淺談發(fā)動機裝配精益生產(chǎn)線的工藝設計規(guī)劃

王 波，歐陽葉

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

發(fā)動機裝配線精益工藝設計規(guī)劃，目的是要達到適應多品種、多變化、高效率、高質量、低投入的生產(chǎn)要求。本文從精益建線原則、精益工藝布置、精益品質保證、精益成本投入、精益管理理念等方面進行闡述[1]。

1 精益設計原則

1.1 設計依據(jù)

發(fā)動機裝配生產(chǎn)線的設計依據(jù)主要有：產(chǎn)品技術要求和圖紙、生產(chǎn)綱領、投資規(guī)模和自動化程度。

1.2 精益設計原則

（1）安全保障是生產(chǎn)線設計應當遵循的首要原則。發(fā)動機裝配生產(chǎn)線設計一定要保證安全設計要求，能達到“STOP6”的要求，即設計理念中，要考慮杜絕可能被夾住或卷入、與重物接觸、與車輛接觸、可能墜落、可能觸電、與高熱物接觸的風險。

（2）發(fā)動機裝配線設計規(guī)劃一定要遵循保證產(chǎn)品質量原則。關鍵工序、高精度工序、高風險程度工序，必須擺脫人工控制，投入設備控制。

（3）在保證安全及產(chǎn)品質量的前提下，生產(chǎn)線應遵循投資最小化設計規(guī)劃原則。非關鍵工序、低風險工序，為減少投資成本，可做好工序風險評估和防錯措施，不必都追求高精度設備的過能力控制，可采用充分有效的質量保證的手工操作及半自動化設備來替代。只有投入成本盡可能低，投入成本才能更快速收回，也是企業(yè)提高效益、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)選投資理念。當然，也要根據(jù)企業(yè)的定位、規(guī)模等實際情況來決定生產(chǎn)線的投入。

（4）生產(chǎn)線還需遵循柔性化高的原則，從而能根據(jù)市場需求進行一定范圍內(nèi)的產(chǎn)能調整，且能兼容多品種生產(chǎn)或擴展，只有工藝調整性及擴展性強，才能實現(xiàn)生產(chǎn)線資源共享以及多機種共線，這樣可減少其他設備乃至生產(chǎn)線的投資，最終達到減少投入成本的目標。

（5）要具備較高的可動率，體現(xiàn)準時化思想。

2 精益工藝布置

發(fā)動機裝配生產(chǎn)線的總體工藝路線為：分裝→總裝→熱試。生產(chǎn)線精益設計的典型代表為豐田生產(chǎn)線，其工藝布局適應高效率、高柔性、高工藝性的生產(chǎn)方式，其布局方案為：

