城軌車輛扭矩智能化管控模式探索

陳飛 梁雯雯 楊曉云

一、引言

2016年，浦鎮(zhèn)公司開展智能制造探索和嘗試，獨創(chuàng)以動作編碼為核心的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計方法，推動工藝輸出數(shù)據(jù)化、結(jié)構(gòu)化，實現(xiàn)工藝策劃驅(qū)動和控制現(xiàn)場執(zhí)行。結(jié)合以上理念，開發(fā)了精益制造MES系統(tǒng)，并在總裝A23工區(qū)試運行。經(jīng)過2年多的探索和實踐，該系統(tǒng)有效發(fā)揮了現(xiàn)場執(zhí)行管理的作用，實現(xiàn)了工藝策劃對制造執(zhí)行的驅(qū)動和控制，提升了生產(chǎn)制造管理水平，提高了工藝設(shè)計標準化、柔性化，推動了制造業(yè)工業(yè)化與信息化的融合。

基于對扭炬管控的緊迫性和關(guān)徤性，我們選取了流水線前5個工位，進行了扭炬施加的追溯管理，初步以局域網(wǎng)的形式形成了局部扭炬管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)軟硬件基本運行良好。

二、現(xiàn)狀

目前車輛螺栓組裝的方式采用傳統(tǒng)的棘輪扳手及手動力矩扳手的型式，此方式不僅操作繁瑣、效率低，手動調(diào)整數(shù)值的操作方式更加不受控，后續(xù)出現(xiàn)螺栓失效的故障，無法追溯和判別。由此帶來的問題有以下幾點。

（1）同一裝配工位擰緊螺栓/螺母數(shù)量多，且擰緊扭炬差異大。

（2）手動扭炬擰緊作業(yè)完畢后，扭炬值無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、追溯等。

（3）使用氣動沖擊工具預(yù)緊，扭炬難以控制，易出現(xiàn)擰緊過扭或擰緊不到位。

三、目的

采用智能化扭炬操作及管控系統(tǒng)，通過預(yù)置的程序控制，使操作的順序和要求固化，同時對操作的數(shù)值進行監(jiān)控和報警，用智能化的系統(tǒng)有效避免扭力漏打，打不到位等操作失誤。以此期望解決的問題如下。

（1）同一把工具能擰緊不同扭炬范圍的螺栓或螺母。

（2）擰緊扭炬能得到有效控制，能確保擰緊質(zhì)量。

（3）可實現(xiàn)扭炬的存儲、調(diào)閱，便于出現(xiàn)質(zhì)量問題時的追溯。

四、系統(tǒng)設(shè)計與工藝實施

1、總體布局

目前在流水線前5個工位布置智能化扭炬操作及管控小車，在工區(qū)南側(cè)墻體布置AP，并設(shè)置控制中心柜，系統(tǒng)拓撲圖和流水線系統(tǒng)示意圖分別如圖l、圖2所示。

2、系統(tǒng)功能及解決的問題

（1）擰緊數(shù)據(jù)本地存儲。

（2）擰緊數(shù)據(jù)的上傳、存儲與分析。

（3）與產(chǎn)線控制系統(tǒng)的通訊功能，可以實現(xiàn)相關(guān)的聯(lián)鎖保護和異常處理。

（4）擰緊數(shù)據(jù)SPC統(tǒng)計分析。

（5）每把工具的擰緊數(shù)據(jù)可以集中進行顯示，其中不合格數(shù)據(jù)以亮色加以明顯標識。

（6）擰緊數(shù)據(jù)與車身識別號一一對應(yīng)，保證數(shù)據(jù)的可追溯。

（7）數(shù)據(jù)多級存儲，確保100%完整性和可靠性。

（8）具備生產(chǎn)過程智能化管理能力，有效防止人為非法操作導(dǎo)致的擰緊結(jié)果異常或數(shù)據(jù)丟失。

（9）具備混線生產(chǎn)適應(yīng)能力，可以根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整擰緊工作方式和存儲方式。

（10）提供防錯手段，有效避免潛在失效可能性。

3、系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

4、數(shù)據(jù)傳輸

系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸圖，如圖4所示。

5、操作流程

啟動方式：掃碼啟動，按照臺位號——操作人員——項目編號及車輛編——工序編號的順序掃描，掃描完畢后工具啟動。

裝配具體執(zhí)行時，先讀取上述條碼啟動，按預(yù)先沒定的程序順序擰緊。例如，工具1，3.6～18Nm，扣動扳機啟動l#擰緊程序→1#程序50顆螺栓10Nm（自動跳轉(zhuǎn)2#）→2#程序30顆螺栓12Nm（自動跳轉(zhuǎn)3#）→3#程序20顆螺栓15Nm→（最多可設(shè)定8組程序），每組程序擰緊時，不合格不自動跳轉(zhuǎn)。

6、智能扭矩管控和追溯的實現(xiàn)

通過對扭炬扳手以及系統(tǒng)的不同設(shè)定，可以實現(xiàn)扭炬施加的管控以及扭炬數(shù)據(jù)的存儲、分析和追溯等，主要包含：

（1）智能充電式扭炬扳手使用前可以設(shè)定8組不同目標角度、目標扭炬值、施加初速度和扭炬減速度等的扭炬要求。

（2）系統(tǒng)工作時通過系統(tǒng)控制器記錄并無線傳輸智能充電式扭炬扳手施加扭炬的過程曲線、最終扭炬值、合格與否和操作者等信息。

（3）系統(tǒng)通過臺位配置的小車上的紅綠燈顯示實時施加的正確與否，不合格則通過蜂鳴器報警。

（4）智能充電式扭炬扳手施加合格與否通過自身的指示燈顯示報警。

（5）最終的結(jié)果在臺位工控機、終端控制機的顯示器上可以實現(xiàn)實時查看、導(dǎo)出等功能。

（6）最終的結(jié)果在臺位工控機、終端控制機的顯示器上可以實現(xiàn)追溯查詢、分析等功能，如圖5所示。

五、結(jié)語

扭炬的施加與管控目前在軌道車輛生產(chǎn)企業(yè)還未全面系統(tǒng)的實施，主要受限于軌道車輛體積龐大、緊固件種類繁多、扭炬規(guī)格各不相同、扭炬數(shù)值跨度較大以及扭炬實際操作空間受限等等因素，本文只是設(shè)計了一種小范圍的偏小扭炬的施加與管控局域網(wǎng)系統(tǒng)，并初步進行了試驗，初步期望已基本實現(xiàn)，但還有待進一步優(yōu)化與改善。