車身尺寸監(jiān)控及數(shù)據(jù)應(yīng)用

易平

上汽通用汽車有限公司武漢分公司 湖北省武漢市 430208

1 引言

車身尺寸的測(cè)量監(jiān)控作為尺寸工程工作中重要的一環(huán)，對(duì)整車質(zhì)量有著十分重要的作用。在傳統(tǒng)車身尺寸測(cè)量監(jiān)控模式下，尺寸監(jiān)控覆蓋率低，數(shù)據(jù)不夠全面，且反應(yīng)處理速度滯后。在智能制造戰(zhàn)略背景下，為提升質(zhì)量效益當(dāng)改變傳統(tǒng)監(jiān)控方式，實(shí)現(xiàn)測(cè)量監(jiān)控全面性、有效性、實(shí)時(shí)性，充分發(fā)揮先進(jìn)測(cè)量技術(shù)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合數(shù)據(jù)資源，提升反應(yīng)速度，抑制缺陷產(chǎn)生，降低成本，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)及過程智能化，是尺寸測(cè)量監(jiān)控發(fā)展的新趨勢(shì)。

2 傳統(tǒng)監(jiān)控模式

目前各大汽車廠主流的對(duì)零部件總成及白車身的尺寸監(jiān)控方式為抽樣進(jìn)行CMM測(cè)量（圖1）或檢具測(cè)量，通過抽樣測(cè)量結(jié)果來評(píng)價(jià)產(chǎn)品的符合性，并分析制造系統(tǒng)存在的問題，但抽樣檢測(cè)存在效率低和頻次低的缺點(diǎn)，抽樣頻率一般不足百分之一，而且車身制造工藝復(fù)雜、工序較多，在人、機(jī)、料等偶然因素作用下，抽樣測(cè)量有可能檢測(cè)到比較好的樣本而未暴露出問題，或者檢測(cè)到有偏差，但是樣本太少，無法做出準(zhǔn)確判斷，還需要再抽檢一個(gè)樣本，這樣一方面增加CMM的工作負(fù)荷，占用測(cè)量資源影響其他測(cè)量任務(wù)，繼續(xù)跟蹤過程中，這個(gè)問題的解決也會(huì)被拖延。無法精確的評(píng)估工藝穩(wěn)定性，無法及時(shí)的暴露尺寸波動(dòng)問題，是我們傳統(tǒng)尺寸監(jiān)控模式兩大缺點(diǎn)。

3 在線vision監(jiān)控

隨著機(jī)器人的廣泛應(yīng)用和先進(jìn)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，vision在線光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)引入制造過程有效解決了傳統(tǒng)監(jiān)控方法的缺點(diǎn)，作為CMM抽樣測(cè)量的補(bǔ)充，該系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)線每臺(tái)經(jīng)過vision工位的車身進(jìn)行檢測(cè)（圖2），為我們提供充足的數(shù)據(jù)來評(píng)估和改進(jìn)工藝制造能力、診斷制造過程異常，也為我們的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控做到100%檢測(cè)。

3.1 Vision系統(tǒng)特點(diǎn)

Vision在線測(cè)量系統(tǒng)采用3D掃描式激光測(cè)量傳感器、圖形處理以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)車身空間尺寸及位置度的精確測(cè)量。

相對(duì)于傳統(tǒng)式CMM探針接觸測(cè)量而言，其特點(diǎn)是：

非接觸：3D掃描式激光測(cè)量，無須接觸車身；

效率高：車輛不用上下生產(chǎn)線，平均3秒完成一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量；

全檢測(cè)量：關(guān)鍵尺寸點(diǎn)均可100%測(cè)量，實(shí)現(xiàn)車身尺寸的有效監(jiān)控尺寸偏差，

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

PLC、機(jī)器人、測(cè)量控制柜及測(cè)量傳感器的關(guān)系（圖3）：

PLC負(fù)責(zé)根據(jù)車型信息調(diào)用機(jī)器人程序，并且根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)控制測(cè)量循環(huán)；

