多機型發動機共線裝配的應用實踐

宋興平，萬陽，王露,2，黃新宇

（1.安徽華菱汽車有限公司，安徽 馬鞍山 243061；2.重型專用發動機安徽省重點實驗室，安徽 馬鞍山 243061）

1 設計背景

1.1 發動機的裝配

近年來，隨著國家對發動機排放標準的升級和市場的變化需要，發動機朝著多元化方向進行發展，這給各大主機廠帶來機遇和挑戰，發動機的生產線主要分為重要零部件機加工生產線（缸體、缸蓋、曲軸等）、裝配生產線、試驗生產線、涂裝生產線，發動機裝配是指將400 多種、1000 多個零部件組裝成一體的過程，它是順序裝配的流水線工藝過程，每個工位之間是流水線生產，一般采用柔性生產的方式，通過輥道加電機的方式實現發動機的流水性裝配，正因發動機零部件的多樣性、工藝的復雜性，對裝配生產線的智能化程度也要求更高，裝配生產線從工藝布局方面可以分為：內裝線、外裝線、分裝線，內裝線主要是完成發動機內部零部件的裝配，包括缸體、活塞連桿、曲軸、齒輪等，外裝線主要完成發動機外圍零部件的裝配，包括空氣壓縮機、發電機、水泵、減震器等，分裝線主要分成分總成的裝配，包括活塞連桿組件、曲軸總成、凸輪軸總成等，從設備組成上可以分為自動設備站、半自動設備站、手動工位站，自動設備站包括擰緊機、翻轉機、機器人（涂膠、抓取等）、壓裝機等，半自動設備站包括試漏機、手持擰緊槍、氣門間隙測量機等,同時集成信息化采集系統，實現裝配信息的采集、上傳，生產訂單的下達，工位的監控等功能。

1.2 共線生產的優勢

正是因為裝配工藝的多樣性、復雜性，實現多機型共線裝配難度大，生產線的柔性程度要高，共線生產優勢如下：第一，占地面積較小，共線生產不需要每種發動機都需要配置一條生產線，所需廠房區域小；第二，投資較小，無論從廠房區域、設備種類、還是人員配置、能耗方面，共線生產可減少不少的投資，第三，資源管理集中，“人、機、料、法、環”五方面集中管理，有利于資源的合理分配，但共線生產也有劣勢，比如化程度相對較低，因多機型并存，高比例自動化程度很難實現，勞動強度也對變大，綜上所述，多機型共線裝配優勢大于劣勢，它是現行發展的趨勢。

2 概念設計及實施

2.1 概念設計

2.1.1 設計輸入

設計輸入主要包括如下：

→ 生產綱領及節拍要求：

→ 產品概括

→ 供貨范圍

→ 現場條件

→ 預算總投資

生產綱領及節拍要求：該生產線主要生產8L、11L、13L三種發動機，整線節拍25min/臺，生產線滿足三班制連續生產。

產品概括：發動機的相關性能參數、外形尺寸、重量、裝配技術要求（扭矩、泄漏量、壓力等）。

現場條件：主要包括廠房的區域大小（長x 寬x 高）、環境的濕度、溫度、地基等。

供貨范圍：主要是包括擰緊（電動擰緊槍、手動扭矩扳手、氣槍預擰）、壓裝、試漏、打碼、輸送系統、翻轉、照明、輔助裝置（夾具、吊具、檢具、工位器具、貨架）、電氣元件，以及主要元器件的品牌要求。

預算總投資：根據供貨范圍及生產綱領等要求，確定該線的總投資。

2.1.2 設計輸出

設計輸出主要包括如下：

→ 生產線平面布置圖（工藝路線方案）

→ 擰緊、壓裝、試漏、輸送、輔助裝置等方案

→ 柔性共線方案

→ 生產防錯方案

→ 信息化控制方案

2.2 實施

2.2.1 托盤方案

發動機的裝配輸送線是指發動機放置在托盤上，托盤隨輥道（電機驅動）實現流轉，從而實現流水的作業，而多機型的發動機因外形尺寸的不同，在托盤上的放置位置也會不同，現我們設計的托盤方案可以實現多機型的發動機共用，只需更換相應工裝，既能實現，托盤主要有內裝托盤、外裝托盤、缸蓋托盤，內裝托盤方案，是通過更換適配板，實現不同缸體與托盤的連接，如圖1；外裝托盤方案，是通過更換支腿，實現不同發動機與托盤的連接，如圖2；缸蓋托盤方案，是通過更換定位銷位置、大小，實現不同缸蓋與托盤的連接。

