CN109725613A - 一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，包括数据采集端、主控端和多个拧紧小车；数据采集端与主控端连接以实现数据交互，主控端与多个拧紧小车连接以控制拧紧小车执行拧紧操作并接收拧紧小车反馈的信息。本发明的系统，将螺栓拧紧数值自动下发、数据自动回传，避免人工干扰和人为因素，提升操作过程的自动化水平和透明度。

Description

一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统

技术领域

本发明涉及起重机的高强度螺栓连接拧紧技术领域，具体涉及一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统。

背景技术

相关术语解释：

高强度螺栓连接拧紧：是一种用高强度螺栓进行连接的装配方式，一般用于关键部件的装配。为保证螺栓连接的可靠性，高强度螺栓连接的质量通过拧紧力矩（拧紧值）进行控制，并进行拧紧质量记录和检测，防止螺纹松动发生安全隐患。

电动拧紧枪：是一种电能驱动的定扭值拧紧工具，外形类似冲锋枪，具有高精度、高扭矩、低噪音、高可靠性，并具备控制能力，是比拧紧扳手更先进的一种高端拧紧工具。

拧紧小车：是一种集成拧紧枪的小推车式机构，方便移动。推车包括模块：电动拧紧枪、带输入输出模块及17寸可触摸屏的工控机、控制器、15m卷线器及电缆线、无线通讯网络模块、手持式Pad显示终端、电气系统、套筒放置区、反作用力臂等。

汽车起重机是一种安装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机。底盘以上回转部分称为上车部分。上车部分由变幅机构、卷扬机构、伸缩机构和回转机构组成。变幅机构在起重机中，用于改变臂架俯仰的位置，增加主机的作业范围，主要功能是改变吊臂的幅角，实现重物的提升和下降。

轮式起重机产品种类多样，从8吨到1600吨共100余种，单台产品物料有3000种至1万种不等、零部件数量达到1万至3万多件。轮式起重机核心部件具有零部件数量多、结构复杂、重量大的特点，其制造工艺流程为下料→机加工→焊接→结构件涂装→底盘装配→整车装配→调试检测→整机涂装。底盘装配和整车装配是制造工艺流程中的关键环节，产品最终成形状态和各项性能是否达标都在装配环节起关键性作用。轮式起重机的装配环节主要通过螺栓连接，部分采用配焊、销轴连接等方式，少量采用铆接、压接等方式。在零部件组装成整机的过程中，螺栓连接是最主要的连接方式， 对于起重机来说，影响产品装配关键质量特性的螺栓连接点有50多个，拧紧范围在200-2500N•M之间。

不同于产品批量化生产阶段，在新产品的试制阶段，由于产品型号多样、产品试制进度差异大，个性化生产的情况非常突出，量产阶段生产线上应用的定扭拧紧设备并不适合于个性化、定制化的新产品试制过程。

同时，随着智能化生产的逐步推进，传统上新产品试制的作业模式（人工气动扳手拧紧、手工记录过程数据）不再适应当前智能化、信息化的需求，不能满足对新产品高质量、可追溯、可查询评估数据的要求。

因此，为实现新产品装配试制阶段，在最重要的螺栓连接拧紧工序，对装配质量可控制、可查询、可追溯、全部数字化管理的需求。

目前，在工程机械产品批量生产阶段，装配生产线上常用的、影响产品关键质量特性的螺栓连接拧紧技术方案主要有三种：

（1）方案1：风动扳手拧紧、扭力扳手抽检。这种拧紧方式是最传统的拧紧方式，成本低、效率高、对工人技能要求低，但存在拧紧力矩不可控、噪音大、对螺纹连接副有损伤，完全不能满足产品质量提升及高质量发展的要求。

（2）方案2：电动拧紧枪、液压扳手拧紧，扭力扳手抽检。电动拧紧具有拧紧力矩可控、噪音小、效率适中等特点，但不具有成本优势。单独电动拧紧尽管可以与设备互联互通，能够采集数据，但拧紧数据难以实现与正在工作的车辆进行一对一的关联，因此产品拧紧数据结果仍需要人工检测，并用拉力扳手进行抽检。这种手段是目前行业主流发展的拧紧方式，对产品质量有一定程度提升，但不能实现在线检测，不是全部的智能化。

（3）方案3：电动拧紧枪拧紧，MES系统关联产品信息。这种拧紧方式除了能实现定扭拧紧，还能将拧紧数据通过MES系统与产品进行关联，实现对单台产品拧紧数据的记录，实现在线检测。但是，这种拧紧方式在混线生产的生产线上，不能根据产品型号的调整，实现电动拧紧设备拧紧参数的自动调整，实现闭环式控制，仍然需要人工根据拧紧力矩值要求对设备进行调整。该技术方案是实现智能化的关键环节，在工程机械行业应用仍然处于早期发展阶段。