機(jī)器人負(fù)責(zé)將激光測(cè)量傳感器精確到達(dá)測(cè)量位置，并發(fā)出測(cè)量信號(hào)；

測(cè)量控制柜在PLC控制的測(cè)量循環(huán)里面，根據(jù)機(jī)器人的測(cè)量信號(hào)來控制傳感器的發(fā)光與圖像處理，并在一個(gè)測(cè)量循環(huán)結(jié)束后實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)；

測(cè)量傳感器負(fù)責(zé)圖像的收集并回傳到測(cè)量控制柜進(jìn)行處理與計(jì)算。

通訊方式：PLC、機(jī)器人、測(cè)量控制柜3者之間是通過以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議通訊。

3.3 系統(tǒng)原理

在線測(cè)量工位我們一般布置4-6臺(tái)機(jī)器人，測(cè)量傳感器安裝在機(jī)器人法蘭盤上，由于傳感器和機(jī)器人都各自有自己的坐標(biāo)系，故要使每個(gè)傳感器都要關(guān)聯(lián)到同一個(gè)車身坐標(biāo)系下。使用激光測(cè)量?jī)x標(biāo)定vision工位以建立車身坐標(biāo)系，使用激光測(cè)量?jī)x標(biāo)定robot在車身坐標(biāo)系的位置，通過base finder讓機(jī)器人的底座中心與車身坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，設(shè)置法蘭中心TCP與傳感器的坐標(biāo)中心的關(guān)聯(lián)，通過tool finder軟件運(yùn)算后消除消除TCP與傳感器坐標(biāo)中心的固定偏差，通過控制器軟件的計(jì)算最終報(bào)告測(cè)量特征在車身坐標(biāo)系中的偏差值，計(jì)算公式如下：

3.3 分組測(cè)量模式

整車質(zhì)量監(jiān)控要求測(cè)量的測(cè)點(diǎn)越多越好，測(cè)點(diǎn)多則測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng)，影響生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍。上汽通用則采用了分組測(cè)量模式，在線檢測(cè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分組，將測(cè)點(diǎn)分為A、B兩類，A組為車身關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)組，為每次固定測(cè)量組，B組為循環(huán)測(cè)量組，分為多個(gè)循環(huán)組，測(cè)量程序按A+Bi（i=1~n）組方式進(jìn)行循環(huán)測(cè)量，采用這種測(cè)量模式既提高了數(shù)據(jù)應(yīng)用效率又不影響生產(chǎn)節(jié)拍，解決了有限的單次測(cè)量測(cè)點(diǎn)數(shù)和盡可能多的監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)需求之間的矛盾。

4 尺寸大數(shù)據(jù)應(yīng)用

我們通過測(cè)量收集了車身大量數(shù)據(jù)，上汽通用構(gòu)建有完善的數(shù)據(jù)測(cè)量采集、提取加工、存儲(chǔ)管理體系，我們把各類分散的數(shù)據(jù)納入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)GDIS尺寸信息系統(tǒng)中，它整合有沖壓件測(cè)量、車身CMM測(cè)量、車身vision測(cè)量、audit測(cè)量以及供應(yīng)商零部件等等測(cè)量數(shù)據(jù)。GDIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)所有部門的互聯(lián)共享，通過它我們能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析、計(jì)算以及智能評(píng)估等操作，也可用通過GDIS統(tǒng)計(jì)生成各類整車或區(qū)域合格率報(bào)告、工藝穩(wěn)定性報(bào)告、偏差報(bào)告、PP/PPK/CP/CPK報(bào)告、控制圖以及趨勢(shì)報(bào)告，從不同方面來了解產(chǎn)品尺寸質(zhì)量狀態(tài)，通過預(yù)設(shè)功能設(shè)置自己需要的報(bào)告模板，后續(xù)不需重新設(shè)置模板直接以網(wǎng)頁(yè)報(bào)告的模式打開。我們也開發(fā)了手機(jī)版GDIS系統(tǒng)，即使不在電腦旁，也可不受條件限制隨時(shí)隨地查詢測(cè)量數(shù)據(jù)，及時(shí)完成數(shù)據(jù)的處理和有效分析。

為提高制造質(zhì)量，我們?cè)跀?shù)據(jù)利用方面也有很多創(chuàng)新應(yīng)用。為抑制缺陷產(chǎn)生、防止缺陷流出，降低生產(chǎn)成本，需要制造過程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)預(yù)警，故我們充分利用vision在線測(cè)量數(shù)據(jù)。

