車身車間的連接方式主要有點焊、螺接、弧焊、SPR 和 FDS 等。螺栓連接作為其中的一種主要方式，優(yōu)點是操作簡單、可拆卸重復加工、可達性好及強度高，經常用在一些焊槍不可達區(qū)域以及門蓋與車身的連接。而螺栓擰緊合格與否，最直接的判斷方式就是確認扭矩是否符合產品設計要求。近年來市場競爭日趨激烈，對整車質量控制提出了更高的要求。本文介紹了基于大數(shù)據(jù)的車身扭矩控制方案并在新項目中進行了驗證。通過大數(shù)據(jù)平臺，對車間內部各工位的扭矩進行實時監(jiān)控。車身車間各個擰緊工位通過網絡將擰緊扭矩數(shù)據(jù)傳輸至車間內部服務器并上傳至云端大數(shù)據(jù)平臺。車身扭矩工程師、質量工程師和售后服務工程師可通過大數(shù)據(jù)客戶端查詢、分析扭矩數(shù)據(jù)。

螺栓連接定義

螺栓連接主要通過螺栓與螺母之間的配合，將兩個或者多個零部件連接在一起，如圖 1 所示。典型的擰緊過程主要有快速擰緊、駐車制動、終擰緊、返松四步，而對于自動化程度較高的擰緊工位還有自動送釘認帽、進槍尋孔等步驟。

圖 1 四門與側圍螺栓鏈接

根據(jù)所連接的零部件狀態(tài)對扭矩的影響程度，螺栓連接可分為軟連接、硬連接和聯(lián)合連接。擰緊過程中螺栓先擰緊到零部件貼合點，從貼合點擰緊到目標扭矩的過程中螺栓轉過的角度小于30 °的為硬連接；從貼合點擰緊到目標扭矩的過程中螺栓轉過的角度大于 720 °的為軟連接，例如塑料件安裝等；處于 30 °與 720 °之間的為聯(lián)合連接。目前車身車間內螺栓連接主要為鈑金支架與車身及門蓋與車身之間的連接，屬于聯(lián)合連接。

螺栓擰緊過程中產生的力矩一般稱為扭矩。軟連接由于連接的零部件比較軟或者連接的零部件中存在橡膠等彈性元件存在扭矩衰減。而硬連接由于是剛性連接，一般不存在衰減，甚至可能存在反沖。

扭矩分為動態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩。動態(tài)扭矩是螺栓/螺母擰緊過程中工具設備端輸出的扭矩，是由產品工程師根據(jù)產品性能需求設定的扭矩值。靜態(tài)扭矩是指在一個緊固件被固定好之后，需要將其在緊固方向上繼續(xù)旋轉的瞬間所需要的扭矩，通常使用表盤式扳手檢測緊固件獲得。動態(tài)扭矩是產品扭矩，由產品直接定義；靜態(tài)扭矩是工藝扭矩，是車間現(xiàn)場實際測量得到的扭矩。

正式生產過程中的靜態(tài)扭矩是根據(jù) SPC 統(tǒng)計方法原理，用試生產階段采集的靜態(tài)扭矩計算得出靜態(tài)扭矩的上限、下限及目標值。

擰緊系統(tǒng)組成

擰緊系統(tǒng)主要由擰緊驅動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲及交互系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和質量反饋系統(tǒng)組成，如圖2所示。

圖 2 擰緊系統(tǒng)構成

1.擰緊驅動系統(tǒng)

擰緊驅動系統(tǒng)根據(jù)動力源分為氣動擰緊槍和電動擰緊槍或擰緊軸，如圖3和圖4所示。

圖 3 氣動擰緊槍

圖 4 電動擰緊槍

電動擰緊槍和擰緊軸可以由控制器進行擰緊參數(shù)的設定及調整。電動擰緊槍由于精度高、工作噪聲小同時可實現(xiàn)擰緊數(shù)據(jù)收集等優(yōu)勢，使用范圍越來越廣。

2.數(shù)據(jù)存儲及交互系統(tǒng)

數(shù)據(jù)存儲及交互系統(tǒng)主要負責扭矩數(shù)據(jù)存儲及與客戶端的數(shù)據(jù)交換。它主要由車間內部服務器、質量暗燈系統(tǒng)服務器、大數(shù)據(jù)平臺服務器及客戶端組成。

車間內部服務器負責收集、分析各工位扭矩槍控制器傳輸過來的扭矩信息并將扭矩信息上傳至云端大數(shù)據(jù)平臺。如圖5所示，車間內部服務器主要有數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析及網絡客戶端模塊。

