CN118898460A - 一种汽车装配关键力矩管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车装配关键力矩管理系统，涉及机械装配技术领域。数据获取模块用于从制造执行系统中获取订单信息中多个订单车辆的车辆识别代码和整车物料清单；工艺参数管理模块用于将各订单车辆的车型信息对应的工艺参数与整车物料清单中的零部件信息对应，在接收到待装配汽车的车型信息后，匹配对应的零部件信息和工艺参数，发送至拧紧执行模块；力矩数据采集模块用于通过扫描待装配汽车的车辆识别代码获取待装配汽车的车型信息，以及采集力矩紧固单元在装配拧紧过程的拧紧力矩数据；拧紧执行模块用于根据对应的零部件信息和工艺参数为待装配车辆选择拧紧控制程序。本发明能够提高汽车装配的质量和效率，成为整车关键力矩质量控制的重要抓手。

Description

一种汽车装配关键力矩管理系统

技术领域

本发明涉及机械装配技术领域，特别是涉及一种汽车装配关键力矩管理系统。

背景技术

在现代化企业的汽车装配流水线上，生产节拍一般为1至3分钟左右，以商用车为例，每天单班生产可达160-180台车(轿车每班生产500台车)，随着个性化需求发展，每天订单中的车型品种很多，每台车有几千个零部件，大多是通过螺栓螺母装配在一起的，一台车拧紧点有成千上万个，而影响整车功性能、行车安全和人身安全的拧紧点即关键力矩也有几百个，本系统重点对这部分关键力矩进行管理控制。

在汽车装配过程中，由于零部件数量众多，工艺过程复杂，需要通过有关技术文件的要求，使用适合的工艺装备，生产出符合规定要求的汽车。

汽车装配力矩系统包括：气动扳手，力矩定扭扳手，螺栓，装配时首先用气动扳手预拧紧，然后用力矩定扭扳手来复紧达到设定扭矩。即便采用电动拧紧机也是人工输入工艺参数、选择操作程序拧紧。

现有汽车装配力矩系统的缺陷在于，操作者对汽车紧固点力矩值和紧固点数量存在误判或遗漏的可能；拧紧操作完成后力矩值缺乏与规定力矩值的比对过程，存在超差的可能性；并且拧紧过程没有记录，出现问题无法追溯，由于人为和设备等各种意外因素存在，错拧、漏拧现象时有发生，影响产品质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车装配关键力矩管理系统，能够提高汽车装配的质量和效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种汽车装配关键力矩管理系统，所述汽车装配关键力矩管理系统包括服务器、与所述服务器连接的力矩紧固单元、以及安装在所述服务器上的关键力矩管理软件；所述服务器与制造执行系统连接；所述服务器通过所述关键力矩管理软件与所述制造执行系统接口软件进行数据交互；所述关键力矩管理软件在所述服务器上设置系统数据库；所述力矩紧固单元用于执行拧紧控制程序；

所述关键力矩管理软件包括数据获取模块、工艺参数管理模块、数据存储追溯模块、数据统计分析模块、力矩数据采集模块、拧紧执行模块和力矩数据报警模块；

所述数据获取模块安装在所述服务器上；所述数据获取模块用于从制造执行系统中获取订单信息中多个订单车辆的车辆识别代码、整车物料清单、整车信息、订单车型信息和条形码；

所述工艺参数管理模块分别与所述数据获取模块、所述力矩数据采集模块和所述拧紧执行模块连接；所述工艺参数管理模块用于将订单信息中各所述订单车辆的车型信息、条形码、对应的工艺参数与对应的整车物料清单中的零部件信息进行绑定，建立工艺数据库，当有产品变更及新产品时对工艺数据库中数据进行更新维护，并且当所述订单信息、所述零部件信息或者所述工艺参数发生变化时对所述工艺数据库进行更新，以及在接收到所述拧紧执行模块发送的待装配汽车的车型信息后，匹配对应的零部件信息和工艺参数，发送至所述拧紧执行模块，并且接收所述拧紧力矩数据和拧紧时间数据；所述系统数据库包括工艺数据库；

所述拧紧执行模块与所述工艺参数管理模块连接；所述拧紧执行模块用于通过与控制器连接的扫描枪扫描所述待装配汽车的条形码，确定所述待装配汽车的车型信息，从所述工艺参数管理模块获取所述待装配汽车的订单车型信息以及与对应的零部件信息绑定的工艺参数，为所述待装配车辆选择拧紧控制程序；所述控制器与所述服务器连接；

所述力矩数据采集模块与所述拧紧执行模块连接；所述力矩数据采集模块用于采集所述拧紧执行模块在装配拧紧过程的拧紧力矩数据和拧紧时间数据，并上传至所述工艺参数管理模块；

所述数据存储追溯模块与所述工艺参数管理模块连接；所述数据存储追溯模块用于将订单信息中各所述订单车辆的车型信息、整车物料清单、订单信息，对应的工艺参数、拧紧力矩数据以及拧紧时间数据存储至所述系统数据库，以便查询追溯；

