劉華學(xué) 王海峰 柴 林 馬世銀

(中車長(zhǎng)江車輛有限公司 湖北 武漢 430212)

1 板柱式側(cè)墻結(jié)構(gòu)介紹

由平板、直線型側(cè)柱、上側(cè)梁等組焊而成的一維平面的結(jié)構(gòu)側(cè)墻，定義為“板柱式側(cè)墻”，其結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在典型產(chǎn)品C70E型通用敞車、C80型通用敞車及P70型通用棚車。側(cè)墻長(zhǎng)度一般不大于18 m，寬度不大于3 m，重量在3 t以內(nèi)，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 板柱式側(cè)墻結(jié)構(gòu)圖

2 板柱式側(cè)墻制造現(xiàn)狀分析

目前板柱式側(cè)墻生產(chǎn)存在以下實(shí)際問題:生產(chǎn)方面，管輔及操作用工偏多，一些胎位人員密集；工裝設(shè)備方面，工裝柔性程度不足以支撐市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的需求，設(shè)備的自動(dòng)化程度低，工裝設(shè)備無(wú)信息化數(shù)據(jù)接口；物流方面，主要表現(xiàn)為對(duì)天車依賴過多，存在窩工現(xiàn)象，缺少多元化先進(jìn)物流方式；產(chǎn)品質(zhì)量過多依賴人工，質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

3 板柱式側(cè)墻自動(dòng)化制造方案

3.1 方案綜述

側(cè)墻生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)要打破傳統(tǒng)工藝的束縛，通過“以機(jī)代人”提升制造水平，實(shí)現(xiàn)效益、效率的最大化。產(chǎn)線應(yīng)基于工藝流程、物流，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的流水作業(yè)，以打造“標(biāo)準(zhǔn)工位”的精益思想建立產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)工位化管理，保證制造技術(shù)一段時(shí)間內(nèi)的先進(jìn)性，為后期的數(shù)字化、智能化、綠色化升級(jí)預(yù)留接口。

側(cè)墻自動(dòng)化制造實(shí)施目標(biāo)：減少作業(yè)人員50%；通過流水線傳輸、工位便捷上料等技術(shù)手段，減少天車使用率85%，提高工裝設(shè)備及作業(yè)過程的本質(zhì)安全度；長(zhǎng)直焊縫實(shí)施自動(dòng)化焊接，焊接自動(dòng)化率達(dá)到85%；建立設(shè)備、工藝、物料、質(zhì)量、生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)，為建設(shè)數(shù)字化車間奠定基礎(chǔ)；通過生產(chǎn)線的柔性化、模塊化實(shí)施，實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品快速換型。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)工位切分

以典型產(chǎn)品C70E型通用敞車、C80E型通用敞車、P70型通用棚車等為例進(jìn)行分析(見圖2、圖3)。由平板、直線型側(cè)柱、上側(cè)梁等組焊而成的一維平面的結(jié)構(gòu)側(cè)墻，其工藝方法和流程最為近似，可進(jìn)行整合，形成標(biāo)準(zhǔn)工藝生產(chǎn)線，定義為“板柱式側(cè)墻線”。對(duì)板柱式側(cè)墻的工藝流程進(jìn)行匯總再重新切分，使板柱式側(cè)墻線能滿足典型板柱式側(cè)墻的生產(chǎn)，并且產(chǎn)能符合實(shí)際要求。因此，板柱式側(cè)墻線標(biāo)準(zhǔn)工位及工藝流程如圖4所示。

圖2 C70E型敞車側(cè)墻工藝流程圖

圖3 C80E、P70型側(cè)墻工藝流程圖

圖4 板柱式側(cè)墻生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)工位工藝流程圖

3.3 側(cè)墻組裝一工位

側(cè)墻組裝一工位主要由T型槽基座模塊、支撐模塊、夾緊模塊、定位模塊、傳輸系統(tǒng)、上料裝置、工位機(jī)、送絲機(jī)懸掛裝置等部分組成(見圖5)。各模塊采用柔性連接，便于安裝、調(diào)整以及維護(hù)。

