一種車用空壓機半自動化裝配線的設(shè)計應用 Design and Application of Semi-automatic Assembly Line of Air Compressor

張大雙 ZHANG Da-shuang 魏恩發(fā) WEI En-fa 馬輝 MA Hui

摘要：現(xiàn)階段，各空壓機廠的裝配過程的傳統(tǒng)裝配線多以手工裝配為主，裝配過程中因人為錯誤造成的質(zhì)量問題較多，裝配效率較低?，F(xiàn)設(shè)計開發(fā)一條空壓機總成裝配線，通過一線式防磕碰輸送線，關(guān)鍵工序自動裝配完成，并利用信息化管控完成數(shù)據(jù)追溯和過程CPK質(zhì)量管控，實現(xiàn)多品種快速切換的半自動化裝配。

Abstract： At present， the traditional assembly line of the air compressor is mainly assembled by hand， and there are many quality problems and low assembly efficiencies caused by human errors in the process. Now we design and develop an assembly line of air compressor. Through the one-line anti-collision transmission line， the key processes are automatically assembled， and the information management controls can be used to complete the data tracings and the process CPK quality controls， and semi-automatic Assembly can make sure for quick switch of multi-varieties.

關(guān)鍵詞：空壓機;裝配線;自動化

Key words： air compressor;assembly line;semi-automatization

中圖分類號：TH45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0028-02

0? 引言

車用空壓機是汽車氣制動系統(tǒng)的造氣氣源，主要應用在中、重型載貨車及變型車上，屬汽車安全部件。近幾年來，隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，車用空壓機在設(shè)計水平、工藝水平、產(chǎn)品品種及質(zhì)量等方面都有了較大的發(fā)展和提高。目前空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）的裝配采用人工的裝配方式，配置人員較多且勞動強度較大，裝配時因人為錯誤造成的質(zhì)量問題較多，裝配效率較低。本文中以空壓機作為例子，設(shè)計開發(fā)空壓機總成裝配線，通過一線式防磕碰輸送線，采用精準定位和AGV運輸系統(tǒng)，利用信息化管控完成數(shù)據(jù)追溯和過程CPK質(zhì)量管控，取代人工裝配，實現(xiàn)半自動化裝配。

1? 設(shè)計背景

某公司主要生產(chǎn)車用空壓機，隨著市場的不斷擴大，現(xiàn)有裝配線已不能滿足公司的發(fā)展需求，為了減少人員和降低勞動強度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可追溯，提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量，因此有必要設(shè)計一種全新的半自動化空壓機裝配線，將傳統(tǒng)的人工體力勞動為主的裝配線改進為人機結(jié)合的半自動化裝配線，實現(xiàn)空壓機多品種的便捷快速的切換。

2? 設(shè)計方案

2.1 設(shè)計原則? 該空壓機裝配線為少品種大批量生產(chǎn)，采用單班工作制，每班7小時，每年工作251天，空壓機產(chǎn)能75000臺/年，單班產(chǎn)量300臺，產(chǎn)品換型時間不得超過3分鐘（包括工裝夾具）。根據(jù)空壓機的結(jié)構(gòu)特點和安裝要求，按照空壓機可追溯性要求，選用合適的動力源和信息化系統(tǒng)，設(shè)計專用的安裝定位設(shè)備和輸送線，實現(xiàn)可追溯和記錄的半自動化裝配，減少因人為因素發(fā)生的質(zhì)量問題。

2.2 裝配工藝過程簡介? 裝配線基本上延續(xù)手工裝配工藝過程，優(yōu)化工裝托盤的結(jié)構(gòu)來減少裝卸工件次數(shù)，同時增加各道工序的可追溯性和無紙化記錄的功能。裝配工藝流程大致如圖1。

