整车智能拧紧系统

【目录】

一、企业简介

二、课题实施背景

三、课题内涵和主要做法 

3.1、整车螺纹装配的过程控制能力提升的内涵

3.2、整车拧紧智能系统的创新点

3.3、严谨的评分机制，进一步规范了控制策略，优化了资源的调配

3.4、设备自身的能力挖潜

四、推广价值和实施效果 

五、附件

附件1、知识产权证明材料

附件2、关于目标扭矩＋转角监控拧紧策略的应用

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【企业简介】

北汽蓝谷麦格纳汽车有限公司（以下简称“蓝谷麦格纳”）法人股东为卫蓝新能源产业投资有限公司（以下简称“卫蓝投资公司”）与Magna International Autolaunch Ireland Ltd.（以下称“麦格纳爱尔兰”）分别出资51%、49%。2019年12月26日，蓝谷麦格纳在原北汽(镇江)汽车有限公司（以下简称“北汽镇江公司”）基础上重组，变更注册成立。

蓝谷麦格纳致力于“成为中国新能源汽车制造合作伙伴的领导者，世界级制造和创新解决方案的提供者”，以“通过高质量的制造，实现企业与客户、股东、员工及社会的共同可持续发展”为使命。

在原北汽镇江公司基础上，蓝谷麦格纳通过厂房扩建及设备、系统升级改造，最终形成了年产15万辆（双班生产）高端新能源汽车的完整生产能力。厂区内建设有5万产能的电池PACK车间，同时为后续产能扩大预留用地。

当前蓝谷麦格纳已于2020年9月、2021年3月和2022年2月，先后实现ARCFOX αT、αS和αS HBT版3款产品的量产，同时预计在2023年和2024年相继实现2款新增产品的量产。

为全面支持远景目标的实现，蓝谷麦格纳智能工厂按照“数字化、精益化、智能化”目标进行总体规划，分步推进实施。

为全面支持远景目标的实现，蓝谷麦格纳智能工厂按照“数字化、精益化、智能化”目标进行总体规划，分步推进实施。

第一阶段：“智能工厂”基础设施建设

智能工厂建设2015年开始按照先基础设施后智能制造的实施顺序，全厂区实施全光纤双路由及有线网无线网双覆盖，为打造“智能工厂”奠定基础。包括：实现千兆光纤骨干网，车间无线网络全覆盖；安全的计算机网络系统（分为工业网和办公网）；模块化的核心机房（安全、高效、节能）；自动化的视频监控前端设备、报警设备以及按整体厂区计算的安防中央处理设备。

第二阶段：“智能工厂”“智能制造”建设

智能工厂的智能车间在执行层面上有PLC、工业机器人、RFID、视觉引导和其他先进智能制造装备系统完成自动化生产流程。自动化生产线、机器人等自动化、智能化生产、试验、检测等设备台套（产线）数占设备台套（产线）数比例92％。在生产设备实时监控上，将制造执行系统（MES）与物流管理系统（WMS）及供应商管理系统（SRM）进行对接，通过统一的信息链平台传递，生产设备联网数占智能化、自动化设备总量的比例98％。工厂信息化工程通过SAP HANA平台为核心将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术结合应用，推进了生产过程智能化和企业经营管理信息化，同时用技术改造带动研发设计、生产制造、企业管理和市场营销的变革，对提升自主汽车品牌的创新能力和市场竞争能力都极具重要意义。

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【课题实施背景】

当前，我国的制造业尤其是汽车产业面临巨大的转型压力。一方面，由于成本攀升、产能过剩、竞争激烈、客户个性化需求日益增长等因素，迫使车企从低成本竞争转向建立差异化竞争的策略。另一方面，工厂在减员增效的同时，还需要在短时间内推动生产线的智能化建设，进一步加大了车企的负担。为了破题，在汽车等离散制造业领域，企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间，侧重从单台设备自动化和产品智能化入手，基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。而智能工厂的打造将会加速生产设备（生产线）智能化，拓展基于产品的智能化增值服务；加速生产与服务的集成，提高产业效率和核心竞争力。值得一提的是，随着当下物联网、协作机器人、增材制造、预测性维护等新兴技术的迅速崛起，也为车企打造智能工厂提供了强有力的技术支撑。

