淺析柴油機(jī)裝配線實(shí)現(xiàn)多系列產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)的可行性

（濰柴動(dòng)力揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司，揚(yáng)州225009）

淺析柴油機(jī)裝配線實(shí)現(xiàn)多系列產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)的可行性

田大志，邱揚(yáng)文

（濰柴動(dòng)力揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司，揚(yáng)州225009）

通過(guò)對(duì)三大系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，研究多種產(chǎn)品在同一裝配線實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的可行性。通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上的托盤(pán)、關(guān)鍵設(shè)備的選擇和裝配工藝的設(shè)計(jì)使三大產(chǎn)品共線生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)，并保證了產(chǎn)品質(zhì)量。物流配送系統(tǒng)和物流信息管理系統(tǒng)為柔性化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的支撐。三大系列發(fā)動(dòng)機(jī)能在同一條裝配線上生產(chǎn)，給公司的生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)組織和人員配置提供了調(diào)整的余地，具有更大的靈活性，能更好地滿足市場(chǎng)需求，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

柔性化生產(chǎn)線工藝裝備物流配送信息化

1 前言

2007年揚(yáng)柴公司開(kāi)始啟動(dòng)退城進(jìn)園的搬遷工作，當(dāng)時(shí)有3種系列柴油機(jī)產(chǎn)品，2種是老產(chǎn)品，1種是新產(chǎn)品。在第四設(shè)計(jì)院的總體設(shè)計(jì)下，新址的柴油機(jī)裝配線是3個(gè)系列的產(chǎn)品共線生產(chǎn)，還是每個(gè)系列產(chǎn)品各建一條裝配線，公司內(nèi)爭(zhēng)議很大。三系列產(chǎn)品是否有共線的基礎(chǔ)，取決于以下因素：產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)是否相似？是否具有共線裝配的工藝基礎(chǔ)（工藝相似、設(shè)備和工裝能實(shí)現(xiàn)共線）？生產(chǎn)物流系統(tǒng)是否支持？投資額度、人力成本等等因素。

2 三系列柴油機(jī)柔性化裝配的可行性分析

2.1 三系列柴油機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

對(duì)于中小功率柴油機(jī)而言，其結(jié)構(gòu)相似度很高。主要區(qū)別是三系列機(jī)體的缸心距不同及機(jī)體底面到曲軸中心線的距離不同，見(jiàn)表1。

表1 各系列主要差別

2.2三系列柴油機(jī)裝配工藝分析

2.2.1 裝配線生產(chǎn)節(jié)拍確定

生產(chǎn)線綱領(lǐng)：三系列發(fā)動(dòng)機(jī)年產(chǎn)共10萬(wàn)臺(tái)。單班工作制，每天8 h，全年250 d，小時(shí)產(chǎn)量=100 000÷8×250=50臺(tái)/h，工藝節(jié)拍時(shí)間72 s。這是設(shè)計(jì)節(jié)拍時(shí)間，未考慮影響裝配線產(chǎn)能的人、機(jī)、料、法、環(huán)等各方面影響因素，作為設(shè)計(jì)階段確定設(shè)備實(shí)動(dòng)時(shí)間和工藝拆分、工藝平衡的參考。生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間要在生產(chǎn)線運(yùn)行，各種因素相互磨合后，從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面不斷采取改善措施，最終趨近設(shè)計(jì)值。

2.2.2 裝配線形式分析

4102系列、485系列柴油機(jī)已批量生產(chǎn)多年，有較為成熟的裝配工藝。未搬遷前分別在不同的廠區(qū)的不同生產(chǎn)線上生產(chǎn)。4102系列柴油機(jī)裝配線由內(nèi)裝線（輥道線）+外裝線（反向積放鏈）組成；485柴油機(jī)裝配線是采用地拖鏈的形式，裝配小車(chē)的支臂可360°旋轉(zhuǎn)，由渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)，不分內(nèi)外線；4DH產(chǎn)品雖未批量生產(chǎn)，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與4102系列、485系列相似，可以采用相同的裝配工藝。

