高自动化率工业制造生产线设备停台维修思路研究

2022-06-01秦志刚宋志强

设备管理与维修 2022年8期

秦志刚，宋志强

（一汽—大众汽车有限公司天津分公司，天津 301950）

0 引言

随着《中国制造2025》战略发布实施，中国制造业进入高自动化率、智能制造的变革时代，中国工业进入以提质增效为中心[1]的高质量发展阶段。在这场变革中，设备成为当仁不让的主角。随着设备数量及其复杂性、精密性的提高，因设备故障带来的设备综合效率损失[2]成为影响生产效率的一个重要因素，这使得如何快速发现设备故障点并修复成为有意义的课题。

汽车制造业作为最典型的工业场景之一，更是大量采用先进机电一体化设备[3]以提高智能制造水平。结合10 年国内领先水平的汽车生产线设备管理实践发现，在处理设备停台时，大部分人还是依靠经验解决问题，一旦经验失效，就会有无从下手的感觉，从而造成设备故障点迟迟不能发现而造成停台时间的延长，给企业带来效率和成本的损失。

1 “一分为二”思路

故障点的锁定是设备故障维修时最重要的一个环节，只有锁定了故障点才能采取针对性措施，消除故障。但因整个自动化设备系统过于复杂，故障点的排查也往往较难。“一分为二”的维修思路在排查故障点时非常适用。

任何设备系统都是依据一定的工作结构原理组合在的一起的，“一分为二”就是在排查故障时，先参照整个自动化系统的工作原理结构图，在合适的中间位置“切一刀”，将整个系统分割成两个部分，分别判断是否故障。第一次判断后，在对有故障的部分，再在合适的中间位置“切第二刀”，第二次“一分为二”分别判定，直至排查出具体故障点。每一刀切的位置，可以根据经验和判断的难易快慢综合取舍。每“切一刀”后，可以通过工具测量、功能测试、备件更换、现场同类设备对调等方法确定故障发生在那一部分，这些判定的工具和方法需要在日常工作中进行积累总结和固化。

以汽车生产线中的自动MAG 焊系统为例，其组成部分有：机器人自动控制系统和MAG 焊系统，MAG 焊系统又包含焊枪、拉丝机、焊接管束、送丝机、焊机、控制屏等部分（图1）。当焊接系统出现无法送丝故障时，可以先在机器人自动控制系统和MAG 焊系统间“切一刀”，通过手动送丝，确定是机器人控制系统故障，还是MAG 系统故障。如果确定MAG 系统故障，可以在管束和拉丝机间“切第二刀”，将管束和拉丝机构断开，再次手动送丝，确定哪部分故障。以此类推，直至确定故障点。

图1 自动MAG 焊接系统

2 “将信将疑”思路

设备故障处理时，基本上都是团队合作，队员之间需要互相交流。但由于每个人的对技术的理解层次、对事情的习惯表达方式各不相同，在交流过程中，有时候会出现信息传递“跑偏”，影响故障判断方向和解决方案制定。

举例说明，在一次激光器停台处理中，激光器因为内部冷却水温高于40 ℃，而报警“高温急停”。通过对冷却水箱中加入低温水，可以快速降温而解决此急停。员工A 负责向水箱中加入低温水，并不断向负责监控故障是否消除的员工B 询问：“急停消除了吗？”，员工B 一直回答：“急停未消除。”但是当水温降到35 ℃时，员工B 依然回复急停未消除。此时员工A 觉得事情蹊跷，到监控屏上亲自查看发现事实上“高温急停”已经消除，但是因为激光焊房门打开而在报警“外部急停”，此急停只需要复位即可。因为信息交流传递的跑偏，导致设备停台时间延长了1 h。为避免此类问题，设备维修人员处理停台时接收到任何信息后，都要保持“将信将疑”的态度，要认真求证，直到经自己判断全部信息真实后，方可采用进行下一步维修判定。