在新产品试制阶段，因为超多品种、超小批量、且个性化突出，目前装配环节普遍采用的是类似批量生产中的第1种方案，少部分企业采用第2、3种方案。

传统的方案1和方案2不能适应智能化生产需求，不再论述，目前正在推广的方案3能够初步满足智能化拧紧和在线检测的需求，但存在如下缺点：

（1）方案3适应规模化、批量化生产需求，且能够将生产数据进行电子化记录，方便进行质量管控，但一台拧紧设备一般用于单个工序，需要多台设备协作才能实现产线的工序覆盖，投入成本高，柔性化程度低。不适合新品试制、返修这种多品种、小批量、个性化的生产需求。

（2）方案3仅仅能够实现数据记录、数据上传功能，不能实现数据的下发、数据接收、数据分析和数据追溯等功能，一定程度上是部分信息化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，将螺栓拧紧数值自动下发、数据自动回传，避免人工干扰和人为因素，提升操作过程的自动化水平和透明度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，包括数据采集端、主控端和多个拧紧小车；数据采集端与主控端连接以实现数据交互，主控端与多个拧紧小车连接以控制拧紧小车执行拧紧操作并接收拧紧小车反馈的信息；

数据采集端，采集待拧紧产品的设计参数；

主控端，接收数据采集端上传的待拧紧产品的设计参数，根据设计参数计算获取拧紧参数，向拧紧小车下发拧紧参数；

拧紧小车，接收主控端下发的拧紧参数，执行相应的拧紧操作，并上传拧紧反馈信息。

进一步的，设计参数包括拧紧力矩值。

进一步的，拧紧小车上设置有电动拧紧枪。

进一步的，拧紧参数包括拧紧小车的车号、拧紧位置和拧紧力矩值。

进一步的，主控端与拧紧小车之间为无线网络通讯方式。

进一步的，主控端还连接MES系统，与MES系统实现数据交互。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.本发明将螺栓拧紧升级为定扭值拧紧，可提升新产品装配关键螺栓拧紧的质量；

2.本发明能够将螺栓拧紧数值自动下发、设备自动调整、数据自动回传，避免人工干扰和人为因素，提升操作过程的自动化水平和透明度；

3.本发明新颖性较高，技术路线在同行业内处理领先地位，符合智能制造趋势，是一种极具推广潜力的底层应用技术。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；

图2是本发明系统的执行流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。

本发明的一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，包括数据采集端、主控端和多个拧紧小车；数据采集端与主控端连接以实现数据交互，主控端与多个拧紧小车连接以控制拧紧小车执行拧紧操作并接收接收拧紧小车反馈的信息；

数据采集端，采集待拧紧产品的设计参数，其中设计参数包括拧紧力矩值；

主控端，接收数据采集端上传的待拧紧产品的设计参数，根据设计参数计算获取拧紧参数，向拧紧小车下发拧紧参数；

拧紧小车，接收主控端下发的拧紧参数，执行相应的拧紧操作，并上传拧紧反馈信息。

本发明系统，将多套移动式电动拧紧小车进行集成应用和统一管理的闭环控制系统，该系统能实现数据接收、下发、执行、结果反馈及数据分析和上传等功能。将螺栓拧紧数值自动下发、数据自动回传，避免人工干扰和人为因素，提升操作过程的自动化水平和透明度。

实施例

本技术方案主要用于起重机装配过程中关键螺栓的定扭值拧紧过程，拧紧系统架构示意图如图1所示。按照系统层级，可分为四个组成部分：

（1）数据采集端：拧紧系统的数据源头，该系统可接入MES系统或人工录入。如主控端接入MES系统后，可从MES系统自动获取新产品的设计参数，主要为拧紧力矩值。如该系统采用人工录入方式，可通过人工将新产品设计参数录入主控端。

（2）主控端：主控端为拧紧系统的核心控制单元，可以将拧紧数据自动下发到执行端的小车上，并可以收集实际拧紧过程的下层数据，这些数据包括员工权限管理、装配流程管理、数据采集、日报表、报警信息等等，实现整个装配拧紧过程的数据分发，过程监控等功能。

（3）执行端（小车应用）：小车包括电动拧紧枪、带输入输出模块的可触摸屏工控机、控制器、卷线器及电缆线、无线通讯网络模块、手持式Pad显示终端、套筒放置区、反作用力臂。拧紧参数包括产品信息、员工信息、权限管理、装配流程信息、报警及实时数据显示等内容。在员工开始生产操作之前，要先进行刷卡确认身份信息，然后通过扫码枪扫描产品码信息（或人工确认信息），在生产过程中可以实现对装配过程的导视，实时显示装配结果。

