宋興平，萬(wàn)陽(yáng)，王露,2，黃新宇

（1.安徽華菱汽車有限公司，安徽 馬鞍山 243061；2.重型專用發(fā)動(dòng)機(jī)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 馬鞍山 243061）

1 設(shè)計(jì)背景

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)和市場(chǎng)的變化需要，發(fā)動(dòng)機(jī)朝著多元化方向進(jìn)行發(fā)展，這給各大主機(jī)廠帶來(lái)機(jī)遇和挑戰(zhàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)線主要分為重要零部件機(jī)加工生產(chǎn)線（缸體、缸蓋、曲軸等）、裝配生產(chǎn)線、試驗(yàn)生產(chǎn)線、涂裝生產(chǎn)線，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配是指將400 多種、1000 多個(gè)零部件組裝成一體的過(guò)程，它是順序裝配的流水線工藝過(guò)程，每個(gè)工位之間是流水線生產(chǎn)，一般采用柔性生產(chǎn)的方式，通過(guò)輥道加電機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的流水性裝配，正因發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的多樣性、工藝的復(fù)雜性，對(duì)裝配生產(chǎn)線的智能化程度也要求更高，裝配生產(chǎn)線從工藝布局方面可以分為：內(nèi)裝線、外裝線、分裝線，內(nèi)裝線主要是完成發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零部件的裝配，包括缸體、活塞連桿、曲軸、齒輪等，外裝線主要完成發(fā)動(dòng)機(jī)外圍零部件的裝配，包括空氣壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵、減震器等，分裝線主要分成分總成的裝配，包括活塞連桿組件、曲軸總成、凸輪軸總成等，從設(shè)備組成上可以分為自動(dòng)設(shè)備站、半自動(dòng)設(shè)備站、手動(dòng)工位站，自動(dòng)設(shè)備站包括擰緊機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、機(jī)器人（涂膠、抓取等）、壓裝機(jī)等，半自動(dòng)設(shè)備站包括試漏機(jī)、手持?jǐn)Q緊槍、氣門間隙測(cè)量機(jī)等,同時(shí)集成信息化采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝配信息的采集、上傳，生產(chǎn)訂單的下達(dá)，工位的監(jiān)控等功能。

1.2 共線生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)

正是因?yàn)檠b配工藝的多樣性、復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)多機(jī)型共線裝配難度大，生產(chǎn)線的柔性程度要高，共線生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)如下：第一，占地面積較小，共線生產(chǎn)不需要每種發(fā)動(dòng)機(jī)都需要配置一條生產(chǎn)線，所需廠房區(qū)域?。坏诙?，投資較小，無(wú)論從廠房區(qū)域、設(shè)備種類、還是人員配置、能耗方面，共線生產(chǎn)可減少不少的投資，第三，資源管理集中，“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五方面集中管理，有利于資源的合理分配，但共線生產(chǎn)也有劣勢(shì)，比如化程度相對(duì)較低，因多機(jī)型并存，高比例自動(dòng)化程度很難實(shí)現(xiàn)，勞動(dòng)強(qiáng)度也對(duì)變大，綜上所述，多機(jī)型共線裝配優(yōu)勢(shì)大于劣勢(shì)，它是現(xiàn)行發(fā)展的趨勢(shì)。

2 概念設(shè)計(jì)及實(shí)施

2.1 概念設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)輸入

設(shè)計(jì)輸入主要包括如下：

→ 生產(chǎn)綱領(lǐng)及節(jié)拍要求：

→ 產(chǎn)品概括

→ 供貨范圍

→ 現(xiàn)場(chǎng)條件

→ 預(yù)算總投資

生產(chǎn)綱領(lǐng)及節(jié)拍要求：該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)8L、11L、13L三種發(fā)動(dòng)機(jī)，整線節(jié)拍25min/臺(tái)，生產(chǎn)線滿足三班制連續(xù)生產(chǎn)。

產(chǎn)品概括：發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)、外形尺寸、重量、裝配技術(shù)要求（扭矩、泄漏量、壓力等）。

現(xiàn)場(chǎng)條件：主要包括廠房的區(qū)域大?。ㄩL(zhǎng)x 寬x 高）、環(huán)境的濕度、溫度、地基等。

供貨范圍：主要是包括擰緊（電動(dòng)擰緊槍、手動(dòng)扭矩扳手、氣槍預(yù)擰）、壓裝、試漏、打碼、輸送系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)、照明、輔助裝置（夾具、吊具、檢具、工位器具、貨架）、電氣元件，以及主要元器件的品牌要求。

預(yù)算總投資：根據(jù)供貨范圍及生產(chǎn)綱領(lǐng)等要求，確定該線的總投資。

2.1.2 設(shè)計(jì)輸出

設(shè)計(jì)輸出主要包括如下：

→ 生產(chǎn)線平面布置圖（工藝路線方案）

→ 擰緊、壓裝、試漏、輸送、輔助裝置等方案

→ 柔性共線方案

→ 生產(chǎn)防錯(cuò)方案

→ 信息化控制方案

2.2 實(shí)施

2.2.1 托盤方案

發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配輸送線是指發(fā)動(dòng)機(jī)放置在托盤上，托盤隨輥道（電機(jī)驅(qū)動(dòng)）實(shí)現(xiàn)流轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)流水的作業(yè)，而多機(jī)型的發(fā)動(dòng)機(jī)因外形尺寸的不同，在托盤上的放置位置也會(huì)不同，現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)的托盤方案可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)型的發(fā)動(dòng)機(jī)共用，只需更換相應(yīng)工裝，既能實(shí)現(xiàn)，托盤主要有內(nèi)裝托盤、外裝托盤、缸蓋托盤，內(nèi)裝托盤方案，是通過(guò)更換適配板，實(shí)現(xiàn)不同缸體與托盤的連接，如圖1；外裝托盤方案，是通過(guò)更換支腿，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)動(dòng)機(jī)與托盤的連接，如圖2；缸蓋托盤方案，是通過(guò)更換定位銷位置、大小，實(shí)現(xiàn)不同缸蓋與托盤的連接。

