【高速动车组转向架组装生产线设计分析案例6200字】

青岛大学硕士学位论文高速动车组转向架组装生产线设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u19382高速动车组转向架组装生产线设计分析案例 1150971.1生产线调研 168731.1.1工厂需求 1411.1.2手工组装生产线现状 2224271.2生产线原理设计 3144851.3质量提升 4100911.4产能提升 437201.5人员配置 5172841.6生产线设计 556431.6.1转向架组装生产线布局 5308991.6.2转向架组装生产线结构设计 2301971.6.3零部件物流设计 2129741.6.4构架组挂工序设计 3129191.6.5转向架落成工序设计 3222531.7小结 41.1生产线调研为建立一条适用于工厂实际需求的高铁转向架组装生产线，使生产线得到充分应用，进行工厂需求及转向架手工组装生产线现状技术调研。1.1.1工厂需求经与该工厂技术人员、质量管理人员、生产管理人员、设备管理人员、信息化管理人员、物流配送人员、组装操作人员等沟通交流，充分了解操作者工作内容，工作方式且工厂对转向架组装生产线规划提出以下要求：（1）工序物流准时化、自动化：优化工艺流程，改善生产线物流，解决构架、轮对轴箱组成和零部件的输送、工序间流转。通过建立生产线自动化物流系统，使生产线物流按照生产节拍化有序配送，实现物流准时化、自动化。（2）工位装配自动化：通过采用先进制造技术、设计制作柔性化自动化装备，实现转向架零部件自动化装配，减少人员参与，降低操作人员劳动强度，减少作业人员数量。（3）安装工艺程序化、目视化：结合该工厂现有PDM系统进行装配工艺流程化、结构化设计。通过配置模块化工艺、结构化流程化工艺软件最小作业单元实现转向架装配过程中目视化指导，使转向架装配工艺程序化，工艺的可借性。（4）制造信息数字化：结合工厂已有PDM、MES、ERP、QMS等系统，建立与相关信息化系统相承接的转向架组装生产线中央集成控制系统，直接控制生产线中各子系统及装备，打通工厂级软件系统对生产现场的实时管控。实现制造信息自动下达上传，实现零部件安装等信息自动采集分析，实现转向架组装数字化制造。（5）产品质量提升：通过先进制造技术、制造装备保证生产过程产品质量。减少人为因素对转向架产品制造过程质量的干预。（6）生产线须具有极大的柔性化设计，满足多车型、多修程混产生产。生产纲领：适用该工厂及国内目前所有车型高速列车等转向架高级修。标准动车组转向架生产能力及节拍：10辆/日，单班制。生产节拍：90min/辆（45min/转向架）。（8）为保证产线可靠稳定性，满足多车型混产实际需求，该工厂提出该生产线采取人机交互生产模式。1.1.2手工组装生产线现状工厂拟将转向架组装生产线建立在既有厂房，用于高铁检修转向架组装。且此次转向架组装生产线的规划不得破坏现有厂房基础及已有设备。现有转向架组装中构架零部件组装及转向架落成装配采用简易工艺装备。根据厂房现有资源转向架组装生产线可占用三跨厂房。转向架组装生产线中构架组挂工序拟分布在第一跨、第二跨厂房内，转向架组装线中落成试验工序分布在第三跨厂房内。为充分利用现有转向架落成试验工序装配资源，规划后的转向架落成试验工序仍然保留在现有落成工序内。厂房硬件资源：第一跨厂房跨度约13m，长度约130m；第二跨厂房跨度约8.5m，长度约130m；第三跨厂房跨度约24m，长度约30m。