车身机运智能追踪系统研究与应用_要强壮.pdf

2023年6期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application车身机运智能追踪系统研究与应用要强壮，谈洋*，陈瑶，黄麟，黄青簿（上汽通用汽车有限公司武汉分公司，武汉 430208）汽车制造行业车身车间高节拍的底板线和主线的传输通常采用 Pallet 传输系统1，为解决多车型共线生产的问题，车身机运大量采用柔性化焊接技术及工装夹具快速切换技术2-3。以国内某车身车间为例，各类机运设备体量大，总量超过 600 台，随行 Pallet、工装等设备在多车型切换时故障频次较高。机运设备存在报错频次高，单班累计停机时间长的问题，制约车间设备开动率的提升。丁焕等4对机运系统自动化改造进行了研究，朱正德等5研究了适应汽车柔性化生产方式的检测技术。为响应业务数字化转型的需求，本文自主研究设计，实现机运设备关键数据的智能追踪，并用于机运设备故障分析及改进，达到降本增效创新。1车身机运设备问题1.1机运设备故障频次高汽车制造行业车身车间各类机运设备体量大，尤其是多车型切换混线生产车间，不同车型、不同参数配置的组合将产生不同的故障点，导致随行 Pallet、工装等设备在多车型切换时故障频次高，综合效率指数偏低，是车间运营的痛点问题。传统的方法采用人工统计机运设备报错信息，效率低且工作量大，目前缺乏有效的手段快速锁定高频故障机运设备及问题点，问题跟踪较困难、解决见效慢。对机运设备故障统计及分析缺乏有效的数据支撑，制约设备开动率的提升。1.2机运设备保养工时长对于多车型混线生产的车间，因车型配比、车间生产节拍和排产模式变化等因素，机运设备实际运行时间存在较大变动。传统的机运设备保养方式按照固定周期进行保养，存在一定缺陷。当双班排产较多，停产时间减少，设备未能及时按周期保养，影响使用寿命，易导致欠缺保养的问题。设备临近保养周期时，往往伴随先兆性预警，例如滚床皮带磨损易导致进车掉高速，电流波动较大，若不及时检查会导致皮带断裂造成长摘要：汽车制造行业车身车间普遍采用随行 Pallet、随行工装等机运设备进行输送，机运系统设备数量众多，存在故障率高的问题。为克服机运设备维护故障频次高、保养效率低、工作量大的问题，提出一种车身机运智能追踪方法。通过建立数据采集系统，对机运设备故障信息和过程参数精确匹配，实现对机运设备关键数据智能追踪，提前预警。通过机运故障数据追踪分析，指导设备改进和预防性维修工作，实现减少设备报错频次和人工处理工时的目的。关键词：车身机运；智能追踪；故障预警；设备保养；系统研究中图分类号：TP274文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）06-0026-04Abstract:Mechanical transportation equipment such as Pallet and tooling is widely used in the body workshop of automobilemanufacturing industry,and there is a large number of mechanical transportation equipment,which has the problem of high failurerate.In order to overcome the problems of high fault frequency,low maintenance efficiency and heavy workload of machinetransportation equipment,an intelligent tracking method of car body transportation is proposed.Through the establishment of a dataacquisition system,the fault information and process parameters of the mechanical equipment are accurately matched,and the keydata of the mechanical equipment are intelligently tracked.Through the tracing and analysis of equipment fault data,the purposeof reducing the frequency of equipment error reporting is achieved.Keywords:car body transportation;intelligent tracking;fault early warning;equipment maintenance;system research第一作者简介：要强壮（1989-），男，硕士，工程师。研究方向为智能制造、机械设计优化。*通信作者：谈洋（1988-），男，硕士，工程师。研究方向为智能制造。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.06.00626-创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年6期时间停机。当单班排产较多，设备实际运行时间减少，按传统固定周期进行保养，存在备件及人工成本浪费，易导致过度保养的问题。因此，车间对精益化保养方法的需求越来越强烈。2机运智能追踪系统2.1系统架构针对机运设备运营过程的痛点问题，开发机运设备智能追踪系统，进行数据提取及分析改进工作。系统架构分为 3 层：设备采集层，数据集成层和应用层。设备采集层和数据集成层通过现有 PLC 实现采集传输，主要包含机运设备相关气缸、传感器、电机和变频器等设备运行信息，同时匹配报错信息、设备编号，可实现机运设备过程参数及故障信息的精确追踪。