柴油機(jī)氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)

黃鑫

摘要：為貫徹“國(guó)家戰(zhàn)略”，實(shí)現(xiàn)公司智能制造目標(biāo)。通過在旅順新廠區(qū)對(duì)氣缸蓋生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造，提升柴油機(jī)關(guān)鍵核心部件智能制造技術(shù)，為公司建設(shè)數(shù)字化車間提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。本文介紹了氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)項(xiàng)目的總體規(guī)劃，以氣缸蓋智能制造為目標(biāo)，構(gòu)建工位制節(jié)拍化生產(chǎn)模式，圍繞氣缸蓋加工、打磨、清洗、組裝制造單元和物料運(yùn)輸、信息系統(tǒng)集成等打造氣缸蓋數(shù)字化制造體系，實(shí)現(xiàn)氣缸蓋數(shù)字化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：氣缸蓋;數(shù)字化;桁架機(jī)械手;AGV物流車;自動(dòng)化裝配

0 ?引言

國(guó)產(chǎn)中高速柴油機(jī)是國(guó)家軌道交通干線牽引內(nèi)燃機(jī)車的核心動(dòng)力裝置，利用智能化設(shè)備與技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)中高速柴油機(jī)氣缸蓋制造數(shù)字化升級(jí)，提升柴油機(jī)關(guān)鍵核心部件制造技術(shù)，對(duì)于增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)軌道交通重大技術(shù)裝備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和競(jìng)價(jià)話語權(quán)，具有重要價(jià)值和戰(zhàn)略意義。

為貫徹國(guó)家“制造強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)智能化制造目標(biāo)，公司規(guī)劃在旅順新區(qū)以柴油機(jī)氣缸蓋自動(dòng)化生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，逐步完成MES、WMS、PQSAFE等系統(tǒng)升級(jí)及集成，以推動(dòng)數(shù)字化車間的建設(shè)實(shí)施，從而提高國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)的制造、生產(chǎn)能力及生產(chǎn)車間、工廠的智能化水平，推動(dòng)柴油機(jī)制造體系向精益智能化轉(zhuǎn)型，滿足國(guó)內(nèi)各行業(yè)對(duì)中高速柴油機(jī)的需求。

1 ?項(xiàng)目總體規(guī)劃

氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)項(xiàng)目是以氣缸蓋智能制造為目標(biāo)，構(gòu)建工位制節(jié)拍化生產(chǎn)模式，圍繞氣缸蓋加工、打磨、清洗、組裝制造單元和物料運(yùn)輸、信息系統(tǒng)集成等打造氣缸蓋數(shù)字化制造體系，優(yōu)化組合氣缸蓋生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高氣缸蓋的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，縮短產(chǎn)品制造周期，實(shí)現(xiàn)氣缸蓋數(shù)字化生產(chǎn)。

柴油機(jī)氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)項(xiàng)目計(jì)劃在旅順新廠區(qū)柴油機(jī)板塊一加聯(lián)合廠房實(shí)施（工藝布局詳見圖1）。前期針對(duì)氣缸蓋生產(chǎn)已投入一條DMG鏜銑柔性加工線和一條打磨清洗線，基本滿足氣缸蓋加工和裝配前整備的需要。為實(shí)現(xiàn)氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)，需在已投入設(shè)備基礎(chǔ)上，新增投入機(jī)器人、AGV物流車和數(shù)字化檢具等裝備，提升原有兩條生產(chǎn)線的數(shù)字化水平，同時(shí)新建一條閥座裝配線，一條氣缸蓋數(shù)字化裝配線，升級(jí)現(xiàn)有各信息化系統(tǒng)和裝備，并進(jìn)行融合集成，構(gòu)建氣缸蓋加工、打磨清洗、裝配各環(huán)節(jié)數(shù)字化制造單元、智能物料運(yùn)輸以及各部分與信息系統(tǒng)集成的數(shù)字化制造體系。

具體方案如下：

①在DMG鏜銑柔性加工線配備桁架上下料機(jī)器人，解決目前上下料人工方式，降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)機(jī)加線自動(dòng)柔性化操作。另外，通過桁架機(jī)械手實(shí)現(xiàn)DMG線與閥座裝配線的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)運(yùn)輸;桁架機(jī)械手與二維碼打印設(shè)備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)二維碼自動(dòng)打印功能，使氣缸蓋的質(zhì)量管理可追溯。