圖1

圖2

2.2.2 自動擰緊方案

表1 主軸承蓋螺栓中心距

圖3

自動擰緊方案主要包括主軸承蓋螺栓擰緊、連桿螺栓擰緊、缸蓋螺栓擰緊、飛輪螺栓擰緊、減震器螺栓擰緊，其中涉及到多機型的主要是主軸承蓋螺栓、連桿螺栓、缸蓋螺栓，因每種機型的螺栓中心距不同，這就要求擰緊軸有變位功能，該方案主要通過切換定位塊與定位銷配合實現縱向位移，同時配置位置傳感器檢測橫向位移，例如,主軸承蓋螺栓擰緊方案如表1 和圖3。

2.2.3 壓裝方案

壓裝方案主要包括缸套的壓裝、氣門油封的壓裝、氣門彈簧的壓裝，都是調整每種機型的定位條（只需首件調整），使定位銷能落入相應的機型定位條上的定位孔，實現不同機型的橫向定位，通過更換不同的壓緊工裝實現不同機型的縱向定位，從而實現多機型的共線壓裝。下面主要介紹氣門油封的壓裝方案，如圖4。

圖4

2.2.4 翻轉方案

翻轉方案主要是缸蓋的自動翻轉，因不同機型的缸蓋外形尺寸、定位銷孔位置均不同，想要實現共線翻轉，必須克服這些困難，該方案主要通過更換不同定位銷位置和尺寸，實現不同缸蓋的定位，通過橫向和抱閘氣缸的橫向夾緊實現不同機型缸蓋的夾緊，通過氣缸和電機驅動實現缸蓋的360°翻轉和縱向上下運動，如圖5。

圖5

2.2.5 生產防錯方案和信息化控制方案

因多機型的共線生產和裝配工藝的多樣性，裝配過程中 很容易混淆裝配，目前主要通過設備防錯和人工防錯相結合的形式，涉及到生產BOM 的下達、零部件掃碼、扭矩控制、參數測量、泄露測試、零件區分等方面。

（1）設備的防錯措施如下

→ 生產BOM 下達：隨托盤下達至每個裝配工序

→ 零部件掃碼：全線實現掃碼，掃碼結果與上位機生產BOM 信息匹配

→ 扭矩控制：擰緊槍實現扭矩的控制、檢測

→ 試漏測試：控制不合格件流入下道工序

→ 參數測量：百分表等測量裝置檢測裝配質量

（2）人工防錯措施如下

→ 操作培訓：增強員工防錯意識，裝配前后加強檢查裝配情況

→ 物料擺放：不同機型的零部件對應不同的料盒顏色

（3）信息化控制方案

該生產線配有HMI 面板、掃碼槍、擰緊槍、試漏儀、RFID等設備，生產過程中生產訂單信息（發動機型號、生產日期、流水號）、零部件信息（供應商代碼、零件二維碼、生產批次）和質量數據（螺栓扭矩、泄露測試值、測量數據）均上傳至上位機保存，實現信息的可追溯性。

3 生產運行情況及成果

截止到目前，該生產線已正式投入生產，連續運行穩定，無故障，無重大設備問題，產品覆蓋了8L、11L、13L 三種發動機，共計產出1150 臺發動機，創造的經濟效益約8000 多萬元。

表2 生產產量統計

4 結束語

精益規劃生產線設備布局是指如何在最短的時間內以最低的成本生產出符合市場需求的產品，該生產線是一套符合安全、環保、節能、高效、可靠等要求的智能化的生產系統，它同時兼容了三種發動機的共線裝配，配置擰緊槍、試漏儀、壓機、翻轉機、掃描槍、HMI 等高端設備，通過信息化的連接，保證了發動機的裝配質量，產出合格的發動機，為企業創造更多的價值。但其也存在缺點，主要表現為：換型時間較長，勞動強度較大，產量相對較低等特點。