所述数据统计分析模块与所述数据存储追溯模块连接；所述数据统计分析模块用于根据所述拧紧力矩数据进行拧紧力矩趋势分析、设备能力指数和工序能力指数计算；

所述力矩数据报警模块与所述力矩数据采集模块连接；所述力矩数据报警模块用于根据所述拧紧力矩数据与对应的绑定的工艺参数进行比对，并且当所述拧紧力矩数据不满足对应的绑定的工艺参数中预设数据范围时生成不合格信息或者进行报警。

可选地，所述服务器通过交换机与力矩紧固单元连接。

可选地，所述力矩紧固单元包括拧紧执行设备；所述拧紧执行设备至少包括电池定扭扳手、单轴拧紧机和多轴拧紧机中的一个；所述拧紧执行设备分别与所述力矩数据采集模块和所述拧紧执行模块连接。

可选地，所述拧紧执行设备用于对所述待装配汽车执行对应的拧紧控制程序。

可选地，当所述力矩紧固单元包括工控机时，所述工控机分别与所述拧紧执行模块、所述工艺参数管理模块和所述力矩数据采集模块连接；所述工控机用于从所述工艺参数管理模块获取所述工艺数据库中的数据并保存至本地数据库，以及控制所述拧紧执行设备执行所述对应的拧紧控制程序，并获取所述拧紧执行模块在装配拧紧过程的拧紧力矩数据和拧紧时间数据发送至所述力矩数据采集模块。

可选地，所述关键力矩管理软件还包括权限管理模块；

所述权限管理模块用于为所述关键力矩管理软件的每个使用者设置相应的使用权限。

可选地，所述设备能力指数的计算过程具体包括：

在所述力矩紧固单元稳定状态下，对同一拧紧控制程序抽取第一预设数量的样本数据，计算分析设备能力指数Cmk值；

所述工序能力指数计算过程具体包括：

在所述汽车装配关键力矩管理系统的装配过程稳定状态下，对同一拧紧程序抽取第二预设数量的样本数据，计算分析工序能力指数Cpk值。

可选地，所述数据获取单元还用于从所述制造执行系统中获取订单信息中多个订单车辆的整车的排产信息，并根据所述排产信息将订单信息中多个订单车辆的所述车辆识别代码转变为代表车型配置的整车编号。

可选地，所述关键力矩管理软件还包括设备参数管理模块；

所述设备参数管理模块用于对所述力矩紧固单元的设备参数进行更新。

可选地，所述汽车装配关键力矩管理系统还设置有多个客户端；各所述客户端均与所述服务器连接；各所述客户端根据预设权限与所述关键力矩管理软件进行信息交互。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种汽车装配关键力矩管理系统，包括力矩紧固单元、网络交换机、维护终端和服务器；力矩紧固单元、维护终端和服务器均与网络交换机连接；通过服务器存储订单车型信息，维护终端存储汽车的工艺参数，并根据订单车型信息对工艺参数进行更新，以及力矩紧固单元扫描待装配汽车的二维码，并根据二维码通过网络交换机从维护终端获取待装配汽车对应的工艺参数，以及根据对应的工艺参数对待装配汽车进行力矩紧固操作，并得到对应的扭矩数据，最后，服务器通过网络交换机接收对应的扭矩数据，并对扭矩数据进行存储，实现对待装配汽车的力矩紧固智能化操作，并且能够实时监测对应的扭矩数据，提高了汽车装配的生产效率和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的汽车装配关键力矩管理系统网络拓扑图；

图2为本发明实施例1提供的汽车装配关键力矩管理系统结构示意图；

图3为汽车装配关键力矩管理系统操作界面示意图；

图4为前后桥U型螺栓拧紧机实时数据界面示意图；

图5为轮胎三轴拧紧机实时数据界面示意图；

图6为轮胎三轴电动拧紧机历史数据界面示意图；

图7为轮胎三轴电动拧紧机趋势分析界面示意图；

图8为电动拧紧机设备能力指数Cmk检测评定报告的趋势分析示意图；

图9为电池定扭工具实时数据及Cmk指数计算图；

图10为前桥四轴拧紧机实时数据及Cpk指数计算图；

图11为本发明实施例提供的一种汽车力矩紧固网络管理系统工作时序图；

图12为现有汽车装配力矩紧固结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种汽车装配关键力矩管理系统，旨在提高汽车装配的质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例中的汽车装配关键力矩管理系统，包括服务器、与所述服务器连接的力矩紧固单元、以及安装在所述服务器上的关键力矩管理软件；所述服务器与制造执行系统连接；所述服务器通过所述关键力矩管理软件与所述制造执行系统接口软件进行数据交互；所述关键力矩管理软件在所述服务器上设置系统数据库；所述力矩紧固单元用于执行拧紧控制程序。