②新建一條閥座裝配線，配置機(jī)械手完成氣缸蓋閥座孔的清理、涂膠，以及冷裝閥座的工藝要求，整條線流轉(zhuǎn)運(yùn)行無人化。

③新建一條氣缸蓋數(shù)字化裝配線，對(duì)裝配工藝流程重新進(jìn)行規(guī)劃，采用裝配工作島形式，以適應(yīng)數(shù)字化、自動(dòng)化裝配的工藝要求。（如圖2所示）

線外布置一條檢查線和一條輔料上料線，檢查線配備翻轉(zhuǎn)胎，可實(shí)現(xiàn)氣缸蓋360度翻轉(zhuǎn)，提高了檢查人員對(duì)氣缸蓋外觀及內(nèi)腔的目視檢查的效率;輔料上料線，配備精密集裝盒，實(shí)現(xiàn)裝配線物料齊套配送。

氣缸蓋裝配采用三臺(tái)全自動(dòng)站式裝配中心完成缸蓋的裝配工作，即“裝配站一：壓裝裝配站”、“裝配站二：氣門裝配站”、“裝配站三：鎖夾裝配站”;東側(cè)使用全自動(dòng)的“工作站一：壓力試驗(yàn)站”、“工作站二：清洗站”、“整備站：涂油包裝站”，以搬運(yùn)機(jī)器人和內(nèi)部流轉(zhuǎn)機(jī)器人，將它們連接起來，形成一條全自動(dòng)裝配線。

裝配線采用六臺(tái)工作站（即六個(gè)工位）環(huán)形排布，各個(gè)工作站中間通過共用一臺(tái)中心搬運(yùn)機(jī)器人及4臺(tái)內(nèi)部流轉(zhuǎn)機(jī)器人完成工件的流轉(zhuǎn)運(yùn)輸。

一工位：壓裝裝配站，主要完成護(hù)套裝配及擴(kuò)口、堵蓋壓裝、導(dǎo)管壓裝、密封套壓裝等工作。

二工位：壓力試驗(yàn)站，主要完成氣缸蓋的冷卻水路的低壓試驗(yàn)，并可抽檢進(jìn)行燃燒面的高壓試驗(yàn)工作。配備自動(dòng)密封試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)氣缸蓋高、低壓試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)。

三工位：氣門裝配站，主要完成氣門裝配、密封試驗(yàn)、氣門拍打、下陷量測(cè)量等工作。

四工位：清洗工作站，采用全封閉的通過式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工件依次經(jīng)過噴淋、漂洗、吹水、熱風(fēng)烘干等清洗動(dòng)作，自動(dòng)完成缸蓋的清洗工作。

五工位：鎖夾裝配站，完成氣缸蓋內(nèi)外彈簧、旋轉(zhuǎn)體、鎖夾裝配等工作。

六工位：涂油包裝站，配備下線搬運(yùn)機(jī)器人、包裝涂油機(jī)，完成打標(biāo)、涂油、包裝工作。

④在機(jī)加、打磨清洗、閥座安裝、裝配等各環(huán)節(jié)間配備物流運(yùn)輸AGV車，共4臺(tái)，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線物料智能運(yùn)輸。AGV物流車具備從線邊庫(kù)立體料架到各工位站點(diǎn)再到成品區(qū)全過程的自動(dòng)取送貨功能。

⑤數(shù)字化檢測(cè)方面，配備數(shù)字化檢具，與信息化軟件無線傳輸，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的信息化統(tǒng)一管理，使檢測(cè)數(shù)據(jù)具備完整性和唯一性，提高了檢查者測(cè)量工件尺寸的效率以及測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。氣缸蓋需檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)共45條，經(jīng)過數(shù)字化檢具檢測(cè)后，有32條檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錄入質(zhì)量系統(tǒng)，數(shù)字化率達(dá)到71%，其中軸孔類、深度類配合尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)字化率達(dá)到100%，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量履歷的歸檔管理。

⑥信息化方面，在精益化目標(biāo)的指導(dǎo)下，以信息化、自動(dòng)化為主線，開發(fā)氣缸蓋數(shù)字化生產(chǎn)線管理系統(tǒng)，即升級(jí)已有的三大信息化系統(tǒng)，包括生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、倉(cāng)儲(chǔ)管理（WMS）、質(zhì)量管理（PQSAFE），并與生產(chǎn)線相關(guān)控制系統(tǒng)集成，全面覆蓋氣缸蓋生產(chǎn)的各領(lǐng)域，使計(jì)劃、物流、標(biāo)準(zhǔn)化、過程控制、異常管理等業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化管理。

