（一）成果内涵

1.概述

发动机装配过程的螺栓拧紧为发动机产品质量的关键过程，发动机连杆、飞轮、气缸盖、飞轮壳、齿轮室、机冷盖、加强板、气门挺柱、曲轴箱等关键部件的拧紧均为发动机装配的关键工序。存在螺栓漏拧紧或拧紧不合格而正常流转到后工序的情况。产品质量无法保证，且人工拧紧生产效率低、增加了操作者劳动强度。为保障产品质量，提高拧紧力矩的准确性、合格率，降低操作者劳动强度，提高装配效率，因此开发研究发动机螺栓自动拧紧及智能防错技术，实现关键工序自动拧紧，且拧紧机与机器人、输送线体等载体具有多方向综合防错技术。

2.RFID的应用

利用RFID、视觉读码技术实现发动机信息的采集、机型识别。安装RFID读写控制器，在上线工位安装写入传感器将发动机信息写入RFID载码体内，在89个装配工位安装读取传感器，从RFID载码体中读取发动机信息并进行机型识别。在设备专机工位安装视觉读码器用来读取发动机二维码信息。然后将采集到的发动机信息传输到输送线体和拧紧专机的CPU内。编写数据匹配程序，实现发动机信息与拧紧数据的综合绑定。

3.拧紧机的设计与应用

自主设计制作自动化拧紧专机。实现发动机连杆螺栓、飞轮、飞轮壳、气门挺柱等关键工序的自动装配拧紧。由于发动机的机型较多，需进行拧紧的零部件较为复杂、拧紧力矩的工艺要求和控制方式也不同。将机器人作为载体，利用机器人、PLC等控制技术，设计制作自动化装配拧紧专机。自主设计制作工装；编写控制程序；调试机器人动作轨迹。利用自动化拧紧专机来拧紧发动机螺栓代替人工手动拧紧。

建立数据交互网络，实现拧紧机、输送线体、自动化设备之间的信号交互和数据传输。设计总线星形拓扑结构控制策略，取代环形拓扑结构；采用PROFNET、PROFBUS通讯方式，搭建拧紧机、输送线体、自动化设备的数据传输和信号交互平台，对拧紧机的拧紧数据进行采集、分析、处理，***终实现WP10、WP12、WP9H、WP10H、WP10.5H等不同型号发动拧紧数据的自动匹配实现拧紧机多方向的综合防错。

（二）主要做法：

1.RFID的应用

利用RFID实现发动机信息的采集、机型识别。安装RFID读写控制器，在上线工位安装写入传感器将发动机信息写入RFID载码体内，在89个装配工位安装读取传感器，从RFID载码体中读取发动机信息并进行机型识别。在设备专机工位安装视觉读码器用来读取发动机二维码信息。然后将采集到的发动机信息传输到输送线体和拧紧专机的CPU内。编写数据匹配程序，实现发动机信息与拧紧数据的综合绑定。

发动机输送至装配工位后通过RFID或视觉读码技术进行读取发动机信息和机型识别，然后将采集到的发动机信息传输到输送线体、机器人、设备专机的CPU内。通过对RFID技术在智能化装备中的研究及应用，先打通RFID系统与各设备专机之间的网络通讯，实现RFID与各设备专机之间的数据通讯和信号交互功能。发动机进入设备专机内，设备专机能够自动识别出发动机的机型、件号及序列号等信息。实现机型的自动读取识别，然后进行自动的装配拧紧。然后设备专机再将装配结果或拧紧数据进行和发动机序列号的自动绑定、上传和记录，实现了发动机整个装配数据的系统查看和过程的实时管控。

建立车间设备专机与RFID系统的网络通讯：首先通过PROFNET网络将设备专机与RFID系统进行物理连接，设置设备专机与RFID系统IP地址，保证IP地址在一个波段，IP地址为192.168.68.***。建立硬件组态实现PLC之间的数据通讯：在PLC硬件组态中添加通讯连接，将RFID系统PLC作为客户机，将设备专机PLC作为服务器，采用S7通信的通讯方式。客户机发起同步请求，服务器作出相应应答，然后客户机进行同步信息的传递，***终实现发动机信息的自动读取和识别。