所述关键力矩管理软件包括数据获取模块、工艺参数管理模块、数据存储追溯模块、数据统计分析模块、力矩数据采集模块、拧紧执行模块和力矩数据报警模块。

所述数据获取模块安装在所述服务器上；所述数据获取模块用于从制造执行系统中获取订单信息中多个订单车辆的车辆识别代码、整车物料清单、整车信息、订单车型信息和条形码。

所述工艺参数管理模块分别与所述数据获取模块、所述力矩数据采集模块和所述拧紧执行模块连接；所述工艺参数管理模块用于将订单信息中各所述订单车辆的车型信息、条形码、对应的工艺参数与对应的整车物料清单中的零部件信息进行绑定，建立工艺数据库，当有产品变更及新产品时对工艺数据库中数据进行更新维护，并且当所述订单信息、所述零部件信息或者所述工艺参数发生变化时对所述工艺数据库进行更新，以及在接收到所述拧紧执行模块发送的待装配汽车的车型信息后，匹配对应的零部件信息和工艺参数，发送至所述拧紧执行模块，并且接收所述拧紧力矩数据和拧紧时间数据。所述系统数据库包括工艺数据库。

在实际应用中，通过工艺参数维护终端对工艺参数管理模块进行操作，完成工艺参数管理模块的功能。

所述拧紧执行模块与所述工艺参数管理模块连接；所述拧紧执行模块用于通过与控制器连接的扫描枪扫描所述待装配汽车的条形码，确定所述待装配汽车的车型信息，从所述工艺参数管理模块获取所述待装配汽车的订单车型信息以及与对应的零部件信息绑定的工艺参数，为所述待装配车辆选择拧紧控制程序。所述控制器与所述服务器连接。

所述力矩数据采集模块与所述拧紧执行模块连接；所述力矩数据采集模块用于以及采集所述拧紧执行模块在装配拧紧过程的拧紧力矩数据和拧紧时间数据，并上传至所述工艺参数管理模块。

所述数据存储追溯模块与所述工艺参数管理模块连接；所述数据存储追溯模块用于将订单信息中各所述订单车辆的车型信息、整车物料清单、订单信息，对应的工艺参数、拧紧力矩数据以及拧紧时间数据存储至所述系统数据库，以便查询追溯。

所述数据统计分析模块与所述数据存储追溯模块连接；所述数据统计分析模块用于根据所述拧紧力矩数据进行拧紧力矩趋势分析、设备能力指数和工序能力指数计算。

所述力矩数据报警模块与所述力矩数据采集模块连接；所述力矩数据报警模块用于根据所述拧紧力矩数据与对应的绑定的工艺参数进行比对，并且当所述拧紧力矩数据不满足对应的绑定的工艺参数中预设数据范围时生成不合格信息或者进行报警。

作为一个具体地实施方式，所述力矩紧固单元包括拧紧执行设备；所述拧紧执行设备至少包括电池定扭扳手、单轴拧紧机和多轴拧紧机中的一个；所述拧紧执行设备分别与所述力矩数据采集模块和所述拧紧执行模块连接。所述拧紧执行设备用于对所述待装配汽车执行对应的拧紧控制程序。

当所述力矩紧固单元包括工控机时，所述工控机分别与所述拧紧执行模块、所述工艺参数管理模块和所述力矩数据采集模块连接；所述工控机用于从所述工艺参数管理模块获取所述工艺数据库中的数据并保存至本地数据库，以及控制所述拧紧执行设备执行所述对应的拧紧控制程序，并获取所述拧紧执行模块在装配拧紧过程的拧紧力矩数据和拧紧时间数据发送至所述力矩数据采集模块。

在实际应用中，力矩数据采集模块与所述拧紧执行模块相连，将拧紧执行模块完成的拧紧力矩和拧紧时间数据实时、自动上传控制器以及工控机数据库，也就是本地数据，该工控机数据库与安装在服务器中的关键力矩管理软件的数据库每个2个小时交互、保存一次，以保证整个系统数据的安全与一致。所述数据存储追溯模块与所述工控机连接。工控机安装有扭矩软件、数据库，各个拧紧设备数据先传至工控机数据库，该数据库与服务器数据库每隔两个小时交互一次。

如图3所示，力矩紧固单元可以包含多种、多台拧紧工作站，如单轴拧紧机工作站、电池定扭工具工作站、多轴拧紧机工作站。拧紧工作站能够根据力矩管理单元的工控机选择程序的指令独立执行螺栓拧紧操作，包括：拧紧工具/设备、条码扫描枪、控制器。

力矩紧固单元的工控机，安装拧紧工作站管理软件、数据库，滚动留存2个月生产订单车型信息、采集数据，根据扫描的二维码信息选择执行的信息、程序，控制拧紧过程、工艺要求扭矩和角度、拧紧数量及顺序，提示、存储操作信息，将拧紧结果与工艺要求进行比较，如拧紧力矩合格系统放行，如不合格系统显示故障信息并报警。

