計(jì)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(yùn)龍 鄧?guó)檮? 山榮成 姚迪 姚凱 孫豐暉

摘 ? 要：隨著計(jì)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(dòng)化、信息化、智能化生產(chǎn)模式升級(jí)，將設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架制造技術(shù)能力的質(zhì)變。本文以動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架裝配為研究對(duì)象，通過計(jì)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(gè)方面對(duì)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架計(jì)算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)進(jìn)行研究總結(jié)，為動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)模式升級(jí)具有積極意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)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(hào)：TP39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（a）-0113-03

1 ?引言

我國(guó)高速鐵路正處于快速發(fā)展階段，截至2018年中國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程已超過2.9萬km。在線運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車組越來越多，對(duì)動(dòng)車組新造及檢修需求也隨之增大。轉(zhuǎn)向架作為動(dòng)車組的關(guān)鍵部件，承擔(dān)動(dòng)車組的牽引制動(dòng)、懸掛導(dǎo)向、減振降噪等作用，直接決定了動(dòng)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(guó)制造2025”的發(fā)展潮流，動(dòng)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?dòng)化、信息化的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)方式逐步升級(jí)，為動(dòng)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(dòng)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(dòng)車組轉(zhuǎn)向架裝配線層面，以多約束條件為前提對(duì)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(shí)時(shí)化為切入點(diǎn)，構(gòu)建針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助裝配過程控制與管理系統(tǒng)[3]。

2 ?計(jì)算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在產(chǎn)品制造過程中30%的勞動(dòng)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(shí)現(xiàn)裝配自動(dòng)化、柔性化，已成為現(xiàn)代企業(yè)面臨的迫切問題[4]。在動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。運(yùn)用生產(chǎn)線技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架信息化裝配是一種有效的解決方案。

計(jì)算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)（Computer aided assembly system，簡(jiǎn)稱CAA系統(tǒng)）是指在計(jì)算機(jī)輔助下指導(dǎo)、管控產(chǎn)品裝配過程的計(jì)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(dòng)轉(zhuǎn)向架在產(chǎn)線中流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架組裝“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”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(dòng)轉(zhuǎn)向架裝配作業(yè)，自動(dòng)判斷作業(yè)質(zhì)量是否滿足要求，最終提報(bào)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架裝配過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，作業(yè)質(zhì)量自動(dòng)管控，關(guān)鍵信息采集、統(tǒng)計(jì)。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(dòng)車組運(yùn)行安全與否，對(duì)組裝作業(yè)質(zhì)量管控是計(jì)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(dòng)生成。組裝線中零部件裝配扭矩刻打自動(dòng)采集，關(guān)鍵尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)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(gè)緊固數(shù)據(jù)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)添加至扭力扳手作業(yè)程序中。在螺栓擰緊時(shí)，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(gè)維度對(duì)緊固作業(yè)進(jìn)行信息采集，自動(dòng)對(duì)緊固作業(yè)進(jìn)行在線判斷。通過裝配程序的設(shè)置可對(duì)扭矩不到位、擰緊過快，緊固件漏裝等多種異常操作報(bào)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(jì)算機(jī)輔助裝配系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)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。考慮到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工具較多，扭力扳手由CAA系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)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(shí)對(duì)擰緊作業(yè)計(jì)數(shù)也規(guī)避了緊固件漏裝的風(fēng)險(xiǎn)，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(jì)量時(shí)間，超過計(jì)量期的扳手自動(dòng)鎖定不得使用，確保現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工具的有效性。通過對(duì)各扭力扳手扭矩的數(shù)據(jù)分析、評(píng)價(jià)，可實(shí)時(shí)預(yù)警扳手失效趨勢(shì)，對(duì)扭矩值不穩(wěn)定或超過上限的扳手自動(dòng)預(yù)警。作業(yè)完成后，CAA系統(tǒng)自動(dòng)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(cè)量管控

轉(zhuǎn)向架管路高度等尺寸通過便攜式無線測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量采集，測(cè)量工具與CAA系統(tǒng)連接，利用無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架裝配過程中部分測(cè)量尺寸的采集、上傳和統(tǒng)計(jì)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(dòng)檢測(cè)、測(cè)量控制及線結(jié)構(gòu)光實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與輪對(duì)的尺寸，實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋轉(zhuǎn)向架尺寸測(cè)量結(jié)果，并將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到測(cè)量控制系統(tǒng)，通過運(yùn)算及測(cè)量控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)對(duì)比，判斷轉(zhuǎn)向架尺寸是否合格。