编写数据通讯程序，利用PUT、GET指令实现RFID系统PLC与设备专机PLC之间的数据传输，根据发动机的信息设定数据传输的起始地址和数据长度，保证发动机信息能够完整、准确的传送到设备PLC中。在设备PLC内添加编写数据块DB，用于对发动机信息的接受和存储；编写设备PLC程序将数据块（DB）内接收到的发动机信息，进行提取、分类，自动识别出发动机的型号、订货号、序列号等信息，实现设备对发动机机型的读取。设备装配、拧紧完成后将装配结果和拧紧数据与发动机序列号进行绑定，实现装配异常的跟踪、监控和记录。

2.视觉读码技术的应用

利用视觉读码技术实现发动机发动机装配数据与拧紧机的匹配和绑定。

通过利用视觉读码技术，读码器自动进行读取扫描发动机***的二维码，自动获取发动机的型号、订货号等信息。编写程序将读取到的发动机信息与拧紧轴的拧紧程序进行匹配绑定，实现程序的自动选择匹配。读码器读取成功后拧紧机才允许拧紧工作，同时每一种机型对应一套防错程序，程序匹配正确拧紧合格后发动机才自动放行。建立工业以太网通讯，实现读码器、PLC、拧紧轴的数据通讯连接；利用PROFNET工业电缆将读码器与PLC进行连接实现PROFNET通讯；利用PROFBUS电缆将PLC与拧紧机进行连接实现两者之间的PROFBUS通讯，***终PLC作为设备主站实现3者之间的数据传输和信号交互。

利用视觉读码技术自动获取发动机的型号、订货号等信息；通过调试视觉软件，利用读码器对发动机铭牌的二维码进行扫描，保证读码器读取发动机二维码的成功率为***，以便视觉系统能成功的获取发动机信息。设计数据采集、处理程序对数据信息进行采集、分析、提取；将采集到的发动机信息进行分析处理，提取所需要的关建信息然后进行比对，判断处相应的机型，将处理后的发动机信息传输给拧紧机，然后拧紧机调用相应的拧紧程序匹配相应的拧紧数据。通过编写程序将读取到的发动机信息与拧紧机的拧紧程序进行匹配绑定，实现程序的自动选择匹配。读码器读取成功后拧紧机才允许拧紧工作，同时每一种机型对应一套防错程序，保证发动机信息与拧紧程序匹配正确后拧紧机才允许拧紧工作。

3.全自动拧紧专机的设计与应用

自主设计制作自动化拧紧专机。实现发动机连杆螺栓、飞轮、飞轮壳、气门挺柱等关键工序的自动装配拧紧。由于发动机的机型较多，需进行拧紧的零部件较为复杂、拧紧力矩的工艺要求和控制方式也不同。将机器人作为载体，利用机器人、PLC等控制技术，设计制作自动化装配拧紧专机。自主设计制作工装；编写控制程序；调试机器人动作轨迹。利用自动化拧紧专机来拧紧发动机螺栓代替人工手动拧紧。

设计制作连杆螺栓智能拧紧机实现拧紧具备多工位综合防错功能。设备采用机器人双轴拧紧机构，可根据机型自动切换相对应的套筒并完成拧紧工作。套筒存放架共四个套筒存放位，可缓存二套套筒机构，另一规格的二套套筒机构当前处于机器人抓具上。机器人可自动实现拆卸已装配的套筒机构，拆卸时，机器人携抓具移动至套筒存放架上侧，通过机器人向下移动，自动挤压套筒存放架的圆线弹簧，确保当前套筒机构与存放架贴实，此时通气口通气，外滑套向上回程，锁紧钢球划出，套筒机构与机器人抓具自动解锁。机器人可自动实现装配新的套筒机构，装配时，机器人携抓具移动至套筒存放架上侧，通过机器人向下移动至合适高度，并驱动拧紧轴低速旋转认帽套筒接杆，通气口通气，外滑套向下移动，锁紧钢球锁紧，套筒机构与机器人抓具自动锁住。套筒切换完毕后机器人带动拧紧机开始对连杆螺栓进行拧紧。通过机器人实现对连杆螺栓的智能拧紧，实现输送线体、机器人、拧紧机3者之间的数据传输，将发动机信息与拧紧结果进行绑定，且自动拧紧工位和返修工位联合防错（即A+B=6,A为自动工位，B为返修工位，6为工艺规定合格数量）。当自动工位和返修工位螺栓拧紧合格之和等于6时，才为此台发动机装配合格，然后将装配数据发送至输送线体。