線體及工藝設備采用緊湊及較短的工藝線體布局；線體按主裝線、缸蓋分裝線、外裝線、活塞連桿分裝線及其他小部件分裝站進行工藝布局，分裝線布置在主裝配線旁。

2.1 主線工藝布局

主線采用臺車式裝配為主，小件及中等部品進行配膳，大件部品線邊擺放。主線主要包括配膳區(qū)、缸體小裝、前組裝配、中組裝配。

（1）配膳區(qū)：主要完成發(fā)動機單臺套配膳作業(yè)。如圖1所示。

圖1 裝配臺車配膳盒

1）不同機種的共用件（中、小件、標準件）進行配膳。

2）小件采用臺車配膳盒擺放，中件直接擺放在臺車配膳架內(nèi)。

（2）缸體小裝：主要完成缸體打刻、上線夾具裝配等作業(yè)。

1）采用手動輥道，缸體在輥道上直接推動。

2）發(fā)動機號采用刻印機。

（3）前組：主要完成缸體內(nèi)部件（曲軸、連桿等）的裝配作業(yè)。

1）采用驅動臺車方式，隨動式生產(chǎn)。

2）主軸瓦蓋螺栓、連桿螺栓采用擰緊機擰緊。

3）品質保證采用短缸體試驗機。

（4）中組1：主要完成缸蓋合裝到缸體上的裝配作業(yè)。

1）采用停止器式，固定式裝配。

2）缸蓋螺栓采用擰緊機擰緊。

（5）中組2：主要完成正時機構、缸蓋罩、油底殼等部件裝配。

1）采用臺車驅動方式，隨動式裝配。

2）線外設置缸蓋罩小裝，分裝完成后配膳至臺車。

3）后油封、正時鏈蓋、上機油盤、下機油盤涂膠采用涂膠機。

（6）后組：主要完成外圍件、整機試漏的裝配作業(yè)。

2.2 缸蓋分裝

缸蓋分裝主要完成缸蓋氣門油封、氣門鎖夾、氣門試漏等部件的組裝和檢測作業(yè)。

采用U型輥道方式，固定式裝配。

2.3 活塞連桿分裝

活塞連桿分裝主要完成活塞銷卡簧、氣環(huán)等部件的組裝。

1）采用手動推拉輥道方式，固定式裝配。

2）采用配膳托盤方式組裝，主線設置機型、曲軸分組號、缸孔分組號信息傳遞系統(tǒng)。

2.4 試驗臺架

試驗臺架主要完成發(fā)動機成品出廠檢驗工作。

1）采用集裝箱式熱試臺架。

2）采用試機臺車、手工快速對接的方式。

3 精益品質方面

3.1 關鍵工藝控制

（1）關鍵螺栓擰緊（例如主軸承蓋螺栓擰緊、連桿螺栓擰緊、缸蓋螺栓擰緊）采用角度控制預緊方式及分步擰緊方式來實現(xiàn)擰緊，擰緊精度高，氣動擰緊工具無法滿足擰緊精度要求，需要相應的電控擰緊設備。

（2）氣門間隙調整是通過挺柱高度選擇來實現(xiàn)氣門間隙的調整。由于人工測量誤差，不能保證氣門間隙調整一致性，不但人工調整繁瑣，且精度得不到保證。為保證裝機工藝要求，采用馬波斯挺柱測量與選擇機來實現(xiàn)氣門間隙調整。

（3）裝配零部件的密封結合：機油盤、鏈盒、曲軸后蓋結合面采用涂膠方式實現(xiàn)裝配密封要求；要求均勻、連續(xù)、不能有斷點。人工涂膠無法滿足要求，且人工涂膠不當還會導致多余密封膠堵塞油道、零件不能正常工作等后果。為保證裝機工藝要求，采用數(shù)控涂膠機實現(xiàn)零部件結合面的密封要求。

（4）軸瓦選配：在選配主軸瓦、連桿瓦工位采用智能選配料架輔助選配，避免錯裝和漏裝，提高選配效率。

（5）氣密性要求：對缸體內(nèi)裝（軸瓦裝配）、缸蓋分裝（氣門及油封裝配、鎖夾裝配）、發(fā)動機總裝進行相應的氣密性檢測，保證產(chǎn)品的密封性、防漏裝要求。

（6）重要擰緊工位采用電槍或系統(tǒng)扳手擰緊（帶扭矩控制），設備具有防錯及SPC等功能。

（7）出廠檢測采用熱試工藝，按出廠技術要求進行配置，確保產(chǎn)品合格。

（8）裝配線實現(xiàn)生產(chǎn)管理信息化，引入生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，整線控制主要配置安東（呼叫顯示系統(tǒng)）、工位互鎖（錯漏裝防止功能）、驅動聯(lián)動系統(tǒng)等，具備生產(chǎn)實時監(jiān)控、質量統(tǒng)計分析、防錯手段、質量追溯等功能（局部增加或調整工位需更新系統(tǒng)）。