通過工藝設(shè)計(jì)、二維碼、數(shù)字化檢具對(duì)數(shù)據(jù)的采集、三大信息系統(tǒng)與智能單元的聯(lián)動(dòng)、AGV系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品和物料運(yùn)輸?shù)闹蔚?，建立各個(gè)數(shù)字化、信息化、智能化應(yīng)用設(shè)備及各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)共享。

通過對(duì)氣缸蓋生產(chǎn)線的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六要素的數(shù)據(jù)采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線加工、組裝各環(huán)節(jié)存在的問題，相應(yīng)的進(jìn)行提醒反饋，充分體現(xiàn)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量卡控，保證整條生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行。

通過增設(shè)生產(chǎn)線看板、指揮大屏等，實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線的過程可追溯、可視化、智能化管理。

通過開發(fā)MES、WMS、PQSAFE三大系統(tǒng)與AGV物流車、桁架機(jī)械手、閥座裝配線、氣缸蓋數(shù)字化裝配線等接口，通過布置無線網(wǎng)絡(luò)，與硬件、客戶端等進(jìn)行有效集成，實(shí)現(xiàn)整條產(chǎn)線的信息化管控。

2 ?項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)效果

公司通過實(shí)施氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)改造項(xiàng)目，將提升中高速大功率柴油機(jī)氣缸蓋的數(shù)字化制造關(guān)鍵技術(shù);項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，氣缸蓋的加工、清洗打磨、組裝整體的節(jié)拍為28min，班次二班制，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)各型柴油機(jī)氣缸蓋8400個(gè)的生產(chǎn)能力，公司關(guān)鍵部件數(shù)字化制造水平將能達(dá)到中車集團(tuán)領(lǐng)先水平（即軌道交通行業(yè)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平）。通過采用數(shù)字化制造技術(shù)提高生產(chǎn)管理水平，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的不良影響，促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

氣缸蓋數(shù)字化生產(chǎn)線項(xiàng)目建設(shè)，堅(jiān)持“總體規(guī)劃、分步實(shí)施、重點(diǎn)突破、效益驅(qū)動(dòng)”的兩化融合推進(jìn)原則，強(qiáng)調(diào)“戰(zhàn)略、流程、技術(shù)三位一體”的協(xié)同化規(guī)劃和部署策略，通過氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化改造，逐步實(shí)現(xiàn)氣缸蓋生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化，從而帶動(dòng)中高速大功率多用途柴油機(jī)制造水平升級(jí)，建成中車集團(tuán)內(nèi)部柴油機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化制造示范基地。

3 ?效益分析

社會(huì)效益方面，柴油機(jī)氣缸蓋生產(chǎn)線數(shù)字化升級(jí)將提高我公司柴油機(jī)生產(chǎn)能力的數(shù)字化水平，推動(dòng)柴油機(jī)制造體系向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

目前，氣缸蓋加工、打磨清洗、組裝等工序配置人員20人，通過數(shù)字化升級(jí)后，只需8人進(jìn)行全線的操作、巡視及整備工作，年降低人工成本162萬元。

氣缸蓋數(shù)字化裝配線投產(chǎn)后，氣缸蓋生產(chǎn)的節(jié)拍時(shí)間由50min縮短至28min，生產(chǎn)效率提高40%以上，產(chǎn)成品交貨期顯著縮短。

通過數(shù)字化升級(jí)，氣缸蓋產(chǎn)品的精品率可提高50%以上。

通過網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控減少設(shè)備空轉(zhuǎn)待機(jī)時(shí)間，通過優(yōu)化物流倉(cāng)儲(chǔ)減少無效流轉(zhuǎn)，通過生產(chǎn)過程大數(shù)據(jù)分析強(qiáng)化車間水電能源管理，提高設(shè)備和能源利用率，單位能耗降低5%以上。

經(jīng)濟(jì)效益方面，按4萬元/臺(tái)、每臺(tái)利潤(rùn)3%計(jì)算。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，可實(shí)現(xiàn)氣缸蓋銷售年收入2億元，銷售利潤(rùn)600萬元。

參考文獻(xiàn)：

[1]《數(shù)字化工廠通往未來制造》（中國(guó)工業(yè)網(wǎng)）.

[2]大連中車柴油機(jī)綠色智能工廠建設(shè)方案.

[3]江文濤，趙鳳輝.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋加工工藝技術(shù)研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（07）：84-85.