多品種變批量柔性活塞生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與分析

濱州學(xué)院 張寶國

導(dǎo)語：文章針對(duì)活塞多品種變批量生產(chǎn)模式特點(diǎn)和現(xiàn)有生產(chǎn)線現(xiàn)狀，對(duì)柔性活塞生產(chǎn)線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，對(duì)柔性活塞生產(chǎn)線的的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞品種的需求越來越多，對(duì)活塞質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)活塞加工生產(chǎn)線因身特點(diǎn)的限制，越來越難以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)活塞的需求：多品種、高精度。面對(duì)這一新的要求，迫切需要我們改變傳統(tǒng)活塞流水線的布線形式、加工方式來快速適應(yīng)市場(chǎng)的需求。設(shè)計(jì)一種柔性的能快速適應(yīng)市場(chǎng)品種、批量變化的生產(chǎn)線及其設(shè)備成為活塞制造企業(yè)迫切需要解決的問題之一。

1.活塞生產(chǎn)線的布局及其存在的問題

活塞生產(chǎn)線屬于流水作業(yè)形式的加工方式，工件根據(jù)工藝要求，依次經(jīng)過不同的設(shè)備，完成某個(gè)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(chǎn)線布局一般采用雙行U型布局。

(1)人員多、效率低。

生產(chǎn)線上一般是每個(gè)工人操作一臺(tái)或兩臺(tái)設(shè)備，每條生產(chǎn)線至少需要7-8個(gè)工人。生產(chǎn)過程手工裝夾、人工檢測(cè)，效率低、質(zhì)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(shù)多，定位誤差累積較大，影響了活塞加工精度。

(3)不能實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和自動(dòng)尺寸補(bǔ)償，無法在線控制產(chǎn)品質(zhì)量。

2.柔性化活塞生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

活塞生產(chǎn)根據(jù)市場(chǎng)的需求變化較大，活塞品種、批量要根據(jù)用戶需求來確定，因此活塞生產(chǎn)線上產(chǎn)品更換頻繁，如果不能快速完成產(chǎn)品的更換，勢(shì)必影響產(chǎn)品生產(chǎn)的進(jìn)度，造成生產(chǎn)延誤、不能及時(shí)交貨，既耽誤用戶的使用又影響企業(yè)的信譽(yù)和市場(chǎng)。精益生產(chǎn)一直是制造業(yè)遵循的生產(chǎn)理念，精益生產(chǎn)是通過制造系統(tǒng)有效變革和優(yōu)化使生產(chǎn)系統(tǒng)能很快適應(yīng)用戶需求不斷變化，并能使生產(chǎn)過程中一切無用、多余的東西被精簡，最終達(dá)到包括市場(chǎng)供銷在內(nèi)的生產(chǎn)的各方面最好結(jié)果的一種生產(chǎn)管理方式。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不同，其特色是“多品種”，“小批量”。根據(jù)精益生產(chǎn)的要求，活塞加工的柔性制造是必經(jīng)之路，國外全自動(dòng)柔性活塞生產(chǎn)線價(jià)格昂貴，一般企業(yè)難以承受。要想提高我國活塞制造水平，走自主創(chuàng)新之路、取得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柔性生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)是唯一可行之路。

桁架式柔性化活塞生產(chǎn)線設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

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

B、在線設(shè)備：10臺(tái)，桁架機(jī)械手：8臺(tái)，自動(dòng)輸送料道：9條。在線人數(shù)：1人。

C、生產(chǎn)節(jié)拍：60秒/只，單班產(chǎn)量：400只，年產(chǎn)量約：38萬只。

D、精加工工序設(shè)備重復(fù)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(shí)現(xiàn)活塞粗鏜銷孔、卡簧槽、內(nèi)外口倒角、燃燒室、鐵環(huán)槽、鋁環(huán)槽、精車頂面、銑氣門坑、異型銷孔、精車外圓工序的全自動(dòng)化精密加工。

G、與普通生產(chǎn)線相比可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率4倍以上。

H、主要技術(shù)指標(biāo)擬達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)水平。

生產(chǎn)線全線由10臺(tái)設(shè)備，8臺(tái)桁架式機(jī)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(chǎn)線的一側(cè)完成上下料，生產(chǎn)節(jié)拍60秒左右，單班產(chǎn)量：400只，年產(chǎn)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(jiān)控，效率是普通生產(chǎn)線的4倍以上。

圖1 設(shè)備布局圖

3.多品種變批量柔性活塞生產(chǎn)線特點(diǎn)

(1)高度專業(yè)化的工藝集成技術(shù)。首次采用U型布局方式，將各種工序活塞加工專用設(shè)備聯(lián)線，形成一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)的有機(jī)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(chǎn)線長度，操作者可在生產(chǎn)線一端完成上下料，人機(jī)工程更佳。

(2)高效、高精度的多工序集成技術(shù)。研制開發(fā)了粗孔、卡簧槽、外口倒角組合鏜床，對(duì)粗孔、卡荒槽、外口倒角工序進(jìn)行了工序組合加工，不僅減少了2臺(tái)在線設(shè)備，而且還提高了加工效率，突破了傳統(tǒng)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(shù)難點(diǎn)，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(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。把工藝設(shè)計(jì)柔性的揉和到計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、控制、信息、CAM等技術(shù)中，可適應(yīng)不同品種的活塞高精度自動(dòng)化柔性生產(chǎn)，這是其他通用機(jī)床廠家無法做到的。

(4)高度集成的自動(dòng)化控制技術(shù)。集“物流系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)”于一體，并使用了國內(nèi)領(lǐng)先的雙通道控制技術(shù)，從而保證了機(jī)床在加工工件的同時(shí)，還可以指揮物流系統(tǒng)、機(jī)械手等裝置同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，最大限度的發(fā)揮了機(jī)床的加工效率。

(5)機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。減少機(jī)床種類，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、因此有效降低了機(jī)床的制造成本和維護(hù)費(fèi)用，縮短了機(jī)床的研制周期和產(chǎn)品的開發(fā)周期。

(6)工裝標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)快速更換工藝裝備，由2天縮短為4小時(shí)。同時(shí)能夠很好的兼容普通生產(chǎn)線工裝，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，使得自動(dòng)生產(chǎn)線工裝兼容性高、可靠性高，設(shè)計(jì)周期短，見效快，經(jīng)濟(jì)效益高。

4.結(jié)語

從大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)為小批量多品種生產(chǎn)是活塞生產(chǎn)模式的一大改變，這種變批量生產(chǎn)模式也是未來活塞企業(yè)具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Φ囊环N制造方式。變批量活塞柔性生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)活塞生產(chǎn)企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)的重要手段，活塞生產(chǎn)線的柔性化對(duì)于活塞的多品種變批量加工和生產(chǎn)有著非常大的影響，不僅提高了生產(chǎn)加工的效率，也提高了生產(chǎn)車間的自動(dòng)化水平，降低了人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。