条码扫描枪扫描生产线待装配汽车的订单二维码，获取产品信息、零部件绑定的拧紧工艺参数，上传至控制器、工控机；控制器接收工控机下达的控制指令，并将指令传递给执行设备；拧紧执行设备可以是电池定扭扳手、单轴拧紧机或多轴拧紧机，可以对螺栓等工件执行拧紧操作；力矩单元交换机就是连接力矩管理工控机、拧紧工作站，并进行数据交换。

作为一个具体地实施方式，所述关键力矩管理软件还包括权限管理模块；所述权限管理模块用于为所述关键力矩管理软件的每个使用者设置相应的使用权限。所述汽车装配关键力矩管理系统还设置有多个客户端；各所述客户端均与所述服务器连接；各所述客户端根据预设权限与所述关键力矩管理软件进行信息交互。

作为一个具体地实施方式，所述数据分析单元在所述力矩紧固单元稳定状态下对同一拧紧程序抽取第一预设数量的样本数据，计算分析Cmk值，并输出至显示屏界面进行展示，以及在装配过程稳定状态下对同一拧紧程序抽取第二预设数量的样本数据，计算分析Cpk值，并输出至所述显示屏界面进行展示。

作为一个具体地实施方式，所述关键力矩管理软件还包括设备参数管理模块。所述设备参数管理模块用于对所述力矩紧固单元的工作参数进行更新。

在实际应用中，如图4和图5所示，本发明根据拧紧设备厂家提供的数据接口和通讯规约，通过工业以太网与拧紧设备进行物理连接，实时采集设备工作数据和报警信息。数据接口主要包括：SQL Server数据库、Oracle数据库、Access本地数据库、设备PLC网络接口、设备控制器网络接口等；本发明将采集的设备运行数据实时存入服务器数据库，基本数据元素包括：订单车型条形码VIN号(Vehicle IdentificationNumber)、时间点、设备运行数据、设备执行结果等。

进一步地，本发明具备智能防错拧紧功能，基于人工操作拧紧机时容易产生车型混淆的现象，通过信息化实现识别、判断和存储，实现拧紧力矩和轴距自动切换。为确保拧紧准确无误，采用车型与拧紧程序号对应绑定的方式予以解决，即当员工在扫描车辆VIN条码后，关键特性管理软件可以为拧紧设备提供该车被绑定好的拧紧程序号，拧紧设备可根据设定好的拧紧程序，实现自动变距和定扭输出。关键特性管理软件采集拧紧数据后，可以实现实际拧紧力矩与设定力矩进行对比，超出偏差范围的进行报警。拧紧机厂家通过上位机数据库接口或者PLC控制器接口与关键特性管理软件进行数据交互，关键特性管理软件负责提供工艺参数下发和追溯数据采集，拧紧机厂家负责将下发的工艺参数通过拧紧设备执行操作。

作为一个具体地实施方式，本发明提供的一种汽车装配关键力矩管理系统解决了现有装配过程中存在的错装、漏装、整车拧紧质量控制与管理问题，避免问题车和存在安全隐患车投放市场。该系统成为工厂对整车质量管理的重要抓手和控制手段。具体包括：生产订单工艺信息、工厂网络交换机、关键特性管理工控机、车间网络交换机、力矩紧固单元、待装配汽车的二维码。

本发明提供的一种汽车装配关键力矩管理系统中，关键力矩管理软件通过以太网与拧紧设备的工控机或控制器连接，本发明二次开发汽车装配关键力矩管理的系统数据库、开发工厂相关系统/设备数据接口，开发工艺信息维护终端，将设定工艺参数绑定到相应汽车零部件图号下，同时与工厂制造管理系统等系统进行对接、交互，与实现装配关键力矩数据维护与传递、数据自动采集、追溯以及数据分析管理等功能。

通过扫描订单二维码，获取生产订单车型信息，VIN码，系统将配置车型信息和车型工艺信息定时下传到各拧紧工作单元的控制器，并将拧紧设备的扭矩数据上传至工控机内的数据库，以便的数据分析和报表查询。

进一步地，所述汽车装配关键力矩管理系统包括：

1.扫描枪、跟车单二维码和本工位的IP地址，通过关键力矩管理软件获取车型配置信息和车型工艺信息，传至各拧紧工作单元中本地工控机及设备控制器，实现设备拧紧。

2.扭矩管理软件，负责将各个拧紧工作站的拧紧控制，将拧紧力矩上传数据库，便于本工位查询和调取数据。

3.数据库软件，用来存储和管理多种数据，同时提供数据交互。

4.车间网络交换机就是连接关键特性管理服务器与力矩紧固单元并进行数据交换。

5.所述力矩紧固单元，有多个拧紧工作站组成，包括：力矩管理工控机，安装拧紧管理软件，根据扫描的二维码信息选择执行的程序指令，并下达给控制器，控制拧紧过程，工艺要求扭矩和角度，拧紧数量及顺序，提示、存储操作信息。

