淺析發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線策劃基本原則

李勇

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的核心零件，其裝配質(zhì)量直接影響整車(chē)性能表現(xiàn)。裝配過(guò)程涉及組裝作業(yè)、質(zhì)量檢測(cè)、防錯(cuò)控制、物料配送、計(jì)劃管理、信息追溯等多個(gè)方面，而每個(gè)環(huán)節(jié)需要根據(jù)產(chǎn)能大小、投資多少、變型數(shù)量等因素綜合考慮策劃。本文主要介紹了策劃發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線必須考慮的幾個(gè)原則，過(guò)程質(zhì)量保證能力、防錯(cuò)、柔性、檢測(cè)手段、物流方式等，及其常見(jiàn)方案的優(yōu)劣勢(shì)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；裝配線；策劃原則

中圖分類(lèi)號(hào)： V231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）26-173-3

0 引言

每個(gè)策劃項(xiàng)目啟動(dòng)前，各公司的戰(zhàn)略部門(mén)會(huì)發(fā)布該項(xiàng)目的基本信息，如產(chǎn)能、工作時(shí)長(zhǎng)、投產(chǎn)時(shí)間等，下面為某公司某一發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目生產(chǎn)綱領(lǐng)：

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)開(kāi)始解析裝配線的策劃原則。

1 裝配線策劃原則

1.1 原則一：細(xì)化過(guò)程要求，提升產(chǎn)品質(zhì)量保證能力

針對(duì)擰緊、試漏、壓裝、涂膠、翻轉(zhuǎn)等不同類(lèi)型設(shè)備特點(diǎn)提出專(zhuān)項(xiàng)要求，并選取合理結(jié)構(gòu)。

1.1.1 擰緊設(shè)備質(zhì)量控制要求

擰緊設(shè)備質(zhì)量控制要求：所有擰緊工位均具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和追溯功能，其中重要零部件的擰緊數(shù)據(jù)、擰緊曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)綁定上傳至整線信息系統(tǒng)，一般零部件具備擰緊力矩監(jiān)控和漏擰緊防錯(cuò)功能。

擰緊機(jī)分三種形式，全軸自動(dòng)擰緊、多軸+平面變位機(jī)構(gòu)自動(dòng)擰緊、多軸+機(jī)器人自動(dòng)擰緊。

①為消除擰緊過(guò)程中材料形變引起的假力矩問(wèn)題，保證所有螺栓同步達(dá)到預(yù)設(shè)扭矩，采用全軸自動(dòng)擰緊，如缸蓋螺栓擰緊機(jī)。

②在滿(mǎn)足節(jié)拍及保證擰緊質(zhì)量前提下，考慮兼容多個(gè)產(chǎn)品、節(jié)省投資等因素，可采用多軸+平面變位機(jī)構(gòu)自動(dòng)擰緊，如主軸承蓋螺栓擰緊機(jī)、連桿蓋螺栓擰緊機(jī)、正時(shí)罩蓋擰緊機(jī)、飛輪/減震皮帶輪擰緊機(jī)、離合器擰緊機(jī)等。

③為保證節(jié)拍同時(shí)兼容多個(gè)產(chǎn)品，可采用多軸+機(jī)器人自動(dòng)擰緊，如凸輪軸承蓋擰緊機(jī)、油底殼螺栓擰緊機(jī)。

擰緊工具分多種形式，按驅(qū)動(dòng)方式可分為電動(dòng)、氣動(dòng)、手動(dòng)；按過(guò)程控制可分為傳感器式、電流式、離合式。工具特點(diǎn)及選取原則見(jiàn)表2。

1.1.2 試漏設(shè)備質(zhì)量控制要求

目前發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線常用的試漏儀有JWFROEHLICH、COSMO、ATEQ等品牌，通過(guò)對(duì)裝配的各階段產(chǎn)品進(jìn)行密封性測(cè)試，確定最終產(chǎn)品密封合格，測(cè)試內(nèi)容及大致測(cè)試參數(shù)見(jiàn)下表3。

1.1.4 壓裝設(shè)備質(zhì)量控制要求

裝配線共有5臺(tái)壓裝設(shè)備，分別完成氣門(mén)油封、鎖夾、水管、曲軸鏈輪、活塞銷(xiāo)的壓裝，具體要求見(jiàn)下表5：

1.1.5 翻轉(zhuǎn)設(shè)備質(zhì)量控制要求

常用翻轉(zhuǎn)籠，翻轉(zhuǎn)輔助支撐、翻轉(zhuǎn)設(shè)備、翻轉(zhuǎn)機(jī)器人等，各特點(diǎn)見(jiàn)下表：

