計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向架組裝中的應(yīng)用與研究

支運龍 鄧鴻劍 山榮成 姚迪 姚凱 孫豐暉

摘 ? 要：隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，借助于轉(zhuǎn)向架裝配生產(chǎn)線自動化、信息化、智能化生產(chǎn)模式升級，將設(shè)計、工藝、物流、質(zhì)量、生產(chǎn)、設(shè)備等各環(huán)節(jié)縱向集成、橫向交互貫通，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架制造技術(shù)能力的質(zhì)變。本文以動車組轉(zhuǎn)向架裝配為研究對象，通過計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)的應(yīng)用、作業(yè)質(zhì)量管控、關(guān)鍵信息采集三個方面對動車組轉(zhuǎn)向架計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)進(jìn)行研究總結(jié)，為動車組轉(zhuǎn)向架信息化裝配系統(tǒng)的研究推廣提供參考與支持。對轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)模式升級具有積極意義。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)輔助裝配 ?轉(zhuǎn)向架組裝 ?質(zhì)量管控 ?信息采集

中圖分類號：TP39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0113-03

1 ?引言

我國高速鐵路正處于快速發(fā)展階段，截至2018年中國高鐵運營里程已超過2.9萬km。在線運營的動車組越來越多，對動車組新造及檢修需求也隨之增大。轉(zhuǎn)向架作為動車組的關(guān)鍵部件，承擔(dān)動車組的牽引制動、懸掛導(dǎo)向、減振降噪等作用，直接決定了動車組行駛的安全性、可靠性與舒適性[1]。轉(zhuǎn)向架組裝以往采用重人力、機(jī)械式的生產(chǎn)方式，裝配工藝及作業(yè)質(zhì)量完全由作業(yè)人員決定，員工工作強(qiáng)度大、工作壓力重，無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。順應(yīng)“中國制造2025”的發(fā)展潮流，動車組轉(zhuǎn)向架的裝配作業(yè)由機(jī)械化的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊⑿畔⒒纳a(chǎn)方式，生產(chǎn)方式逐步升級，為動車組轉(zhuǎn)向架的生產(chǎn)提供有力支持。

為提高轉(zhuǎn)向架組裝效率，改善作業(yè)環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度，眾多專家學(xué)者從不同領(lǐng)域進(jìn)行研究。張菲從動車組轉(zhuǎn)向架裝配線層面，以多約束條件為前提對生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行規(guī)劃與仿真[2]。劉檢華以提高復(fù)雜產(chǎn)品裝配數(shù)據(jù)可視化及實時化為切入點，構(gòu)建針對復(fù)雜產(chǎn)品的計算機(jī)輔助裝配過程控制與管理系統(tǒng)[3]。

2 ?計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計，在產(chǎn)品制造過程中30%的勞動力用于產(chǎn)品裝配，而產(chǎn)品制造總成本的50%～70%消耗在裝配作業(yè)中。由于產(chǎn)品裝配作業(yè)比重的日益增大，產(chǎn)品制造成本日益增加，如何實現(xiàn)裝配自動化、柔性化，已成為現(xiàn)代企業(yè)面臨的迫切問題[4]。在動車組產(chǎn)量增加、生產(chǎn)能力受限、制造成本居高的情況下，為保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，提升市場競爭力。運用生產(chǎn)線技術(shù)，通過計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架信息化裝配是一種有效的解決方案。

計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)（Computer aided assembly system，簡稱CAA系統(tǒng)）是指在計算機(jī)輔助下指導(dǎo)、管控產(chǎn)品裝配過程的計算機(jī)技術(shù)，是產(chǎn)品信息化裝配過程中的執(zhí)行、控制層系統(tǒng)。區(qū)別于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架裝配方式，信息化生產(chǎn)過程通過信息流驅(qū)動轉(zhuǎn)向架在產(chǎn)線中流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架組裝“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”多方面的協(xié)同關(guān)聯(lián)。CAA系統(tǒng)由上層車間控制系統(tǒng)接收生產(chǎn)工單，調(diào)用裝配程序驅(qū)動轉(zhuǎn)向架裝配作業(yè)，自動判斷作業(yè)質(zhì)量是否滿足要求，最終提報上層車間控制系統(tǒng)及質(zhì)量管理系統(tǒng)。多系統(tǒng)信息交互形成完整的轉(zhuǎn)向架裝配閉環(huán)管理，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架裝配過程實時監(jiān)控，作業(yè)質(zhì)量自動管控，關(guān)鍵信息采集、統(tǒng)計。圖1所示為轉(zhuǎn)向架組裝CAA系統(tǒng)界面。