3.2 一般工藝控制

精益生產(chǎn)線，精髓就是在保證產(chǎn)品質量的前提下，降低投入成本。豐田生產(chǎn)線的精益設計具有代表性。根據(jù)產(chǎn)品設計結構特點及技術要求，關鍵技術要點必須采用高質量高精度高能力設備進行控制，一般技術要求，在保證裝配防錯的情況下，不追求過能力控制，投入實用的裝置、工具來保證質量，以最低的成本實現(xiàn)最大的質量效果。主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）不追求全自動化或高自動化程度的生產(chǎn)線或設備，一般采用半自動設備或手動裝置來達到組裝要求。采用半自動設備，有時候考慮的是更好地適應組裝零件一致性問題及企業(yè)設備管理水平現(xiàn)狀水平，同時半自動設備在今后的工序調整、設備改造方面靈活性更好，投入成本更低。

（2）不追求過能力、過精度控制，但是必須要做到防錯裝、漏裝的控制功能，出現(xiàn)異常時能自動停止。其中，各種巧妙、實用治具/工具代替設備復雜的作業(yè)且做到防錯效果是豐田生產(chǎn)線精益設計的最大特點。

（3）螺栓擰緊工藝方面，除了關鍵工位螺栓要求采用擰緊機、重要工位采用電槍或系統(tǒng)扳手（帶控制器）外，其余一般工位螺栓采用氣動定扭風槍+QLLS扭矩扳手的擰緊工藝。QLLS扭矩扳手也能實現(xiàn)螺栓顆數(shù)防錯、扭矩到位防錯，能與線體互鎖，能有效防止螺栓漏裝、漏緊力矩的質量問題發(fā)生。

（4）對發(fā)動機關鍵部位裝配質量采用專用檢測設備進行檢測，防止有質量問題的產(chǎn)品流出。檢測設備有：鎖夾安裝到位檢測（氣檢或激光檢）、氣門密封性檢測、氣門間隙檢測、活塞銷卡簧檢測、短缸體試漏檢測（含軸瓦漏裝檢測）、整機水/油道試漏檢測、出廠熱試磨合檢測等。這些檢測設備能檢出難發(fā)現(xiàn)的質量問題，有效地保證了發(fā)動機質量。

（5）生產(chǎn)線規(guī)劃更多地采用小裝化裝配方式，即采用小總成上線方式。總裝線可設多個小分裝，包括缸體小分裝、缸蓋小分裝、活連小分裝、缸蓋罩小分裝、進氣管小分裝、增壓器小分裝（針對增壓器機型）等，甚至主線也分段成前組（內(nèi)裝）、中組1、中組2。這些小分裝或小段組，設立定時小裝質量檢查機制，有效了保證小裝品質，降低了主線發(fā)生異常可能，使主線變化點最小化，整線靈活性的最大化，提高了主線的可動率。同時，小裝化縮短了主線的長度，使主線更易適應市場的變化。

（6）采用配膳方式，即將1臺發(fā)動機的零件全部裝在1臺配膳臺車上，由專人進行配膳，操作者按順序組裝的方式。配膳的零件主要是中小件、標準件，而中小件、標準件是最容易漏裝、錯裝的。而配膳方式很好的解決了這個問題，實現(xiàn)雙重確認環(huán)節(jié)（即配膳人員與操作者雙重確認）。如果整臺套配膳零件裝配完后，空臺車再次進行配膳時，發(fā)現(xiàn)有剩余零件，說明該臺發(fā)動機可能出現(xiàn)漏裝零件，通過這種方式，也能實現(xiàn)防止漏裝作業(yè)，保證產(chǎn)品質量。同時，采用配膳方式可以縮短操作者取零件的時間，提高裝機效率和生產(chǎn)節(jié)拍。

4 精益成本方面

（1）模塊化設計：組裝線由標準模塊組成，比如裝配臺車、鋼結構、控制系統(tǒng)等。若產(chǎn)能增加或減少，只需增加或減少標準模塊，大大降低設計成本和制造成本。