工裝設(shè)置梁及板等配件的定位裝置，要求安全、可靠，轉(zhuǎn)產(chǎn)調(diào)整方便。側(cè)柱定位裝置需滿足自動(dòng)對(duì)中功能。設(shè)置梁和板等配件的嚴(yán)縫裝置，保證各梁與板間密貼，局部間隙不大于2 mm。設(shè)計(jì)撓度調(diào)整裝置，撓度要求在2～12 mm間可調(diào)整。平面度要求高度方向0.5 mm/m，全長(zhǎng)不大于2 mm；長(zhǎng)度方向2 mm/m，全長(zhǎng)不大于5 mm。組裝后，側(cè)柱中心距公差為±2 mm，中門孔寬度公差為±2 mm，對(duì)角線誤差不大于5 mm。

圖5 側(cè)墻組裝一工位

3.4 側(cè)墻焊接一工位

側(cè)墻焊接一工位主要由T型槽基座模塊、支撐模塊、定位模塊、壓緊模塊、傳輸系統(tǒng)、焊接機(jī)器人及其配套系統(tǒng)、工位機(jī)等部分組成(見圖6)。各模塊采用柔性連接，便于安裝、調(diào)整以及維護(hù)。

工裝設(shè)置定位裝置、夾緊裝置確保重復(fù)定位(每塊側(cè)墻在該工位的定位精度)精度須達(dá)到橫向、縱向在±3 mm以內(nèi)。

圖6 側(cè)墻焊接一工位

3.5 側(cè)墻組裝二工位

側(cè)墻組裝二工位主要由T型槽基座模塊、支撐模塊、夾緊模塊、定位模塊、傳輸系統(tǒng)、工位機(jī)、送絲機(jī)懸掛裝置、鉆孔設(shè)備等部分組成(見圖7)。各模塊采用柔性連接，便于安裝、調(diào)整以及維護(hù)。

設(shè)置立柱、斜撐等配件的定位裝置、夾緊裝置確保與墻板間密貼，局部間隙不大于2 mm。設(shè)置鉆孔設(shè)備用于加工類似C80BH不銹鋼敞車撐桿的安裝孔。送絲機(jī)懸掛裝置要求安裝位置和數(shù)量合理，能覆蓋整個(gè)胎位的焊接位置。

圖7 側(cè)墻組裝二工位

3.6 側(cè)墻焊接二工位

側(cè)墻焊接二工位主要由T型槽基座模塊、支撐模塊、定位模塊、夾緊模塊、傳輸系統(tǒng)、焊接機(jī)器人及其配套系統(tǒng)、工位機(jī)等部分組成(見圖8)。

設(shè)置定位裝置、夾緊裝置，確保重復(fù)定位(每塊側(cè)墻在該工位的定位精度)精度須達(dá)到橫向、縱向在±3 mm以內(nèi)。

圖8 側(cè)墻焊接二工位

3.7 側(cè)墻焊接三工位

側(cè)墻焊接三工位主要由T型槽基座模塊、變位機(jī)、支撐模塊、定位模塊、夾緊模塊、傳輸系統(tǒng)、焊接機(jī)器人及其配套系統(tǒng)、工位機(jī)等部分組成(見圖9)。

變位機(jī)安裝在T型槽基座模塊上，長(zhǎng)度方向可調(diào)，滿足不大于18 m的側(cè)墻生產(chǎn)。變位機(jī)安裝T型槽基座模塊與地面齊平，變位機(jī)設(shè)計(jì)要求在翻轉(zhuǎn)過程中不得超出布局區(qū)域，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，不得在使用過程中發(fā)生變形。定位裝置、夾緊裝置，確保重復(fù)定位精度(每塊側(cè)墻在該工位的定位精度)須達(dá)到橫向、縱向都在±3 mm之內(nèi)。焊接上側(cè)梁內(nèi)側(cè)時(shí)，需對(duì)上側(cè)梁設(shè)置反變形裝置，約0～200 mm可調(diào)，焊接完成后不得出現(xiàn)急彎。

