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发动机机械加工生产线工艺计划浅谈【摘 要】伴随中国汽车行业迅猛发展，本文简单叙述了发动机机加线前期计划多种考虑原因，结合中国发动机机加线发展趋势，简单介绍了各柔性线类型及各自优缺点，对部分柔性机加线所存在问题进行分析并提出相关处理方法。【关键词】发动机 机械加工 柔性线Discussing Craft Plan of the Engine Machine-finishing Production LineAbstract: Along with the rapid development of the car industry in domestic market, the article expatiates diversified considerations briefly during the plan prior period of Engine machine-finishing line, Combined with the domestic developing trend of Engine machine-finishing line, there is a brief introduction of the type of Flexible Machining Line and their respective advantages and disadvantages. and also analyze the problems of partial Flexible Machining Line, and show the propose solutions at the same time.Key words: Engine; Machine&finishing; FlexibleMachiningLine1 序言发动机是汽车心脏，“得发动机者得天下”，发动机制造技术也是汽车制造技术集中表现。通常所说发动机加工关键是针对发动机箱体（缸体、缸盖）、曲轴、凸轮轴、连杆等5大件进行加工，其它部件外购，然后进行组装。然而对于部分中小型汽车厂家来说，受投资限制，加工5大件所需投资费用实在太高，结合本身实力和市场销售情况，基础采取两种投资方法：一、放弃“关键”，不建发动机厂，全部发动机外购，降低投资；二、抓住“关键”，建立自己研发团体，自建发动机厂，自制关键部件，关键完成对发动机箱体机械加工（曲轴、凸轮轴、连杆等委托相关专业厂家加工）及发动机总成装配、磨合试验等任务。依据中国各发动机厂家现实状况，下面简单介绍一下中国发动机机加线前期计划及发展趋势。2 发动机机械加工生产线前期计划发动机机械加工生产线（简称机加线）计划是一项系统性很强工作，同时也是一门基于经验学问，在实际操作中需要注意问题很多。发动机制造技术优异性并不是发动机项目实施和运作成功必需条件。回顾身边例子我们不难发觉，发动机项目标成功极少是取决于它是否采取了某项新技术；而在实际生产过程中，也不会因为某把刀具选择错误而造成整条生产线失败。和之相反，很多失败例子却是因为生产线选型失误、设备选择错误而造成。由此可见，发动机机加线前期计划才是项目成功是否关键。就在几年前，发动机机加线选型关键是在刚性自动线和柔性CNC加工线之间选择。选择刚性线或柔性线关键考虑依据还是产量和产品改变。通常大批量（通常年产量30万以上）且较成熟产品采取刚性线，中小批量或产品潜在改变较大选择柔性线。伴随计划经验丰富、计划水平不停提升和国际间合作深入开展，很多汽车企业在选择发动机生产线类型时将更多原因纳入到了需要考虑或权衡范围内，而且逐步地成为了比产量更为关键决议依据。这些原因关键包含：以后产品及其品种发展计划；企业对生产线柔性要求；生产线被改造可能性；投资限制和企业人员对现有系统熟悉程度等。