机车组装螺栓智能拧紧系统的搭建与应用

机车组装螺栓智能拧紧系统的搭建与应用

李国栋 王菲菲 中车大连公司 工艺工程部 辽宁省 大连市 116021

摘要：本文重点分析了某机车企业总装车间搭建的螺栓智能拧紧网络系统搭建与应用过程，通过传统螺栓拧紧过程中的操作过程、操作后质量检查、拧紧数据统计管理的三个环节分别进行的对比分析，详细的阐述了螺栓智能拧紧系统在机车组装中的作用和原理及能实现的大数据分析。

关键词： 智能扳手 机车组装 螺栓拧紧 网络系统 数据分析

前言

在机车组装过程中，制造单位的工艺和质量管控部门需要严格管控螺栓拧紧过程中的操作环节、检查环节、数据记录等三个环节，本文将通过对这三个环节的主要构成因素分析展开，分析传统力矩扳手从拧紧过程、拧紧后的检查、数据记录等方面分析不足点，然后阐述智能拧紧系统的组成和应用过程及如何克服原有拧紧过程中的不足及其他的性能优势。

一 传统螺栓拧紧过程

1.操作过程

过程描述：在螺栓拧紧过程中，操作人员按照技术文件中的力矩要求，选取适合量程的力矩扳手，将其调整到需要的力矩值，确认安装位置、零件无误后，按照要求进行力矩紧固操作，完成螺栓紧固，画防松标识。

分析：在拧紧过程中，操作位置、螺栓的种类、数量、力矩值、均依靠操作者进行识别，对操作人员的经验依赖度较高，适合于单一品种产品、人员与工序相对固定的情况，当面临多品种产品切换，环境嘈杂.一人多岗、高强度的工作情况下，很容易发生失误。

2.操作后质量检查

过程描述：完成螺栓紧固操作后，操作人员需要在螺栓头部或螺母上画防松标识，检查人员首先检查标识线是否完整，再用检查锤向螺栓紧固方向轻敲螺栓头部，检查连续的标识线是否断开，作为判断螺栓是否松动的依据。确认合格后签字确认。

分析：这种检查方法对螺栓的最后拧紧状态进行确认，但对拧紧的过程（如拧紧角度要求）和精度（如超力矩）无法进行监控，也就不能完整地反应螺栓拧紧全过程的情况。

3.拧紧数据统计管理

过程描述：现阶段的记录媒介为纸质检查记录，当操作者在完成工作后，操作者将力矩值的填写到检查记录中，为确保准确性，需要由互检者记和专职检查人员填写互检和专检记录，并要求记录进行存档3年。

分析：这种记录模式存在以下几方面的缺点，（1）记录的准确性完全依靠操作人员的自觉，但操作者在不同工序间穿插作业，容易产生错填漏填，影响数据的真实性。（2）操作人员每完成一个工序都要进行检查记录的填写，不能集中精力进行操作，严重影响工作效率。（3）纸质记录存在着存储不便，不易查找等问题，在信息化的今天，纸质数据的查询、统计、对比分析更是一个巨大的缺陷。

4使用传统螺栓拧紧人工操作模式和检测手段及数据记录的方式，无论是从软件上还是从硬件上都存在着难以克服的缺陷，

二 、智能拧紧系统总体结构及使用过程

1.智能拧紧系统总体结构：根据机车装配工艺的特点和实际需要，机车总装螺栓智能拧紧系统以工业WiFi专用网络为网络平台，由带有扫描功能的移动终端、智能拧紧把手、应用服务器，远程服务器、及数据服务器、监控显示屏等组成，如图1所示

图1 螺栓智能拧紧系统

2.螺栓智能拧紧系统的主要功能：根据车型选择预设的内置紧固程序，并将命令下达到终端，同时终端硬件在生产过程中的数据结果（包含力矩值、角度值），通过传感器传输到数据存储装置，系统能够自动形成记录，并根据数据值形成分析曲线，可实现数据的追溯，为售后服务部门及质量管控部门分析机车螺栓拧紧状态提供数据支持。

3具体操作流程：通过手持终端扫描二维码形式的操作人员信息，工位信息，通过工业WiFi网将数据传输到服务器中，服务器根据输入的信息建立起智扳手与人员、工位、工序的逻辑关系，关系建立数据传输渠道，根据输入的信息对力矩扳手发出指令，力矩扳手根据指令调取存储在其中的拧紧程序，操作人员使用扭矩扳手进行作业，扳手按照预先设置好的程序对螺栓进行紧固，同时拧紧力矩值和角度 通过MES网络实时传输到应用服务器中，并存储到数据存储服务器，螺栓的最终力矩值在设定力矩值范围之外时，通过设定系统会报警，提示操作者将螺栓松开进行重新把紧，直至操作者的使用力矩值符合要求为止。

4对于拧紧结果的大数据的分析：扳手将通过工业WIFI网合格的数据，传输到应用服务器中的数据，通过应用服务器中的分析软件会自动并显示每个螺栓都会产生拧紧角度和力矩值曲线，当积累到一定的数量后，会形成包络曲线，系统会记录所有合格范围内的螺栓紧固数据，并按照需求进行螺栓规格等级分类，及相应的紧固力矩和角度趋势曲线，并上传至MES系统，供研发部分进行参考，选择最合适的设计参数。

5应用服务器将并在系统中设置有固定格式的输出格式，能够将车型、车号、操作者、螺栓规格、数量、拧紧力矩等输出数据以固定格式输，并存储到数据服务器中，并在需要时进行打印。

6智能力矩扳手中的程序可以通过离线模式使用软件编辑后，通过远程服务器输入到应用服务器中，同时也可以通过远程服务器监视现场力矩扳手的使用情况，如下图所示，当在远程服务器上电击左侧列表中的智能力矩扳手列表中的任一力矩扳手，右侧即能够显示出该力矩把手正在进行的工作及拧紧结果。

力矩值及角度

智能力矩扳手列表

图2 远程控制图

三． 传统力矩拧紧与智能拧紧系统拧紧对比分析表

五 结论：

经过一段时间的使用，智能拧紧系统不但能够克服了原有传统力矩扳手紧固从过程到检查记录全过程中的不足而且能够实现车间、工位两级理化管，向上：可以将数据汇入公司或集团级MES系统，其功能包括数据拧紧数据的分析，计算。向下：可以监控各工位作业情况、问题分析，系统界面重点突出、功能清晰易用，引导系统根据用户作业习惯定制开发，贴近员工日常工作状态，引领了机车组装工中螺栓连接的发展方向。

参考文献 工业设计概论 李艳 张蓓蓓 化学工业出版社

作者简介： 姓名：李国栋 性别：男 籍贯 辽宁省大连市金州区 高级工程师

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