布局智能化生产线，打造高品质的车辆，不但是车企所追求的，也是用户所希望的。而在这股浪潮涌动之际，有一家车企已经悄悄走在了前面，它就是ARCFOX汽车。

以ARCFOX车为例，在焊装车间7万多平米的空间内，密布着290台德国KUKA机器人、76把德国尼玛克机器人焊钳、76台博世中频自适应焊机。如何评价一个工厂的智能化程度呢？其中一个重要指标就是自动化率。工厂整体自动化率达到了90%以上，在国内还是相当厉害的，仅单班生产可以减少200名作业人员。同时，技术人员只需通过生产协同平台（MES）就能够实现物流、计划、质量、设备、生产管理信息的数据交换，达到可追溯管理。该生产线还能够根据不同工况自动调节焊接参数，100%在线对质量和过程的监控，进一步保证了产品品质。

涂装车间配备了52台喷涂机器人，94秒就能下线一台车，实现一小时38台。喷涂过程中门盖的开启与关闭均由机器人来完成，实现了喷漆线100%自动化喷涂。仅有个别人工工位负责实时监控喷涂情况、检测喷涂效果以及修补瑕疵。值得一提的是，ARCFOX汽车采用国际领先水性漆B1B2工艺，在减少前期设备投资及常规运营能耗的同时，减少了后期维护及人员运营成本。相对于其他喷涂工艺，BIB2工艺在经济性以及环保减排都有着不小的优势。通过智能中心的数据分析系统，可以高效监控全车间2000多个工艺参数，实现了关键参数的全覆盖监控与无纸化工艺传输。

总装车间主要包括内饰线、底盘线、动力总成分装线、前悬后桥分装线、车门分装线、仪表分装线、前端模块分装线。在柔性生产节拍的控制下，该车间仅需120秒就下线一辆新车。为了提高物流效率，车间采用了独特的“八爪鱼”式物流布局，最大限度的减少物料配送距离，提高配送效率。同时，每一类装配工位都配备了专门的AGV工程车、RFID等智能装备。相关技术人员通过物流信息管理系统下达的指令实现AGV的智能物流化。它们可以扫描周围环境，自动抵达相应位置，完成总装车间90%的物料配送，有效避免磕碰划伤及错漏装等质量问题的出现。

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【课题内涵和主要做法】

可以说，随着汽车行业的日益发展，“用户满意”左右着各大车企的成败，而决定“用户满意”的就是“品质”，整车安全性能是衡量整车品质的重要标准，它不但有着严格的测试标准，用过量化的指标可以让消费者对车辆的安全性能有了最直观的感受，在自媒体高度发达的今天，除了厂家自己送检车辆，并宣传测试结果外，很多网络信息平台更是组织起了自己在市场上随机抽检的车辆碰撞试验。

以北汽蓝谷麦格纳的首款产品ARCFOX αT为例，为了保障整车安全性能，从产品开发端到制造端，北汽蓝谷麦格纳都下足了功夫。

车身结构设计及制造方面：

1、“上钢下铝”车身结构，源自欧洲先进的“结构环”设计理念

2、车身轻量化系数2.69，低于欧洲历年轻量化系数平均值(2.98)，已达到全球领先水平

3、鸟笼式框架铝车身技术，针对不同区域特性采用不同的铝合金制造工艺，量材适用，同时实现重量、性能与成本的最佳平衡。

*BAM is short for 鸟笼式Birdcage-航空级Aviation-模块化Modularization

4、高压铸铝、挤压变形铝、铝板、热成型、先进高强钢等轻质材料广泛应用。以挤压变形铝合金梁类零件、高压铸造铝合金承载结构件为主体的鸟笼式框架铝制下车体，实现轻量化、平台化：