3? 設(shè)計方案

3.1 主線體設(shè)計方案? 主線體的傳送線采用國內(nèi)積放式柔性倍速差速鏈傳送，返板為上下返板立體環(huán)形結(jié)構(gòu)。鏈速通過調(diào)整變頻器實現(xiàn)，啟動平穩(wěn)，無沖擊、無異響，鏈速控制穩(wěn)定。上下道工序輸送工裝板由滾子鏈帶動，工裝板到達下個工位時，由氣動阻擋器阻擋工裝板，待該工位工作完成后，按動雙手按扭（人工裝配位）將工裝板放行到下個工位或自動放行（自動化設(shè)備、檢測工位）。工裝板升降移載機構(gòu)啟動平穩(wěn)，速度可調(diào)并控制穩(wěn)定。升降機位置轉(zhuǎn)換定位準確，無沖擊、無異響。輸送鏈采用板式輸送鏈，該輸送鏈采用防腐耐磨材料，結(jié)實耐用，有效防止工件磕傷。

該線體采用定位工裝托盤。該工裝根據(jù)產(chǎn)品需要特別設(shè)計，工件可在線旋轉(zhuǎn)，各工序的數(shù)據(jù)可根據(jù)工裝上的RFID讀寫系統(tǒng)將實時傳輸各工序數(shù)據(jù)。針對不同的產(chǎn)品，只需要通過更換定位盤，即可實現(xiàn)產(chǎn)品的快速換裝，大大縮短工裝換裝的時間。

3.2 生產(chǎn)及質(zhì)量信息控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)? 整線所有檢測工位及扭力控制工位，工位有顯示屏顯示當前生產(chǎn)和檢測產(chǎn)品的質(zhì)量信息，這些質(zhì)量信息在工位的計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作站中進行存儲，根據(jù)需要可進行SPC統(tǒng)計和分析工作（中控計算機需安裝SPC軟件）。所有檢測工位具備所必須的網(wǎng)絡接口應用于數(shù)據(jù)的輸出。各單工位的質(zhì)量數(shù)據(jù)應能傳輸及存儲到中控計算機上，中控計算機具有對檢測數(shù)據(jù)采集、分析、處理，能夠生成控制圖（如P 圖、nP 圖、X-R 圖、X-MS 等）和存儲、數(shù)據(jù)檢索、圖形建立、打印等功能。單件產(chǎn)品的過程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息應能與目前公司使用的條碼系統(tǒng)兼容與對應，根據(jù)總成的條碼能查詢到該工件所有工位的質(zhì)量信息。線上設(shè)備自動掃描，工裝經(jīng)過測試及擰緊設(shè)備時自動掃描條碼，對線下測試的工位，在工位上配置手持掃描槍，實現(xiàn)與總成條碼一一對應，形成一一對應的數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)。

3.3 質(zhì)量追溯及生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)? 本生產(chǎn)線通過RFID讀卡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立集成的生產(chǎn)現(xiàn)場控制平臺和完善的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對生產(chǎn)裝配過程的實時監(jiān)控與質(zhì)量追溯。生產(chǎn)信息集中到中控計算機管理，當班生產(chǎn)信息可以在中控計算機屏幕顯示。中控計算機預留生產(chǎn)信息和暗燈信息輸出接口，采用集中控制和管理整條流水線的生產(chǎn)信息狀態(tài)管理，質(zhì)量數(shù)據(jù)信息自動存儲工作。

該裝配線采用整線集中控制方案，利用服務器主機（MES），通過Ethernet/工業(yè)現(xiàn)場總線，將各自動化單元工作站數(shù)據(jù)輸送到主工作站上完成數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)無紙化記錄，為數(shù)據(jù)追溯和過程Cpk質(zhì)量管控提供直接的數(shù)據(jù)來源。

各自動化單元采用掃碼器、程序編輯觸摸屏、RFID芯片及關(guān)鍵設(shè)備（包括傳感器、氣缸或氣缸組、伺服電機、壓力機等）上的可編程控制器等多種形式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過Ethernet/工業(yè)現(xiàn)場總線，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鞣掌魃稀?/p>

