基于流程重構(gòu)的渦輪轉(zhuǎn)子數(shù)字化裝配生產(chǎn)線建設(shè)實踐

針對渦輪轉(zhuǎn)子裝配單元制約生產(chǎn)交付能力的痛點，綜合運用自動化技術(shù)、視覺檢測技術(shù)和信息技術(shù)，建立齊套性檢查、葉片自動稱重排序和渦輪轉(zhuǎn)子裝配等裝檢一體化工位，實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)裝檢一體化作業(yè)模式運行，可提升生產(chǎn)效率并增強(qiáng)質(zhì)量過程的可追溯性。

基于流程重構(gòu)的渦輪轉(zhuǎn)子數(shù)字化裝配生產(chǎn)線建設(shè)實踐是以最終實現(xiàn)準(zhǔn)時化生產(chǎn)、消除過程浪費為目標(biāo)，以中國航發(fā)運營管理體系（AEOS）建設(shè)為指引，以數(shù)字化、精益管理方法論和“一次把事情做對”的質(zhì)量理念為核心，通過對大修發(fā)動機(jī)“兩裝兩試”制造流程進(jìn)行價值流分析、梳理，圍繞制約物流和信息流的渦輪轉(zhuǎn)子裝配及檢驗工序進(jìn)行系統(tǒng)研究，開展數(shù)字化裝配單元建設(shè)，形成裝配與檢驗同步一體化的裝配模式，達(dá)到裝配質(zhì)量“事前控制”替代“事后補(bǔ)救”的效果，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)組織方式轉(zhuǎn)型，從而大幅提高發(fā)動機(jī)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

頂層方案設(shè)計

基于流程重構(gòu)的渦輪轉(zhuǎn)子數(shù)字化裝配生產(chǎn)線建設(shè)方案分為三個步驟實施：開展全流程價值分析，查找出問題；以問題為導(dǎo)向，開展改善點分析；根據(jù)改善分析，系統(tǒng)策劃建設(shè)與推進(jìn)。

通過對大修中心生產(chǎn)能力評估，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子裝配單元為制約生產(chǎn)交付短板。為解決產(chǎn)能不足的問題，對渦轉(zhuǎn)子裝配過程進(jìn)行價值流分析，查找生產(chǎn)過程中的堵點、瓶頸點和質(zhì)量波動點，如圖1所示。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，由于高壓渦輪轉(zhuǎn)子與低壓渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)原理類似，在葉片排序、零件管理、裝配檢測過程中基本存在同樣的問題。經(jīng)過繪制渦輪轉(zhuǎn)子價值流程圖，分析發(fā)現(xiàn)了一些問題及改善點，詳見表1。

表1 渦輪轉(zhuǎn)子裝配流程問題及改善點分析

基礎(chǔ)優(yōu)化改善

重構(gòu)工藝流程

梳理工藝流程，對與裝配過程有明顯分離界面的工序進(jìn)行調(diào)整，將微分測量、葉片稱重排序提前進(jìn)行。將工藝流程劃分為三大塊：一是裝前檢測，包括接受零件檢測齊套性、清洗、外觀目視檢查、微分測量、葉片稱重排序；二是裝配過程，包括盤軸組裝、裝配葉片固定板和壓裝盤等；三是檢測過程，包括高度檢測和同心跳動檢測。

開展工藝改進(jìn)

針對人工葉片稱重、標(biāo)記重量、排序、識別批次效率低的問題，可借助自動化技術(shù)改進(jìn)。每個葉片須自動完成稱重、標(biāo)記重量、識別批次，要完成這些自動化作業(yè)需要一個機(jī)器人夾持葉片自動放到電子稱上稱重，再到噴碼機(jī)上標(biāo)記重量、最后到視覺檢測系統(tǒng)上識別批次。

針對零件齊套性檢查耗時較長，且存在漏配現(xiàn)象的問題?？赏ㄟ^視覺檢測系統(tǒng)改進(jìn)。通過視覺檢測相機(jī)對零件周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行拍照，然后與后臺標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，查找出缺失的零件，并在操作系統(tǒng)界面進(jìn)行顯示。檢查出的缺件信息反饋至生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES），并進(jìn)行倉儲庫存零件數(shù)量的比對，提醒集配人員及時進(jìn)行缺件補(bǔ)充。