其中，铝合金重量占比：挤压变形铝合金36%，高压铸铝29%，铝冲压17%。

铝挤压工艺——为了满足其高强度以及碰撞溃缩性能，BE21单独调整挤压件材料参数，

开发了BE21平台专属材料及热处理工艺，针对不同位置开发出碰撞溃缩弯曲角满足120°的材料

挤压变形铝合金

铝压铸工艺——为了满足其高强度以及铆接性能，BE21平台开发二次抽真空高压压铸工艺及专项热处理工艺，将其延伸率提升至12%，弯曲角至60°

高压铸造铝合金

5、车身多种铝合金连接技术

平台部分共进行280组试验

每组试验分类统计20次

最后确立24种钉型

形成200类搭接组合

平台部分共进行55组试验

每组试验分类统计20次

最后确立1种钉型

整车制造方面：

极致刚性的车身，经过电泳防腐和油漆喷涂后，就进入总装车间，而螺纹链接作为最重要的零件连接方式之一，这类连接方式被大量运用到整车的设计装配中，螺纹紧固件的装配质量不单单是整车制造质量的重要组成要求，更为重要的是其可靠性直接影响到乘员安全和法规符合性。通用、丰田、菲亚特等国际一流车企都出现过因为螺纹紧固问题所引发的召回事件，这都给北汽蓝谷麦格纳敲响了警钟。

与此同时，结合当前“互联网+”的制造业新趋势新理念，北汽蓝谷麦格纳在规划整车拧紧系统时，通过与供应商的深入交流，结合企业自身的制造经验，建设完成具有行业先进水平的整车拧紧智能系统。

ARCFOX αT整车力矩拧紧点平均1300个点，其中涉及到安全和重大功能项的关键重要拧紧点320个。针对这些扭矩点，北汽蓝谷麦格纳制定了严格和完善的控制措施，整车智能拧紧系统也应运而生：

1.整车螺纹装配的过程控制能力提升的内涵

北汽蓝谷麦格纳总装部在整车螺纹装配的过程控制工作中的重点就在于梳理了整车的所有螺纹紧固点，根据其安全特性、法规相关性等属性进行了关注等级的划分，针对不同等级的紧固点，规划出最优的设备或工具配备方案，以及人力配备方案。

除了合理的资源配置方案外，北汽蓝谷麦格纳还对高性能拧紧设备的进行了能力挖潜和智能化升级。电控拧紧机都通过以太网接入了工控系统，设备能够自动识别当前工位的车型信息，能够自动调取拧紧设备，这一点完全优于传统的扫码识别方式；设备在接入工控系统后，同时实现了拧紧数据实时上传，防漏拧功能；此外，拧紧机除了常规的扭矩参数设置外，还会通过一个阶段的数据跟踪和统计，增加转角监控参数，只有在扭矩和转角参数同时合格的情况下,设备才会视为拧紧合格。

综上，北汽蓝谷麦格纳总装部的整车螺纹装配的过程控制工作，通过科学严谨的规划，显示了资源的合理分配；通过设备的功能扩展，提升了制造过程的控制能力。

例如：涉及整车行程安全的轮胎扭矩装配，采用了多轴拧紧机，对轮胎扭矩同时拧紧，多步逐步拧紧至最终扭矩，防止发生不正确的装配方式及错漏拧紧，造成扭矩失效。

同时，设备与MES系统具备信息交互功能，拧紧机可自动获取当前工位的车型信息，自动调取对应的拧紧工作组，所有拧紧数据统一实时存储至IT服务器，数据与车辆VIN逐一对应，在操作终端上，可以调取所有合格与不合格的拧紧数据。装配质量的可追溯性大大加强；

控线功能，所有拧紧机，在工位时间内未能合格完成设定的具体扭矩的拧紧次数，机运线停线报警，若强制放行，机运系统中将留有记录；目前全部320个拧紧点均具备上述功能。

转角监控功能的应用，充分应用拧紧机的转角传感器，实现目标扭矩+转角监控的功能组合，提高对拧紧过程的监控，确保装配质量。

2. 整车拧紧智能系统的创新点

（1）将整车的螺纹装配点，根据其重要性进行等级划分，并赋予要求分值；整车螺纹装配点的重要性等级划分如下：

重要性重大的操作(点值=12)-直接影响人员安全的；（如车轮）

重要性中等的操作(点值=9)-非直接影响人员安全或功能丧失, 违反有关政府法规；（如悬置、座椅等）

重要性较低的操作(点值=6)-不影响人员安全和功能丧失, 但是会引起用户强烈的抱怨；（如内饰饰板等）

对于12分及9分的装配点需纳入关键装配点，进行重点控制；对于6分的装配点则视为常规的装配点进行控制；这也就意味着，总装部的资源可以有的放矢了，高性能的电控拧紧机、过程数据统计、以及QC质量门都将重点关注关键装配点，进而大大提高了资源使用的合理性；