保持“将信将疑”的态度，在以下3 种信息交接时更为重要：①故障第一现象信息的确认。故障第一现象的准确描述，对于准确判断故障点至关重要要，一旦现象失真就会导致维修方向错误，甚至南辕北辙。举例说明，同一阀岛上的阀片A、B 分别控制气缸A、B，正常工作时序是“阀片A 获得控制信号，气缸A动作后反馈到位信号；然后阀片B 获得控制信号，气缸B 动作后反馈到位信号”，如图2 所示。一次设备故障时，通过观察信号监控面板，员工描述第一故障现象为“阀片A 获得控制信号时，气缸A 不动作，而气缸B 动作到位。”此故障只有两种可能，或者阀片底座串气，或者阀岛控制单元内芯片损坏。经过长达2 h 的维修后，才发现真实的故障现象是“阀片A 获得控制信号时，气缸A 反馈动作到位，同时气缸B 也反馈动作到位”。此故障的原因是上次改造时，错误地将气缸A 的动作到位反馈信号，引入到气缸B 动作反馈信号的监控面板指示灯上；②停台时间跨越两个班次时，两个班次的维修人员在交接停台信息和已完成的判定工作时；③使用“一分为二”的判定思路，确认故障部分时，尤其要注意是否用正确的判定工具和判定方法获得的判定结果。

图2 阀岛控制系统

为了减少信息传递时的“跑偏”问题，要将故障描述语言、维修判定方法、维修工具使用方法等标准化，让所有维修人员使用统一的专业化语言，保证信息传送和接收的一致性。

3 变化点思路

设备常因日常磨损、设备固有缺陷、安装不当、外界环境变化等原因导致损坏。除此之外，在没有外界变化点干扰的情况下是不会无缘无故损坏的。因此，停台处理过程中，通过排查变化点往往可以快速锁定故障点。变化点的排查可以从以下6 个方面入手：

3.1 设备改造

当前制造业竞争压力巨大，产品迭代速度决定着产品的市场竞争力。因此，产品迭代所进行的设备改造往往是与旧产品生产同步进行的。若设备发生故障时，生产线正在进行产品迭代设备改造，需要重点排查前一天的改造变化点，包括机械、电气硬件安装和软件、程序、参数更新调试等。

3.2 程序优化

自动化设备生产动作的执行，采用先进控制与优化技术[4]。设备程序优化不能一蹴而就，是一个长期过程。因此设备程序优化是伴随着产品的全生命周期的。若发生故障前进行过程序优化和修改，应重点进行排查。

3.3 备件更换

随着设备的不断运行，运动部件的磨损，备件更换是一项经常性工作。若是备件更换后产生的故障，可以重点排查备件问题，如备件的尺寸、安装是否到位，参数是否设置正确，电控版本是否一致。

3.4 产品切换

随着个性化定制服务需求的增加，制造业从大规模流水线生产转向“多品种、小批量”的柔性自动化生产已是大势所趋[5]，同一条产线可能具备生产多个产品的能力。设备发生故障如果正处在产品切换时，需要重点排查是否因产品切换导致。例如，产品虽然切换但设备工艺参数未切换；A 产品设备进行改造，但是未考虑到对B 产品生产的影响；硬件、程序优化后，只对A 产品生产进行验证，未对B 产品的生产进行验证等。

3.5 设备预修

为了保证设备正常运转，在设备停产时，需要对设备进行润滑、保养等预防性维修。停产后第一个工作日的故障往往高于其他工作日，此时需要考虑是否因为预修导致的故障，要对预修工作中涉及的位置进行排查。

3.6 人员变动

设备的长期使用者对其负责设备的特殊特性最了解，一旦人员变化，信息交接不全面，就会导致设备故障。所在企业采用了一种有钉冲铆设备，当设备故障时，不能点复位，因为点击复位后，设备会自动送一个新钉子，此时冲头处已经有一个钉子，而带来因为多一个钉子导致的二次停台。

4 设备重启、程序还原思路

自动化程度越高的生产线，其自动化设备的数量、种类、也越多，与之相匹配的程序也越繁杂[3]。与民用计算机系统类似，对于一些自动化设备系统故障，如系统文件丢失、程序逻辑有漏洞等问题在设备投入生产后难以避免。此类故障表现出的现象也不尽相同，难以提前识别所有故障现象，找到故障点。并且由于自动化设备程序都具有一定的封闭性，直接分析程序查找故障点难度也极高，耗费时间极长。这时，相较于查找故障点，对设备重新启动初始化程序、还原程序，将一些文件重新导入，对处理此类故障更加简单高效。

5 求助思路

自动化工业生产领域设备种类繁多，故障现象千变万化，无论谁都无法做到全部精通。儒者集思广益，群策群力，“求助”也是拓展维修思路的金钥匙，设备维修人员要善于借助外部力量。求助对象有：对单体设备特性有足够的了解的设备生产厂家；线体搭建和早期设备调试的线体商技术人员；有相同设备的兄弟单位维修人员等。通过在解决故障的过程中与求助对象交流学习，不仅可以解决实际问题，还可以促进双方关系升温，实现共赢。