（4）执行端（PDA应用）：由于装配现场复杂，会遇到工人操作时无法看到小车上的显示终端显示的装配过程引导等信息，pad应用层可以作为移动小车的功能拓展，方便工人在复杂环境下的使用，pad背部安装了磁铁，工人很方便将pad贴在作业点的附近位置，从而方便实现装配全过程的可视化。

该产品装配过程拧紧系统是对拧紧工具、装配过程、装配结果进行统一规划、管理、汇总并可以实时显示的控制系统。通过该系统，操作人员可根据系统下发的设计更改，实时在线编辑工艺装配要求，避免纸质文件信息更新慢、人员会签流程复杂等情况，并自动将信息下达执行端，自动进行拧紧，通过目视化引导功能有效的指导工人进行正确的装配，同时对装配质量实现可追溯、全程可分析。

基于该系统主要功能的描述，进行该系统操作过程的详尽描述，操作人员操作流程示意图如图2，包括以下流程：

①员工登录系统，进行主控端操作。根据新品排产计划，通过MES系统将新品信息导入到主控端的控制程序内。或者采用人工录入办法，将新品车辆型号、车号等基本信息，以及各关键质量特性的力矩值等信息，导入到主控端程序内。然后进行数据下发，将信息下发到执行设备上。

②设备开机，任务确认。操作人员根据工况，选择相应设备开机，根据下发的数据，采取扫码枪扫码或在小车上通过触摸或鼠标点选方式，选择好下发的车号及拧紧位置信息，并根据提示信息匹配正确的套筒。此时，设备自动调整到位，进入操作阶段。

③现场操作，执行任务。操作人员将移动式小车移动至需拧紧的工位附近，持电动拧紧枪进行拧紧作业，拧紧完毕后将电动枪放回小车上。如果操作人员不方便通过小车上的显示器确认任务，可通过手持pad确认任务信息。

④数据上传，结束任务。操作结束后，拧紧信息（如拧紧程度、是否完成拧紧操作等）自动上传至拧紧小车的工控机内，并通过无线网络传输到主控端，进行数据存储。

⑤数据分析，质量追溯。主控端的数据可以上传至MES系统，也可以自行进行统计和分析，操作人员可以随时调用数据进行分析，进行质量评定和数据的追溯。

本书介绍的是类似于第3种方案的全新方案，但与第3种方案区别在于：

（1）装置方面，方案3的拧紧枪一般采用非移动式电动拧紧枪，通过抗扭臂固定在地面上。本文方案是完全可移动的拧紧枪，通过配套的移动式小推车进行移动。通讯通过无线网络实现。

（2）系统方面，方案3中的电动工具一般接入生产线的MES系统或SCADA系统，电动枪及控制器承担拧紧数据记录、数据上传功能。本文方案是将多套移动式拧紧枪进行组网，通过开发一个专用的后台软件进行控制，能够实现数据下发、数据记录、数据上传、数据追溯和数据分析功能，是一个完整的、闭环的执行系统，从而满足个性化、小批量的生产需求。该系统也能够接入MES系统，接受及上传拧紧系统的数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明将螺栓拧紧升级为定扭值拧紧，可提升新产品装配关键螺栓拧紧的质量；

2.本发明能够将螺栓拧紧数值自动下发、设备自动调整、数据自动回传，避免人工干扰和人为因素，提升操作过程的自动化水平和透明度；

3.本发明新颖性较高，技术路线在同行业内处理领先地位，符合智能制造趋势，是一种极具推广潜力的底层应用技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，包括数据采集端、主控端和多个拧紧小车；数据采集端与主控端连接以实现数据交互，主控端与多个拧紧小车连接以控制拧紧小车执行拧紧操作并接收拧紧小车反馈的信息；

数据采集端，采集待拧紧产品的设计参数；

主控端，接收数据采集端上传的待拧紧产品的设计参数，根据设计参数计算获取拧紧参数，向拧紧小车下发拧紧参数；

拧紧小车，接收主控端下发的拧紧参数，执行相应的拧紧操作，并上传拧紧反馈信息。

2.根据权利要求1所述的一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，设计参数包括拧紧力矩值。

3.根据权利要求1所述的一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，拧紧小车上设置有电动拧紧枪。

4.根据权利要求1所述的一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，拧紧参数包括拧紧小车的车号、拧紧位置和拧紧力矩值。

5.根据权利要求1所述的一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，主控端与拧紧小车之间为无线网络通讯方式。

6.根据权利要求1所述的一种工程机械高强度螺栓连接拧紧管理系统，其特征是，主控端还连接MES系统，与MES系统实现数据交互。