3.严谨的评分机制，进一步规范了控制策略，优化了资源的调配；

对于每个螺纹装配点，总装部都会根据流程中规定的评分表，从工具选型、报错方式、数据记录表、100%检查的方法、质保部检查频次等5个方面进行评分，分数总和必须大于该点6分、9分或12分的要求分值。

通过表格，大致可以看到，以“工具选型”为例：电控拧紧机，或者气动工具+定值扳手的工具选型，可以得3分；带扭矩控制的气动或电池工具的选型，可以得2分；脉冲工具直接拧紧的工具选型，可以得1分；其中对于9分和12分的装配点，至少要按2分的工具类型进行选型；

其余的“自动控制”、“车间数据记录”、“100%检查”、“过程控制”等方面也均按表格中制定的规则进行规则制定；

很显然，这样的评分表给予总装部在设备和人力资源的调配上给出了非常标准化的和清晰的方案；对于关键点，总装将不遗余力的进行过程控制，而常规装配点，则可以避免过度控制。

4.设备自身的能力挖潜

对于工具选型使用了电控拧紧机的装配点，总装部在掌握设备自身特性的前提下，对设备进行了能力的拓展和潜力挖掘：

外置套筒选择器，提高设备使用率；

套筒选择器

电控拧紧机配备4-8位的套筒选择器，使得拧紧机可同时应对多车型的多扭矩的装配，大大增加设备使用率；套筒选择器上的套筒尺寸限位，增加的套筒切换的放错能力；

车型智能识别功能的实现：

电控拧紧机接入工控系统，可以自动获取当前车辆的车型信息，进而自动调取拧紧参数，与传统的扫码枪扫码识别方式相比，大大提高了系统的自动化程度，也大大降低了非增值工时的投入；此外，自动调用的拧紧顺序，与人工的套筒切换顺序形成有效的互校验，提高了工位内的放错能力，促进了操作人员的作业标准化；

拧紧数据实时上传，实现防漏拧功能：

电控拧紧机接入工控系统，拧紧扭矩值、转角监控值、拧紧时间等信息都与车辆VIN码一一对应，并实时上传工控系统，实现了数据的可追溯性。此外，设备接入工控系统后，工控系统可以对拧紧合格次数进行统计 ，只有在合格次数满足预设要求时，车辆才能离开当前工位，否则机运输送线会停线报警，这也就意味着任何的漏拧和错拧都会在系统中进行防范；

转角监控参数的增加，提高过程控制能力：

传统的拧紧参数都是单一的目标扭矩值，扭矩上、下限值，即拧紧机以目标扭矩值为工作目标，拧紧结束后与扭矩上、下限值进行比对，若最终扭矩值在该范围内即视为合格。

同样的工序若拧紧曲线出现了差异，那必然是制造过程的一些因素（人、机、料、法、环）发生了变化，然而要判断这些变化是否影响到产品质量，首要的前提就是能及时发现这些因素的变化。如上图所示，传统的单一的扭矩参数是无法识别曲线上的变化，不同的曲线，只要最终扭矩符合参数设定，都视为合格。

北汽蓝谷麦格纳总装部的拧紧机在进过阶段性的转角数据收集和统计后，将为设备增加角度监控参数。

如上图所示，只有在扭矩值和角度值同时满足参数设定要求时，当前的拧紧循环才会被视为合格。由于转角监控值得范围是通过长期数据收集和统计得来的，也就意味着，一旦出现角度报警，必然是人、机、料、法、环中的某些因素产生了较大的变化，这类的报警就给操作人员提供了及时提示。