在裝配曲軸活塞連桿總成、缸蓋總成、油底殼總成時(shí)均需翻轉(zhuǎn)產(chǎn)品，具體要求見(jiàn)下表：

通過(guò)細(xì)化上述設(shè)備、工具要求，并選取合理的結(jié)構(gòu)形式，保證裝配過(guò)程質(zhì)量。

1.2 原則二：實(shí)現(xiàn)全面而細(xì)致的識(shí)別與防錯(cuò)能力

裝配線每個(gè)工序均需配有識(shí)別裝置，識(shí)別產(chǎn)品類(lèi)型、托盤(pán)位置、工件姿態(tài)等信息。每個(gè)零部件的裝配過(guò)程均配有防錯(cuò)裝置，防止錯(cuò)漏裝。

發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)識(shí)別：每個(gè)工位均配置FRID（無(wú)線射頻技術(shù)）讀寫(xiě)器，可通過(guò)讀取上線時(shí)預(yù)存在托盤(pán)TAG（數(shù)據(jù)標(biāo)簽）中的機(jī)型信息，自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前生產(chǎn)機(jī)型，自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的PLC程序、軟件執(zhí)行程序等。

零部件型號(hào)識(shí)別：若零部件存在差異，但無(wú)法通過(guò)讀取數(shù)據(jù)標(biāo)簽信息的半自動(dòng)工位，通過(guò)尋找不同機(jī)型零部件差異點(diǎn)，確定當(dāng)前生產(chǎn)型號(hào)，自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的PLC程序、軟件執(zhí)行程序等，如線外正時(shí)罩蓋涂膠機(jī)。

自動(dòng)設(shè)備防錯(cuò)：自動(dòng)設(shè)備均具備防磕碰功能，并檢測(cè)托盤(pán)位置、工件有無(wú)、工件姿態(tài)、工件狀態(tài)等，防止撞車(chē)。

半自動(dòng)設(shè)備防錯(cuò)：工件姿態(tài)放置是否正確、設(shè)備動(dòng)作時(shí)人員距離等，如活塞銷(xiāo)壓裝時(shí)活塞放置正反、曲軸鏈輪壓裝時(shí)鏈輪放置正反等。

手工工位防錯(cuò)類(lèi)型：裝配過(guò)程帶數(shù)據(jù)輸出的，檢測(cè)輸出數(shù)據(jù)的合格信號(hào)，如各類(lèi)零件的擰緊防錯(cuò)；不帶數(shù)據(jù)輸出的，檢測(cè)取料過(guò)程，如墊片；不帶數(shù)據(jù)輸出涉及使用工裝的，檢測(cè)取料過(guò)程及工裝使用情況，如鏈條噴嘴。零部件涉及多種型號(hào)的，設(shè)置型號(hào)提示燈，如油底殼、發(fā)電機(jī)等。

1.3 原則三：保證較高的柔性兼容能力

為兼容生產(chǎn)多個(gè)系列產(chǎn)品，降低后期改造對(duì)生產(chǎn)的影響，從托盤(pán)、自動(dòng)設(shè)備形式、程序識(shí)別方面考慮柔性設(shè)計(jì)。

1.3.1 托盤(pán)結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)托盤(pán)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表8。

1.3.2 自動(dòng)設(shè)備形式

自動(dòng)設(shè)備通過(guò)變位或快速換型的方式，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品兼容生產(chǎn)，具體形式見(jiàn)下表9。

1.3.3 程序識(shí)別

所有工位均配置機(jī)型識(shí)別裝置，自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的PLC程序、軟件執(zhí)行程序等，同時(shí)將裝配過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的機(jī)型數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.4 原則四：實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，掌握準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息

管理計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與裝配線各PLC保持實(shí)時(shí)通訊，了解裝配線的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。具體內(nèi)容如下：

總體生產(chǎn)情況監(jiān)控：以各上下線點(diǎn)的掃描數(shù)據(jù)為依據(jù)，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前班次上線數(shù)量、下線數(shù)量以及相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控：整合各生產(chǎn)線發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)顯示和質(zhì)量檢測(cè)顯示信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線的監(jiān)控。通過(guò)該監(jiān)控界面，可以實(shí)時(shí)的查看當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)情況。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控：記錄主要設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)節(jié)拍、運(yùn)行時(shí)間、停用時(shí)間等信息。

設(shè)備故障信息查詢(xún)：查詢(xún)?cè)O(shè)備故障發(fā)生情況，它的信息來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)操作者按下的故障按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄下故障發(fā)生的工位、時(shí)間。

停線信息查詢(xún)：查詢(xún)各班次發(fā)生的停線記錄，包括計(jì)劃停線和非計(jì)劃停線。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表：包括生產(chǎn)量、小時(shí)下線量、下線合格率、生產(chǎn)時(shí)間與停線時(shí)間等。

1.5 原則五：分層布置PLC控制系統(tǒng)，依托托盤(pán)數(shù)據(jù)標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)信息傳遞，多臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)整體信息管理