构架组挂及转向架落成现有生产组织模式为车间通过人工下达生产任务，并进行排产。叉车等传统物流运输模式将零部件配送到生产现场，生产现场物料堆积过多，易造成混料带来质量风险，造成生产现场目视化程度较差，场地占用较大造成场地浪费。操作人员在接收到生产任务后，通过天车等搬运方式进行构架、轮对轴箱组成及重量较大部件吊运装配占用厂房内天车。应用简易工艺装备进行辅助装配，在装配过程中通过机械式预置扭力扳手进行螺栓拧紧其装配质量过于依赖操作人员，操作人员操作技能水平层次不齐，产品质量难以得到。操作者作业强度过大，人员配置过多，转向架组装产品质量无法得到有效快速追溯。1.2生产线原理设计转向架组装生产线设计蓝图图1.1。由图1.1可直观看出，转向架组装生产线由转向架装配装备（智能天车（机器人）、移动工作台（AGV）、零部件物流系统、转向架自动落成装置、转向架自动拧紧系统、转向架加载试验台等）、产线控制系统、计算机辅助装配CAA系统等组成。图1.1转向架组装线设计蓝图转向架组装生产线控制系统接收到工厂MES下发的工单，生产线控制系统根据产线内各工序、工位设置情况，进行二次工单细化下发。生产线控制系统根据工单信息，将工单中任务号与工艺结构进行绑定，生成相应的施工工艺。生成线控制系统调度机器人、AGV、扭矩控制系统等设备，设备按照设定的程序进行动作，完成相应的装配作业、物料搬运。生成线控制系统与各设备时刻保持通讯，并监控其状态。生产线控制系统按照工艺结构在CAA终端上显示其工单开工作业步骤，并目视化显示，操作人员登录账户按照作业步骤施工，并使用手持终端扫描零部件二维码获取零部件信息，CAA终端获取员工信息、作业结果、作业时间、扭矩等信息并将以上信息上传至MES系统，实现数据采集。1.3质量提升转向架组装生产线通过使用智能天车进行构架吊运，取代原手工装配时厂房内天车吊运，满足部件安装及转向架落成时其稳定性及0.2mm精度要求。在各工序工位根据待安装部件扭矩配置相应的电动扭矩扳手及其控制系统，使用扭矩拧紧系统进行螺栓扭矩的自动刻打、逻辑判定保障每颗螺栓均得到有效拧紧，且扭矩可直观判定是否满足产品装配需求。在转向架检测调整工位配置转向架自动检测设备，通过激光检测实现转向架组成相关尺寸检测、在线判定等，保障转向架组成尺寸质量。1.4产能提升制动夹钳安装、牵引电机安装、转向架落成及转向架尺寸检测等作业单元的作业时间较长，需要压缩满足生产节拍需求。经分析，制动夹钳、牵引电机安装时间较长，主要原因：安装部件数量较多、体积较大、重量较大，需使用厂房内天车进行频繁吊运，造成等待时间过程。因此，在转向架组装生产线设计时设计一套智能吊运系统取代原厂房内天车吊运。吊运零部件作业时吊运快捷方便，大大缩短安装时吊运等待浪费时间。转向架落成作业时间过长，主要原因：安装部件较多、天车吊运构架进行扣合时摇晃，不能精准定位，需要多人在不同位置观察并配合找轮对轴箱组成与构架之间位置关系，造成时间过长。在转向架组装生产线中设计转向架自动落成设备，轮对轴箱组成进入该设备后，各根据构架位置进行自动找正。设计智能天车进行构架吊运，智能天车精准定位将构架自动抓取至落成台位上方，进行构架与轮对轴箱组成扣合。避免人工反复找构架与轮对轴箱组成相对位置。转向架组装生产线设计根据光学原理，设计出转向架自动检测调整设备，同时进行转向架四角位置检测，并针对不合格处自动进行调整，取代原人工检测作业。提高生产线生产效率，提升转向架组装生产产能。1.5人员配置转向架组装生产线采用了先进制造技术及装备取代原人工作业、设备辅助人员作业，该生产线建立后将大大减少转向架组装作业人员数量。