浅析汽车总装线电枪拧紧防错原理

李德鑫 邹凡刚

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545005

拧紧操作是汽车总装线非常重要的装配内容，对于像安全带、轮胎等关键零部件的扭矩紧固点，一般采用高精度电枪拧紧。电枪具有拧紧扭矩精度高，实时上传扭矩及拧紧曲线数据，以及通过设定约束条件，探测并报警重拧、粘滑、滑牙等多种拧紧缺陷的优点。

1 防错概述

1.1 防错的定义及目的

防错，即预防缺陷的发生和逃逸，是通过设计、工装、工艺等方法，消除潜在的缺陷发生，或缺陷发生后，及时探测识别并将其造成的影响限制在可控的范围内，从而提高装配质量和效率，缩小缺陷影响范围，降低缺陷造成的损失。

1.2 防错的分类

根据防错实施阶段的不同，可以将防错分为设计防错和过程防错两类。设计防错是指在零件设计阶段，识别潜在的失效模式，并通过优化设计，消除可能发生缺陷的一种方法。例如，某零件4颗螺栓固定，固定位置呈现矩形对称结构，存在安装方向错误（水平转动180°也能装配）的风险，通过缩短一侧2颗螺栓的间距，使螺栓固定位置呈现等腰梯形结构，实现安装方向的唯一，从而消除零件安装方向错误缺陷的发生。

过程防错是指在装配过程中，通过工艺、工具、工装等方法消除或降低缺陷的发生概率。例如，车辆外观标牌的粘贴，存在粘贴位置偏差，歪斜等问题，通过制作限位工装，实现标牌粘贴位置的标准化，降低了粘贴不到位缺陷的发生率；生产线某工位需要使用不同扭矩扳手施加A/B两种螺栓，扭矩分别为10N.m和13N.m，使用套筒一致，存在将两种螺栓施加错误扭矩的风险，通过工艺优化，将该工位B螺栓（13N.m）装配内容调整到其他工位，从而避免了施加扭矩错误的缺陷发生。

1.3 电枪防错

生产线电枪施加扭矩属于过程防错。汽车总装线常见的电枪防错一般包括三部分，①通过扫描车辆配置信息单的电枪代码，自动调取对应的拧紧程序（拧紧扭矩及打紧颗数等），消除人工施加错误扭矩的风险；②通过拧紧程序增加时间、角度、扭矩等约束条件，对粘滑、滑牙、夹异物等缺陷进行探测及报警；③通过与机运线关联，实现拧紧缺陷的不可逃逸性（拧紧不合格导致机运线停止运行，故障车不可逃逸出工位）。

2 电枪拧紧缺陷不可逃逸系统

2.1 缺陷不可逃逸系统的组成

电枪拧紧缺陷不可逃逸系统主要包含三部分，探测端、判定端和执行端。探测端主要包括电枪及传输信号线；判定端主要包括机运线I/O控制模块和PLC逻辑程序；执行端主要是机运线驱动电机及相关信号传输线。如图1所示。

2.2 缺陷不可逃逸系统工作原理

电枪拧紧缺陷不可逃逸系统工作原理分为三个阶段，一是预置不合格信号（计数+1）；二是清除不合格信号（计数-1）；三是状态判定及采取措施。

图1 缺陷不可逃逸系统主要组成部分

第一阶段，预置不合格信号。当新的车辆进入生产线，触发进位开关后，机运线PLC控制模块会向该生产线所有电枪岗位预置不合格信号，即每个电枪岗位对应的计数器+1。如图2所示，假设某生产线有3个电枪岗位，当C车进入生产线（触发进位开关），机运线PLC控制模块向3把电枪预置不合格信号，每把电枪对应的计数器+1。