原有2條柴油機(jī)裝配線的最大缺陷是定位精度低、裝配線上無(wú)法使用精確定位的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，如曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的檢查、曲軸軸向間隙的檢查等，不利于質(zhì)量控制。

新建裝配線要在質(zhì)量控制方面有較大的提升，擬采用機(jī)動(dòng)輥道加托盤(pán)的方式。一般該種形式的裝配線要考慮托盤(pán)的循環(huán)，大多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。裝配線設(shè)有功能性設(shè)備：機(jī)體180°翻身機(jī)、90°翻身機(jī)、機(jī)體打標(biāo)志機(jī)等，還有用于質(zhì)量控制的曲軸軸向間隙測(cè)量機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測(cè)量機(jī)等，重要力矩控制的擰緊機(jī)，對(duì)關(guān)鍵零部件的條碼進(jìn)行掃描機(jī)，信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于質(zhì)量的追溯。

2.2.3 工位內(nèi)容分析和工位數(shù)確定

三系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)雖具有很高的相似度，但是還存在一定的差異。以4102系列柴油機(jī)裝配工藝為基礎(chǔ)，逐道工序?qū)φ杖盗挟a(chǎn)品的工序內(nèi)容，作為三系列產(chǎn)品共線的可行性分析的一個(gè)方面，同時(shí)提供作為裝配線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)材料。在現(xiàn)舉例說(shuō)明，見(jiàn)表2。

因?yàn)?102后油封蓋采用的是直銷(xiāo)定位，為保證油封安裝孔與曲軸大端同軸，裝配后油封蓋時(shí)用專(zhuān)用工具、然后用專(zhuān)用鉚槍壓裝油封。485、4DH后油封蓋是臺(tái)階式定位套定位，用壓床將油封壓裝在后油封蓋上后再進(jìn)行裝配。通過(guò)三系列裝后油封工藝的對(duì)照，可以看出工序內(nèi)容的差異。

對(duì)所有工序內(nèi)容一一進(jìn)行了以上的比較，綜合以前測(cè)定的工藝工時(shí)，考慮裝配工位，返修道岔和預(yù)留裝配工位，確定裝配線的總工位數(shù)。柴油機(jī)總成裝配線線長(zhǎng)約160 m。裝配線形狀為矩形，長(zhǎng)68 m、寬12 m。因?yàn)楦黝?lèi)設(shè)備的使用，托盤(pán)上的機(jī)體在每個(gè)工位的姿態(tài)都必須是確定的。為盡量減少托盤(pán)在裝配過(guò)程中的轉(zhuǎn)動(dòng)，在工位內(nèi)容布置時(shí)已確定操作工在內(nèi)側(cè)還在外側(cè)裝配，或內(nèi)外側(cè)同時(shí)設(shè)裝配工位。新線的設(shè)備比較多，需要占用較多的空間位置，為此考慮裝配線內(nèi)、外側(cè)同時(shí)設(shè)置裝配工位。設(shè)備的控制部分和供電部分盡量在內(nèi)側(cè)設(shè)置，同步考慮內(nèi)側(cè)的物流輸送和物料的空間，裝配線內(nèi)側(cè)寬度為11 m，將南北兩端裝配線設(shè)計(jì)為龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)在這兩段提升到3.4 m以上的高度輸送。

表2 三系列柴油機(jī)部分總裝工序內(nèi)容分析舉例說(shuō)明

2.3 托盤(pán)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)的可行性分析

2.3.1 托盤(pán)實(shí)現(xiàn)的可行性分析

裝配線采用機(jī)動(dòng)輥道加托盤(pán)的形式，托盤(pán)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。根據(jù)裝配工藝流程，機(jī)體及半整機(jī)（含油底殼）在托盤(pán)上有3種定位的狀態(tài)。上線時(shí)機(jī)體頂面朝上，用底面的工藝定位孔定位；機(jī)體180°翻身后，機(jī)體底面朝上，用機(jī)體頂面定位孔定位；半整機(jī)翻身后，機(jī)體的頂面朝上，此后不需要精確定位的設(shè)備，可將半整機(jī)靠油底殼的兩側(cè)邊支撐在托盤(pán)上。托盤(pán)的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，設(shè)計(jì)的原則是機(jī)體的中心與托盤(pán)的中心重合；機(jī)體底面朝下時(shí)，曲軸中心線距離托盤(pán)的上平面是同一高度。3種不同機(jī)體的頂面、底面定位銷(xiāo)的位置，見(jiàn)表3。