刚柔生产线对比如表1所表示：表1 柔性生产线和刚性生产线对比表柔性生产线（加工中心）刚性生产线（专机）生产批量适适用于中等批量加工适适用于大批量加工投资形式一次计划、分步实施基础一次投资到位投资风险相对较小相对较大适应品种改变能力很好较差生产线被改造可能性较灵活较困难设备维修简单困难运行成本较大较小设备开动率较低较高劳动生产率较低较高加工精度整体精度高关键尺寸专机精度高计划管理工作比较复杂比较简单对工人技术水平能力较高可低生产线部署较短较长目前，伴随中国汽车工业迅猛发展和相关环境保护要求提升，为适应市场需求，各企业全部在加速发动机新技术研发并对老产品进行改善，间接加紧了产品更新换代，同时也加大了对原有生产线技术改造力度，以实现发动机机体等关键零件多品种共线生产。怎样实现发动机机体、缸盖等关键零件多品种共线生产一直是发动机生产企业技术人员研究一个课题。生产线被改造可能性和产品生命周期、市场预期发生改变和产品本身发生改变等全部有着亲密关系。下面仅就柔性CNC加工中心生产线进行简单介绍。3 柔性生产线类型 现在，各汽车厂家广泛应用柔性（CNC加工中心）生产线关键分为三种：规模相对较小串行柔性线、规模相对较大并行柔性线及最近几年新出现专机式柔性线。3.1 串行柔性线串行柔性线每台CNC加工中心加工内容是由整条生产线节拍所确定，假如没有复线话，每台CNC设备设计节拍全部是一致，加工内容必需安排在节拍内完成。为了提升加工中心利用率，通常在串行柔性线中CNC加工中心节拍计划得比系统中辅机慢二分之一，而使用CNC设备复线来补足生产能力。图1为年产10万缸盖生产线示意图，能够看到，CNC加工线分为A线和B线，分别由红色和粉红色两色圈示，全部加工中心节拍是一致。两线并联后再同中间辅机串联成整条生产线。图1 串行柔性线串行柔性线是比较成熟工艺计划模式，在中国应用较多，其关键特点是：1） 零件在生产线中流向相对比较简单，通常只有A线和B线区分；零件差异性较小，便于质量管理和跟踪；2） 因为节拍延长，CNC加工中心利用率较高；3） 便于实现手动上下料；4） 在单台CNC加工中心发生故障时还能维持部分生产；5） 如要实现零件追溯，则追溯系统投入相对较少，追溯方法简单。现在很多中小汽车厂家倾向于投资自动线和柔性CNC加工中心组合刚柔生产线。关键工序采取自动线，以确保加工精度和稳定性，而其它工序则采取CNC加工中心。这种方法也是属于柔性串行生产线一个，在确保满足精度要求前提下，最大程度地增加了柔性。在资金投入上，自动线通常是依据产量纲领一次投资到位，而CNC加工中心则依据产量爬坡计划进行分期投入，降低了早期项目投资过大风险。刚柔生产线能够充足发挥组合机床和加工中心优势，实现了组合机床高效率和加工中心柔性化统一，关键特点以下： 1）突出加工中心机床工序集中优势，对同一平面上全部孔全部能够在刀库容量许可范围内完成加工，不受工件孔距限制，每道工序能够选择最好切削参数，因为孔坐标由计算机控制，孔位置加工精度高于刚性自动线； 2）增加数控回转台后，同一夹具可实现工件多方向加工，降低了夹具品种和夹具费用； 3）应对产品改善周期短，如增加加工工序可经过编程来实现，一样取消某个工序也可从加工程序中取消，十分方便； 4）这种混线柔性生产线，突出了组合机床在加工气缸孔、主油道长孔、主轴承孔等特殊工序时高效率优势。伴随高速、准高速加工中心和优异刀具不停发展及其在大批量生产线中广泛应用，刚柔结合生产线以其适应能力强、生产效率高而成为工艺设计发展方向，成为了新建生产线和对老生产线进行技术改造主流思想。吉利发动机厂机加线除宁波发动机一厂为完全刚性线外，其它全部是采取刚柔结合生产线（规模相对较小串行半柔性线），因设计纲领全部为10万台/年，基础全部是采取“一次计划，分两次实施”（自动线依据产量纲领一次投资到位）。3.2 并行柔性线组成并行柔性线每台CNC加工中心加工内容是由实际理想加工步骤、定位夹紧方法等确定，组成每道工序加工中心节拍并不完全相同。在确定每道工序加工内容和节拍后，再依据整条生产线节拍要求确定每道工序需要CNC加工中心数量。图2所表示，整条线上大部分机床为CNC加工中心，A工位是5台加工中心，B工位是3台，C工位是5台，D工位是4台；整条线节拍是一定，同工位加工中心加工内容一样，节拍也是相同，但不一样工位加工中心节拍不一定相同。