針對目視檢測效率低、方法落后的問題，重新梳理檢驗特性和檢驗方式，發(fā)現(xiàn)除零件外觀檢驗由于包含太廣無法針對性改進(jìn)外，其余目視檢驗特性的檢驗方式均可采取相應(yīng)措施提高檢驗準(zhǔn)確率、提高效率。如零件尺寸可采用數(shù)字化測具將測量結(jié)果上傳，避免手抄失誤；著色面積等其他目視檢查項均可通過視覺檢測完成，視覺檢測判斷標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，質(zhì)量穩(wěn)定。

重構(gòu)生產(chǎn)布局

根據(jù)重構(gòu)后的裝配流程，對生產(chǎn)布局進(jìn)行重置，至少包含以下工位：一是裝前檢測區(qū)，設(shè)置齊套檢測工位、裝前檢測工位、葉片稱重排序工位；二是裝檢一體化區(qū)，設(shè)置高壓渦裝檢一體化工位、低壓渦裝檢一體化工位；三是檢測區(qū)，設(shè)置高度檢測工位、同心度檢測工位。

根據(jù)裝配流程所需工位，再結(jié)合渦輪轉(zhuǎn)子裝配原有的零件緩存區(qū)、設(shè)備、工裝架等及分解所需的原高渦轉(zhuǎn)子分解工位、低渦轉(zhuǎn)子分解工位，渦輪轉(zhuǎn)子裝配總體布局如圖2所示。零件進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子單元后首先進(jìn)行齊套檢測，齊套檢測完成后進(jìn)入裝前檢測臺，進(jìn)行清洗、外觀目視檢查、微分測量，裝前檢測完成后葉片進(jìn)入葉片分選設(shè)備進(jìn)行稱重排序，其余零件進(jìn)入裝檢一體化工位進(jìn)行裝配，不具備裝配條件的零件放置在存儲區(qū)。裝配完成后在高度平臺和同心度平臺進(jìn)行檢測。

圖2 數(shù)字化渦輪轉(zhuǎn)子裝配線

數(shù)字化推進(jìn)

生產(chǎn)管控系統(tǒng)數(shù)字化

通過以上工藝改善和布局改進(jìn)，各工位工藝內(nèi)容明確，流程合理，生產(chǎn)銜接有序，部分工位通過自動化技術(shù)和視覺檢測技術(shù)提高了工作效率，改進(jìn)了檢驗?zāi)Ｊ?，但是缺少一個能促使各工位連貫運行的系統(tǒng)來集成自動化作業(yè)和視覺檢測作業(yè)，所以必須進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建設(shè)一個面向生產(chǎn)現(xiàn)場、面向操作者的生產(chǎn)管控系統(tǒng)。

生產(chǎn)管控系統(tǒng)主要具備以下功能。

一是數(shù)據(jù)采集與處理。生產(chǎn)管控系統(tǒng)自動采集裝配檢測過程中的葉片編碼、葉片重量、視覺圖像、裝配檢測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)，以及生產(chǎn)異常信息等。另外，生產(chǎn)管控系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)場使用的各種量具的通信需求。系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出和存儲。

二是齊套檢測。生產(chǎn)管控系統(tǒng)啟動視覺系統(tǒng)檢測零件周轉(zhuǎn)箱，視覺相機(jī)拍照后與后臺標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，查找出缺失的零件，并在操作系統(tǒng)界面進(jìn)行顯示。檢查出的缺件信息反饋至MES，并進(jìn)行倉儲庫存零件數(shù)量的比對，提醒集配人員及時進(jìn)行缺件補(bǔ)充。

三是葉片自動稱重、標(biāo)記重量、排序、識別批次。生產(chǎn)管控系統(tǒng)通知機(jī)器人從料箱中依次抓取每個位置上的葉片進(jìn)行批次識別、稱重、噴碼操作。