表3 三系列柴油機(jī)機(jī)體的頂面、底面定位銷(xiāo)的位置

使用三維設(shè)計(jì)，先確定了三系列共用托盤(pán)的共用固定支撐柱。從上表數(shù)據(jù)可以看出，要滿足三系列機(jī)體定位支撐的要求，需要設(shè)計(jì)不同尺寸形狀的支撐板。共用托盤(pán)模型和托盤(pán)公共支柱位置、示意圖見(jiàn)圖1、圖2和圖3。

圖1 共用托盤(pán)數(shù)模

圖2 三系列共用的公共支柱位置圖

托盤(pán)上3個(gè)共用支柱，為上下2段的插拔式連接方式。支柱的下端固定在托盤(pán)上，上端與支撐板（包含定位銷(xiāo)）用螺栓連接。每次換裝不同系列產(chǎn)品時(shí)，旋松鎖緊塊，上端帶著支撐板一起拔下，切換插入另一系列機(jī)型的支撐板，插到位后轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊塊鎖緊。采用這樣的結(jié)構(gòu)，換系列裝配時(shí)，只需要增加一個(gè)工位，進(jìn)行支撐板的切換，滿足了裝配線快節(jié)奏的要求。

圖3 三系列共用的公共支柱結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2 設(shè)備實(shí)現(xiàn)的可行性分析

三系列機(jī)體共用托盤(pán)的方案可行，機(jī)體在設(shè)備中的準(zhǔn)確定位就順利解決了。

三系列機(jī)體因高度和外形的差異，在使用機(jī)體180°翻身機(jī)、90°翻身機(jī)、曲軸軸向間隙測(cè)量機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測(cè)量機(jī)時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的快捷工裝，每個(gè)工裝都設(shè)計(jì)有相同位置的定位銷(xiāo)和緊固螺栓，采用PLC程序控制。在換型裝配時(shí)，每個(gè)快捷工裝只需要松開(kāi)兩顆螺栓就可以進(jìn)行換裝，變換控制旋鈕實(shí)現(xiàn)控制程序的選擇。

三系列機(jī)體出廠編號(hào)需要打刻在不同的位置，機(jī)體打標(biāo)機(jī)設(shè)備設(shè)有便捷的手動(dòng)調(diào)整裝置，自動(dòng)接收數(shù)據(jù)的功能，接收不同程序命令以執(zhí)行不同程序的功能。

主軸承、連桿擰緊機(jī)采用懸掛的兩軸擰緊機(jī)，擰緊的程序只與擰緊扭矩對(duì)應(yīng)，擰緊機(jī)有機(jī)械結(jié)構(gòu)獨(dú)立變距功能，可實(shí)現(xiàn)多種中心距的手搖絲杠變距?？紤]到生產(chǎn)線的節(jié)拍，每組螺栓的擰緊時(shí)間小于15 s。對(duì)缸蓋螺栓擰緊，考慮到需擰緊的螺栓數(shù)量多，采用一次擰緊，使缸蓋變形小，每個(gè)系列采用不同的擰緊機(jī)，分別懸掛在3個(gè)工位上。

2.4 生產(chǎn)物流及物流信息管理系統(tǒng)的支持

通過(guò)2.1、2.2和2.3小節(jié)的分析可以看出，三系列產(chǎn)品共線裝配從技術(shù)上論證是可行的。但要使裝配流水線生產(chǎn)過(guò)程平穩(wěn)連續(xù)，協(xié)調(diào)、均衡、高效，還需要有一個(gè)與之匹配的生產(chǎn)物流系統(tǒng)和物流信息管理系統(tǒng)的支持。