6.将拧紧结果与工艺要求进行比较，如合格系统放行，如不合格系统显示故障信息；如图4和图5所示。

7.所述力矩单元交换机就是连接力矩管理工控机、拧紧工作站并进行数据交换。

8.拧紧工作站，能根据力矩管理工控机选择程序的指令独立执行螺栓拧紧操作。

9.力矩紧固单元(即总装车间)可以包含多种、多台拧紧工作站，如多轴拧紧机工作站、电池定扭扳手工作站、单轴拧紧机工作站。见附图和附表。具体设备如前后桥U型螺栓拧紧机和轮胎拧紧机及QXX2PT12PQ4智能无线定扭工具等。

每个工作站主要由条码扫描枪、拧紧执行设备、控制器、本地工控机、程序选择器组成，具体如下：

(1)条码扫描枪，扫描待装配汽车的二维码，获取产品信息。

(2)拧紧执行设备，可以是电池定扭扳手、单轴拧紧机或多轴拧紧机。

(3)控制器，接收条码扫描枪获取的车型信息、本地工控机下达的控制指令，并将指令传递给执行设备。

(4)本地工控机：ICS扭矩软件、SQL数据库软件、查询本地拧紧数据。

本发明数据来源是拧紧设备扫描枪，扫描车型二位码，与系统匹配获取数据及交互，力矩紧固单元中工控机，即装配车间工控机，而一个车间有几个，甚至几十个拧紧工作站，例如，总装线通常由300米长，长的有500多米，拧紧设备分布在不同工位，按区域管理。假若某一个拧紧工作站出现问题，维护需到几百米外维修。

本发明中所述制造执行系统包括计划排产管理、订单信息、车型信息、物料清单等；所述关键特性管理软件包括工艺参数管理模块、数据获取模块，负责获取制造执行系统发送过来的生产计划信息，车型信息、物料信息并将零部件绑定的工艺参数定时下传到力矩拧紧单元的工控机，收集各拧紧工作站数据，以便数据分析和报表查询，存储和管理多种数据，同时提供数据交互。

所述工厂网络交换机连接制造执行系统与关键特性管理服务器，并进行数据交换；所述车间网络交换机就是连接关键特性管理服务器与力矩紧固单元连接并进行数据交换。

当待装配汽车进入力矩紧固工位时，电池扳手扫描枪扫描待装配汽车的二维码后并通过力矩紧固单元交换机将待装配汽车信息反馈至力矩工控机；所述力矩工控机根据二维码信息，从工艺参数管理模块预置的工艺数据中读取当前待装配汽车的扭矩和角度要求以及拧紧螺栓的数量等工艺信息，选择工作程序并通过力矩单元交换机向控制器发出指令；电池定扭扳手根据控制器发送的程序指令激活进行工作，并记录操作结果；电池定扭扳手按指令程序来工作，每次拧紧的结果通过力矩单元交换机送至本地力矩工控机的数据库中，本汽车装配关键力矩管理系统根据拧紧工艺要求的扭矩、角度和拧紧的数量作比对，如合格系统放行，如不合格系统显示故障信息并报警，提示操作人员查找原因并返修。如图11所示。

现有汽车装配力矩紧固设备如图12所示，常见的力矩紧固设备包括气动扳手、力矩定扭扳手和螺栓。

本发明提供的汽车装配关键力矩管理系统能够对汽车装配关键力矩制造过程质量数据进行实时采集、数据库存储、数据分析与防错预警，践行工业4.0、互联网+、数字化、可视化、提升企业新质生产力。本发明包括带传感器、PLC控制的高精度高智能拧紧设备、无线传输智能工具、上位机、扭矩数据库管理软件、无线通讯模块(控制器)、关键力矩管理软件与防错软件、工控机、网络交换器、系统服务器等，实现了汽车关键特性：装配关键力矩拧紧过程质量数据实时采集、储存、预置防错及数据库管理。依托企业以太网、制造执行系统平台和本发明提供的汽车装配关键力矩管理系统实现无缝衔接，并且根据实际需要在TCS工程师或管理者的计算机上设置软件管理终端，管理者不出办公室或远程即可实时查看车间每台拧紧设备状态精度、质量数据和大数据的分布趋势，使制造过程质量得到有效管控。

本发明提供的汽车装配关键力矩管理系统具体为：

在智能化的汽车装配流水线上，安装由PLC的高精度高智能的电动拧紧机或带传感器电池定扭工具及控制器、工控机、扭矩数据库管理软件、网络、交换机和服务器等组成的关键力矩管理系统。

