智能化機(jī)車檢修裝配系統(tǒng)的研制及在HXN5型機(jī)車C4、C5修程的應(yīng)用*

孫云剛

(中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 北京科學(xué)技術(shù)研究所， 北京 100036)

和諧型機(jī)車運(yùn)行速度高，如果運(yùn)行過(guò)程中關(guān)鍵部位螺栓出現(xiàn)松緩或斷裂，必將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，和諧型機(jī)車C4、C5級(jí)檢修修程要求對(duì)軸端蓋、減振器等走行部關(guān)鍵部件的連接螺栓進(jìn)行拆裝，并且對(duì)所有螺栓裝配工藝都有具體的扭矩要求。目前，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)基本上采用風(fēng)動(dòng)工具及老式力矩扳手進(jìn)行裝配，操作過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生緊固過(guò)度、扭力過(guò)載等問(wèn)題，并且作業(yè)過(guò)程中沒(méi)有有效的數(shù)據(jù)記錄，出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法追溯。因此，建立智能化檢修裝配系統(tǒng)，通過(guò)信息化手段探索機(jī)車裝配過(guò)程的輔助控制和裝配過(guò)程關(guān)鍵特性的追溯，對(duì)構(gòu)建量值化檢修控制體系，提升檢修工藝水平具有重要意義。

1 系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

通過(guò)建立智能化機(jī)車檢修裝配系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車裝配工藝流程的管理，實(shí)現(xiàn)擰緊扭矩值、零部件信息和人員信息的自動(dòng)采集以及裝配質(zhì)量的記錄和追溯，實(shí)現(xiàn)機(jī)車檢修裝配作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、工藝目視化。

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)身份識(shí)別、作業(yè)任務(wù)選擇、裝配作業(yè)順序引導(dǎo)、作業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)卡控、作業(yè)結(jié)果追溯、作業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等功能。

(1)系統(tǒng)具備簡(jiǎn)單、易操作的作業(yè)任務(wù)選擇功能。選擇作業(yè)任務(wù)后系統(tǒng)自動(dòng)提示需要使用的力矩扳手，并根據(jù)裝配工藝規(guī)定的扭矩值自動(dòng)調(diào)整力矩扳手的扭矩預(yù)設(shè)值。作業(yè)任務(wù)信息、力矩扳手的扭矩預(yù)設(shè)值信息記錄存檔。

(2)系統(tǒng)具備作業(yè)順序引導(dǎo)功能。提示作業(yè)者按順序作業(yè)，避免漏打、錯(cuò)打和重打的發(fā)生。

(3)系統(tǒng)具備作業(yè)數(shù)據(jù)卡控功能。實(shí)時(shí)顯示裝配作業(yè)的扭矩并記錄每個(gè)螺栓的擰緊扭矩值，出現(xiàn)不合格情況聲光報(bào)警，及時(shí)糾正不規(guī)范操作，確保擰緊扭矩值在合格范圍內(nèi)。每個(gè)螺栓的擰緊扭矩值、角度、不合格次數(shù)、時(shí)間等信息記錄存檔。

(4)系統(tǒng)具備作業(yè)結(jié)果追溯功能。對(duì)已完成的作業(yè)任務(wù)所有信息可以進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢，對(duì)正在進(jìn)行的作業(yè)可以實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前的作業(yè)信息。

(5)系統(tǒng)具備作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能。對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的所有或單次作業(yè)的工時(shí)，每個(gè)螺栓的擰緊扭矩值、角度，聲光報(bào)警的種類，校驗(yàn)不合格次數(shù)，扭矩值不合格次數(shù)，每個(gè)作業(yè)者的作業(yè)結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)分析圖表并可遠(yuǎn)程查詢。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由移動(dòng)工作臺(tái)、手持設(shè)備、大屏幕顯示器組成，配合高精度智能化的力矩扳手實(shí)現(xiàn)裝配作業(yè)(見(jiàn)圖1)。力矩扳手通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行通訊連接。零部件組裝及螺栓擰緊工序圖形文件、實(shí)時(shí)扭矩值在手持設(shè)備觸摸屏上自動(dòng)顯示，配合聲音燈光報(bào)警展示當(dāng)前工作狀態(tài)。移動(dòng)工作臺(tái)顯示單元和大屏幕顯示器可同步顯示多個(gè)作業(yè)人員裝配作業(yè)進(jìn)度。

其中移動(dòng)工作臺(tái)由工控機(jī)、顯示單元、報(bào)警燈、力矩扳手控制器、UPS、充電裝置及可選配件組成(圖2)。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

圖2 移動(dòng)工作臺(tái)

2.2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件由客戶端檢修裝配設(shè)置程序、作業(yè)端檢修裝配操作程序、裝配過(guò)程顯示程序組成。

2.2.1客戶端檢修裝配設(shè)置程序

裝配設(shè)置程序采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，以SQL Server 2008為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，主要分為系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)信息、工藝程序、查詢報(bào)告4個(gè)模塊(圖3)。管理人員可以通過(guò)裝配設(shè)置程序維護(hù)員工信息，進(jìn)行工具管理(圖4)以及機(jī)車檢修裝配操作工藝程序編輯、審核、發(fā)布(圖5)，追溯機(jī)車檢修裝配過(guò)程信息等。