公司從2004年開(kāi)始已啟動(dòng)實(shí)施ERP項(xiàng)目，到2008年開(kāi)始退城進(jìn)園，該項(xiàng)目實(shí)施了4年多時(shí)間。ERP系統(tǒng)已基本能做到：物料編碼的準(zhǔn)確率達(dá)99%，產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性95%，倉(cāng)庫(kù)出入單據(jù)與實(shí)務(wù)日結(jié)日清達(dá)到95%。采購(gòu)訂單、到貨報(bào)檢單，車(chē)間任務(wù)單、車(chē)間作業(yè)工票、提貨單、采購(gòu)發(fā)票銷(xiāo)售發(fā)票等全部進(jìn)入ERP系統(tǒng)。這也具備了三系列柴油機(jī)共線裝配的物流配送和物流信息管理的基礎(chǔ)。

2.5 三系列柴油機(jī)零部件的倉(cāng)儲(chǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)有眾多零部件構(gòu)成，要使裝配線生產(chǎn)順利進(jìn)行，必須要有一定的零部件庫(kù)存。公司采用了使用占地小、容量大的高架倉(cāng)庫(kù)，配合無(wú)線射頻技術(shù)的使用，將貨物以托盤(pán)為基本數(shù)字化管理單位，在托盤(pán)上嵌入一個(gè)電子標(biāo)簽，每種零部件放置在規(guī)定的貨位，進(jìn)貨時(shí)每托盤(pán)的貨物信息，通過(guò)手持式讀寫(xiě)器寫(xiě)入電子標(biāo)簽，用專(zhuān)用叉車(chē)輸送到定點(diǎn)貨位；出貨時(shí)按清單到定點(diǎn)的貨位叉取托盤(pán)貨物，更新電子標(biāo)簽的貨物數(shù)量，將貨物輸送到上線準(zhǔn)備區(qū)拆包裝和上料架，按發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)順序定時(shí)、定點(diǎn)、定量發(fā)往裝配線，實(shí)現(xiàn)了貨物的先進(jìn)先出和倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存的實(shí)時(shí)化。

2.6 與三個(gè)系列柴油機(jī)裝配線的相適宜的物流配送方式

2.61 配送方式

配送人員要按當(dāng)日的生產(chǎn)計(jì)劃在生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)進(jìn)行拆包裝和分揀，然后配送人員按配送作業(yè)看板要求用電動(dòng)牽引車(chē)、電動(dòng)托盤(pán)叉車(chē)、電動(dòng)叉車(chē)將分揀好的零部件以順序式或補(bǔ)充式送貨上總裝線，同時(shí)從總裝線上回收空箱或料架帶回到生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)備用。

2.62 配送周期

要按當(dāng)日的生產(chǎn)計(jì)劃定時(shí)、定點(diǎn)、定量送料到裝配線工位，配送到裝配線工位的時(shí)間間隔一般為30 min配送一次，對(duì)某些比較小的零件如螺釘、定位銷(xiāo)等可以一次配送一天的量，而對(duì)某些體積較大的物料，甚至10 min就要配送一次，總體原則是根據(jù)當(dāng)天的生產(chǎn)計(jì)劃和裝配線的節(jié)拍，以及線邊的空間來(lái)定。

2.7 三系列柴油機(jī)裝配線物料防錯(cuò)系統(tǒng)的構(gòu)建

設(shè)備的防錯(cuò)在裝配線設(shè)計(jì)時(shí)已考慮得比較充分，機(jī)體識(shí)別檢測(cè)裝置、所有托盤(pán)均安裝MP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，通過(guò)讀寫(xiě)裝置對(duì)重要及關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、交換；擰緊機(jī)具有扭矩控制和角度控制功能。多系列產(chǎn)品混合的裝配線，突出特征為在裝配線上同時(shí)裝配多品種，裝配物流呈現(xiàn)以下的特征：由于不同零部件的配送方式，造成各裝配工位裝配操作的復(fù)雜性，另一方面在產(chǎn)品切換時(shí)，使問(wèn)題更加復(fù)雜，會(huì)造成零部件的錯(cuò)漏裝，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。物料的防錯(cuò)從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行構(gòu)建：