①控制系統(tǒng)基于西門(mén)子PLC系統(tǒng)（通常采用Siemens S7-317 2PN/DP和S7-315 2PN/DP），采用分層結(jié)構(gòu)。分為整線級(jí)、區(qū)域級(jí)、工位級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，各層級(jí)功能如下：

整線級(jí)：整線級(jí)為信息管理層。配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、PLC 控制服務(wù)器、擰緊數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。PLC控制服務(wù)器負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)排產(chǎn)、生產(chǎn)線狀態(tài)監(jiān)控。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立、生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表、產(chǎn)品質(zhì)量分析以及收集RFID和裝配線網(wǎng)絡(luò)上傳的結(jié)果，并管理重要零部件的批次信息。擰緊數(shù)據(jù)采集服務(wù)器負(fù)責(zé)收集擰緊系統(tǒng)的角度、力矩和擰緊曲線數(shù)據(jù)。

區(qū)域級(jí)：區(qū)域級(jí)主要負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)輥道、轉(zhuǎn)臺(tái)、手動(dòng)工位和返修上下線工位的控制，采用工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet 與整線級(jí)信息管理層進(jìn)行通訊。

工位級(jí)：完成自動(dòng)/半自動(dòng)/手動(dòng)工位的裝配、測(cè)試或指導(dǎo)操作，并記錄操作結(jié)果和數(shù)據(jù)。采用Profibus與區(qū)域級(jí)PLC以及設(shè)備執(zhí)行元件進(jìn)行通訊。

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)：執(zhí)行生產(chǎn)指令和完成指定動(dòng)作。采用Profinet現(xiàn)場(chǎng)總線與執(zhí)行元件、現(xiàn)場(chǎng)I/O 進(jìn)行通訊。將執(zhí)行過(guò)程數(shù)據(jù)或結(jié)果上傳給PLC或服務(wù)器。

②產(chǎn)品裝配信息的采集和記錄是通過(guò)安裝在隨行托盤(pán)上的RFID Tag來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)把生產(chǎn)計(jì)劃信息指令下發(fā)到每臺(tái)上線托盤(pán)隨行Tag中，工位裝配信息通過(guò)托盤(pán)Tag 進(jìn)行傳遞，下線工位負(fù)責(zé)從下線托盤(pán)Tag 采集信息，下線工位把采集的生產(chǎn)裝配數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器把數(shù)據(jù)按照既定的程序形成報(bào)表，以便質(zhì)量追溯。存儲(chǔ)卡內(nèi)數(shù)據(jù)分為四部：工位信息、產(chǎn)品信息、零件信息、質(zhì)量信息。

工位信息指整條線工位類(lèi)型定義，如自動(dòng)工位，手動(dòng)工位、半自動(dòng)工位、返修工位、備用工位。其信息由管理計(jì)算機(jī)在上線的第一個(gè)工位初始化定義工位類(lèi)型，并在每個(gè)操作工位寫(xiě)入操作結(jié)果（合格、廢品、返修等）及單元操作結(jié)果（如擰緊機(jī)第一軸合格、第二軸不合格等）數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品信息是指產(chǎn)品的編號(hào)，產(chǎn)品類(lèi)型等數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)由管理計(jì)算機(jī)在上線的第一個(gè)工位初始化，其內(nèi)容作為每個(gè)操作工位區(qū)分不同品種不同類(lèi)別，自動(dòng)或手動(dòng)選擇正確的操作，完成裝配任務(wù)。

零件信息指零件制造商代號(hào)、零件類(lèi)型等，其信息由管理計(jì)算機(jī)在上線的第一個(gè)工位初始化，同時(shí)在裝配過(guò)程中提示操作人員選擇正確的零件。

質(zhì)量信息指生產(chǎn)線上各種操作的結(jié)果，如擰緊力矩，壓力值、試漏值等。各工位將操作產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)在托盤(pán)離開(kāi)本工位前寫(xiě)入隨行存儲(chǔ)卡。

1.6 原則六：采用省人化、無(wú)人化，合理的物流方式

裝配線涉及多種自制件、外購(gòu)件上線及周轉(zhuǎn)。

1.7 原則七：多階段檢驗(yàn)裝配質(zhì)量的測(cè)試功能

為保證各零部件主要加工質(zhì)量及裝配過(guò)程均滿(mǎn)足要求，在裝配過(guò)程各階段中進(jìn)行如下測(cè)試：

2 結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線策劃需要考慮的內(nèi)容雜亂繁多，且每個(gè)方面均需要經(jīng)過(guò)多方案對(duì)比選取最合理的方案，本文通過(guò)對(duì)必須考慮的幾個(gè)方面進(jìn)行梳理，總結(jié)出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的策劃做一個(gè)鋪墊。