结合产线设备及系统设计配置情况，根据现场工作情况考察，人员分配情况如表1.1。表1.1转向架组装生产线人员配置明细序号工序名称作业人数（人）零部件组装工位一2零部件组装工位二2零部件组装工位三2零部件组装工位四2转向架落成2转向架自动检测调整0转向架试验5转向架组装生产线虽然增加了工作站数量，但由于其便利的操作使得每个工序所需人数减少，实现了生产线上总人数减少。精细化的转向架组装工艺及定员定岗设计减少了操作人员对自己所要掌握工艺内容，使得培训难度降低，操作更为熟练，间接提高生产效率。1.6生产线设计1.6.1转向架组装生产线布局转向架组装生产线按照“一个流、节拍化”进行布局。生产线工序较多，生产线占地面积较大，本文将转向架组装生产线分为两部分：构架组挂和转向架落成。下文将逐个进行详细介绍。（1）构架组挂工艺布局。根据该工厂拟定位的构架组挂工序工位占地面积进行构架组挂工序布局设计，构架组挂工序布局见图1.2。构架组挂工序在1号厂房、2号厂房各设置一条结构相同功能相同的构架组挂生产线。该生产线包含8个工位，其中1号厂房4个工位、2号厂房4个工位。（2）转向架落成工序布局分析。转向架落成工序主要组装部件：构架组成（即构架组挂工序完成后的产出物）、轮对轴箱组成、垂向减震器、轮对提吊、齿轮箱吊杆、轴箱钢簧等。将构架组成与轮对轴箱组成扣合在一起，并保证其相对位置关系的工序称为转向架落成。转向架落成工序该工厂拟利用现有转向架落成区域，故转向架落成零部件物料拟存放在落成工序边，待落成时使用。该工序零部件物料物流与构架组挂工序物流配送模式相同。根据转向架落成工艺，结合转向架组装线生产节拍需求及3号厂房占地面积，该工序设置两条转向架落成生产线，每条生产线包含两个工位：转向架落成工位和转向架调整检测工位。转向架落成工序布局图见图1.3。29青岛大学硕士学位论文图1.2构架组挂工序布局图1.3转向架落成工序布局图1.6.2转向架组装生产线结构设计转向架组装生产线主要包含：构架组装工序和转向架落成工序。其中构架组装工序中构架在各工位流转采取步进式移动工作台（简称ACP），承担着构架在各工位之间流转，且作为工作台使用，ACP到达不同位置实现不同工位零部件装配。构架组挂工序共配置八台ACP用于构架在各工位零部件的安装。ACP上构架定位滑移支撑直接根生在AGV上，由AGV内部的电池为其提供动力。为便于构架下部需要安装的部件安装，在构架组挂工序设置举升翻转机，根据构架组挂施工工艺在相应工位设置举升翻转机，结合ACP共同协作运动实现构架翻转。构架组挂工序所安装零部件重量较重，超出人员搬运能力。为避免零部件物流与构架物流之间流通路线的相互干扰，零部件物流拟采取桁架吊运，即在构架组挂生产线上部设置桁架吊，零部件库房内的零部件托盘托运零部件至相应出料口，人工使用生产线上的桁架吊运零部件至构架上的待安装位置。从而实现物流空中地面分层。针对构架下方的零部件安装采取翻转机与ACP配合，在翻转机上实现构架翻转后构架自动放置到ACP上，进行零部件的安装。为减少作业场地的占用、减少拧紧机数量的配置实现工位间拧紧机共用，在构架组挂生产线上部设置滑枕式拧紧机。零部件安装后人工可拖拽拧紧机实现其沿桁架移动，从而实现不同位置螺栓拧紧需求。滑枕式拧紧机即为将机械臂集成安装在滑枕上，滑枕沿着桁架进行滑移，电动拧紧工具集成在机械臂上。为减少生产线上部拧紧机与桁架吊之间干涉，将拧紧机与桁架吊集成在相同轨道上。拧紧机兼顾不同工位拧紧需求进行拧紧机与桁架吊之间位置布置。