孫云剛

(中國鐵路北京局集團有限公司 北京科學技術研究所， 北京 100036)

和諧型機車運行速度高，如果運行過程中關鍵部位螺栓出現(xiàn)松緩或斷裂，必將導致嚴重后果。因此，和諧型機車C4、C5級檢修修程要求對軸端蓋、減振器等走行部關鍵部件的連接螺栓進行拆裝，并且對所有螺栓裝配工藝都有具體的扭矩要求。目前，現(xiàn)場作業(yè)基本上采用風動工具及老式力矩扳手進行裝配，操作過程中經(jīng)常發(fā)生緊固過度、扭力過載等問題，并且作業(yè)過程中沒有有效的數(shù)據(jù)記錄，出現(xiàn)問題無法追溯。因此，建立智能化檢修裝配系統(tǒng)，通過信息化手段探索機車裝配過程的輔助控制和裝配過程關鍵特性的追溯，對構(gòu)建量值化檢修控制體系，提升檢修工藝水平具有重要意義。

1 系統(tǒng)技術方案設計

1.1 系統(tǒng)目標

通過建立智能化機車檢修裝配系統(tǒng)，實現(xiàn)機車裝配工藝流程的管理，實現(xiàn)擰緊扭矩值、零部件信息和人員信息的自動采集以及裝配質(zhì)量的記錄和追溯，實現(xiàn)機車檢修裝配作業(yè)標準化、工藝目視化。

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)身份識別、作業(yè)任務選擇、裝配作業(yè)順序引導、作業(yè)過程實時數(shù)據(jù)卡控、作業(yè)結(jié)果追溯、作業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等功能。

(1)系統(tǒng)具備簡單、易操作的作業(yè)任務選擇功能。選擇作業(yè)任務后系統(tǒng)自動提示需要使用的力矩扳手，并根據(jù)裝配工藝規(guī)定的扭矩值自動調(diào)整力矩扳手的扭矩預設值。作業(yè)任務信息、力矩扳手的扭矩預設值信息記錄存檔。

(2)系統(tǒng)具備作業(yè)順序引導功能。提示作業(yè)者按順序作業(yè)，避免漏打、錯打和重打的發(fā)生。

(3)系統(tǒng)具備作業(yè)數(shù)據(jù)卡控功能。實時顯示裝配作業(yè)的扭矩并記錄每個螺栓的擰緊扭矩值，出現(xiàn)不合格情況聲光報警，及時糾正不規(guī)范操作，確保擰緊扭矩值在合格范圍內(nèi)。每個螺栓的擰緊扭矩值、角度、不合格次數(shù)、時間等信息記錄存檔。

(4)系統(tǒng)具備作業(yè)結(jié)果追溯功能。對已完成的作業(yè)任務所有信息可以進行遠程查詢，對正在進行的作業(yè)可以實時查詢當前的作業(yè)信息。

(5)系統(tǒng)具備作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能。對一定時間內(nèi)的所有或單次作業(yè)的工時，每個螺栓的擰緊扭矩值、角度，聲光報警的種類，校驗不合格次數(shù)，扭矩值不合格次數(shù)，每個作業(yè)者的作業(yè)結(jié)果等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，產(chǎn)生統(tǒng)計分析圖表并可遠程查詢。

2 系統(tǒng)技術方案實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由移動工作臺、手持設備、大屏幕顯示器組成，配合高精度智能化的力矩扳手實現(xiàn)裝配作業(yè)(見圖1)。力矩扳手通過無線網(wǎng)絡與移動工作臺進行通訊連接。零部件組裝及螺栓擰緊工序圖形文件、實時扭矩值在手持設備觸摸屏上自動顯示，配合聲音燈光報警展示當前工作狀態(tài)。移動工作臺顯示單元和大屏幕顯示器可同步顯示多個作業(yè)人員裝配作業(yè)進度。

其中移動工作臺由工控機、顯示單元、報警燈、力矩扳手控制器、UPS、充電裝置及可選配件組成(圖2)。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

圖2 移動工作臺

2.2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件由客戶端檢修裝配設置程序、作業(yè)端檢修裝配操作程序、裝配過程顯示程序組成。

2.2.1客戶端檢修裝配設置程序

裝配設置程序采用C/S架構(gòu)設計，以SQL Server 2008為后臺數(shù)據(jù)庫，使用C#語言開發(fā)，主要分為系統(tǒng)管理、基礎信息、工藝程序、查詢報告4個模塊(圖3)。管理人員可以通過裝配設置程序維護員工信息，進行工具管理(圖4)以及機車檢修裝配操作工藝程序編輯、審核、發(fā)布(圖5)，追溯機車檢修裝配過程信息等。