圖 5 車間內部服務器模塊組成

通過客戶端，車間扭矩工程師可在線管理擰緊設備、定義扭矩槍參數(shù)、定義工藝信息、查詢單車扭矩信息、對生產車輛扭矩合格率及扭矩趨勢進行分析，如圖6所示。

圖 6 扭矩正態(tài)分布

大數(shù)據(jù)平臺服務器主要負責收集并處理車間扭矩服務器上傳的扭矩信息及滿足外部客戶端對扭矩信息追溯。

上傳至云平臺的扭矩信息數(shù)據(jù)中包含擰緊時間、車輛VIN碼、擰緊過程曲線、最終擰緊扭矩、最終擰緊角度以及擰緊狀態(tài)判定。車型信息反饋、扭矩數(shù)據(jù)上傳、報警信號反饋都需要通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)。

主流現(xiàn)代化車身車間內PLC與扭矩槍控制器及暗燈系統(tǒng)之間的車型信息、報警信息通過總線進行傳遞。扭矩槍控制器、車間內部服務器、云端大數(shù)據(jù)平臺服務器之間的扭矩信息通過IT網絡傳遞。

3.質量報警反饋系統(tǒng)

質量報警反饋系統(tǒng)服務器主要負責對記入質量系統(tǒng)的缺陷車輛扭矩信息進行收集同時滿足質量客戶端對返工車輛制造過程相關信息進行追溯。

擰緊工藝的工藝流程

基于大數(shù)據(jù)的車身扭矩擰緊流程主要分為：擰緊、檢測、信息傳輸。螺栓擰緊工藝流程如圖7所示。

圖 7 螺栓擰緊工藝流程

人工或機器人擰緊螺栓后，扭矩控制器自動檢測終緊扭矩及終緊角度。扭矩及角度檢測合格后正常生產，如檢測不合格扭矩控制器反饋報警信號至線體PLC，線體停線。

停線后人工在線返工并檢測扭矩，如符合標準則正常造車。人工返工后扭矩檢測不合格或者Bypass時在后道工位二次停線返工。如二次返工不合格則自動下線返工，同時車輛信息記入質量管理系統(tǒng)。

擰緊槍擰緊完成后，槍控制器在收集擰緊信息同時與PLC傳遞的車型信息進行匹配后通過IT生產網絡上傳至車身車間內部扭矩服務器。車間內部扭矩服務器將數(shù)據(jù)進行編碼轉換后上傳至云端大數(shù)據(jù)平臺。

車身車間扭矩工程師通過客戶端訪問扭矩服務器進行設備管理、工藝監(jiān)控及扭矩分析。

扭矩控制流程

根據(jù)PFMEA中評估的潛在失效模式及后果，可將扭矩控制等級劃分為不同等級。第一類是扭矩失效后影響人員安全；第二類是扭矩失效后非直接影響人員安全或功能喪失，但違反有關政府法規(guī)；第三類是扭矩失效后不影響人員安全和功能喪失，但是會引起用戶強烈的抱怨；根據(jù)劃分失效等級不同，對應控制措施及要求不同。

產品工程師在項目初期發(fā)布動態(tài)扭矩、初始靜態(tài)扭矩及扭矩控制等級，項目工程師根據(jù)產品釋放的扭矩信息發(fā)布試生產扭矩標準及制定相應控制措施。車身車間在試生產階段對已發(fā)布的試生產扭矩進行驗證，并根據(jù)SPC統(tǒng)計方法，收集并計算靜態(tài)扭矩的上下限及名義值。在車型量產時根據(jù)計算的靜態(tài)扭矩值由項目工程師發(fā)布量產扭矩標準，發(fā)布的量產扭矩標準需經過項目、工廠及質量部等會簽生效。

在日常生產中由于產品變更、工具維修、工具更換等造成靜態(tài)扭矩變化。車身車間扭矩工程師需對靜態(tài)扭矩進行分析并組織項目工程師、質量工程師進行會簽，并由項目工程師更新扭矩標準。除因產品變化而重新釋放，其他情況下動態(tài)扭矩一般不會發(fā)生變化。

車身車間應定期對擰緊工具進行能力驗證。驗證結果應達到規(guī)定要求，當工具驗證不合格時需更換工具，并重新驗證新工具動態(tài)扭矩及靜態(tài)扭矩。

總結

本文對現(xiàn)代化工廠車身扭矩控制方式進行了研究。介紹了車身擰緊系統(tǒng)架構以及基于大數(shù)據(jù)平臺的車身扭矩控制方式。通過大數(shù)據(jù)平臺可實現(xiàn)車身車間內部擰緊設備在線管理，車身扭矩在線監(jiān)控、分析?；诖髷?shù)據(jù)平臺的車身扭矩控制方式可大幅提高工廠管理水平，提升整車質量保證能力。

（轉載）