装配生产线上的待装产品，数据获取模块通过制造执行系统，获取整车的订单信息条形码VIN码、配置信息、物料配送信息、设备信息和车型信息，与汽车装配关键力矩管理系统交互，当待装配车型移动到所装零部件工位时，操作者安装上零件、穿上螺母，手持与电动拧紧机或无线工具系统PCM连接的无线条码扫描枪，扫描该车跟车单上的VIN码，信号传至控制器，并通过网络将产品信息反馈至工控机，系统根据预置的车型信息、标准工艺参数，从预置的工艺数据库中读取当前所装零件的扭矩要求以及工艺信息，选择适配的工作程序并通过网络交换机向对应控制器发出指令；拧紧设备根据控制器发送的程序指令激活进行工作，并记录操作结果；同样，每次拧紧力矩值通过控制器、网络交换机传送至工控机的数据库中，本发明提供的汽车装配关键力矩管理系统软件将操作结果与系统内工艺标准比对，合格系统自动放行，如不合格系统显示故障信息报警，提示操作人员查找原因并返修合格、放行；根据管理需要，可实时查看制造过程数据和趋势图，以便于分析与管理。

本发明提供的汽车装配关键力矩管理系统广泛应用于汽车行业(含新能源汽车和燃油汽车)的整车、发动机装配等机械制造领域，是汽车装配、发动机装配及其他机械装配质量保证、防错管理的系统有效保证方案，它运用信息化、数字化、可视化、互联网+技术与汽车装配线上的智能、高精度拧紧设备有机结合，践行互联网+和产品质量是制造出来的理念，致力于解决在产品装配制造过程中的工艺质量数据实时采集、数据管理、趋势分析，数字化、可视化在屏幕上展示，在提升企业形象的基础上，避免各种因素导致错、漏装、系统批量缺陷问题的发生，达到提高产品装配质量、提升行业装配水平、提升企业新质生产力的目的。

此外，本发明具备历史数据查询功能。具体地，设备状态、工艺参数、历史装配车辆数据等均保存到数据库内，按照时间段、设备或者以上条件的组合查询方式，对历史数据进行查询、趋势分析。如图6和图7所示。能够根据VIN码来追溯各点设备工作信息；能够按时间段查询各点设备工作信息；能够按设备信息过滤查询结果能够按照对比结果过滤查询结果；(例如只查询不正常的加注记录、拧紧记录等)；能够按动作状态值过滤查询结果；(例如只查询加注量不足的加注记录、扭矩不足的记录等)；并且以上所有查询均可任意组合，查询结果可生成EXCEL，支持打印输出。还可以根据甲方要求，对数据进行对比分析，并生成折线图、趋势图、柱状图等形式的报表，内容和格式可以自定义。

本发明具备追溯分析管理功能。具体地，将拧紧设备在流水线生产时每台车的VIN码、实际数据和判断结果存储起来，以便于管理者定时管理，达到及时发现问题并实现防止缺陷流出的目的。管理人员通过查询即可对生产的车辆进行精确追溯，可以通过某段时间内产量检查是否存在错漏故障现象，如果没有问题，还可以进行深一步的观察，即可以看历史记录内是否存在其他异常现象，如果发现有异常则可以展开精确的追溯。根据拧紧上传数据进行连续取样，可自动计算拧紧设备的设备能力指数Cmk。

本发明具备加密控制及权限分配功能。主要包括：

(1)设备加密：当工艺参数出现异常或者不是指定专人采用手动模块时，设备无法启动，待专人需要输入密码专人操作时，设备才能启动。

(2)数据导入、导出加密：数据的导入导出操作需具有相应权限，并有密码保护模块，只有密码正确时才能进入到数据导入、导出界面。

(3)报警消除权限：对于不同的报警信息，设置不同的报警解除权限，只有权限人员完成加注操作后才能解除报警信息。

本发明具备车型识别功能，具体地通过VIN条码扫描的方式进行智能车型识别。

本发明具备车辆关键工序总检功能。具体地，在汽车下线录入位置，汽车装配关键力矩管理系统支持根据扫描车辆的唯一标识VIN码，对该台车辆在生产线拧紧信息进行自动查询，并与该型车辆标准工艺参数进行比对，当系统比对发现该车辆存在遗漏某项装配操作时提示报警，预留与ANDON系统的报警停线接口。

本发明根据客户需求，开发了客户端软件，以上各功能模块需要通过开发软件客户端实现，客户端可以安装在Windows 7/10系统下，并可提供后续操作系统的支持。客户端软件可通过企业内网与服务器数据库进行交互。软件客户端具有系统设定、工艺参数设定、设备管理、数据追溯查询及导入导出等完整功能。软件客户端具有权限管理功能，管理员可为每个使用者设定相应的使用权限。

本发明具备系统的断网控制功能。汽车装配关键力矩管理系统支持断网控制功能，系统中设备连接的工控机每天开机时自动从数据库服务器中读取关联设备的工艺参数更新。在与服务器或其他上位系统出现网络连接失败时，系统能自动切换到断网本地运行模式，从本地工控机的本地数据库中获取相关工艺参数，通过扫描VIN码对应出正确的工艺参数后控制设备进行正常生产操作。