（2）工藝靈活性設計：組裝線設計，要考慮工藝調整的靈活性、兼容性。比如，托盤夾具是整個裝配線的動脈，必須要考慮后續(xù)機型兼容性、柔性設計，方便快速切換且又能保證精度要求。小裝化方式，是后續(xù)為適應市場而調整工藝或改造線體的靈活性工藝設計方式，若增加不同機型平臺，主線基本保持不變（增加專機即可），只需新增小裝線即可。同時，生產(chǎn)線設備在保證精度的前提下，設備盡量采用半自動設備設計或可移動設計，方便工藝調整。通過以上這些靈活性設計，可大大降低今后工藝調整、生產(chǎn)線改造帶來的巨大成本。

（3）輕量化設計：這方面在豐田生產(chǎn)線上比較突出。豐田生產(chǎn)線的設備小巧靈活，且功能齊全（該要的要，不該要的不要）。設備輕量化，不但操作方便，降低了操作者的勞動強度，而且使制造成本也降低。在保證功能的前提下，設備簡單化，使后續(xù)的維護成本、改造成本也大大降低。同時，設備輕量化后，其安裝方式基本可以考慮懸掛式或者帶輪的移動式，這樣，對基礎設施要求不高，降低了基礎設施的投入成本，同時懸掛式或帶輪移動式，使設備更加容易移動，在產(chǎn)量變化時，工藝調整的時間更短，只需切斷電源，方便輕易地推到對應的工位上即可，大大降低了工藝調整及改造的成本。

（4）實用工裝的設計：這方面也是豐田生產(chǎn)線最突出的特點。豐田生產(chǎn)的治具簡單巧妙實用，代替了設備的復雜作業(yè)。這也是上面提到的，不追求過能力、過精度的作業(yè)，實用且保證質量即可，特別是實現(xiàn)防錯功能，是設計治具的最大目的。當然，要做到工裝的精益化，不是每個生產(chǎn)性企業(yè)都能做到的，這需要長期的經(jīng)驗積累和公司文化氛圍來保證。

（5）模糊控制理念：這里所說的模糊控制，并不是指不認真對待產(chǎn)品質量。其實，產(chǎn)品質量真正要做好，設計時間所占的比例是比較高的，即將所有的生產(chǎn)性問題都在設計中考慮好了，而到生產(chǎn)制造時，特別是組裝，只需做好防錯，其余控制不必過能力、過精度、過檢測，控制簡單化，簡單的問題不要復雜化，從而減少不必要的財力、物力、人力、精力、效率的成本投入。

5 精益管理方面

精益生產(chǎn)線，不只是生產(chǎn)線設計上的精益，而且還離不開管理上的精益。只有兩者結合起來，才能做到精益制造，實現(xiàn)以最低成本達到最大效果的精益目標。

（1）物流配送管理：采用分區(qū)配送、看板配送方式，既降低高科技的成本投入，同時也達到了準時化、效率高的配送作業(yè)。

（2）生產(chǎn)現(xiàn)場管理：采用履歷表管理、變化點管理、定時定期檢查管理（一分鐘點檢、定時線外檢查、小裝化檢查、定時作業(yè)觀察、首末件檢查）、傾向管理、設備管理（防錯裝置、標準件檢查、自主保全）、標準作業(yè)（三票兩表）、看板管理等現(xiàn)場管理方式，質量管理理念推行誰制造，誰負責的管理理念。通過這些現(xiàn)場管理方式和理念，做到精益管理，現(xiàn)場作業(yè)將井然有序，產(chǎn)品質量才會精益求精。

6 結束語

生產(chǎn)線的精益設計規(guī)劃，不是說不重視質量而去刻意降低投入成本，反而是因為更加重視質量，花更多的設計時間進行精益設計規(guī)劃，從而降低生產(chǎn)制造的投入成本及后續(xù)的維護、擴展、調整、改造成本，最大限度地提升產(chǎn)品質量，這才是生產(chǎn)線精益工藝設計需要做的事情，才能具備極強的市場適應能力和盈利能力，才能為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎。未來，新工藝、新技術及新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，使發(fā)動機裝配向智能化、數(shù)字化和可視化發(fā)展，未來的發(fā)動機裝配線的精益工藝設計將有更多的選擇。