機(jī)車總裝智能擰緊系統(tǒng)方案探究

南景宏，張明明，李國棟，遲 穎

（中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧大連 116021）

0 引言

當(dāng)前世界正在經(jīng)歷百年不遇經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，第四次工業(yè)革命熱度空前，將推倒原有格局，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)。我國提出“中國制造2025”規(guī)劃，把智能制造作為兩化深度融合主攻方向。智能擰緊系統(tǒng)使用數(shù)字化擰緊工具，實(shí)現(xiàn)螺栓擰緊過程控制、監(jiān)視及記錄，符合智能制造的發(fā)展方向，已在汽車制造業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。近幾年，機(jī)車制造企業(yè)也開始了制造轉(zhuǎn)型，其中智能擰緊系統(tǒng)應(yīng)用正在摸索中前進(jìn)。

機(jī)車制造企業(yè)工序復(fù)雜，涉及裝配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組裝工藝和作業(yè)環(huán)境也不盡相同，因此智能擰緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)因情施策。

1 機(jī)車總裝特點(diǎn)概述

機(jī)車總裝現(xiàn)場多為固定臺位或流水線臺位布局，廠房布局較為緊湊。機(jī)車產(chǎn)品尺寸大（長21 m，寬3.3 m，高4.8 m）、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（上下、左右、內(nèi)外都有裝配點(diǎn)），作業(yè)空間狹窄。一個工位要完成的任務(wù)多、螺栓種類多、數(shù)量多、大扭矩值多，同時工作人員多、個人移動范圍大、勞動強(qiáng)度大、工藝管理復(fù)雜、品質(zhì)管控難度大。

2 機(jī)車總裝智能系統(tǒng)構(gòu)建目標(biāo)

構(gòu)建智能化機(jī)車裝配系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車裝配過程實(shí)時監(jiān)控，擰緊扭矩值、零部件信息和人員信息的自動采集及裝配質(zhì)量的記錄和追溯[2]。系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）系統(tǒng)配置簡單，無浪費(fèi)資源。

（2）操作者使用方便。

（3）系統(tǒng)具有柔性化。

（4）系統(tǒng)能與上位系統(tǒng)（如MES）接口。

3 機(jī)車總裝智能擰緊系統(tǒng)方案描述

3.1 方案1 技術(shù)特點(diǎn)

在機(jī)車總裝智能擰緊系統(tǒng)方案探索過程中先形成了如下方案，簡稱方案1（圖1～圖3）。

圖1 方案1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 方案1 工位主機(jī)

圖3 方案1 系統(tǒng)操作流程

（1）系統(tǒng)分為3 層管理：①車間管理層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)搜集、記錄、分析等，與上位系統(tǒng)MES 等接口；②工位管理層：負(fù)責(zé)工位數(shù)據(jù)搜集、記錄、分析等，現(xiàn)場管理（輸入車型、操作者信息、工具等）；③現(xiàn)場執(zhí)行層：負(fù)責(zé)工件擰緊.

（2）工具與工位主機(jī)進(jìn)行通信。

（3）工具放置在工位主機(jī)上。

（4）工位主機(jī)具有可視化的工藝引導(dǎo)功能。

（5）在工位主機(jī)上操作進(jìn)行工具選用和工序選擇。

該方案在實(shí)際中可以使用，但卻有很多問題給使用帶來不便。

（1）系統(tǒng)柔性化不好。因?yàn)椴煌囆脱b配總工時不同，易造成生產(chǎn)線上不同工位工作負(fù)荷不均衡，其次，某些車型的零部件裝配工序有可能和其它車型不一致，從而導(dǎo)致裝配工藝變更[1]。因此機(jī)車總裝各工位配置的工具會隨產(chǎn)品切換有較多變更，另外還要考慮工具新增，但方案1 的工位主機(jī)讓系統(tǒng)的柔性化程度大大降低，因?yàn)楣ぞ吲c固定的工位主機(jī)進(jìn)行通信在距離上有一定的限制，工具拿到其他工位使用就需要繁瑣的調(diào)整。工具放置在工位主機(jī)上進(jìn)行管理受制于空間和接口，給工具調(diào)整和新增都帶來難題。另外工位主機(jī)與工具之間進(jìn)行通信，很容易被特殊的通信協(xié)議限定了工具品牌。

（2）系統(tǒng)操作流程過于繁瑣。操作者需要在主機(jī)上完成刷員工卡、手工輸入車架號、選擇工藝等8 個步驟才能對工具進(jìn)行使用。

（3）工位主機(jī)的工藝引導(dǎo)功能意義不大。該方案的工位主機(jī)工藝引導(dǎo)功能比較適用于單個工序和小型裝配臺位，因?yàn)闄C(jī)車產(chǎn)品特點(diǎn)和總裝的特殊操作環(huán)境，工位主機(jī)放置在固定位置，遠(yuǎn)離操作者和操作現(xiàn)場，使得可視化的工藝引導(dǎo)變得意義不大。

3.2 方案2 技術(shù)特點(diǎn)

對方案1 進(jìn)行優(yōu)化，形成了方案2（圖4、圖5）。

圖4 方案2 系統(tǒng)架構(gòu)

圖5 方案2 操作流程

（1）采用扁平化系統(tǒng)架構(gòu)，取消了工位管理層即工位主機(jī)，大幅降低系統(tǒng)成本，節(jié)省場地。

（2）采用開放的通信協(xié)議，工具利用了車間現(xiàn)有的Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)通信，打破了工具與工位主機(jī)的特殊通信協(xié)議對工具品牌的限制。

（3）打破工位主機(jī)的對工具的物理限制，一是工具可以在車間全域網(wǎng)下靈活使用，二是工具數(shù)量可以靈活增加。

（4）大大簡化了操作流程。通過后臺提前預(yù)置程序，現(xiàn)場移動手持終端掃描信息，實(shí)現(xiàn)操作者、工具、車型匹配，在工具上選擇工序任務(wù)，快速進(jìn)入擰緊作業(yè)。

4 結(jié)束語

探索機(jī)車總裝智能擰緊系統(tǒng)方案，滿足現(xiàn)場使用要求，符合數(shù)字化、智能化制造目標(biāo)，構(gòu)成簡單，具有柔性化、經(jīng)濟(jì)性好、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)、易于與上位系統(tǒng)接口等優(yōu)勢。