機車總裝智能擰緊系統方案探究

南景宏，張明明，李國棟，遲 穎

（中車大連機車車輛有限公司，遼寧大連 116021）

0 引言

當前世界正在經歷百年不遇經濟轉型，第四次工業革命熱度空前，將推倒原有格局，形成新的生產方式、產業形態。我國提出“中國制造2025”規劃，把智能制造作為兩化深度融合主攻方向。智能擰緊系統使用數字化擰緊工具，實現螺栓擰緊過程控制、監視及記錄，符合智能制造的發展方向，已在汽車制造業得到廣泛的應用。近幾年，機車制造企業也開始了制造轉型，其中智能擰緊系統應用正在摸索中前進。

機車制造企業工序復雜，涉及裝配的產品結構特點、組裝工藝和作業環境也不盡相同，因此智能擰緊系統的設計應因情施策。

1 機車總裝特點概述

機車總裝現場多為固定臺位或流水線臺位布局，廠房布局較為緊湊。機車產品尺寸大（長21 m，寬3.3 m，高4.8 m）、結構復雜（上下、左右、內外都有裝配點），作業空間狹窄。一個工位要完成的任務多、螺栓種類多、數量多、大扭矩值多，同時工作人員多、個人移動范圍大、勞動強度大、工藝管理復雜、品質管控難度大。

2 機車總裝智能系統構建目標

構建智能化機車裝配系統，實現機車裝配過程實時監控，擰緊扭矩值、零部件信息和人員信息的自動采集及裝配質量的記錄和追溯[2]。系統構建應實現以下目標：

（1）系統配置簡單，無浪費資源。

（2）操作者使用方便。

（3）系統具有柔性化。

（4）系統能與上位系統（如MES）接口。

3 機車總裝智能擰緊系統方案描述

3.1 方案1 技術特點

在機車總裝智能擰緊系統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 系統架構

圖2 方案1 工位主機

圖3 方案1 系統操作流程

（1）系統分為3 層管理：①車間管理層：負責數據搜集、記錄、分析等，與上位系統MES 等接口；②工位管理層：負責工位數據搜集、記錄、分析等，現場管理（輸入車型、操作者信息、工具等）；③現場執行層：負責工件擰緊.

（2）工具與工位主機進行通信。

（3）工具放置在工位主機上。

（4）工位主機具有可視化的工藝引導功能。

（5）在工位主機上操作進行工具選用和工序選擇。

該方案在實際中可以使用，但卻有很多問題給使用帶來不便。

（1）系統柔性化不好。因為不同車型裝配總工時不同，易造成生產線上不同工位工作負荷不均衡，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，從而導致裝配工藝變更[1]。因此機車總裝各工位配置的工具會隨產品切換有較多變更，另外還要考慮工具新增，但方案1 的工位主機讓系統的柔性化程度大大降低，因為工具與固定的工位主機進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整。工具放置在工位主機上進行管理受制于空間和接口，給工具調整和新增都帶來難題。另外工位主機與工具之間進行通信，很容易被特殊的通信協議限定了工具品牌。

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

（3）工位主機的工藝引導功能意義不大。該方案的工位主機工藝引導功能比較適用于單個工序和小型裝配臺位，因為機車產品特點和總裝的特殊操作環境，工位主機放置在固定位置，遠離操作者和操作現場，使得可視化的工藝引導變得意義不大。

3.2 方案2 技術特點

對方案1 進行優化，形成了方案2（圖4、圖5）。

圖4 方案2 系統架構

圖5 方案2 操作流程

（1）采用扁平化系統架構，取消了工位管理層即工位主機，大幅降低系統成本，節省場地。

（2）采用開放的通信協議，工具利用了車間現有的Wi-Fi 網絡與主機通信，打破了工具與工位主機的特殊通信協議對工具品牌的限制。

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

（4）大大簡化了操作流程。通過后臺提前預置程序，現場移動手持終端掃描信息，實現操作者、工具、車型匹配，在工具上選擇工序任務，快速進入擰緊作業。

4 結束語

探索機車總裝智能擰緊系統方案，滿足現場使用要求，符合數字化、智能化制造目標，構成簡單，具有柔性化、經濟性好、操作方便、實用性強、易于與上位系統接口等優勢。