2.2.2作業(yè)端檢修裝配操作程序

作業(yè)人員以用戶名、密碼登錄手持設備的裝配操作程序，選擇車號、轉(zhuǎn)向架號、檢修修程(圖6)，按照發(fā)布的裝配工藝流程進行機車裝配操作，裝配作業(yè)流程見圖7。作業(yè)者根據(jù)屏幕顯示的作業(yè)指導進行裝配擰緊，準備要擰緊的螺栓顯示為藍色，待裝配的顯示為黃色。擰緊合格后，系統(tǒng)指示的螺栓提示符會變成綠色，不合格時會變成紅色，擰緊結(jié)果在屏幕上實時顯示(圖8)。若出現(xiàn)不合格數(shù)據(jù)，手持設備會語音報警，同時移動工作臺報警系統(tǒng)也會啟動。只有裝配合格后才能自動跳轉(zhuǎn)到下一步驟。裝配報告可導出或遠程查詢(見圖9)。

圖3 裝配設置程序模塊

系統(tǒng)支持“平行作業(yè)”、“順序作業(yè)”，可實現(xiàn)多人操作、互不干涉，提高了裝配質(zhì)量及工作效率。

圖4 工具管理

圖5 裝配工藝程序編輯、審核、發(fā)布

圖6 登錄界面及開工信息輸入

圖7 系統(tǒng)裝配作業(yè)流程圖

圖8 HXN5機車C5修程減振器底座螺栓擰緊結(jié)果顯示

圖9 裝配報告查看

2.2.3裝配過程顯示程序

裝配過程顯示程序融合多媒體無線傳輸技術，實現(xiàn)裝配過程的操作信息在移動工作臺、手持設備和大屏幕顯示器的同步顯示(圖10)。該程序顯示頁面分為4個區(qū)域，前3個區(qū)域依次顯示和諧型機車檢修裝配過程中的3個工位操作(每個工位操作固定使用一個手持設備)，第4個區(qū)域用于顯示前3個區(qū)域中裝配異常的信息。出現(xiàn)操作異常時，作業(yè)者使用的手持設備語音報警的同時，在第4個區(qū)域會顯示異常發(fā)生區(qū)域及具體異常信息，移動工作臺的3色報警燈紅燈常亮并伴有蜂鳴聲，提示操作者、互控人員當前操作步驟異常。

圖10 同步操作信息顯示

3 系統(tǒng)在HXN5機車C4、C5修程應用中的功能擴充

3.1 例外轉(zhuǎn)序功能

和諧型機車車型較新，檢修現(xiàn)場實際裝配時，由于一些配件保有量不足或短期工具異常造成裝配進度滯后，為不影響總體裝配進度，開發(fā)擴充了“例外轉(zhuǎn)序”功能，可臨時將裝配步驟跳轉(zhuǎn)至任意一步先執(zhí)行，當配件問題或工具異常問題解決后，再執(zhí)行轉(zhuǎn)序之前的操作(圖11)。

圖11 例外轉(zhuǎn)序

3.2 特殊放行功能

針對可預知的時間內(nèi)無法解決的配件問題或由于其他原因?qū)е庐斍把b配無法進行但裝配又急于交付的問題，學習主機廠的開口項管理模式，開發(fā)擴充了“特殊放行”功能(圖12)，將目前暫時無法裝配的步驟標記，納入開口項，繼續(xù)進行其他步驟的裝配，待到時機成熟時再將開口項進行關閉。該功能必須具有許可權(quán)限的帳戶才能進行操作。

圖12 特殊放行

3.3 在線返工功能

現(xiàn)場實際裝配過程中，由于部件尺寸誤差或裝配次序?qū)е孪嚓P部件安裝出現(xiàn)問題，需要對已安裝部件進行拆卸、重新裝配，可以選擇返工功能(圖13)，填寫返工原因，做返工處理。

圖13 在線返工

4 結(jié)束語

智能化機車檢修裝配系統(tǒng)通過多級用戶權(quán)限管理、作業(yè)任務選擇，以現(xiàn)場實際裝配工藝為向?qū)?，利用Wi-Fi技術，實現(xiàn)了裝配過程中對工具的管理、對裝配工藝流程的管理及對扭矩值、零部件信息、人員信息的自動化采集；實現(xiàn)了裝配質(zhì)量的記錄和可追溯；實現(xiàn)了螺栓裝配的防錯、糾錯等功能。系統(tǒng)成功應用于北京局集團公司懷柔北機務段HXN5型機車C4、C5修程的轉(zhuǎn)向架裝配作業(yè)，大幅提升了檢修裝配作業(yè)的標準化、規(guī)范化、精確化。目前，正在擴展系統(tǒng)在柴油機裝配作業(yè)中的應用。