建設(shè)高效數(shù)字化裝配生產(chǎn)線

一是建成裝前檢測專機(jī)。對裝前檢測區(qū)的齊套檢測設(shè)備、裝前檢測臺、葉片分選設(shè)備進(jìn)行集成，建設(shè)統(tǒng)一的上料機(jī)構(gòu)，操作者在上料位置將周轉(zhuǎn)箱放入托架，再由傳送帶將周轉(zhuǎn)箱輸送的齊套檢測設(shè)備,齊套檢測完成后將葉片周轉(zhuǎn)箱輸送至葉片分選設(shè)備，其余周轉(zhuǎn)箱輸送至緩存架，以供清洗檢查、微分測量。

二是建成裝檢一體化工位。高/低壓渦裝檢一體化工位為人機(jī)交互工位，主要完成渦輪盤和葉片的裝配，盤和軸的裝配，錐形螺栓著色檢查，套筒著色檢查，鎖片、鎖板的鎖緊等工作。裝配過程主要由人工操作，尺寸測量由數(shù)字化測具保證，目視檢查內(nèi)容由6軸機(jī)械臂帶動兩個視覺相機(jī)拍照后，與標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行比對判斷。在葉片裝配時，按照葉片稱重排序后的智能料箱亮燈提示依次拿取裝配，避免錯、漏裝。操作過程中由可視化工藝引導(dǎo)，完成視覺檢測后再系統(tǒng)界面進(jìn)行顯示，程序設(shè)置自動提醒，提示操作者完成下一步動作。裝配關(guān)鍵部位拍照留存，替代以往的外觀目視檢查，并歸入質(zhì)量檔案，便于后續(xù)進(jìn)行質(zhì)量追溯。

三是運行按燈系統(tǒng)。工人在進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時，如果某個工序因為設(shè)備故障、技術(shù)質(zhì)量問題或其他原因?qū)е聼o法正常進(jìn)行，可及時通過生產(chǎn)管控系統(tǒng)第一時間將異常情況傳遞給相關(guān)人員，進(jìn)行問題快反處理。

四是打造工裝、工具形跡化管理。為了保護(hù)工裝和便于清點數(shù)量,制作帶有凹槽的模板存放工裝,每日收工時，可以一目了然地清點工裝數(shù)量。單個部件分解和裝配所需要的工具全部放在可移動工具車上,用泡沫材料制作凹槽用于放置工具。每日開工前，從材料工具室領(lǐng)用工具車,可以一目了然地檢查工具是否齊全。工具車上的工具擺放按照工位進(jìn)行劃分，將同一工位分解或裝配所需的工具放在一起，這樣可以減少在工作過程中尋找工具的浪費。

五是執(zhí)行輔材配送。新的輔材配送制度根據(jù)每臺次各部件裝配時需要使用的輔材數(shù)量定量配送。每臺次裝配前材料工具室為每個部件配送一個裝有定量輔材的輔材箱。在裝配小組從故障檢查工段接收周轉(zhuǎn)箱時連同輔材箱一同接回。在進(jìn)行裝配時，輔材箱與工具車一起移動到裝配工位。使用時隨手取用輔材，能夠節(jié)省作業(yè)時間。材料工具室負(fù)責(zé)配送輔助材料，裝配小組不用再去材料工具室單獨領(lǐng)取輔材。

結(jié)束語

通過渦輪轉(zhuǎn)子數(shù)字化裝配生產(chǎn)線建設(shè)，渦輪轉(zhuǎn)子生產(chǎn)能力得到大幅提升，整體裝配周期縮短34.9%，葉片排序周期縮短達(dá)41.7%。同時，渦輪轉(zhuǎn)子的裝配質(zhì)量也得以提升，錯漏裝次數(shù)由上年度的9次降低至4次。更重要的是，從重構(gòu)工藝流程、生產(chǎn)布局到創(chuàng)新性的進(jìn)行數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)過程中，管理水平得到了全方位的提升，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)得到了進(jìn)一步夯實。