王 波,歐陽葉
(柳州五菱柳機動力有限公司,廣西 柳州545005)
發(fā)動機裝配線精益工藝設計規(guī)劃,目的是要達到適應多品種、多變化、高效率、高質量、低投入的生產要求。本文從精益建線原則、精益工藝布置、精益品質保證、精益成本投入、精益管理理念等方面進行闡述[1]。
發(fā)動機裝配生產線的設計依據主要有:產品技術要求和圖紙、生產綱領、投資規(guī)模和自動化程度。
(1)安全保障是生產線設計應當遵循的首要原則。發(fā)動機裝配生產線設計一定要保證安全設計要求,能達到“STOP6”的要求,即設計理念中,要考慮杜絕可能被夾住或卷入、與重物接觸、與車輛接觸、可能墜落、可能觸電、與高熱物接觸的風險。
(2)發(fā)動機裝配線設計規(guī)劃一定要遵循保證產品質量原則。關鍵工序、高精度工序、高風險程度工序,必須擺脫人工控制,投入設備控制。
(3)在保證安全及產品質量的前提下,生產線應遵循投資最小化設計規(guī)劃原則。非關鍵工序、低風險工序,為減少投資成本,可做好工序風險評估和防錯措施,不必都追求高精度設備的過能力控制,可采用充分有效的質量保證的手工操作及半自動化設備來替代。只有投入成本盡可能低,投入成本才能更快速收回,也是企業(yè)提高效益、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)選投資理念。當然,也要根據企業(yè)的定位、規(guī)模等實際情況來決定生產線的投入。
(4)生產線還需遵循柔性化高的原則,從而能根據市場需求進行一定范圍內的產能調整,且能兼容多品種生產或擴展,只有工藝調整性及擴展性強,才能實現(xiàn)生產線資源共享以及多機種共線,這樣可減少其他設備乃至生產線的投資,最終達到減少投入成本的目標。
(5)要具備較高的可動率,體現(xiàn)準時化思想。
發(fā)動機裝配生產線的總體工藝路線為:分裝→總裝→熱試。生產線精益設計的典型代表為豐田生產線,其工藝布局適應高效率、高柔性、高工藝性的生產方式,其布局方案為:
線體及工藝設備采用緊湊及較短的工藝線體布局;線體按主裝線、缸蓋分裝線、外裝線、活塞連桿分裝線及其他小部件分裝站進行工藝布局,分裝線布置在主裝配線旁。
主線采用臺車式裝配為主,小件及中等部品進行配膳,大件部品線邊擺放。主線主要包括配膳區(qū)、缸體小裝、前組裝配、中組裝配。
(1)配膳區(qū):主要完成發(fā)動機單臺套配膳作業(yè)。如圖1所示。
圖1 裝配臺車配膳盒
1)不同機種的共用件(中、小件、標準件)進行配膳。
2)小件采用臺車配膳盒擺放,中件直接擺放在臺車配膳架內。
(2)缸體小裝:主要完成缸體打刻、上線夾具裝配等作業(yè)。
1)采用手動輥道,缸體在輥道上直接推動。
2)發(fā)動機號采用刻印機。
(3)前組:主要完成缸體內部件(曲軸、連桿等)的裝配作業(yè)。
1)采用驅動臺車方式,隨動式生產。
2)主軸瓦蓋螺栓、連桿螺栓采用擰緊機擰緊。
3)品質保證采用短缸體試驗機。
(4)中組1:主要完成缸蓋合裝到缸體上的裝配作業(yè)。
1)采用停止器式,固定式裝配。
2)缸蓋螺栓采用擰緊機擰緊。
(5)中組2:主要完成正時機構、缸蓋罩、油底殼等部件裝配。
1)采用臺車驅動方式,隨動式裝配。
2)線外設置缸蓋罩小裝,分裝完成后配膳至臺車。
3)后油封、正時鏈蓋、上機油盤、下機油盤涂膠采用涂膠機。
(6)后組:主要完成外圍件、整機試漏的裝配作業(yè)。
缸蓋分裝主要完成缸蓋氣門油封、氣門鎖夾、氣門試漏等部件的組裝和檢測作業(yè)。
采用U型輥道方式,固定式裝配。
活塞連桿分裝主要完成活塞銷卡簧、氣環(huán)等部件的組裝。
1)采用手動推拉輥道方式,固定式裝配。
2)采用配膳托盤方式組裝,主線設置機型、曲軸分組號、缸孔分組號信息傳遞系統(tǒng)。
試驗臺架主要完成發(fā)動機成品出廠檢驗工作。
1)采用集裝箱式熱試臺架。
2)采用試機臺車、手工快速對接的方式。
(1)關鍵螺栓擰緊(例如主軸承蓋螺栓擰緊、連桿螺栓擰緊、缸蓋螺栓擰緊)采用角度控制預緊方式及分步擰緊方式來實現(xiàn)擰緊,擰緊精度高,氣動擰緊工具無法滿足擰緊精度要求,需要相應的電控擰緊設備。
