你我拧紧装配线监控系统设计

拧紧装配线监控系统设计

当前，国内各大汽车厂发动机装配中的几道关键工序，比如油底壳和上罩盖的装配，已普遍采用全自动多轴拧紧机。拧紧机安装在滑台上，一台PLC控制传送带的启停、工件的定位、滑台的伸缩及拧紧机的启动，而整个拧紧过程则由拧紧机内的计算机根据预置的工艺参数独立控制。这种系统的主要问题是工艺参数调整困难，无法进行快速、准确的质量分析，难以进行全面有效的生产管理和统计管理。针对以上问题，作者为一汽集团第二发动机厂设计了拧紧机监控管理系统，用一台工控机借助WINDOWS操作系统的多任务能力对油底壳和上罩盖两条拧紧装配线进行监控和管理，较好地解决了上述问题。该系统已从1997年开始正常运行。

1 系统硬件构成

本系统以一台486工控机为核心，通过两个光电隔离RS232电流环串行口与两台拧紧机相连。硬件的基本配置如下：

工控机：

①486DX100CPU

②8M RAM

③850M HD

④3 FD

⑤2串1并通讯口

⑥键盘和鼠标

⑦VGA彩色CRT

一台500W UPS电源；

一台中英文图文打印机。

系统构成框图如图1所示。

图1 系统构成框图

2 系统功能

本系统的设计目标为：

(1)拧紧工艺参数设定；

(2)拧紧力矩曲线动态跟踪；

(3)所有工件拧紧结果存储；

(4)对可选范围内的工件进行质量分布和质量趋势分析；

(5)年度和月度产量及合格率统计分析；

(6)对任一工件，任一班组作业记录进行查询。

该系统软件功能强大，是工厂进行全方位质量管理的有效工具，其核心是工件数据库管理系统。

为实现上述设计目标，系统设置了系统管理、参数管理、曲线管理、质量管理、统计管理和班组管理等几组功能菜单，软件系统主画面如图2所示。

图2 系统主窗口示意图

本系统软件采用WINDOWS多窗口设计技术，以主窗口提供系统功能菜单，而以若干个子窗口显示各台设备拧紧作业情况，在下部以一个状态窗口显示各台设备当班产量、合格率及时间，各台设备拧紧结果窗口为重叠式。系统功能菜单对各台设备是公用的，操作对象是顶层窗口对应的设备，欲对某台设备进行操作，只需将其对应的窗口变成顶层窗口即可。本系统功能较多，顶层菜单下一般还有多级子菜单，选择各菜单后一般会出现对应的对话框指示用户进行必要的选择或输入，确认后系统执行响应的功能。

2.1 系统管理

该菜单下只有系统密码修改和操作员名单修改两项功能。

本系统中对后面将要介绍的拧紧参数修改和拧紧结果修改(对返修件)功能实行密码保护，密码修改功能提供了必要情况下对密码进行修改的手段，该功能与一般模具应加热至150⑵00度系统中的旧密码核准和新密码输入对话框是一样的。

操作员名单修改功能是为班组管理而设置的，使用该功能，系统管理员能设定和修改各台设备各班的操作员名单供操作员接班时选择自己的名字。操作员名单存储在一个单独的文件中。

2.2 参数管理

本系统中各台拧紧机的工艺参数都可以分别在现场和管理机上修改。若操作员在现场修改参数，管理员会收到通知消息，并自动将修改后的参数传到管理机上存盘。管理员也可在本机上修改各台设备的工艺参数并下传至拧紧机使其立即起作用。由于工艺参数的重要性，因此不论是在现场还是在管理机上修改参数，都需要经过密码核实方可进行。工艺参数在拧紧机和管理机上同步更新并有参数合理性检验。各台设备的工艺参数都以文件的形式存在磁盘上并作为管理机判断拧紧结果是否合格的标准。

2.3 曲线管理

本系统提供对各台拧紧机的任一轴的力矩/时间曲线和力矩/角度曲线(对有角度控制的系统)进行连续跟踪显示，存储和打印的功能，对存储曲线设置了显示，打印和删除功能。本功能是进行工艺参数调整，对螺孔及螺栓质量进行分析的有力工具。

要进行曲线跟踪，首先要选择设备号和轴号，确认后会出现如图3所示的力矩/时间曲线和力矩/角度曲线(对有角度控制的系统)显示窗口，该窗口中带有存储和打印菜单。对于存储曲线显示功能则带有打印和删除功能菜单。