为了尽可能多安排加工内容，提升加工中心利用率，其节拍应较长。图2 并行柔性线组成单元并行柔性线关键特点是：1） 单台CNC设备故障对系统开动率影响很小； 2） 因为单台设备节拍不受限制，故加工工艺过程设计相对完美，CNC加工中心利用率很高，投资相对较少；3）生产时假如对某机床进行调试，对产量影响较小；4） 和串行柔性线相比，能够经过增加单台CNC加工中心实现扩能，生产线分期投入灵活性更大；5）便于随行托板使用，深入增加了生产柔性，但手动上下料极难实现；6） 零件在生产线中流向十分复杂，排列组合可能性很多，零件追溯系统十分复杂，增加了质量管理和跟踪难度；多年来，伴随微电子芯片和计算机技术快速发展，扫除了零件追溯困难障碍，使得并行柔性线越来越受到各汽车厂青睐，尤其是欧洲厂商应用极多。值得一提是这种并行柔行线尤其适合部分加工工艺较简单，工序较少工件，如变速器壳体、阀体等。3.3 专机式柔性线专机式柔性线和加工中心和专机组合而成刚柔生产线并不是一个概念，专机式柔性线最关键特点是采取加工中心是专机式加工中心，其结构结合了自动线和加工中心特点，将机床转化为一个独立加工单元。消除了专机和加工中心之间对立，填补了专机和加工中心之间鸿沟，是以加工中心和专机组合形式来加工工件一个新工艺。专机式加工中心用一个旋转C轴来装夹工件，夹具和专机线或加工中心类似。在夹具上工件能够在X、Y、Z轴间作轴向移动，也能够作旋转。刀具主轴在夹具周围以U型部署，切削时工件向刀具运动。刀具包含铣、多轴主轴箱，甚至还包含有车削等工序。专机式加工中心轴比专机要少，使得它更简单、可靠。因为降低了换刀时间，生产能力要比加工中心高。它早期投资和运转周期全部要低部分。其它优点还包含占地面积小，降低库存、安装和公用设施费用和零件输送费用等。4 现在发动机柔性生产线前期计划存在问题因为受产品更新换代加速压力，自后，中国中国建设发动机厂基础上全部采取柔性或半柔性加工方案，尤其最近建立发动机厂柔性化水平高达80%。下面就重视讨论中国发动机柔性生产线现实状况及存在问题。4.1投资时间难以把握一个发动机项目从计划到投产最少需要十二个月半到两年时间，伴随现在发动机新技术不停推广，各企业研发进程普遍加紧，何时投资建厂成了最初研究讨论关键话题。为降低投资风险，部分企业在新产品定型后，依据现在市场需求及相关估计信息，结合本身实力一切考虑周全后才正式开启建厂项目；有些企业为抢占先机，尽早赢得市场，采取提前建厂和研发保持同时方法。二者各有优缺点，前者投资风险较小，前期计划工作相对来说较轻易，不过因为发动机新技术更新普及较快，市场需求也时刻在改变，等新产品定型后再投资建厂则可能跟不上市场需求步伐，很有可能在新产品刚投产没多长时间，便面临着淘汰危机。后者抢占市场几率较高，不过风险也相对较大。因为新产品还未完全定型，后期市场需求也并不明确，研发和建厂也极难做到真正同时，这就给早期计划工作带来很多困难。身边也有过建厂和研发同时，最终产品即使研发成功，但和新车型不匹配，造成巨大投资浪费案例。不管何时下手，企业在经营上全部要求生产线含有相当柔性，方便在市场突变时能够以最快速度响应这种改变，此时第二个问题也就出现了。4.2 中国柔性生产线柔性水平普遍较低，工艺计划受束缚 伴随中国汽车行业快速发展，企业为了降低投资风险，提升资金利用率，设备也是尽可能国产化，因为中国相关设备厂家技术水平和国外还有很大差距，缸体、缸盖上部分加工精度要求尤其高关键尺寸，国产加工中心极难确保，只有采取专机或进口加工中心。现在中国部分中小型汽车生产厂家在这方面经验比较欠缺，此时刚柔结合式生产线（通常年产10万台）也就成了最经济、最省钱，最受欢迎选择。刚柔结合式生产线属于串行柔性线一个变更，串行柔性线组成单元通常全部是加工中心，为提升加工中心利用率，单台加工中心加工内容通常编排较多，节拍也就相对较长，而串行柔性线通常只有A、B两线，所以总节拍也就能提升一倍，这就间接制约了其扩能能力，而且在早期只有单线时，受单台设备影响较大，而设备在进厂前两年故障率最高，所以前期造成停线风险很大。这对于一个想抢占先机，尽早赢得市场中小型企业来说未必不是一个致命潜在危机。