(2)氣門間隙調整是通過挺柱高度選擇來實現(xiàn)氣門間隙的調整。由于人工測量誤差,不能保證氣門間隙調整一致性,不但人工調整繁瑣,且精度得不到保證。為保證裝機工藝要求,采用馬波斯挺柱測量與選擇機來實現(xiàn)氣門間隙調整。
(3)裝配零部件的密封結合:機油盤、鏈盒、曲軸后蓋結合面采用涂膠方式實現(xiàn)裝配密封要求;要求均勻、連續(xù)、不能有斷點。人工涂膠無法滿足要求,且人工涂膠不當還會導致多余密封膠堵塞油道、零件不能正常工作等后果。為保證裝機工藝要求,采用數控涂膠機實現(xiàn)零部件結合面的密封要求。
(4)軸瓦選配:在選配主軸瓦、連桿瓦工位采用智能選配料架輔助選配,避免錯裝和漏裝,提高選配效率。
(5)氣密性要求:對缸體內裝(軸瓦裝配)、缸蓋分裝(氣門及油封裝配、鎖夾裝配)、發(fā)動機總裝進行相應的氣密性檢測,保證產品的密封性、防漏裝要求。
(6)重要擰緊工位采用電槍或系統(tǒng)扳手擰緊(帶扭矩控制),設備具有防錯及SPC等功能。
(7)出廠檢測采用熱試工藝,按出廠技術要求進行配置,確保產品合格。
(8)裝配線實現(xiàn)生產管理信息化,引入生產管理信息系統(tǒng),整線控制主要配置安東(呼叫顯示系統(tǒng))、工位互鎖(錯漏裝防止功能)、驅動聯(lián)動系統(tǒng)等,具備生產實時監(jiān)控、質量統(tǒng)計分析、防錯手段、質量追溯等功能(局部增加或調整工位需更新系統(tǒng))。
精益生產線,精髓就是在保證產品質量的前提下,降低投入成本。豐田生產線的精益設計具有代表性。根據產品設計結構特點及技術要求,關鍵技術要點必須采用高質量高精度高能力設備進行控制,一般技術要求,在保證裝配防錯的情況下,不追求過能力控制,投入實用的裝置、工具來保證質量,以最低的成本實現(xiàn)最大的質量效果。主要體現(xiàn)在以下方面:
(1)不追求全自動化或高自動化程度的生產線或設備,一般采用半自動設備或手動裝置來達到組裝要求。采用半自動設備,有時候考慮的是更好地適應組裝零件一致性問題及企業(yè)設備管理水平現(xiàn)狀水平,同時半自動設備在今后的工序調整、設備改造方面靈活性更好,投入成本更低。
(2)不追求過能力、過精度控制,但是必須要做到防錯裝、漏裝的控制功能,出現(xiàn)異常時能自動停止。其中,各種巧妙、實用治具/工具代替設備復雜的作業(yè)且做到防錯效果是豐田生產線精益設計的最大特點。
(3)螺栓擰緊工藝方面,除了關鍵工位螺栓要求采用擰緊機、重要工位采用電槍或系統(tǒng)扳手(帶控制器)外,其余一般工位螺栓采用氣動定扭風槍+QLLS扭矩扳手的擰緊工藝。QLLS扭矩扳手也能實現(xiàn)螺栓顆數防錯、扭矩到位防錯,能與線體互鎖,能有效防止螺栓漏裝、漏緊力矩的質量問題發(fā)生。
(4)對發(fā)動機關鍵部位裝配質量采用專用檢測設備進行檢測,防止有質量問題的產品流出。檢測設備有:鎖夾安裝到位檢測(氣檢或激光檢)、氣門密封性檢測、氣門間隙檢測、活塞銷卡簧檢測、短缸體試漏檢測(含軸瓦漏裝檢測)、整機水/油道試漏檢測、出廠熱試磨合檢測等。這些檢測設備能檢出難發(fā)現(xiàn)的質量問題,有效地保證了發(fā)動機質量。
(5)生產線規(guī)劃更多地采用小裝化裝配方式,即采用小總成上線方式。總裝線可設多個小分裝,包括缸體小分裝、缸蓋小分裝、活連小分裝、缸蓋罩小分裝、進氣管小分裝、增壓器小分裝(針對增壓器機型)等,甚至主線也分段成前組(內裝)、中組1、中組2。這些小分裝或小段組,設立定時小裝質量檢查機制,有效了保證小裝品質,降低了主線發(fā)生異??赡?,使主線變化點最小化,整線靈活性的最大化,提高了主線的可動率。同時,小裝化縮短了主線的長度,使主線更易適應市場的變化。