3.4 主要機構(gòu)模塊設(shè)計? 裝配線的關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)大致相同，基本上都是由機架、電動擰緊軸、氣動壓力裝置、控制系統(tǒng)、RFID讀寫系統(tǒng)等主要部分組成。均具有計數(shù)功能和存儲功能，不良品的記錄及報警功能。這些機構(gòu)涵蓋空壓機裝配的所有擰緊工序，當螺栓擰緊過程中出現(xiàn)漏擰、不合格螺絲時會自動報警并記錄，有效避免傳統(tǒng)裝配線在擰緊工序中出現(xiàn)漏擰，扭力值過大或過小的情況，同時也能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時跟蹤和追溯，替代傳統(tǒng)的手工記錄及畫標記的方法，為必要的質(zhì)量分析提供更直接更客觀地數(shù)據(jù)。

后蓋擰緊工藝過程大致為：手動預緊后蓋螺栓后，工裝板帶工件移動至后蓋擰緊結(jié)構(gòu)處，阻擋氣缸進行阻擋，頂升氣缸自動頂升定位，設(shè)備自動啟動，對角擰緊后蓋螺栓，工裝自動旋轉(zhuǎn)到位，測量機構(gòu)自動測量曲軸的軸向間隙后，擰緊、測量數(shù)據(jù)上傳對應空壓機至數(shù)據(jù)庫，合格后放行至下一工序?？諌簷C的后蓋為四個孔，擰緊機構(gòu)的擰緊軸是對角擰緊，密封墊或密封圈能受力均勻，有效減少泄漏風險。后蓋擰緊機構(gòu)如圖2所示。

底蓋擰緊工藝過程大致為：手動依次將底蓋墊片，底蓋板、底蓋螺栓放在箱體上，預緊螺栓后，工裝板帶工件移動至底蓋自動擰緊機構(gòu)處，阻擋氣缸進行阻擋，頂升氣缸自動頂升定位，啟動電動擰緊機將底蓋螺栓旋入并擰緊至規(guī)定的扭力值，通過設(shè)定好的模組可調(diào)節(jié)不同產(chǎn)品的擰緊位置，擰緊完成后可自動將工裝板上的工裝連帶工件一起翻轉(zhuǎn)180°，使缸蓋頂面向上，輸送帶自動流轉(zhuǎn)至下序。該擰緊機構(gòu)的擰緊軸預設(shè)為兩根，根據(jù)空壓機缸數(shù)不同，可以手動進行調(diào)節(jié)，裝配單缸空壓機時，可卸下其中一根擰緊軸的軸頭;裝配雙缸空壓機時，兩根擰緊軸可實現(xiàn)同時擰緊。

缸蓋擰緊工藝過程大致為：工裝板帶工件移動到本工序，阻擋氣缸阻擋，頂升氣缸頂升定位，設(shè)備自動下降到需要的位置，六軸擰緊軸同時自動擰緊缸蓋螺栓。六軸擰緊槍的位置根據(jù)產(chǎn)品的不同通過擰緊軸控制器來手動調(diào)整邊距。六軸擰緊機同時擰緊缸蓋螺栓至要求的扭力值，使缸蓋墊片的受力均勻，減少缸蓋結(jié)合面的泄漏風險。

4? 空壓機整體裝配線驗證

經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，該空壓機半自動化裝配線的設(shè)計制造，能夠?qū)⑷藛T配置從原來的35人減少到9人，單人產(chǎn)量提升約2倍，較大提高空壓機裝機效率。

5? 結(jié)論

該裝配線為半自動化線，較傳統(tǒng)手工裝配線，減少了人員操作的失誤，更好的識別零部件的質(zhì)量一致性，通過信息化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)追溯和過程Cpk質(zhì)量管控，實現(xiàn)無紙化記錄，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。目前，該裝配線只適用于整體氣缸體的空壓機類型，但可通過設(shè)計專用工裝和設(shè)備來增加裝配品種。該裝配線的整體設(shè)計思路可以為空壓機行業(yè)的全自動化裝配線提供有效參考。

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