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发动机装配与输送线工艺规程的优化

作者: 重庆力帆汽车发动机有限公司 李中友    来源: AI汽车制造业

发动机生产线工艺规程的优化是一个不断完善的过程, 生产企业应尽可能地将零部件在线外分装成总成, 缩短装配线装配时间节拍, 提高效率。

当前, 随着国家对汽车行业振兴规划的出台, 国内汽车销售出现井喷现象, 国内大多数发动机主机厂都在对发动机装配线进行更新改造, 提升产品等级, 多则投资上亿采用奢侈豪华型, 少则投资上千万采用简单输送线型。但无论哪种类型的生产线, 都必须以生产效率和是否满足质量要求为最终考核依据。

下面就一条单班年产5万台发动机的装配线改造为例, 对工艺规程、 时间节拍和控制设备等方面的优化和改进进行详细介绍。

发动机装配线

1．改造及优化前的状况

( 1) 工艺方面: 该装配线平面为环行布置, 总长80m, 共设置工位28个, 每个工位间距1m, 共设置关键工位5个, 对配合间隙、 力矩进行在线控制, 线体旁边设置大小不一的固定料架20多个。其中, 曲轴箱、 飞轮和变速器等工位上线装配采用500kg单臂吊人工吊装, 时间节拍难以保证。

( 2) 时间节拍: 由于前期未对整个生产线及外涉接口进行通盘考虑, 在时间节拍上未达到均衡生产, 库存积压较多, 周转时间慢, 从而导致制作了大量的成品盛具车、 转运托盘, 耗时加班等以应对生产。

( 3) 控制设备: 在过程中对关键工位质量参数的控制上, 多采用比较原始的扳手人工控制及最后的热试检查。比如: 缸盖螺栓力矩用力矩扳手人工控制、 轴向间隙采用百分表或者塞尺等, 对一般工位力矩控制采用气动风枪预紧, 再由人工用力矩扳手控制, 造成力矩一致性较差, 间节拍难以控制; 对压装零部件多采用手动压装, 这就造成产品合格率不高、 返工量大, 增加制造成本。

( 4) 总成分装: 一条缸盖及活塞、 连杆总成分装线进行分装, 其余零部件在流水线上完成装配( 见图1、 图2) 。

图1 缸盖分装线

图2 活塞、 连杆分装工作台
总之, 在未对其进行改造前, 发动机总装线分装零部件较少, 有两条分装线及工作台, 其余零部件在总装线上装配完成, 生产效率低下, 质量控制难度加大。最大的缺陷是未设置返修段和返修工位。

2．装配线改造及优化

在考虑发动机装配线改造时, 首先应考虑装配线的工位设置和平面布置, 平面布置时主装配线、 分装线及工位器具布置是否合理并保证物流畅通, 作环型水平布置, 保证装配线便于维修。装配线必须设置返修段和返修工位, 另外还要进行模块化设计, 而且在工艺设计时保证各工位之间的工时平衡; 应有分装工位工件与主线发动机的对应关系及通畅的信息传递; 装配线及其设备中的运动单元( 如上升、 下降、 移动和迥转等) 运行平稳可靠; 装配线手动操作工位都必须设有托盘防退装置, 以确保作业的方便性; 托盘放行采用脚踏开关来实现; 装配线手动操作工位必须设有求救开关及工位离线开关; 当托盘退出装配线时, 返修通道要有返修指示信号灯, 提示相关人员来处理。基于以上考虑, 我们对原装配线进行了颠覆性的改造, 在工艺平面布置、 控制设备及物流等方面都进行了重新规划及改造。