4.1 與Andon暗燈系統(tǒng)相結(jié)合

我們把vision系統(tǒng)與車間Andon暗燈系統(tǒng)相連，我們測(cè)量軟件設(shè)置Alarm.RxData[3] .1和Alarm.RxData[3] .2兩個(gè)輸出變量，通過變量值是0還是1來判斷是否超差，變量Alarm.RxData[3] .1值為1則表示超出黃線監(jiān)控線，Alarm.RxData[3] .2值為1則表示超出紅線監(jiān)控線，PLC可以根據(jù)此來觸發(fā)塔燈亮或者生產(chǎn)線停線，同時(shí)測(cè)量超差位置及數(shù)據(jù)顯示在我們質(zhì)量門工位設(shè)置的大屏LED顯示器上，指示員工問題所在和嚴(yán)重等級(jí)，并采取相應(yīng)措施，在線返修或拉動(dòng)工程支持。

4.2 自動(dòng)報(bào)警軟件

為提高車間在線vision測(cè)量數(shù)據(jù)的報(bào)警速率和準(zhǔn)確率，替代人工大量數(shù)據(jù)查看和報(bào)警工作，我們開發(fā)了自動(dòng)報(bào)警軟件，vision測(cè)量完車輛后數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳后臺(tái)服務(wù)器，設(shè)置軟件報(bào)警算法并自動(dòng)化運(yùn)行，常規(guī)報(bào)警分為突變報(bào)警、波動(dòng)報(bào)警、均值報(bào)警和綜合報(bào)警，常規(guī)報(bào)警我們?cè)O(shè)計(jì)采用移動(dòng)控制線計(jì)算方法進(jìn)行報(bào)警輸出，取最近的100個(gè)樣本的數(shù)據(jù)計(jì)算極差R、方差S、均值X-bar，將以上統(tǒng)計(jì)量與其所對(duì)應(yīng)控制圖的上下控制線對(duì)比，看是否超出控制線存在超差，會(huì)得到數(shù)據(jù)突變、波動(dòng)加劇、均值偏移單種或綜合的報(bào)警類型，通過登錄報(bào)警軟件查看報(bào)警信息，不用人工對(duì)著大量測(cè)量數(shù)據(jù)去甄別發(fā)現(xiàn)問題，提升了工作效率。

4.3 報(bào)警數(shù)據(jù)手機(jī)移動(dòng)端推送

為便于工程師及時(shí)獲得報(bào)警信息并采取應(yīng)對(duì)措施，我們通過在服務(wù)器上外插SIM網(wǎng)卡配合專門開發(fā)的軟件，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警信息的手機(jī)短信、微信方式推動(dòng)，可以實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)異常情況進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警分為產(chǎn)品報(bào)警和過程報(bào)警兩類。產(chǎn)品報(bào)警，通過設(shè)定報(bào)警公差，當(dāng)零件狀態(tài)超出報(bào)警公差后，軟件發(fā)生短信或微信信息提醒用戶具體情況，及時(shí)采取措施避免后續(xù)不良影響以及客戶抱怨。過程報(bào)警，依據(jù)SPC相關(guān)的判定過程異常規(guī)則，設(shè)置過程報(bào)警條件，當(dāng)生產(chǎn)過程觸發(fā)報(bào)警條件后，軟件自動(dòng)發(fā)送出報(bào)警信息給用戶提醒具體情況，監(jiān)控制造過程，防止生產(chǎn)過程變異而產(chǎn)生批量缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

車身尺寸一直是各個(gè)汽車廠質(zhì)量控制要點(diǎn)和核心競(jìng)爭(zhēng)力，通過我們?cè)诠ぷ髦胁粩嗟脑囼?yàn)和總結(jié)，利用新技術(shù)和大數(shù)據(jù)，逐步完善我們的尺寸信息體系，強(qiáng)化車身尺寸信息管理，豐富尺寸質(zhì)量領(lǐng)域的管理手段，只有不斷創(chuàng)新才能提升中國(guó)汽車工業(yè)的制造質(zhì)量。