（1）技術(shù)通知從源頭要把好關(guān)，保證技術(shù)通知的正確性和唯一性；除了自帶銘牌的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其他因配套廠家的不同，同一功能的零件的形狀、大小會(huì)有一些變化，為了現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)更好地識(shí)別零件，需要按公司標(biāo)識(shí)文件的要求在指定的部位做上永久性標(biāo)識(shí)。標(biāo)識(shí)為該零件的物料編碼。將技術(shù)通知導(dǎo)入公司ERP系統(tǒng)時(shí)，保證導(dǎo)入的正確性；技術(shù)配套需每年組織力量對(duì)多時(shí)不供的柴油機(jī)的訂貨號(hào)進(jìn)行整合，減少配置；在ERP系統(tǒng)申請(qǐng)零部件物料編碼時(shí)，物料定義中，在助記碼一欄中填寫(xiě)特性標(biāo)識(shí)零部件的標(biāo)識(shí)要在圖樣的技術(shù)要求中體現(xiàn)，作為進(jìn)庫(kù)檢驗(yàn)的必檢項(xiàng)。

（2）工藝方面，特性標(biāo)識(shí)的組成中需包含零部件的物料編碼，便于識(shí)別。細(xì)化工位的BOP,保證技術(shù)狀態(tài)在生產(chǎn)過(guò)程的正確傳遞。對(duì)經(jīng)常發(fā)生的錯(cuò)漏裝的失效模式，拍照做成警示牌，提醒操作者；每個(gè)操作工位編寫(xiě)檔位記錄，對(duì)該檔位所裝配的零部件的外觀的差異特征進(jìn)行描述，輔助采用照片的形式將同類(lèi)不同形狀零部件做成目視化文件，將物料編碼和該物料裝配的訂貨號(hào)對(duì)應(yīng)，指導(dǎo)操作工識(shí)別。

（3）物流配送按生產(chǎn)計(jì)劃和ERP生成的配置配送物料，并在物料架上標(biāo)明零部件圖號(hào)及所配裝的訂貨號(hào)。

（4）操作者需正確識(shí)別零部件，裝配前進(jìn)行核對(duì)確認(rèn)。

3 小結(jié)

裝配線要實(shí)現(xiàn)多系列多品種柴油機(jī)柔性化生產(chǎn)，不僅工藝、工裝、設(shè)備要可行，還需要物流配送系統(tǒng)及物流信息系統(tǒng)的強(qiáng)有力支撐。柔性化柴油機(jī)裝配線給公司的生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)組織和人員配置提供了調(diào)整的余地，具有更大的靈活性，能更好地適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

圖7 機(jī)油中Fe含量增速對(duì)比

1 Bowen A D．離心式機(jī)油濾清器效果——試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)[J].國(guó)外內(nèi)燃機(jī)，1992（1）.

2楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1980．

3曼·胡默爾集團(tuán)．汽車(chē)行業(yè)中的過(guò)濾技術(shù)[M]．現(xiàn)代工業(yè)出版社，2002．

4羅君，趙高暉，祝興福.FL115離心式機(jī)油濾清器的特性研究與試驗(yàn)分析[J]．上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（1）．

5 GB/T 7607-2010.柴油機(jī)油換油指標(biāo)[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

Feasibility Analysis on an Flexible Assembling Line for Multi-Series Diesel Engines

Tian Dazhi,Qiu Yangwen
（WeiChai Power Yangzhou Diesel Engine Co.,Ltd.,Yangzhou 225009,China）

The feasibility of three series engines assembled on one assembly line is investigated through detailed analysis of the structures of the three products.The design of a pilot that can support three products, key equipment selection and design of assembly process enable three series engines to be assembled on the same assembling line with good quality.Logistics and information provide great support to the flexible assembly.Such assembling line offers adjustment for production plan,production organization and labor arrangement,thus being flexible to satisfy market demand to improve company's competitiveness.

flexible production line，assembly process，logistics,informatization

來(lái)稿日期：2013-10-04

田大志（1963-），男，工程師，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)裝試、質(zhì)量控制。

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.03.009