( 1) 发动机装配线结构形式的改造

装配线采用可互换的标准段构成, 工位平均间距设置为2m( 可根据不同的型式进行增减) , 装配线输送速度约在10～20m/min。装配线托盘以现有具体的主力机型为主, 再兼顾今后拓展机型发动机。在不需对托盘做较大调整的情况下, 经过调整托盘支撑点就能满足装配要求; 对托盘挡停器布置及控制要求在自动设备工位的挡停器具有互锁功能, 防止误操作损坏设备; 输送线及设备自动控制系统发生故障时, 配置了手工操作的功能, 装配线手动工位工件对辊道累计定位精度要求控制在±3mm范围内, 需要二次定位的半自动工位及自动工位工件对设备的定位精度要求控制在±0.2mm范围内。输送线电控柜管线走向要方便维修, 管线布置应整齐、 牢固和无颤动, 输送线的驱动电机采用联挂方式, 由一根总线至控制柜, 在托盘上安装ID卡, 经过读写头对重要及关键数据进行数据的采集、 交换。

( 2) 工艺改造

装配线设置为环行布置, 总长160m, 共设置工位78个, 其中10余个关键工位, 关键工位质量参数全部采用专用设备控制, 比如拧紧机、 气门间隙测量机和静扭矩测量等。

线体旁设置活动盛件车( 见图3) , 取代先前的固定料架, 方便了物流发料, 拓宽了物流通道, 对装配线的作业指导书按员工的操作习惯变更为手顺书, 对每一步作业时间节拍进行了规定; 在线体旁设置了活塞连杆分装线、 机油泵、 进排气歧管和缸盖罩等工作台10余个, 在原来的基础上增加8个, 基本达到了在总装配线上不装配单个零部件, 提高了生产效率; 对缸体、 变速器和飞轮等较重的零部件采用机械手抓举或者平衡吊上线, 减轻了人员劳动强度; 对原缸盖分装线的改造则采用总线控制结构的非同步柔性输送线, 直线布置, 装配线由可互换的标准段构成, 分装线上的工具设置在线体旁布置, 操作安全方便, 托盘设计不带回转台, 缸盖分装夹具对缸盖的定位精度控制在±0.3mm范围内。

图3 活动推车料架
( 3) 信息传递系统的改造

信息传递系统的改造, 涵盖了主机厂的几大工艺车间: 从车身进入焊接车间到整车装配下线的每一个节点的时间节拍, 都可在信息传递系统上查阅, 以便发动机装配车间根据实际情况调整作业计划, 降低库存实现直供。根据以上情况, 发动机装配线改进了时间节拍信息的取样点, 由以前取样点选择在车身进入焊接车间开始, 经过涂装, 再到总装车间发动机上线工位为止所耗费的总时间来设置发动机装配线的时间节拍, 改为将取样点信息选择在车身进入涂装车间上线处, 经涂装区、 返工区, 再到汽车总装线发动机工位所需要的总时间节拍, 与发动机装配线完成装配经测试合格的时间节拍一致, 可实现发动机直供, 降低库存。时间节拍的平衡是指工位与工位之间或控制设备之间消耗时间尽量一致并控制在10%～20%范围内, 这样每个工位在节拍( 即相邻两产品经过装配线尾端的间隔时间) 内都处于繁忙状态, 完成最大的工作量, 从而使各工位的闲置时间最少。

时间节拍

1．零部件清洗时间T1。发动机上有几百个零部件, 按装配要求及重要程度在装配现场清洗的零部件有十几种, 其时间应涵盖将清洗零部件转运至存区时间, 其余的零部件要求供应商保证清洁度, 直接装配使用。因此, T1=零部件清洗时间+零部件转运时间。
2．发动机装配时间T2。T2=工位装配时间×工位数+特殊情况停线时间。
3．发动机运输至热试的时间T3。
4．热试终检时间T4。
5．热试完毕运输至总装暂存区时间T5。
6．生产部门下达计划的时间T6。
7．物流备料时间T7。

如图4所示, 总的时间节拍T=( T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7) ×k( k为节拍系数, 由企业根据实际情况而定, 可在1.0～1.1之间取值) 。