数据采集层采用 OPC 通信协议，提供单一来源的工业数据，实现数据采集功能，数据集成层采用 SQLServer 关系数据库管理，实现机运设备关键数据存储。应用层设置人机交互界面，实现设置和查询功能，并能引入智能算法和专家资源库，实现在线诊断和趋势分析。系统架构如图 1 所示。图1系统架构图2.2系统功能框架车身机运智能追踪系统功能框架如图 2 所示，主要包含 4 大模块，故障信息追踪模块、保养任务跟踪模块、过程参数追踪模块和系统设置模块，并预留接口可根据需求进行扩展新增。各模块功能集成应用，实时监控机运设备运行信息。通过自主编程实现机运设备参数信息后台采集统计，精确匹配报警代码、保养信息、过程参数等，满足现场智能追踪的需求。2.3故障信息追踪功能针对机运设备故障频次高，故障锁定手段缺乏的问题，开发故障追踪功能，实现自动记录报错信息。故障追踪功能主要包括报警信息匹配和报警记录查询模块。图2功能框架图报警记录查询模块匹配设备编号和报错代码，现场人员可快速锁定机运故障，针对性调整，并能存储历史报错信息，方便人员根据数据库记录进行故障追踪。故障追踪模块同时能输出频次最高设备车型、故障点等关键数据，用以指导维修 PM 工作。信息监控收集采用 KEPServerEX 软件，利用 OPC（自动化产业的互操作性标准）和以 IT 为中心的通信协议实现工业数据的实时采集，保证数据的稳定性和唯一性，并通过交互的操作界面实现连接和监测机运设备功能，KEPServerEX 主要承担数据采集功能。首先与 PLC 建立通信连接，选择采集数据，确定 PLC 数据路径，建立数采 Tag 与 PLC 数据连接，创建数据源配置，将采集数据写入数据库配置，最后对数据库查询代码进行调试。通过以太网通信的 EtherNet/IP 通信模块实现交互通讯和数据收集。2.4过程参数追踪功能过程参数追踪模块实现机运设备运行参数的记录和查询。实时记录机运设备过程参数，设置接口实现历史数据查询和趋势分析。采集过程参数包括车号、气缸号、编码尺位置、碳刷厚度、电机电流值和进出车时间等参数，精确匹配设备运行和造车信息。基于机运设备的过程参数追踪功能，现场维修人员可以根据查询报表，对历史数据进行趋势分析，指导维修作业的开展和预测性维修。过程参数追踪模块也可引入专家系统，设置程序逻辑接口，设备运行数据出现异常进行报警并提示检查，实现在线专家诊断。2.5保养任务全周期跟踪功能开发设备保养任务全周期跟踪功能，针对关键设备常见故障原因分类，建立关键设备 PM 智能监控系统，实现对机运设备 PM 任务监控。通过 PLC 检测设备运行信号，自动记录设备运行时间，由固定周期保养模式改进为设备运行时长保养模式，实现精细化保养。设资源库LessonLearn应用数据库Application Database应用层 Internet数据集成层 LAN数据采集与监视控制数据库（PC Server）OPCTCP/IP设备采集层PLC-1PLC-2PLC-3PLC-4传感器 编码器 变频器 更多人机交互终端其他系统车身机运智能追踪系统报错记录查询保养任务记录运行记录查询用户管理过程参数追踪模块故障信息追踪模块保养任务跟踪模块系统设置27-2023年6期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application3.2.3机运保养流程改进基于保养任务全周期跟踪功能，机运设备保养流程进行相应改进更新，改进前 Pallet 保养按照固定保养周期模式，改进后增加后台运行数据跟踪和过程参数监控，根据设备运行时长科学保养。TPM/PM 任务监控功能通过按设备实际运行时间监控保养周期，在高产时设备提前达到使用寿命，能及时预警发现隐患，减少停机发生；低产时，延后设备保养日期，避免设备过度保养造成的维修成本浪费问题。结合趋势预测模型，利用大数据问题分析思维方式，采集设备关键运行数图3机运设备故障处理流程图置人机交互界面设定保养周期，实时显示保养任务剩余时长，并实现提前预警，按设备实际运行时长提示责任人执行保养任务。3智能追踪系统应用3.1故障分析改进车身机运智能追踪系统开发以后，针对机运故障频次和人工处理工时进行测量，从数据追踪系统获取采样结果，对测量系统进行分析，运用正态分布图及均值-极差控制图 Xbar-R 对测量系统过程能力分析，确认了过程稳定且可控。该系统可以为后续机运故障研究和人工工时优化提供有效支撑。下面将该系统用于车间机运设备的故障分析和改进实践。从故障追踪模块中拉取生产期间机运故障数据，根据报警信息划分故障类型，进行数据分析。机运设备共计 6 类故障，包括机械报错、传感器检测报错、驱动电气报错、输送设备报错、尺寸监控报错和其他报错等。针对机运故障频次高的问题，将历史故障数据自动生成帕累托图进行数据分析，识别影响机运故障原因。机运故障帕累托图中数据显示机械报错和传感器检测报错占比达到 78%，需要聚焦资源优先解决。运用因果图，从人机料法环测 6 个维度进行原因分析，通过因果关系矩阵筛选，对造成机械报错频次和传感器报错频次的原因统计，进行评分分析，锁定主要问题。问题一为 Pallet 机械故障频次高，进一步分析根本原因，Pallet 结构设计缺陷，Pallet 防护不到位，导致勾销缸动作时易发生卡滞故障；机运设备现有保养方法不合理，Pallet 及对应勾销缸数量众多导致保养不到位。问题二为传感器检测报错频次高，原因为机运设备故障锁定手段缺乏，传感器故障锁定困难导致配调不到位。汇总 3 个根本原因包括：Pallet 结构设计缺陷，保养方法不合理，故障锁定手段缺乏，需针对性的改进攻关。3.2创新改进3.2.1Pallet 结构改进针对 Pallet 机械结构问题，采用普氏矩阵生成多个方案，基准方案为对 Pallet 上勾销缸选型更改，采用推力更大的气缸，整体替换；方案 1，Pallet 勾销缸更换为电缸增加驱动力；方案 2，Pallet 勾销缸增加外置防飞溅挡板；方案 3，Pallet 勾销缸增大气管