3 ?作業(yè)質(zhì)量管控

轉(zhuǎn)向架組裝的質(zhì)量直接關(guān)系到動車組運行安全與否，對組裝作業(yè)質(zhì)量管控是計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)主要功能之一。作業(yè)質(zhì)量管控包括裝配過程的管控與裝配質(zhì)量記錄的自動生成。組裝線中零部件裝配扭矩刻打自動采集，關(guān)鍵尺寸測量數(shù)據(jù)自動采集，系統(tǒng)自動生成質(zhì)量記錄表并直接與轉(zhuǎn)向架綁定，為產(chǎn)品全壽命周期質(zhì)量管控提供數(shù)據(jù)支持。

3.1 扭力緊固管控

為實現(xiàn)扭力緊固的信息化管控，智能扭力扳手替代原機(jī)械扳手成為生產(chǎn)線的擰緊工具。智能扭力扳手的使用需預(yù)置緊固程序，提前將各個緊固數(shù)據(jù)及評定標(biāo)準(zhǔn)添加至扭力扳手作業(yè)程序中。在螺栓擰緊時，扭力扳手從扭矩、緊固角度、轉(zhuǎn)速及扭矩與角度相關(guān)曲線等多個維度對緊固作業(yè)進(jìn)行信息采集，自動對緊固作業(yè)進(jìn)行在線判斷。通過裝配程序的設(shè)置可對扭矩不到位、擰緊過快，緊固件漏裝等多種異常操作報警，降低了人工質(zhì)檢作業(yè)量，轉(zhuǎn)向架組裝線已逐步取消原有的三檢（自檢、互檢、專檢）模式。

信息化生產(chǎn)模式下扭力扳手與計算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)緊固作業(yè)智能化管控，CAA系統(tǒng)與扭力扳手相互關(guān)系見圖2?？紤]到現(xiàn)場作業(yè)工具較多，扭力扳手由CAA系統(tǒng)驅(qū)動，動作指令傳遞給專用智能扳手后方可解鎖，避免了作業(yè)人員誤用扭力工具作業(yè)，同時對擰緊作業(yè)計數(shù)也規(guī)避了緊固件漏裝的風(fēng)險，保證裝配質(zhì)量。CAA系統(tǒng)記錄扭力扳手的使用及校準(zhǔn)，提醒扭力扳手的計量時間，超過計量期的扳手自動鎖定不得使用，確保現(xiàn)場作業(yè)工具的有效性。通過對各扭力扳手扭矩的數(shù)據(jù)分析、評價，可實時預(yù)警扳手失效趨勢，對扭矩值不穩(wěn)定或超過上限的扳手自動預(yù)警。作業(yè)完成后，CAA系統(tǒng)自動采集扭力緊固信息，上傳至公司信息化系統(tǒng)中作為轉(zhuǎn)向架裝配履歷的一部分。

3.2 尺寸測量管控

轉(zhuǎn)向架管路高度等尺寸通過便攜式無線測量工具進(jìn)行測量采集，測量工具與CAA系統(tǒng)連接，利用無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架裝配過程中部分測量尺寸的采集、上傳和統(tǒng)計分析。如圖3所示，轉(zhuǎn)向架組裝線尺寸調(diào)整工序采用自動檢測、測量控制及線結(jié)構(gòu)光實時檢測技術(shù)，自動檢測轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與輪對的尺寸，實時檢測反饋轉(zhuǎn)向架尺寸測量結(jié)果，并將測量數(shù)據(jù)上傳到測量控制系統(tǒng)，通過運算及測量控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)對比，判斷轉(zhuǎn)向架尺寸是否合格。