圖9 側(cè)墻焊接三工位

3.8 側(cè)墻交驗(yàn)工位

側(cè)墻交驗(yàn)主要由T型槽基座模塊、叉式翻轉(zhuǎn)機(jī)、支撐模塊、定位模塊、夾緊模塊、傳輸系統(tǒng)、下料裝置、送絲機(jī)懸掛裝置、工位機(jī)等部分組成，如圖10所示。各模塊采用柔性連接，便于安裝、調(diào)整及維護(hù)。

叉式翻轉(zhuǎn)裝置安裝在T型槽基座模塊上，翻轉(zhuǎn)的同時(shí)工件原地回位，長(zhǎng)度方向與平臺(tái)模塊連接可調(diào)，滿足不大于18 m的側(cè)墻生產(chǎn)。

圖10 側(cè)墻交驗(yàn)工位

3.9 制造過程信息化技術(shù)

以工位為管理單元，對(duì)側(cè)墻生產(chǎn)線的生產(chǎn)指揮、物流配送、設(shè)備監(jiān)控、質(zhì)量管理等業(yè)務(wù)進(jìn)行信息化管理，主要數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、產(chǎn)線現(xiàn)狀目視化展示，以信息流指揮生產(chǎn)物流。將JIT日計(jì)劃排產(chǎn)至產(chǎn)線工位，形成工位節(jié)拍化生產(chǎn)計(jì)劃，工位可對(duì)完工產(chǎn)品及時(shí)進(jìn)行掃碼報(bào)工，物料配送執(zhí)行過程采用移動(dòng)終端，提高配送的執(zhí)行效率，工位物料在制信息實(shí)時(shí)反饋。在質(zhì)量管理方面，定義缺陷庫(kù)，所有缺陷通過系統(tǒng)記錄，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，工位質(zhì)量檢驗(yàn)記錄通過移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)電子化。在設(shè)備管理方面，掃碼完成設(shè)備點(diǎn)檢、保養(yǎng)、報(bào)修等業(yè)務(wù)，線上業(yè)務(wù)記錄為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備故障分析提供了數(shù)據(jù)支撐。通過生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)挖掘，不同維度、不同部門、不同層級(jí)間的信息互聯(lián)互通，達(dá)到管理一體化的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

板柱式側(cè)墻自動(dòng)化制造方案已在現(xiàn)場(chǎng)逐步應(yīng)用，涉及到投資等方面的影響，焊接機(jī)器人配置了50%，預(yù)留了部分信息化接口，其他功能均已完成小批量應(yīng)用驗(yàn)證。通過對(duì)自動(dòng)物流、焊接自動(dòng)化、自動(dòng)跟蹤、信息化技術(shù)、模塊化工裝、節(jié)拍化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)工位等多方面的研究，創(chuàng)建了一種基于自動(dòng)物流的板柱式側(cè)墻生產(chǎn)模式。作業(yè)人員由原來(lái)的33人減少到16人，減員達(dá)51.5%，天車吊運(yùn)由原來(lái)8次/片側(cè)墻減少到1次/片側(cè)墻，天車使用率減少87.5%，側(cè)墻所有焊縫均采用專機(jī)和焊接機(jī)器人焊接，僅需人工在焊接盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)，自動(dòng)化焊接率達(dá)到95%，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，提升了制造過程本質(zhì)安全度，作業(yè)方式改變的同時(shí)也帶動(dòng)了企業(yè)管理的提升，為鐵路貨車行業(yè)制造技術(shù)升級(jí)發(fā)展提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。