设计制作飞轮壳、飞轮、气缸盖、齿轮室、机冷盖、加强板等部件拧紧单元，实现螺栓自动拧紧且具有防错功能。通过机器人实现飞轮壳、飞轮、气缸盖、齿轮室、机冷盖、加强板等部件的全自动拧紧,代替操作者手动拧紧,提高了工作效率。传统关键工序螺栓拧紧是将电动工具安装在悬臂工装上进行螺栓的拧紧,悬臂工装是通过气压进行驱动的,由于气压存在不稳定性,有时会出现悬臂过沉或者过轻的情况,操作者使用起来存在安全隐患。设计制作自动拧紧单元，自主编写程序、调试机器人动作轨迹，通过机器人驱动拧紧轴,实现螺栓的自动拧紧，降低了操作者劳动强度；避免了人工拧紧出现漏拧或错拧的质量事故;提高了工作效率，保障了产品质量。

设计制作H机型挺柱自动装配单元，此全自动智能装配拧紧专机主要由4部分组成，分别包括挺柱自动上料机构（带有视觉系统）、挺柱自动安装机构、螺栓自动上料系统及拧紧机器人（带有4根拧紧轴和视觉系统）。专机可实现机型识别、挺柱自动夹取上料、挺柱角度自动找正、挺柱自动安装、螺钉自动上料、螺钉自动拧紧等装配功能，同时带有各级检测防错功能。此项目依据现有人工装配方式，从上料、装配、检验等方面全流程梳理滚轮挺柱自动装配过程，逐一拆分出挺柱装配相关子流程，并设计专用工装、夹具、框架、滑动机构等，应用视觉识别、自动上料、机器人自动拧紧等新型智能制造技术，实现挺柱全流程自动装配过程。此项目实现了视觉技术、拧紧机、机器人、PLC之间的信号交互功能，采用自动视觉装配拧紧技术，通用性强、作业效率高、拧紧可靠，装配拧紧完成将装配结果和拧紧数据进行分析处理。属于生产现场智能制造项目的***案例。
 

4.数据网联

建立数据交互网络，实现拧紧机、输送线体、自动化设备之间的信号交互和数据传输。设计总线星形拓扑结构控制策略，取代环形拓扑结构；采用PROFNET、PROFBUS通讯方式，搭建拧紧机、输送线体、自动化设备的数据传输和信号交互平台，对拧紧机的拧紧数据进行采集、分析、处理，***终实现WP10、WP12、WP9H、WP10H、WP10.5H等不同型号发动拧紧数据的自动匹配实现拧紧机多方向的综合防错。

利用PROFBUS通讯电缆将发动机生产线的拧紧机、输送线体进行星形拓扑结构连接，建立拧紧力矩、结果的传输纽带。通过现场施工将发动机装配线所有拧紧轴的控制器利用PROFBUS通讯电缆与输送线体PLC进行连接，并设置控制器的通讯地址，要求通讯地址与PLC程序中硬件组态设置的地址一致。

通过PROFNET通讯电缆将输送线体的CPU 与设备专机CPU 、机器人控制器等装配设备建立通讯连接，实现各机器之间的信号交互。利用PROFNET通讯电缆现场布线，将输送线体的6台PLC、RFID的6台PLC、自动拧紧专机的18台PLC进行连接，形成局域网，保持所有通讯连接的PLC在一个局域网内。
 

5.拧紧防错的设计与应用

自主编写拧紧防错程序，满足多工位拧紧力矩综合防错，实现发动机拧紧合格后自动放行功能。

编写自动拧紧专机的PLC程序，控制拧紧专机动作并将装配拧紧结果发送到相对应的RFID-PLC；然后通过编写RFID-PLC程序将接受的拧紧结果数据与采集到的发动机信息进行匹配组合绑定，再发送到相对应的输送线体PLC；***后根据装配拧紧工艺要求编写线体PLC逻辑计算程序，实现发动机装配拧紧数据全部合格后自动放行，当出现装配拧紧不合格后，生产线会停止运转并发出声光报警，操作者根据报警提示信息对发动机进行排查、返修，异常排除拧紧合格后才允许发动机流转至后工序。实现发动机螺栓拧紧的多方向、多工位的智能综合防错。