多品種變批量柔性活塞生產線的設計與分析

濱州學院 張寶國

導語：文章針對活塞多品種變批量生產模式特點和現有生產線現狀，對柔性活塞生產線進行了設計和分析，對柔性活塞生產線的的關鍵技術和關鍵參數進行了分析和驗證。

隨著汽車工業的發展，對內燃機活塞品種的需求越來越多，對活塞質量要求也越來越高，傳統活塞加工生產線因身特點的限制，越來越難以適應市場對活塞的需求：多品種、高精度。面對這一新的要求，迫切需要我們改變傳統活塞流水線的布線形式、加工方式來快速適應市場的需求。設計一種柔性的能快速適應市場品種、批量變化的生產線及其設備成為活塞制造企業迫切需要解決的問題之一。

1.活塞生產線的布局及其存在的問題

活塞生產線屬于流水作業形式的加工方式，工件根據工藝要求，依次經過不同的設備，完成某個工序，因此一般采用線性布置。線性布局的形式多種多樣，活塞生產線布局一般采用雙行U型布局。

(1)人員多、效率低。

生產線上一般是每個工人操作一臺或兩臺設備，每條生產線至少需要7-8個工人。生產過程手工裝夾、人工檢測，效率低、質量控制得不到保障。

(2)精度低。每種活塞加工過程有12-15道工序，工序分散，工件加工過程中裝夾次數多，定位誤差累積較大，影響了活塞加工精度。

(3)不能實現在線測量和自動尺寸補償，無法在線控制產品質量。

2.柔性化活塞生產線的設計

活塞生產根據市場的需求變化較大，活塞品種、批量要根據用戶需求來確定，因此活塞生產線上產品更換頻繁，如果不能快速完成產品的更換，勢必影響產品生產的進度，造成生產延誤、不能及時交貨，既耽誤用戶的使用又影響企業的信譽和市場。精益生產一直是制造業遵循的生產理念，精益生產是通過制造系統有效變革和優化使生產系統能很快適應用戶需求不斷變化，并能使生產過程中一切無用、多余的東西被精簡，最終達到包括市場供銷在內的生產的各方面最好結果的一種生產管理方式。與傳統的生產方式不同，其特色是“多品種”，“小批量”。根據精益生產的要求，活塞加工的柔性制造是必經之路，國外全自動柔性活塞生產線價格昂貴，一般企業難以承受。要想提高我國活塞制造水平，走自主創新之路、取得具有自主知識產權的柔性生產線關鍵設備、關鍵技術是唯一可行之路。

桁架式柔性化活塞生產線設計指標如下：

A、加工范圍：活塞直徑：?100-130mm，活塞高度90-130mm的鑲環鋁活塞。

B、在線設備：10臺，桁架機械手：8臺，自動輸送料道：9條。在線人數：1人。

C、生產節拍：60秒/只，單班產量：400只，年產量約：38萬只。

D、精加工工序設備重復定位精度＜0.005mm。

E、整線占地面積：26米(長)╳7米(寬)╳5.5米(高)。

F、可實現活塞粗鏜銷孔、卡簧槽、內外口倒角、燃燒室、鐵環槽、鋁環槽、精車頂面、銑氣門坑、異型銷孔、精車外圓工序的全自動化精密加工。

G、與普通生產線相比可提高勞動生產率4倍以上。

H、主要技術指標擬達到國內領先，國際先進水平。

生產線全線由10臺設備，8臺桁架式機械手，9條料道組成。整線采用U型布局方式(見圖1)，操作者可在生產線的一側完成上下料，生產節拍60秒左右，單班產量：400只，年產量約：38萬只，整線占地面積：26米(長)╳7米(寬)╳5.5米(高)，全線只需1人監控，效率是普通生產線的4倍以上。

圖1 設備布局圖

3.多品種變批量柔性活塞生產線特點

(1)高度專業化的工藝集成技術。首次采用U型布局方式，將各種工序活塞加工專用設備聯線，形成一個自動化生產的有機整體，既具有一定范圍的適用性，又具有較好的可變性，并且有效縮短了生產線長度，操作者可在生產線一端完成上下料，人機工程更佳。

(2)高效、高精度的多工序集成技術。研制開發了粗孔、卡簧槽、外口倒角組合鏜床，對粗孔、卡荒槽、外口倒角工序進行了工序組合加工，不僅減少了2臺在線設備，而且還提高了加工效率，突破了傳統的車削工藝加工方式，采用鏜削工藝加工方式，解決了銷孔、卡簧槽、外口倒角三道工序在一次裝夾中完成的技術難點，有效的保證了三道工序之間的形位公差與加工精度。

(3)高效率的柔性自動化生產技術。把工藝設計柔性的揉和到計算機、網絡、控制、信息、CAM等技術中，可適應不同品種的活塞高精度自動化柔性生產，這是其他通用機床廠家無法做到的。

(4)高度集成的自動化控制技術。集“物流系統、控制系統和執行系統”于一體，并使用了國內領先的雙通道控制技術，從而保證了機床在加工工件的同時，還可以指揮物流系統、機械手等裝置同時運轉，最大限度的發揮了機床的加工效率。

(5)機床標準化設計。減少機床種類，系統結構統一、因此有效降低了機床的制造成本和維護費用，縮短了機床的研制周期和產品的開發周期。

(6)工裝標準化設計。實現快速更換工藝裝備，由2天縮短為4小時。同時能夠很好的兼容普通生產線工裝，降低了開發風險，使得自動生產線工裝兼容性高、可靠性高，設計周期短，見效快，經濟效益高。

4.結語

從大批量生產轉為小批量多品種生產是活塞生產模式的一大改變，這種變批量生產模式也是未來活塞企業具有競爭力和發展潛力的一種制造方式。變批量活塞柔性生產線是實現活塞生產企業快速響應市場的重要手段，活塞生產線的柔性化對于活塞的多品種變批量加工和生產有著非常大的影響，不僅提高了生產加工的效率，也提高了生產車間的自動化水平，降低了人工作業的勞動強度。