計算機輔助裝配系統在轉向架組裝中的應用與研究

支運龍 鄧鴻劍 山榮成 姚迪 姚凱 孫豐暉

摘 ? 要：隨著計算機技術的快速發展，借助于轉向架裝配生產線自動化、信息化、智能化生產模式升級，將設計、工藝、物流、質量、生產、設備等各環節縱向集成、橫向交互貫通，實現轉向架制造技術能力的質變。本文以動車組轉向架裝配為研究對象，通過計算機輔助裝配系統的應用、作業質量管控、關鍵信息采集三個方面對動車組轉向架計算機輔助裝配系統進行研究總結，為動車組轉向架信息化裝配系統的研究推廣提供參考與支持。對轉向架生產模式升級具有積極意義。

關鍵詞：計算機輔助裝配 ?轉向架組裝 ?質量管控 ?信息采集

中圖分類號：TP39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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。轉向架作為動車組的關鍵部件，承擔動車組的牽引制動、懸掛導向、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]。轉向架組裝以往采用重人力、機械式的生產方式，裝配工藝及作業質量完全由作業人員決定，員工工作強度大、工作壓力重，無法滿足現代化生產要求。順應“中國制造2025”的發展潮流，動車組轉向架的裝配作業由機械化的生產方式轉變為自動化、信息化的生產方式，生產方式逐步升級，為動車組轉向架的生產提供有力支持。

為提高轉向架組裝效率，改善作業環境，降低勞動強度，眾多專家學者從不同領域進行研究。張菲從動車組轉向架裝配線層面，以多約束條件為前提對生產作業進行規劃與仿真[2]。劉檢華以提高復雜產品裝配數據可視化及實時化為切入點，構建針對復雜產品的計算機輔助裝配過程控制與管理系統[3]。

2 ?計算機輔助裝配系統應用

據統計，在產品制造過程中30%的勞動力用于產品裝配，而產品制造總成本的50%～70%消耗在裝配作業中。由于產品裝配作業比重的日益增大，產品制造成本日益增加，如何實現裝配自動化、柔性化，已成為現代企業面臨的迫切問題[4]。在動車組產量增加、生產能力受限、制造成本居高的情況下，為保證產品裝配質量，提高生產效率和生產能力，提升市場競爭力。運用生產線技術，通過計算機輔助裝配系統實現轉向架信息化裝配是一種有效的解決方案。

計算機輔助裝配系統（Computer aided assembly system，簡稱CAA系統）是指在計算機輔助下指導、管控產品裝配過程的計算機技術，是產品信息化裝配過程中的執行、控制層系統。區別于傳統的轉向架裝配方式，信息化生產過程通過信息流驅動轉向架在產線中流轉，實現轉向架組裝“人、機、料、法、環、測”多方面的協同關聯。CAA系統由上層車間控制系統接收生產工單，調用裝配程序驅動轉向架裝配作業，自動判斷作業質量是否滿足要求，最終提報上層車間控制系統及質量管理系統。多系統信息交互形成完整的轉向架裝配閉環管理，實現轉向架裝配過程實時監控，作業質量自動管控，關鍵信息采集、統計。圖1所示為轉向架組裝CAA系統界面。

3 ?作業質量管控

轉向架組裝的質量直接關系到動車組運行安全與否，對組裝作業質量管控是計算機輔助裝配系統主要功能之一。作業質量管控包括裝配過程的管控與裝配質量記錄的自動生成。組裝線中零部件裝配扭矩刻打自動采集，關鍵尺寸測量數據自動采集，系統自動生成質量記錄表并直接與轉向架綁定，為產品全壽命周期質量管控提供數據支持。

3.1 扭力緊固管控

為實現扭力緊固的信息化管控，智能扭力扳手替代原機械扳手成為生產線的擰緊工具。智能扭力扳手的使用需預置緊固程序，提前將各個緊固數據及評定標準添加至扭力扳手作業程序中。在螺栓擰緊時，扭力扳手從扭矩、緊固角度、轉速及扭矩與角度相關曲線等多個維度對緊固作業進行信息采集，自動對緊固作業進行在線判斷。通過裝配程序的設置可對扭矩不到位、擰緊過快，緊固件漏裝等多種異常操作報警，降低了人工質檢作業量，轉向架組裝線已逐步取消原有的三檢（自檢、互檢、專檢）模式。

信息化生產模式下扭力扳手與計算機輔助裝配系統結合，實現緊固作業智能化管控，CAA系統與扭力扳手相互關系見圖2。考慮到現場作業工具較多，扭力扳手由CAA系統驅動，動作指令傳遞給專用智能扳手后方可解鎖，避免了作業人員誤用扭力工具作業，同時對擰緊作業計數也規避了緊固件漏裝的風險，保證裝配質量。CAA系統記錄扭力扳手的使用及校準，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?，F場作業工具的有效性。通過對各扭力扳手扭矩的數據分析、評價，可實時預警扳手失效趨勢，對扭矩值不穩定或超過上限的扳手自動預警。作業完成后，CAA系統自動采集扭力緊固信息，上傳至公司信息化系統中作為轉向架裝配履歷的一部分。

3.2 尺寸測量管控

轉向架管路高度等尺寸通過便攜式無線測量工具進行測量采集，測量工具與CAA系統連接，利用無線傳輸技術實現轉向架裝配過程中部分測量尺寸的采集、上傳和統計分析。如圖3所示，轉向架組裝線尺寸調整工序采用自動檢測、測量控制及線結構光實時檢測技術，自動檢測轉向架構架與輪對的尺寸，實時檢測反饋轉向架尺寸測量結果，并將測量數據上傳到測量控制系統，通過運算及測量控制系統預先設定的參數對比，判斷轉向架尺寸是否合格。