图3 力矩/时间曲线显示窗口

随着拧紧过程的进行，窗口会实时画出跟踪曲线。拧紧结束后，最终力矩值和角度值会显示在曲线上方。此时如果想查看拧紧过程中任意时刻的力矩值，只需在力矩/时间曲线窗口上横向移动鼠标，则鼠标所在时刻所对应的力矩值和时间值即可显示在窗口上。而如果想查看对应某一角度的力矩值(对有角度控制的系统)，则只需在力矩/角度曲线窗口上横向移动鼠标，即可查看任意角度时的力矩值。

对于有典型意义的曲线可以存入磁盘或打印出来。

2.4 质量管理

质量管理功能菜单中包括主机关键件在加工中心上加工四项：质量分布直方图、质量趋势图、工件信息查询和工件数据修改，这些功能的实现都依赖于本系统的工件数据库系统。

本系统对每台拧紧机分别建立了各自的工件数据库，每个工件都对应一条记录，每个数据库都有一个主索引文件和若干个分索引文件。本系统的工件数据库系统结构是特殊设计的，使得数据库中只包含工件的力矩值和角度值，而工件的附属信息如加工时间、操作员和是否合格等包含在索引文件中。这样一来，数据库占用磁盘少，硬盘中可存储两台设备十年可加工的工件。而对于统计功能，则只需查询索引文件，使统计工作非常快。

本数据库系统提供按工件号和按时间/班组为线索两种查询方法，分别支持质量管理，统计管理和班组作业信息查询。

质量分布直方图就是采用扭矩范围法，根据统计学理论对指定工件序号范围内的几组连续样本进行力矩值分布分析并以直方图的形式表示出来，在图的下方也显示出UCL、LCL、CP、CPK、均值、范围等统计学数据供用户参考。需要指出的是，质量分析是针对单轴进行的，而统计分析(产量和合格率)则是针对工件进行的。

要进行质量分布分析，首先应选择设备号和轴号，再输入起始工件号、组数和每组样本数，确认后，系统经过查询和计算会显示如图4所示的质量分布直方图窗口。

图4 质量分布直方图窗口

本系统按常规统计学理论提供组数7到25，每族样本数7到25，按扭矩范围法进行的质量分布分析，本图可帮助工艺员对设备重复精度、工件质量等作出准确判断。

质量趋势就是采用扭矩范围法，根据统计学理论对指定工件序号范围内的几组连续样本进行力矩值趋势分析并以趋势图的形式表示出来，在图的下方也显示出UCL、LCL、CP、CPK、均值、范围等统计学数据供用户参考。

要进行质量分布分析，首先也应选择设备号和轴号，再输入起始工件号、组数和每组样本数，确认后，系统经过查询和计算会显示如图5所示的质量趋势图窗口。

图5 质量趋势图窗口

本图显示各组样本力矩均值的变化情况，工艺员可以根据该图中可能出现的连续上升、连续下降、均值超限等异常情况及时对拧紧机的各项参数进行调整，避免质量事故的发生。

工件信息查询功能提供对任意工件全部信息的查询，指定设备号和工件号后，系统会显示如图6所示的工件信息查询对话框。

图6 工件信息查询对话框

工件数据节约又低碳 青海省废旧沥青路面材料就地热再生技术效益显著修改对话框与图6外观一样，只是在经过密码核实后，允许修改力矩和角度值，该功能是为不合格件的返修而设置的。

2.5 统计管理

统计管理主要是对各台设备各班的年度、季度、月度产量及合格率进行统计并以报表和直方图的形式显示和打印。由于这几个表格都很大，在此略过。

2.6 班组管理

班组管理功能菜单中包括新班接班、本班交班和班组作业信息查询三项功能。

本系统为保证数据库信息的数据完整性，规定作业前必须在管理机上接班，作业结束后必须在管理机上交班，上一班交班前新班不能接班。接班主要是选择设备、班次及操作员，交班主要是对本班作业记录信息进行确认。

为进行全方位质量和生产管理，本系统设置了班组作业信息查询功能。选择设备号、作业时间和班次后，系统会显示如图7所示的班组作业信息对话框。

图7 班组作业信息查询对话框

济南新时期试金仪器有限公司全国知名企业本系统集工艺准备、生产过程监控、质量控制和统计报表等功能于一体，是工厂进行全方位质量管理的有力工具，经在一汽第二发动机厂实际应用，效果很好。