰防錯下限角度進行設(shè)置，經(jīng)50臺套發(fā)動機走線驗證后發(fā)現(xiàn)：有3把電槍將正常擰緊誤報成重復(fù)擰緊，10把電槍在重復(fù)擰緊螺栓時沒有報警，其余17把雖未報錯，但是其中大部分擰緊角度與預(yù)想中的相差甚大。從這個結(jié)果上講，僅靠經(jīng)驗以及硬性參數(shù)推測出的角度下限值很不可靠。要得到可靠的值，必須經(jīng)過細致的現(xiàn)場考察和大量的數(shù)據(jù)分析。

表1 第一次設(shè)定的防錯角度參數(shù)值

筆者對上述50臺套發(fā)動上的螺栓擰緊數(shù)據(jù)進行采集和分析后初步確定新的重復(fù)擰緊角下限角度，同時根據(jù)現(xiàn)場人員腕力大小、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角度進行了微調(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)對電槍重新進行設(shè)定，經(jīng)300多臺發(fā)動機生產(chǎn)及質(zhì)控部驗證后，未發(fā)現(xiàn)有誤報或是漏報的情況。

表2 第二次設(shè)定的防錯角度參數(shù)值

3 漏擰緊防錯的介紹

漏擰緊防錯主要是通過計數(shù)功能來實現(xiàn)。比如，一臺發(fā)動機上在某個工位裝配時需要擰緊10顆相同的螺栓，那么電槍就會累積計數(shù)10次；若計數(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)，限制托盤放行或報警；若計數(shù)已經(jīng)達到10次，那么電槍就會自鎖，不允許員工再往下擰緊，直到有新發(fā)動機流入后才會解鎖。實現(xiàn)這種控制方式必須滿足兩個前提條件：第一，電槍能自動識別新發(fā)動機；第二，重復(fù)擰緊防錯完全有效[2]。

對于上述第一個前提條件，目前有兩種方式可以滿足：第一種是改進線體，通過線體上的讀寫頭和托盤自動識別不同的發(fā)動機；第二種是通過人工錄入信息的方式識別不同的發(fā)動機。

如圖5所示，對于第一種方式，線體上安裝有讀寫頭，托盤對應(yīng)位置上安裝有標志模塊（即tag），每臺發(fā)動機上線時，員工都會通過讀寫頭將發(fā)動機的流水號寫入托盤的tag中，由于發(fā)動機在生產(chǎn)線上始終與托盤綁定，因此可認為托盤上的流水號即是發(fā)動機的唯一標志。當托盤流入一個工位時，就會刷掉前面托盤的流水號信息，并且通過讀寫頭將自己的流水號上傳，這樣電槍就能很快地判斷是否有新發(fā)動機流入。

圖5 線體上的托盤和讀寫頭

對于第二種方式，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)動機流入工位→掃描槍掃描條形碼/二維碼→電槍控制器刷新發(fā)動機信息→擰緊螺栓→計數(shù)合格放行→新發(fā)動機流入工位。由于增加了人工掃碼的工序，因此這種方式相對于第一種方式生產(chǎn)效率較低。

圖6 線體旁的掃描槍

對于上述第二個前提條件，由于重復(fù)擰緊一顆螺栓后如果被誤報為合格，那么后面少擰緊一顆就能滿足計數(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)擰緊防錯功能全部實現(xiàn)。

4 扭矩不合格防錯實施過程的介紹

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，擰緊時慣性過大，造成扭矩超出合格范圍；

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

由于電槍本身有良好的扭矩判斷功能，因此在絕大部分擰緊扭矩不合格的情況下，電槍都會發(fā)出報警信號，提醒員工糾正錯誤。然而，由于電槍本身沒有聲音提示，員工在匆忙時很可能忽略了報警信息。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，使電槍的報警功能與反轉(zhuǎn)功能聯(lián)系到一起，當電槍控制器收到不合格扭矩信號時，就會觸發(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。這個方法實施后，有效地避免了上述（1）和（2）所帶來的隱患和風險。

對于（3），由于在選錯扭矩的情況下電槍仍會“將錯就錯”地擰緊至該扭矩的合格值，電槍不會報警，因此上述的防錯程序也就無法觸發(fā)。對此，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，如果選錯了套筒，電槍就不會動作，如果一個套筒的擰緊次數(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。這個方案實施以后，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，并提出了對應(yīng)的防錯方案，這些方案經(jīng)實際生產(chǎn)驗證后取得了令人滿意的效果。但值得注意的是，發(fā)動機生產(chǎn)過程中的防錯控制既非一蹴而就，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劃，并嚴格地根據(jù)控制計劃對生產(chǎn)線進行周期性的驗證，以保證防錯功能的長期有效性。

[1]趙華堅，奚立峰．應(yīng)用防錯技術(shù)實現(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．面向制造的防錯設(shè)計研究[J]．機械設(shè)計與制造，2002（10）：235-236.

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