图4 发动机装配时间节拍
发动机装配线控制设备

1．测量设备的改造

( 1) 曲轴轴向间隙及静扭矩测量机。主轴承盖拧紧后要对曲轴回转扭矩与轴向间隙进行检测, 活塞、 连杆装配完后对曲轴回转扭矩进行检测。增添该设备可自动对曲轴回转扭矩与轴向间隙进行检测, 具有故障声光报警、 自动停机功能。以前对该项目参数的检测主要是经过百分表和力矩扳手完成, 效率低下。

( 2) 气门锁片拍打机。增添该设备能自动检查锁片是否压装到位及锁片是否漏装。该设备具有故障报警、 自动停机以及自动与手动控制功能, 避免人工用榔头敲击检查带来的质量隐患。

( 3) 凸轮轴测量机。该设备能自动测量凸轮轴轴颈与基圆直径以及气门杆顶部与凸轮轴基圆间隙, 操作员工可直接按设备面板显示对气门间隙进行调整。

2．试漏设备的改造

一般在线检测试漏, 主要是对进、 排气系统和水、 油道等进行试漏检查, 对发动机装配完成后的总成未作要求。经过我们对发动机漏气现象的观察统计, 即使在线检测过程中未出现漏气现象, 但在完成发动机总成装配后也会出现了漏气现象, 因此有必要增加对总成漏气现象的检测, 也可根据零部件质量状况及在生产节拍许可的情况下, 适当增减试漏设备。

3．拧紧设备的改造

经过我们对工艺参数的分析以及对关键工位的拧紧机进行的更新改造, 对曲轴、 缸盖飞轮和凸轮轴等工位质量参数的控制全部采用自动拧紧机控制, 并对其提出如下要求:

( 1) 具有操作模式转换开关, 方便操作。

( 2) 自动拧紧机具有自动升降、 认帽、 拧紧、 移位及退出功能。

( 3) 自由转数, 低速、 认帽转速和反转转速, 可经过数字调整每个轴及扭矩种类。

( 4) 自动拧紧机每个扭紧轴的辅具能串接扭矩校正仪的接杆, 以便工作时校正每个轴的扭矩; 具有角度控制、 扭矩监视功能或扭矩控制、 角度监视功能; 具有工作状态显示功能和拧紧计数防漏拧紧功能。

( 5) 拧紧扭矩时拧紧工具应具有充分的裕量( ≥20%) ; 记录拧紧的次数和结果( 扭矩和角度) 。

总线控制

装配总线控制采用分布控制和局域网络工作的方式: 装配线分别配置单独的主控PLC控制装配输送线及线上所有设备的运行, 负责和其它分线主控PLC的信息交换等; 每个操作工位都要求设置接入/切除( 即停止器常开/常关) 的选择按钮, 以方便完成不同机型、 不同条件下的装配; 对有缺陷的装配, 除非人工干预, 否则应停止在工位上等待处理; 控制系统要保证整条生产线的实用性、 高可靠性和易维护性, 保证互锁严密, 杜绝人工误操作。

装配线的急停控制: 在线上, 有危险的部位、 间隔一定距离的空工位( 5m) 及每台设备必须有急停装置, 保证不伤害人身及机械设备; 对于单机急停应尽可能不影响输送线, 装配线上的操作人员应能在任意时刻检查声光系统的好坏。

结语

经过我们两年来对发动机装配线的不断改进及优化, 产品下线合格率由原来的85%上升到现在的98%以上, 生产效率显著提升; 库存降低了50%以上, 实现了发动机直供, 直接减少了生产过程中各种盛具、 料具和转运车的制作费用, 降低了资金占有率; 特别是对信息系统的改造, 使生产各单位之间、 工位之间都处于繁忙状态完成最大的工作量, 提升了部门之间、 工位之间员工的精神面貌。

总之, 对发动机生产线工艺规程的优化是一个不断完善的过程, 不但仅要求发动机生产线按节拍组织生产, 还涵盖了焊接、 涂装和汽车总装等工艺的改造, 按节拍有序生产实现直供降低库存量。另外要尽可能地将零星零部件在线外分装成总成, 缩短装配线装配时间节拍, 提高效率。(end)