信息化技術在汽車發動機氣門生產的應用研究

羅曉光+徐金雄+王濤

摘要：針對當前國內汽車發動機氣門生產效率和信息化水平低等問題，本文基于信息化技術，構建汽車發動機氣門生產全流程信息化系統。通過發動機氣門數字化設計技術、制造車間實時任務調度優化技術和生產過程質量信息全程追溯技術，全面提升發動機氣門生產信息化管理水平，從而提升生產效率與質量。

關鍵詞：信息化技術；汽車零配件；發動機氣門；智能制造

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0126-03

Research on Application of Information Technology in Automobile Engine Valve Production

Luo Xiaoguang， Xu Jinxiong，Wang Tao

（1.Guangdong SME Service Center， Guangzhou Guangdong， 510030， China

2.Guangdong University of Technology School of Automation Guangzhou Guangdong， 510006， China）

Abstract：Aiming at the problems of the low level of production efficiency and information， this paper constructs the whole process information system of automobile engine valve production， based on the information technology. Through the engine valve digital design technology， manufacturing workshop real-time task scheduling optimization technology and the whole process traceability of quality information in production process technology， the engine valve production information management level can be fully improved， so as to enhance the production efficiency and quality.

Key Words：Information Technology； Automobile Parts； Engine Valve； Intelligent Manufacturing

隨著全球化的發展，中國經濟在快速增長并且擁有巨大的市場潛力，其中汽車制造業增長勢頭更強。這也帶動了我國汽車的零配件制造業的快速發展，據統計我國現有汽車零配件企業一萬五千多家。但70%以上的汽車零部件企業都屬于中小企業，且大部分企業在管理以及信息化水平方面仍未完善，存在企業生產標準落后、信息化和智能化程度不高、生產效率低等問題[1-3]。因此要在越來越激烈的市場競爭中生存，就必須提升生產車間的信息化和智能化水平，補齊短板提升企業整體生產制造效率。

目前國內對于制造業信息化的研究主要集中于幾大高校中。例如，重慶大學制造工程研究所，以傳統的離散制造車間作為研究對象，建立了一套MES車間管理系統。該系統提供開放的通信機制和平臺，通過對車間生產過程涉及的不同的數字化智能設備集成連接，實現對車間生產過程的數據采集和過程控制[4]。合肥工業大學現代集成制造與數控裝備研究所進行了基于無線通信的生產現場數字化制造、基于移動通信的無線網絡在數字化制造單元的應用研究[5]。華中科技大學信息制造裝備與技術國家重點實驗室，對全球數字化制造系統存在的一系列問題進行詳細的分析，總結各種技術困難，并結合從事信息化技術研究和實踐經驗，從技術角度提出了實現全球數字制造系統的參考體系架構[6]。

而國外對于制造業信息化方面的研究主要有，美國波音公司應用CIMS技術成功開發出波音777飛機，使開發周期由過去的8到9年縮短到4年半，成本降低了25%，實現了從產品的設計、工藝編排、產品制造、檢測、裝配等整個過程的一體化“無紙加工”，顯著地縮短了產品開發周期，提高了產品質量，增強了企業的市場競爭力[7]。新加坡國立大學機械工程系對生產企業各個部門在實際生產過程中的協調性進行了探索，提出了一種通用的分布式協同數字化制造結構，對產品全生命周期管理中生產計劃的制定和制造協同進行了深入探索[8]。

但以上都是針對制造業信息化的一些研究，缺少對于汽車零配件制造的全流程信息化研究。尤其對于生產制造過程物料繁多，過程復雜的汽車發動機氣門制造，缺少有效的信息化手段。因此本文以汽車零配件中發動機氣門的生產制造為例，先對發動機氣門生產流程和現存問題進行分析；然后將制造業信息化技術應用到發動機氣門生產中；實現汽車發動機氣門全生產流程的監控，有利于生產資源的優化調度及生產效率的提高。

1 汽車發動機氣門生產現狀分析

1.1 發動機氣門生產工藝流程

汽車發動機的氣門，一般由氣門頭部和桿部組成，其作用是專門負責向發動機內輸入燃料并排出廢氣。由于氣門頭部溫度很高，而且還承受氣體的壓力、氣門彈簧的作用力和傳動組件慣性力，因此要求氣門必須有一定強度、剛度、耐熱和耐磨性能。為保證氣門的質量，一個汽車氣門需要經過落料、成形、熱處理、表面打磨和包裝等流程，一般需要64道加工工序，具體如圖1所示。

1.2 發動機氣門生產現狀分析endprint

目前我國汽車發動機氣門生產企業的生產線都需要同時生產多個發動機氣門品種，整個制造過程具有多品種變批量混線生產、工裝種類繁多、現場信息反饋實時性要求高以及質量控制嚴格的特點。然而，目前大部分制造企業都是手工作業，缺乏自動化與信息化技術與手段，各個流程工序之間缺乏自動銜接，導致生產效率低下、生產過程無法監控、生產進度反饋緩慢、在發生問題的時候，不能及時發現和處理。具體的問題表現如下：

（1）制造裝備自動化信息化程度不高：目前多數生產裝備處于半自動水平，還依靠大量人工操作，流水作業中各個環節銜接自動化程度不高。

（2）難以滿足產品個性化定制化需求：每個特定人群都有自己鮮明的消費需求和主張，規模制造已經不能適應現在的消費主題。面對個性化需求強烈的訂單，企業新產品上市加快，品種變多。零配件廠商產品研發周期被迫縮短，而標準不低，這就要求其生產更富于柔性和模塊化。