第二阶段，清除不合格信号。以图2模拟的生产线为例，当C车进入01电枪岗位（生产线车辆为串联排列，此时B车进入02电枪岗位， A车进入03电枪岗位），三个岗位员工操作电枪开始正常装配拧紧，当完成操作，拧紧状态合格时，电枪控制器I/O信号端发出合格信号，经过机运线I/O模块转换，机运线PLC控制模块收到合格信号后，发出清除不合格信号指令（计数器-1），计数从1变为0。以02岗位电枪完成B车装配为例，清除不合格信号过程如图3所示。

第三阶段，状态判定及采取措施。当新车辆进入生产线，触发进位开关，机运线PLC控制模块对该生产线所有电枪岗位预置不合格信号（计数+1），同时检查所有电枪对应计数器的状态，当发现计数大于1时，判定计数异常，发出停止信号给机运线驱动电机，机运线停线，报警声响起，同时将计数异常点对应的电枪岗位号显示在看板上。例如，以02岗位电枪未完成B车拧紧操作为例，电枪无合格信号发出，对应计数器仍然为1，当D车进入生产线，触发进位开关后，机运线PLC控制模块对所有电枪预置不合格信号（计数+1），此时02岗位对应计数器计数从1变为2，机运线PLC控制模块判定为异常，生产线停线，看板显示02工位。如图4所示。

图2 预置不合格信号示意图

图3 清除不合格信号示意图

图4 02岗位未完成拧紧操作导致停线示意图

3 电枪防错常见问题

3.1 正常拧紧后无法放行机运线

电枪拧紧扭矩合格后，当车辆到达出工位线（FPS）时，机运线停线。主要原因是机运线PLC控制模块没有接收到电枪拧紧的合格信号，导致预置的不合格信号无法被清除。潜在的风险点有两个，一是电枪控制器I/O信号端口无法发出信号；二是从电枪到机运线PLC控制模块的信号线路故障。可以用万用表检测风险点，确认具体故障点。

3.2 电枪未拧紧合格机运线不停线

当员工未能操作电枪完成拧紧时，车辆到出工位线，机运线不停线，看板无报警。主要原因是机运线PLC控制模块持续收到合格信号，清除预置不合格信号的指令被持续发出。潜在的风险点主要有两个，一是信号线路出现短路；二是机运线PLC控制模块对应岗位的计数器功能故障，无法正常计数。线路问题可以通过万用表进行排查，计数器问题可以通过更换PLC程序计数器来判定。

4 预防性措施

根据生产过程中的发现的问题，在建设或改造生产线时，建议采取预先性的预防措施，减小生产线电枪拧紧缺陷不可逃逸系统发生故障的概率，主要包括几方面：①增加机运线I/O模块数量，减小每个模块覆盖电枪岗位的数量，缩短I/O信号线的接线长度，降低信号衰减；②选用的信号线线径适当加大，从电枪控制器到机运线I/O模块用整条线连接，避免中间有接线；③对于带导轨可随车移动式的电枪，信号线需要具备高柔性及物理包裹防护，避免长时间弯折导致线路老化和磨损；④适当增加传输合格信号电压，使电压稳定可靠，防止电压波动造成合格信号传输间歇性失败；⑤提高信号线接线质量，避免人为接线质量差导致的线路断开或短路；

5 未来展望

随着汽车制造技术的进步，未来汽车总装线的智能化水平将逐步提高。目前电枪防错系统依靠有形的导线传递信息（数据通过网线传输，信号通过导线传输），不可避免的产生施工难度大，费时费力费钱，检修及维护成本高等缺点。未来电枪防错系统将朝着“无线化”“模块化”“集约化”的方向发展，电枪防错系统的各种数据和信号整合在一起，依靠分布在生产线的信号模块，通过无线网，实现打包传输。

6 结束语

本文主要探讨了汽车总装生产线电枪拧紧防错原理，重点就电枪拧紧缺陷不可逃逸系统进行分析，结合在生产运行过程中遇到的防错失效等问题，提出有针对性的预防措施，并对将来电枪防错系统的发展进行一定程度的展望和思考。