在该工厂1号厂房、2号厂房及3号厂房内搭建桁架智能天车，该天车横穿3跨厂房。1号厂房、2号厂房构架组挂完成后智能天车抓取构架运输到3号厂房转向架落成工位正上方。转向架落成工位仍然采用空中运输生产线模式，采取升降平台，平台降至最低点时平台轨道与厂房内地面上轨道对接。人工将轮对推移至落成台位，平台上轮对定位装置及找正装置将轮对轴箱组成进行找正定位，实现轮对轴箱组成定位后，智能天车将构架组成扣合在轮对轴箱组成上。转向架落成作业完成后，转向架沿用地面轨道推移至下工位转向架调整检测工位。调整检测工位的抬升机将转向架组成举起到一定高度，使轮对脱离轨道，且实现轮对的转动后使用激光检测技术进行构架组成与轮对轴箱组成之间相对位置关系检测，针对位置关系不合格的转向架组成解开轮对轴箱组成与构架组成之间的连接螺栓，重新进行位置调整后再次检测合格后进行该连接螺栓紧固。1.6.3零部件物流设计构架组挂工序零部件物料由物流中心按照生产线需求，采用生产看板模式进行配盘，运输至生产线零部件配盘区。使用零部件配盘区的单臂吊将零部件及其托盘吊运至零部件配盘线。零部件配盘区共设置四个长度、宽度、高度及结构相同的配盘台。以便于不同零部件在任何一个配盘台均可完成零部件上料入库。在零部件配盘区与零部件库房之间建立一条双层输送带，供零部件输送至零部件库房及空托盘回收。零部件入库后，根据生产线各工位装配需求，生产线控制系统调度零部件库房WCS系统，进行零部件出库待安装。零部件配盘作业、配盘线设备动作执行、输送线动作执行、托盘出入库及堆垛机码垛等均由WCS系统统一调度。零部件信息、库房内部件信息、库位使用率统计及库位状态管理均由WMS系统执行。1.6.4构架组挂工序设计构架组挂工序设置8个工位，分别为南线工位一、南线工位二、南线工位三、南线工位四和北线工位一、北线工位二、北线工位三、北线工位四。每条生产线均配置4台ACP、2台翻转机（工位二、工位四）、4套智能吊等。构架吊运至ACP上，ACP自动扫描获取构架RFID信息，并将信息上传至生产线控制系统，生产线控制系统调度ACP至相应工位，并将到位信息传递至生产线控制系统，再调度工位上CAA终端进行开工。装配过程中，操作人员按照CAA终端显示的步骤进行装配。每装配一个工步时，使用手持终端扫描零部件上二维码，获取零部件序列号信息等。CAA系统通过通讯接口向拧紧机控制器发送指令，拧紧机控制器根据其配置好的PSET值，驱动拧紧机拧紧作业，拧紧结束后扭矩自动判定上传，针对不合格的扭矩，拧紧工具及CAA系统均报警，且CAA系统装配程序无法向下一步执行，有效控制了装配质量。装配作业完成后，CAA报工，生产线控制系统调度ACP到达下个工位。1.6.5转向架落成工序设计转向架落成工序设置并行两条生产线，每条生产线配置：1台落成装置、1台转向架自动检测调整设备、1台转向架静载试验台、多套拧紧机。两条生产线共用1台智能天车及构架立体库房。转向架落成生产线在接收到转向架组装生产线下发的工单时，通过扫描轮对上RFID信息，获取信息后进行开工，调度落成装置平台升起及轮对定位装置升起实现轮对有效定位。转向架组装生产线控制系统接收到轮对就位信号后，调度构架库房中堆垛机，将待落成构架组成出库至智能天车上料口，再调度智能天车将构架组成吊取后放置到轮对正上方时。由于智能天车定位精度不能完全满足落成需求，在落成装置上设置4处视觉检测系统，构架在下降到一定高度与轮对芯轴配合面接近时，视觉检测系统拍照检测构架组成与轮对相对位置，针对偏移量小于0.5mm情