本发明具备Andon系统接口。汽车装配关键特性管理系统预留接口，可以实现设备故障信息传递给车间Andon系统。汽车装配关键特性管理系统可通过企业微信接口，向相关管理人员推送关键设备报警的企业微信信息。

本发明具有工序能力指数和设备能力指数计算功能：设备能力指数Cpk和工序能力指数Cmk是衡量设备质量保证能力和工序质量保证能力的重要指标，实时监控设备能力指数和工序能力指数符合质量控制标准，保证产品质量。本发明可在拧紧设备稳定状态下对同一拧紧程序号抽取50组样本数据，计算分析Cmk值，并输出至显示屏界面进行展示。如图8、图9和图10所示。本发明可在装配过程稳定状态下对同一拧紧程序号抽取25×5组样本数据，计算分析Cpk值，并输出至显示屏界面进行展示。

本发明提供包括生产订单车型信息、订单车型工艺参数、过程数据采集、数据管理、趋势分析等管理功能，是制造协同管理平台；工厂网络交换机就是连接工厂制造执行系统与关键特性管理服务器，并进行数据交换；

本发明支持车辆工艺参数的导入功能：工艺人员根据订单车型VIN码、零部件图号将车辆的工艺参数导入系统，系统通过与工厂制造执行系统接口，获取上线车型的数据，并建立VIN码与零部件图号的对应关系。

本发明支持新产品(车型)工艺参数更新和维护功能，具体包括：

(1)新产品上线，在系统中增加新产品的工艺参数。工艺人员对拧紧设备的工艺参数进行添加和更新维护。

(2)产品发生设计变更，或者关键特性工艺参数优化，可以在系统中进行维护，修改等功能。

(3)开发工艺管理人员维护模块，包括零件类型信息管理、整车信息管理、设定工艺参数管理、权限管理、部门管理等子模块。

(4)开发车间工艺员维护模块，对工艺参数管理。

本发明通过工艺数据维护端对车型装配工艺参数定时维护更新，将预置的工艺参数和订单车型零部件绑定；操作人员通过扫描生产线车辆VIN码，即可获取该车辆的工艺参数，操控拧紧设备进行装配拧紧。拧紧力矩数据自动、实时上传至汽车装配关键力矩管理系统。

进一步地，汽车装配关键力矩管理系统包括：

(1)条形码扫描枪，扫描车型跟车单上的条形码，获取车型配置信息和预置的工艺力矩参数，并传至工控机扭矩管理软件。

(2)扭矩管理软件，负责接受各工位的拧紧结果，并将采集的扭矩数据上传至工控机、数据库。

(3)扭矩数据库，用来存储和管理多种数据，同时提供数据与制造执行系统或其他管理软件交互。

本发明具有数字化、可视化、声像化展示功能。在总装车间入口和总装下线处，安装2台65寸卧式触控一体机，开发专用显示软件，从关键特性管理软件中读取数据，自动切换显示本工位设备工作状态、历史数据、趋势分析等界面。

在前后桥U型螺栓拧紧机、轮胎拧紧机等关键工位安装有电动拧紧系统。电动拧紧系统由32寸显示屏展示：拧紧实时数据、拧紧结果、拧紧历史数据、拧紧趋势图和拧紧数据分析等界面，界面可设定自动切换，也可设定单独显示，可使用激光笔进行手动切换。关键特性管理软件对拧紧数据具有数据、图形分析功能，可在拧紧结果折线图上标注出目标力矩和上下限，对拧紧质量有很直观的展示。

由于制造过程拧紧数据与过程质量控制紧密相关，所以生产过程问题数据不关闭，车辆报交入库将会报警，待问题项消除，车辆方能交付入库。拧紧力矩异常数据可根据需要推送至技术主管或质量管理者微信，以便于了解情况，推动问题解决。

本发明提供的一种汽车装配关键力矩装配管理系统，与现有技术相比通过网络和智能设备自动识别、匹配车型信息，将不同车型的力矩紧固信息实时传送给工控机，工控机根据车型信息，从工艺数据库中选择工作程序指令并激活相应设备进行工作，防止人为疏忽导致错、漏装情况的发生；同时对整个操作过程进行监控，并将操作结果与数据库内工艺要求进行对比，数据分析、Cpk、Cmk计算、可视化、数字化展示、当发生错、漏操作时，或者操作结果不符合工艺要求时系统会报警，直至返修合格后系统才会放行、车辆方可报交入库，从根本上保证装配的产品质量。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述汽车装配关键力矩管理系统包括服务器、与所述服务器连接的力矩紧固单元、以及安装在所述服务器上的关键力矩管理软件；所述服务器与制造执行系统连接；所述服务器通过所述关键力矩管理软件与所述制造执行系统接口软件进行数据交互；所述关键力矩管理软件在所述服务器上设置系统数据库；所述力矩紧固单元用于执行拧紧控制程序；