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【推广价值和实施效果】

受电控拧紧机与工控系统交互功能的启发，总装的真空加注机、定量加注机、部分定扭扳手等设备都可以实现与工控系统的互通，除了停线报错的功能外，部门设备同样会实现数据上传，不但进一步提升了过程质量，还提高了信息系统的利用效率，进一步挖掘了工控系统的潜力。同时作为定位于北汽集团自主品牌标杆基地，也将通过各种途径和媒介，将智能化创新成果逐步向集团内其他基地进行推广。

合理布置工艺布局，优化成本

电控拧紧机是拧紧系统功能最强大，但同时也是成本最高的部分，在行业内也往往形成了两级分化的态势，主流的合资品牌（如大众、福特、通用、路虎等）对这方面的都投入非常大，电控拧紧机的数量通常都在150套以上，除了数量多，每套设备与工控系统的互通也都通过专门的软件实现了智能管理，总投入资金往往都在几千万。而国内自主品牌往往由于资金和控制策略上的差异，只采购少量的电控拧紧机，一般在20套以内，而且在与工控系统的互通功能上也做得比较有限。北汽蓝谷麦格纳在有限的资金条件下，通过合理的工艺流程编制，将关键控制点的工位进行了合并，大大增加了设备的利用率，同时也提升了高性能设备对关键控制点的覆盖率，最终实现了质量与经济投入的完美平衡。

通过智能拧紧系统在ARCFOX αT上的成功应用，北汽蓝谷麦格纳在第二款车型ARCFOX αS上予以了推广，该产品除了依旧获得了C-NCAP五星级的碰撞成绩外，同时也被某国内汽车平台进行了随机抽样，与有着“公路坦克”之称的B品牌某主力电动车车型进行了实车对撞实验，从碰撞结果上，ARCFOX的整车安全性能得到淋漓精致的展现，而这一切都得益于产品从设计端到制造端的卓越能力。

理布置工艺布局，优化成本

电控拧紧机是拧紧系统功能最强大，但同时也是成本最高的部分，在行业内也往往形成了两级分化的态势，主流的合资品牌（如大众、福特、通用、路虎等）对这方面的都投入非常大，电控拧紧机的数量通常都在150套以上，除了数量多，每套设备与工控系统的互通也都通过专门的软件实现了智能管理，总投入资金往往都在几千万。而国内自主品牌往往由于资金和控制策略上的差异，只采购少量的电控拧紧机，一般在20套以内，而且在与工控系统的互通功能上也做得比较有限。北汽蓝谷麦格纳在有限的资金条件下，通过合理的工艺流程编制，将关键控制点的工位进行了合并，大大增加了设备的利用率，同时也提升了高性能设备对关键控制点的覆盖率，最终实现了质量与经济投入的完美平衡。

通过智能拧紧系统在ARCFOX αT上的成功应用，北汽蓝谷麦格纳在第二款车型ARCFOX αS上予以了推广，该产品除了依旧获得了C-NCAP五星级的碰撞成绩外，同时也被某国内汽车平台进行了随机抽样，与有着“公路坦克”之称的B品牌某主力电动车车型进行了实车对撞实验，从碰撞结果上，ARCFOX的整车安全性能得到淋漓精致的展现，而这一切都得益于产品从设计端到制造端的卓越能力。

为了提升整车的安全性能，除了车身设计外，在制造端，公司在整车螺纹装配的过程控制工作中的重点就在于梳理了整车的所有螺纹紧固点，根据其安全特性、法规相关性等属性进行了关注等级的划分，针对不同等级的紧固点，规划出最优的设备或工具配备方案，以及人力配备方案。除了合理的资源配置方案外，公司还对高性能拧紧设备的进行了能力挖潜和智能化升级。电控拧紧机都通过以太网接入了工控系统，设备能够自动识别当前工位的车型信息，能够自动调取拧紧设备，这一点完全优于传统的扫码识别方式；设备在接入工控系统后，同时实现了拧紧数据实时上传，防漏拧功能；此外，拧紧机除了常规的扭矩参数设置外，还会通过一个阶段的数据跟踪和统计，增加转角监控参数，只有在扭矩和转角参数同时合格的情况下,设备才会视为拧紧合格。

通过综上所属的内容，公司形成了一套完整的整车螺纹装配的过程控制系统，提升了制造过程的控制能力。