（3）生產過程難以實時監測與控制：無法實時掌握各個工序環節的生產狀態，無法準確掌握生產進度、員工效率、車位狀態、在制品數量、物料配送情況等各方面綜合信息；不能即時監測生產瓶頸，不能及時了解多少工位在等待還是繁忙，生產線作業難以動態平衡。

（4）內部生產物流效率低下：目前企業還是采用人工的內部物料配送方式，往往造成半成品在某個生產環節出現大量的堆積，或者出現某個生產環節缺少物料而停工。同時，人工配送方式無法掌握物料流動狀態，難以提前根據生產需求制定相應的物料配送計劃。

（5）庫存管理效率低下：盤點需要大量人工作業，處理速度慢；人為因素造成的錯裝、漏裝、多裝等裝箱數據統計不準確而且速度慢；庫存管理中帳、物容易出現差錯。

（6）質量問題難以追溯：無法對每件制品的生產過程、各工序生產工藝參數進行跟蹤；不能及時知道不良品是哪個工位以及哪個工人做的；質量問題統計困難，難以及時發現問題工序。

（7）服務環節難以跟蹤監控：目前較多汽車零配件制造企業擁有自己的銷售網絡，但還缺乏有效的供應鏈與銷售終端高效管理手段，難以實時掌握供應鏈環節貨品的流動與積壓狀況，也就不能根據這些情況靈活擬定生產計劃。這將影響生產企業對市場的靈敏反應度與企業的市場競爭力。

以上這些問題都迫切需要對汽車零配件企業實施信息化改造，從而提升企業生產效率和技術實力，贏得市場，實施轉型升級。

2 發動機氣門信息化技術研究

2.1 發動機氣門的數字化設計技術

隨著以計算機技術為主導的現代科學技術的迅猛發展，計算機集成制造系統CIMS成了機械制造業的主要發展趨勢。而在CIMS中，計算機輔助工藝設計系統CAPP成為連接CAD/CAM集成的關鍵和紐帶。因此將CAPP技術應用在發動機氣門的制造過程中，可以實現工藝方案和各種工藝文件的迅速編制，極大地提高工藝人員的工作效率，縮短工藝準備時間，加快新產品的投產。

對此，本文設計出如圖2所示的CAPP系統架構，然后針對架構中零件特征庫，建立圖3所示的氣門特征庫模型。

2.2 制造車間生產任務調度優化技術

針對汽車氣門生產中任務調度不合理情況，存在中間件積壓以及訂單不能及時完成等情況，研究車間制造任務調度優化技術。該技術的基本架構如圖4所示，主要包括生產信息獲取層和制造任務調度層兩部分。該技術的具體工作流程為：先在制造單元生產過程中，實時監測不確定事件、獲取相關動態信息并上傳至調度系統；然后上層調度系統對原調度方案進行評價，如果突發的不確定事件不影響原調度方案的效果與魯棒性，則維持原調度方案，否則重新載入調度參數執行調度操作，產生滿足新需求的調度方案。

2.3 生產過程質量信息全程追溯技術

生產過程質量信息全程追溯是確保和提升產品質量的關鍵，對此本文提出如圖5所示的生產過程質量信息傳感、監控和全程追溯技術的實現框架。該架構主要包括生產過程在線質量監控與診斷、制造質量信息全程關系追溯兩部分。每部分的具體作用如下：

2.3.1 生產過程在線質量信息的監控

由于造成氣門工件生產過程質量問題的因素多樣復雜，可能由設備的工況異常等引起也可能由產品的多工序造成加工誤差的累積而引起。為此采用基于XML的實時質量信息模板對引起加工質量的各類信息進行分類抽取，通過載入各類實時質量信息，如制造設備的工況量，以及工件的長度、形位誤差等幾何量。

2.3.2 制造資源質量信息全程關聯追溯

建立質量問題驅動的多制造資源質量信息全程關聯追溯模型分別向不同緯度和深度對可能引起該質量問題的各種因素進行信息追溯，如基于生產設備工況歷史數據對設備質量信息進行追溯，基于制造BOM對與該問題工序相關的所有已完成的其他工序質量信息進行追溯，以及對與產生問題相關的制造工藝過程進行追溯等。

3 結語

目前我國的制造業正面臨轉型升級的歷史時期，本項目開展汽車零配件的信息化技術研究，將有效提升企業核心競爭力，提高企業效率，大力推動零配件行業戰略轉型。而且，汽車零配件企業作為典型的離散制造企業，其信息化水平的提升將對于整個離散制造行業也有一定的示范作用，同時對整個制造行業也有著積極意義。

參考文獻

[1]張永慶，楊悅，潘玲穎.我國汽車制造業投入服務化現狀、趨勢及對策分析[J].科技和產業，2017，（02）：44-49.

[2]劉磊.論汽車零部件企業的成本管理[J].科技創業月刊，2017，（04）：130-131.

[3]王美紅.臺州汽車零配件制造業發展現狀與對策[J].統計科學與實踐，2014，（03）：46-48.

[4]胡松松.離散制造數字化車間基于MES的智能裝備集成平臺研究與設計[D].重慶大學，2015.

[5]溫海駿.不確定環境下再制造生產計劃與車間調度集成優化研究[D].合肥工業大學，2015.

[6]劉凡.全球數字制造系統構架及其中若干關鍵技術研究[D].華中科技大學，2004.

[7]張國龍.聯軸器數字制造中的CAPP研究[D].武漢理工大學，2009.

[8]張林林.協同數字化預裝配系統關鍵技術的研究與實現[D].南京理工大學，2007.endprint