所述关键力矩管理软件包括数据获取模块、工艺参数管理模块、数据存储追溯模块、数据统计分析模块、力矩数据采集模块、拧紧执行模块和力矩数据报警模块；

所述数据获取模块安装在所述服务器上；所述数据获取模块用于从制造执行系统中获取订单信息中多个订单车辆的车辆识别代码、整车物料清单、整车信息、订单车型信息和条形码；

所述工艺参数管理模块分别与所述数据获取模块、所述力矩数据采集模块和所述拧紧执行模块连接；所述工艺参数管理模块用于将订单信息中各所述订单车辆的车型信息、条形码、对应的工艺参数与对应的整车物料清单中的零部件信息进行绑定，建立工艺数据库，当有产品变更及新产品时对工艺数据库中数据进行更新维护，并且当所述订单信息、所述零部件信息或者所述工艺参数发生变化时对所述工艺数据库进行更新，以及在接收到所述拧紧执行模块发送的待装配汽车的车型信息后，匹配对应的零部件信息和工艺参数，发送至所述拧紧执行模块，并且接收所述拧紧力矩数据和拧紧时间数据；所述系统数据库包括工艺数据库；

所述拧紧执行模块与所述工艺参数管理模块连接；所述拧紧执行模块用于通过与控制器连接的扫描枪扫描所述待装配汽车的条形码，确定所述待装配汽车的车型信息，从所述工艺参数管理模块获取所述待装配汽车的订单车型信息以及与对应的零部件信息绑定的工艺参数，为所述待装配车辆选择拧紧控制程序；所述控制器与所述服务器连接；

所述力矩数据采集模块与所述拧紧执行模块连接；所述力矩数据采集模块用于采集所述拧紧执行模块在装配拧紧过程的拧紧力矩数据和拧紧时间数据，并上传至所述工艺参数管理模块；

所述数据存储追溯模块与所述工艺参数管理模块连接；所述数据存储追溯模块用于将订单信息中各所述订单车辆的车型信息、整车物料清单、订单信息，对应的工艺参数、拧紧力矩数据以及拧紧时间数据存储至所述系统数据库，以便查询追溯；

所述数据统计分析模块与所述数据存储追溯模块连接；所述数据统计分析模块用于根据所述拧紧力矩数据进行拧紧力矩趋势分析、设备能力指数和工序能力指数计算；

所述力矩数据报警模块与所述力矩数据采集模块连接；所述力矩数据报警模块用于根据所述拧紧力矩数据与对应的绑定的工艺参数进行比对，并且当所述拧紧力矩数据不满足对应的绑定的工艺参数中预设数据范围时生成不合格信息或者进行报警。

2.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述服务器通过交换机与力矩紧固单元连接。

3.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述力矩紧固单元还包括拧紧执行设备；所述拧紧执行设备至少包括电池定扭扳手、单轴拧紧机和多轴拧紧机中的一个；所述拧紧执行设备分别与所述力矩数据采集模块和所述拧紧执行模块连接。

4.根据权利要求3所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述拧紧执行设备用于对所述待装配汽车执行对应的拧紧控制程序。

5.根据权利要求4所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，当所述力矩紧固单元包括工控机时，所述工控机分别与所述拧紧执行模块、所述工艺参数管理模块和所述力矩数据采集模块连接；所述工控机用于从所述工艺参数管理模块获取所述工艺数据库中的数据并保存至本地数据库，以及控制所述拧紧执行设备执行所述对应的拧紧控制程序，并获取所述拧紧执行模块在装配拧紧过程的拧紧力矩数据和拧紧时间数据发送至所述力矩数据采集模块。

6.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述关键力矩管理软件还包括权限管理模块；

所述权限管理模块用于为所述关键力矩管理软件的每个使用者设置相应的使用权限。

7.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述设备能力指数的计算过程具体包括：

在所述力矩紧固单元稳定状态下，对同一拧紧控制程序抽取第一预设数量的样本数据，计算分析设备能力指数Cmk值；

所述工序能力指数计算过程具体包括：

在所述汽车装配关键力矩管理系统的装配过程稳定状态下，对同一拧紧程序抽取第二预设数量的样本数据，计算分析工序能力指数Cpk值。

8.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述数据获取单元还用于从所述制造执行系统中获取订单信息中多个订单车辆的整车的排产信息，并根据所述排产信息将订单信息中多个订单车辆的所述车辆识别代码转变为代表车型配置的整车编号。

9.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述关键力矩管理软件还包括设备参数管理模块；

所述设备参数管理模块用于对所述力矩紧固单元的设备参数进行更新。

10.根据权利要求1所述的汽车装配关键力矩管理系统，其特征在于，所述汽车装配关键力矩管理系统还设置有多个客户端；各所述客户端均与所述服务器连接；各所述客户端根据预设权限与所述关键力矩管理软件进行信息交互。