圖1

圖2

2.2.2 自動(dòng)擰緊方案

表1 主軸承蓋螺栓中心距

圖3

自動(dòng)擰緊方案主要包括主軸承蓋螺栓擰緊、連桿螺栓擰緊、缸蓋螺栓擰緊、飛輪螺栓擰緊、減震器螺栓擰緊，其中涉及到多機(jī)型的主要是主軸承蓋螺栓、連桿螺栓、缸蓋螺栓，因每種機(jī)型的螺栓中心距不同，這就要求擰緊軸有變位功能，該方案主要通過(guò)切換定位塊與定位銷配合實(shí)現(xiàn)縱向位移，同時(shí)配置位置傳感器檢測(cè)橫向位移，例如,主軸承蓋螺栓擰緊方案如表1 和圖3。

2.2.3 壓裝方案

壓裝方案主要包括缸套的壓裝、氣門油封的壓裝、氣門彈簧的壓裝，都是調(diào)整每種機(jī)型的定位條（只需首件調(diào)整），使定位銷能落入相應(yīng)的機(jī)型定位條上的定位孔，實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型的橫向定位，通過(guò)更換不同的壓緊工裝實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型的縱向定位，從而實(shí)現(xiàn)多機(jī)型的共線壓裝。下面主要介紹氣門油封的壓裝方案，如圖4。

圖4

2.2.4 翻轉(zhuǎn)方案

翻轉(zhuǎn)方案主要是缸蓋的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，因不同機(jī)型的缸蓋外形尺寸、定位銷孔位置均不同，想要實(shí)現(xiàn)共線翻轉(zhuǎn)，必須克服這些困難，該方案主要通過(guò)更換不同定位銷位置和尺寸，實(shí)現(xiàn)不同缸蓋的定位，通過(guò)橫向和抱閘氣缸的橫向夾緊實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型缸蓋的夾緊，通過(guò)氣缸和電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)缸蓋的360°翻轉(zhuǎn)和縱向上下運(yùn)動(dòng)，如圖5。

圖5

2.2.5 生產(chǎn)防錯(cuò)方案和信息化控制方案

因多機(jī)型的共線生產(chǎn)和裝配工藝的多樣性，裝配過(guò)程中 很容易混淆裝配，目前主要通過(guò)設(shè)備防錯(cuò)和人工防錯(cuò)相結(jié)合的形式，涉及到生產(chǎn)BOM 的下達(dá)、零部件掃碼、扭矩控制、參數(shù)測(cè)量、泄露測(cè)試、零件區(qū)分等方面。

（1）設(shè)備的防錯(cuò)措施如下

→ 生產(chǎn)BOM 下達(dá)：隨托盤下達(dá)至每個(gè)裝配工序

→ 零部件掃碼：全線實(shí)現(xiàn)掃碼，掃碼結(jié)果與上位機(jī)生產(chǎn)BOM 信息匹配

→ 扭矩控制：擰緊槍實(shí)現(xiàn)扭矩的控制、檢測(cè)

→ 試漏測(cè)試：控制不合格件流入下道工序

→ 參數(shù)測(cè)量：百分表等測(cè)量裝置檢測(cè)裝配質(zhì)量

（2）人工防錯(cuò)措施如下

→ 操作培訓(xùn)：增強(qiáng)員工防錯(cuò)意識(shí)，裝配前后加強(qiáng)檢查裝配情況

→ 物料擺放：不同機(jī)型的零部件對(duì)應(yīng)不同的料盒顏色

（3）信息化控制方案

該生產(chǎn)線配有HMI 面板、掃碼槍、擰緊槍、試漏儀、RFID等設(shè)備，生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)訂單信息（發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、生產(chǎn)日期、流水號(hào)）、零部件信息（供應(yīng)商代碼、零件二維碼、生產(chǎn)批次）和質(zhì)量數(shù)據(jù)（螺栓扭矩、泄露測(cè)試值、測(cè)量數(shù)據(jù)）均上傳至上位機(jī)保存，實(shí)現(xiàn)信息的可追溯性。

3 生產(chǎn)運(yùn)行情況及成果

截止到目前，該生產(chǎn)線已正式投入生產(chǎn)，連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)故障，無(wú)重大設(shè)備問(wèn)題，產(chǎn)品覆蓋了8L、11L、13L 三種發(fā)動(dòng)機(jī)，共計(jì)產(chǎn)出1150 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益約8000 多萬(wàn)元。

表2 生產(chǎn)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

精益規(guī)劃生產(chǎn)線設(shè)備布局是指如何在最短的時(shí)間內(nèi)以最低的成本生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，該生產(chǎn)線是一套符合安全、環(huán)保、節(jié)能、高效、可靠等要求的智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)，它同時(shí)兼容了三種發(fā)動(dòng)機(jī)的共線裝配，配置擰緊槍、試漏儀、壓機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、掃描槍、HMI 等高端設(shè)備，通過(guò)信息化的連接，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量，產(chǎn)出合格的發(fā)動(dòng)機(jī)，為企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值。但其也存在缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：換型時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，產(chǎn)量相對(duì)較低等特點(diǎn)。