(6)采用配膳方式,即將1臺發(fā)動機的零件全部裝在1臺配膳臺車上,由專人進行配膳,操作者按順序組裝的方式。配膳的零件主要是中小件、標準件,而中小件、標準件是最容易漏裝、錯裝的。而配膳方式很好的解決了這個問題,實現(xiàn)雙重確認環(huán)節(jié)(即配膳人員與操作者雙重確認)。如果整臺套配膳零件裝配完后,空臺車再次進行配膳時,發(fā)現(xiàn)有剩余零件,說明該臺發(fā)動機可能出現(xiàn)漏裝零件,通過這種方式,也能實現(xiàn)防止漏裝作業(yè),保證產品質量。同時,采用配膳方式可以縮短操作者取零件的時間,提高裝機效率和生產節(jié)拍。
(1)模塊化設計:組裝線由標準模塊組成,比如裝配臺車、鋼結構、控制系統(tǒng)等。若產能增加或減少,只需增加或減少標準模塊,大大降低設計成本和制造成本。
(2)工藝靈活性設計:組裝線設計,要考慮工藝調整的靈活性、兼容性。比如,托盤夾具是整個裝配線的動脈,必須要考慮后續(xù)機型兼容性、柔性設計,方便快速切換且又能保證精度要求。小裝化方式,是后續(xù)為適應市場而調整工藝或改造線體的靈活性工藝設計方式,若增加不同機型平臺,主線基本保持不變(增加專機即可),只需新增小裝線即可。同時,生產線設備在保證精度的前提下,設備盡量采用半自動設備設計或可移動設計,方便工藝調整。通過以上這些靈活性設計,可大大降低今后工藝調整、生產線改造帶來的巨大成本。
(3)輕量化設計:這方面在豐田生產線上比較突出。豐田生產線的設備小巧靈活,且功能齊全(該要的要,不該要的不要)。設備輕量化,不但操作方便,降低了操作者的勞動強度,而且使制造成本也降低。在保證功能的前提下,設備簡單化,使后續(xù)的維護成本、改造成本也大大降低。同時,設備輕量化后,其安裝方式基本可以考慮懸掛式或者帶輪的移動式,這樣,對基礎設施要求不高,降低了基礎設施的投入成本,同時懸掛式或帶輪移動式,使設備更加容易移動,在產量變化時,工藝調整的時間更短,只需切斷電源,方便輕易地推到對應的工位上即可,大大降低了工藝調整及改造的成本。
(4)實用工裝的設計:這方面也是豐田生產線最突出的特點。豐田生產的治具簡單巧妙實用,代替了設備的復雜作業(yè)。這也是上面提到的,不追求過能力、過精度的作業(yè),實用且保證質量即可,特別是實現(xiàn)防錯功能,是設計治具的最大目的。當然,要做到工裝的精益化,不是每個生產性企業(yè)都能做到的,這需要長期的經驗積累和公司文化氛圍來保證。
(5)模糊控制理念:這里所說的模糊控制,并不是指不認真對待產品質量。其實,產品質量真正要做好,設計時間所占的比例是比較高的,即將所有的生產性問題都在設計中考慮好了,而到生產制造時,特別是組裝,只需做好防錯,其余控制不必過能力、過精度、過檢測,控制簡單化,簡單的問題不要復雜化,從而減少不必要的財力、物力、人力、精力、效率的成本投入。
精益生產線,不只是生產線設計上的精益,而且還離不開管理上的精益。只有兩者結合起來,才能做到精益制造,實現(xiàn)以最低成本達到最大效果的精益目標。
(1)物流配送管理:采用分區(qū)配送、看板配送方式,既降低高科技的成本投入,同時也達到了準時化、效率高的配送作業(yè)。
(2)生產現(xiàn)場管理:采用履歷表管理、變化點管理、定時定期檢查管理(一分鐘點檢、定時線外檢查、小裝化檢查、定時作業(yè)觀察、首末件檢查)、傾向管理、設備管理(防錯裝置、標準件檢查、自主保全)、標準作業(yè)(三票兩表)、看板管理等現(xiàn)場管理方式,質量管理理念推行誰制造,誰負責的管理理念。通過這些現(xiàn)場管理方式和理念,做到精益管理,現(xiàn)場作業(yè)將井然有序,產品質量才會精益求精。
生產線的精益設計規(guī)劃,不是說不重視質量而去刻意降低投入成本,反而是因為更加重視質量,花更多的設計時間進行精益設計規(guī)劃,從而降低生產制造的投入成本及后續(xù)的維護、擴展、調整、改造成本,最大限度地提升產品質量,這才是生產線精益工藝設計需要做的事情,才能具備極強的市場適應能力和盈利能力,才能為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎。未來,新工藝、新技術及新產品的不斷涌現(xiàn),使發(fā)動機裝配向智能化、數字化和可視化發(fā)展,未來的發(fā)動機裝配線的精益工藝設計將有更多的選擇。