2.2.2作業(yè)端檢修裝配操作程序

作業(yè)人員以用戶名、密碼登錄手持設(shè)備的裝配操作程序，選擇車號(hào)、轉(zhuǎn)向架號(hào)、檢修修程(圖6)，按照發(fā)布的裝配工藝流程進(jìn)行機(jī)車裝配操作，裝配作業(yè)流程見(jiàn)圖7。作業(yè)者根據(jù)屏幕顯示的作業(yè)指導(dǎo)進(jìn)行裝配擰緊，準(zhǔn)備要擰緊的螺栓顯示為藍(lán)色，待裝配的顯示為黃色。擰緊合格后，系統(tǒng)指示的螺栓提示符會(huì)變成綠色，不合格時(shí)會(huì)變成紅色，擰緊結(jié)果在屏幕上實(shí)時(shí)顯示(圖8)。若出現(xiàn)不合格數(shù)據(jù)，手持設(shè)備會(huì)語(yǔ)音報(bào)警，同時(shí)移動(dòng)工作臺(tái)報(bào)警系統(tǒng)也會(huì)啟動(dòng)。只有裝配合格后才能自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一步驟。裝配報(bào)告可導(dǎo)出或遠(yuǎn)程查詢(見(jiàn)圖9)。

圖3 裝配設(shè)置程序模塊

系統(tǒng)支持“平行作業(yè)”、“順序作業(yè)”，可實(shí)現(xiàn)多人操作、互不干涉，提高了裝配質(zhì)量及工作效率。

圖4 工具管理

圖5 裝配工藝程序編輯、審核、發(fā)布

圖6 登錄界面及開(kāi)工信息輸入

圖7 系統(tǒng)裝配作業(yè)流程圖

圖8 HXN5機(jī)車C5修程減振器底座螺栓擰緊結(jié)果顯示

圖9 裝配報(bào)告查看

2.2.3裝配過(guò)程顯示程序

裝配過(guò)程顯示程序融合多媒體無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的操作信息在移動(dòng)工作臺(tái)、手持設(shè)備和大屏幕顯示器的同步顯示(圖10)。該程序顯示頁(yè)面分為4個(gè)區(qū)域，前3個(gè)區(qū)域依次顯示和諧型機(jī)車檢修裝配過(guò)程中的3個(gè)工位操作(每個(gè)工位操作固定使用一個(gè)手持設(shè)備)，第4個(gè)區(qū)域用于顯示前3個(gè)區(qū)域中裝配異常的信息。出現(xiàn)操作異常時(shí)，作業(yè)者使用的手持設(shè)備語(yǔ)音報(bào)警的同時(shí)，在第4個(gè)區(qū)域會(huì)顯示異常發(fā)生區(qū)域及具體異常信息，移動(dòng)工作臺(tái)的3色報(bào)警燈紅燈常亮并伴有蜂鳴聲，提示操作者、互控人員當(dāng)前操作步驟異常。

圖10 同步操作信息顯示

3 系統(tǒng)在HXN5機(jī)車C4、C5修程應(yīng)用中的功能擴(kuò)充

3.1 例外轉(zhuǎn)序功能

和諧型機(jī)車車型較新，檢修現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際裝配時(shí)，由于一些配件保有量不足或短期工具異常造成裝配進(jìn)度滯后，為不影響總體裝配進(jìn)度，開(kāi)發(fā)擴(kuò)充了“例外轉(zhuǎn)序”功能，可臨時(shí)將裝配步驟跳轉(zhuǎn)至任意一步先執(zhí)行，當(dāng)配件問(wèn)題或工具異常問(wèn)題解決后，再執(zhí)行轉(zhuǎn)序之前的操作(圖11)。

圖11 例外轉(zhuǎn)序

3.2 特殊放行功能

針對(duì)可預(yù)知的時(shí)間內(nèi)無(wú)法解決的配件問(wèn)題或由于其他原因?qū)е庐?dāng)前裝配無(wú)法進(jìn)行但裝配又急于交付的問(wèn)題，學(xué)習(xí)主機(jī)廠的開(kāi)口項(xiàng)管理模式，開(kāi)發(fā)擴(kuò)充了“特殊放行”功能(圖12)，將目前暫時(shí)無(wú)法裝配的步驟標(biāo)記，納入開(kāi)口項(xiàng)，繼續(xù)進(jìn)行其他步驟的裝配，待到時(shí)機(jī)成熟時(shí)再將開(kāi)口項(xiàng)進(jìn)行關(guān)閉。該功能必須具有許可權(quán)限的帳戶才能進(jìn)行操作。

圖12 特殊放行

3.3 在線返工功能

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際裝配過(guò)程中，由于部件尺寸誤差或裝配次序?qū)е孪嚓P(guān)部件安裝出現(xiàn)問(wèn)題，需要對(duì)已安裝部件進(jìn)行拆卸、重新裝配，可以選擇返工功能(圖13)，填寫返工原因，做返工處理。

圖13 在線返工

4 結(jié)束語(yǔ)

智能化機(jī)車檢修裝配系統(tǒng)通過(guò)多級(jí)用戶權(quán)限管理、作業(yè)任務(wù)選擇，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際裝配工藝為向?qū)?，利用Wi-Fi技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了裝配過(guò)程中對(duì)工具的管理、對(duì)裝配工藝流程的管理及對(duì)扭矩值、零部件信息、人員信息的自動(dòng)化采集；實(shí)現(xiàn)了裝配質(zhì)量的記錄和可追溯；實(shí)現(xiàn)了螺栓裝配的防錯(cuò)、糾錯(cuò)等功能。系統(tǒng)成功應(yīng)用于北京局集團(tuán)公司懷柔北機(jī)務(wù)段HXN5型機(jī)車C4、C5修程的轉(zhuǎn)向架裝配作業(yè)，大幅提升了檢修裝配作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精確化。目前，正在擴(kuò)展系統(tǒng)在柴油機(jī)裝配作業(yè)中的應(yīng)用。