另外，中国采取刚柔结合式生产线其实柔性化水平普遍很低，通常只适应同类型（发动机箱体改变不大）不一样品种（排量、配置等）共线加工，一旦产品类型改变较大，要做到共线生产就很困难。这就是产品研发和工艺研发不一样时，造成发动机厂家在前期工艺计划时无法考虑周全，加上中国设备厂家技术水平也相对落后所造成。既然这种刚柔线间接束缚了企业快速成长，并制约了中国生产线柔性化水平提升，那为何迟迟没有被其它类型柔性线所替换？问题三便要揭开此原因。4.3 中国发动机厂家忽略对产品工艺研发，过多依靠设备厂家对于一个正在发展壮大企业来说，投资风险性、生产线扩能能力、多品种共线生产能力（柔性）等才应该是其早期工艺计划关键考虑原因。经过对比前面三种柔性线，不难看出，并行柔性线才是最适合中国汽车产业发展，也是以后中国发动机生产线一个发展趋势。然而为何这么好一个柔性线在中国却迟迟未普及？最关键原因个人认为还是因为中国发动机生产工艺水平没有跟上发动机新技术研发步伐，而这种并行柔性线是建立在一套成熟生产工艺基础之上。现在中国很多汽车厂家往往只关注产品研发，却忽略了对产品工艺研发。因为缺乏比较有经验工艺人员，为减轻工作负担，普遍采取将加工工艺制订工作转交给设备厂家，由设备厂家依据图纸设计完成，这对于汽车厂家来说似乎是化被动为主动，然而恰恰相反。设备厂家当然不会花过多精力去研究最适合该产品成熟工艺，她们只需要依据以往经验反复编写差不多加工工艺。加工过程中所选择刀具类型，材料基础也是由设备厂家提供，为确保设计节拍，提升切削速度，设备厂家往往在设计中瓶颈工序选择刀具材料很好进口刀具，而企业为减低制造成本，批量生产过程中尽可能采取通用廉价国产刀具，这也就是为何生产线在进厂前预验收节拍全部达标，等进厂大批量生产后却或多或少出现瓶颈现象，难以跟上前期节拍原因之一。现在这种现实状况就直接制约了中国发动机生产工艺水平提升，间接阻碍了设备厂家制造水平提升，直接束缚了中国发动机生产线早期计划。而国外汽车厂家如通用、丰田、福特、现代等经过本土和海外建立大量加工厂，积累了很多经验，她们不仅有产品研发，更为关键是她们全部有加工工艺研发，她们能够在很短时间内设计出46套不一样方案，为达成工艺方案要求，设备厂家就必需不停追求更高愈加好制造技术，以适应工艺需求，双方也就真正做到合作双赢目标。所以国外发动机生产线自动化柔性化水平更高，早期计划也就显得愈加灵活。4.4处理问题所采取方法以上探讨多个问题，和汽车厂家和设备厂家全部有着紧密相联关系。要想摆脱现实状况，中国汽车厂家应该重视对发动机工艺研发并加强对相关工艺人员培养；中国设备制造厂家不能安于现实状况，应该向国外相关设备厂家学习，要不停提升其制造技术水平。这需要二者相互配合，共同进步，才能真正做到合作双赢，中国发动机制造技术才能愈加好发展。当然，柔性化和加工工序高度集中和较高智能化管理水平肯定对系统控制、加工机床、相关辅助设备和生产技术管理等提出更高要求。所以，要将目前关键应用于多品种、中小批量生产柔性制造技术扩展到多品种、大批量生产领域，必需在决议理论和应用结果取得实质性进展基础上，使很多关键技术成套性、适应性和可靠性不停有所突破，同时企业本身也要不停提升管理水平和职员素质。5 结论 企业在行业中地位，即企业在行业中生存能力。假如企业必需在这个行业生存，而且有生存下去能力，那么在当今技术发展条件下，采取柔性生产线就成为生存和发展肯定要素。要想中国相关汽车厂家在世界汽车行业中占据龙头地位，首先必需提升中国发动机制造技术水平。期望中国各汽车厂家（尤其是那些拥有自主研发团体民族自主品牌企业）在加速对发动机工艺研发同时，加强培养高素质高水平技术、管理人才。尽早摆脱投资限制，避免反复复制部分柔性化水平并不高常规生产线，立即建立起适合自己高水平、高质量、高柔性发动机生产线，从而愈加好推进中国发动机制造技术快速发展。 参考文件1 高海晨，现代企业管理M，机械工业出版社，。2 上海通用汽车 黄子尧，浅谈发动机机加工系统早期计划。3 上海柴油机股份 肖卫华、袁海群 ，大批量生产制造系统柔性化。 4 上海华普发动机 金延安，缸体柔性生产线工艺计划。