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发动机装配和输送线工艺规程优化

作者：重庆力帆汽车发动机 李中友    起源：AI汽车制造业

发动机生产线工艺规程优化是一个不停完善过程，生产企业应尽可能地将零部件在线外分装成总成，缩短装配线装配时间节拍，提升效率。

现在，伴随国家对汽车行业振兴计划出台，中国汽车销售出现井喷现象，中国大多数发动机主机厂全部在对发动机装配线进行更新改造，提升产品等级，多则投资上亿采取奢侈豪华型，少则投资上千万采取简单输送线型。但不管哪种类型生产线，全部必需以生产效率和是否满足质量要求为最终考评依据。

下面就一条单班年产5万台发动机装配线改造为例，对工艺规程、时间节拍和控制设备等方面优化和改善进行具体介绍。

发动机装配线

1．改造及优化前情况

（1）工艺方面：该装配线平面为环行部署，总长80m，共设置工位28个，每个工位间距1m，共设置关键工位5个，对配合间隙、力矩进行在线控制，线体旁边设置大小不一固定料架20多个。其中，曲轴箱、飞轮和变速器等工位上线装配采取500kg单臂吊人工吊装，时间节拍难以确保。

（2）时间节拍：因为前期未对整个生产线及外涉接口进行通盘考虑，在时间节拍上未达成均衡生产，库存积压较多，周转时间慢，从而造成制作了大量成品盛具车、转运托盘，耗时加班等以应对生产。

（3）控制设备：在过程中对关键工位质量参数控制上，多采取比较原始扳手人工控制及最终热试检验。比如：缸盖螺栓力矩用力矩扳手人工控制、轴向间隙采取百分表或塞尺等，对通常工位力矩控制采取气动风枪预紧，再由人工用力矩扳手控制，造成力矩一致性较差，间节拍难以控制；对压装零部件多采取手动压装，这就造成产品合格率不高、返工量大，增加制造成本。

（4）总成份装：一条缸盖及活塞、连杆总成份装线进行分装，其它零部件在流水线上完成装配（见图1、图2）。

图1 缸盖分装线

图2 活塞、连杆分装工作台
总而言之，在未对其进行改造前，发动机总装线分装零部件较少，有两条分装线及工作台，其它零部件在总装线上装配完成，生产效率低下，质量控制难度加大。最大缺点是未设置返修段和返修工位。

2．装配线改造及优化

在考虑发动机装配线改造时，首先应考虑装配线工位设置和平面部署，平面部署时主装配线、分装线及工位器具部署是否合理并确保物流通畅，作环型水平部署，确保装配线便于维修。装配线必需设置返修段和返修工位，另外还要进行模块化设计，而且在工艺设计时确保各工位之间工时平衡；应有分装工位工件和根本发动机对应关系及通畅信息传输；装配线及其设备中运动单元（如上升、下降、移动和迥转等）运行平稳可靠；装配线手动操作工位全部必需设有托盘防退装置，以确保作业方便性；托盘放行采取脚踏开关来实现；装配线手动操作工位必需设有求救开关及工位离线开关；当托盘退出装配线时，返修通道要有返修指示信号灯，提醒相关人员来处理。基于以上考虑，我们对原装配线进行了颠覆性改造，在工艺平面部署、控制设备及物流等方面全部进行了重新计划及改造。

（1）发动机装配线结构形式改造

装配线采取可交换标准段组成，工位平均间距设置为2m（可依据不一样型式进行增减），装配线输送速度约在10～20m/min。装配线托盘以现有具体主力机型为主，再兼顾以后拓展机型发动机。在不需对托盘做较大调整情况下，经过调整托盘支撑点就能满足装配要求；对托盘挡停器部署及控制要求在自动设备工位挡停器含有互锁功效，预防误操作损坏设备；输送线及设备自动控制系统发生故障时，配置了手工操作功效，装配线手动工位工件对辊道累计定位精度要求控制在±3mm范围内，需要二次定位半自动工位及自动工位工件对设备定位精度要求控制在±0.2mm范围内。输送线电控柜管线走向要方便维修，管线部署应整齐、牢靠和无颤动，输送线驱动电机采取联挂方法，由一根总线至控制柜，在托盘上安装ID卡，经过读写头对关键及关键数据进行数据采集、交换。

（2）工艺改造

装配线设置为环行部署，总长160m，共设置工位78个，其中10余个关键工位，关键工位质量参数全部采取专用设备控制，比如拧紧机、气门间隙测量机和静扭矩测量等。

线体旁设置活动盛件车（见图3），替换先前固定料架，方便了物流发料，拓宽了物流通道，对装配线作业指导书按职员操作习惯变更为手顺书，对每一步作业时间节拍进行了要求；在线体旁设置了活塞连杆分装线、机油泵、进排气歧管和缸盖罩等工作台10余个，在原来基础上增加8个，基础达成了在总装配线上不装配单个零部件，提升了生产效率；对缸体、变速器和飞轮等较重零部件采取机械手抓举或平衡吊上线，减轻了人员劳动强度；对原缸盖分装线改造则采取总线控制结构非同时柔性输送线，直线部署，装配线由可交换标准段组成，分装线上工具设置在线体旁部署，操作安全方便，托盘设计不带回转台，缸盖分装夹具对缸盖定位精度控制在±0.3mm范围内。

图3 活动推车料架
（3）信息传输系统改造

信息传输系统改造，涵盖了主机厂几大工艺车间：从车身进入焊接车间到整车装配下线每一个节点时间节拍，全部可在信息传输系统上查阅，方便发动机装配车间依据实际情况调整作业计划，降低库存实现直供。依据以上情况，发动机装配线改善了时间节拍信息取样点，由以前取样点选择在车身进入焊接车间开始，经过涂装，再到总装车间发动机上线工位为止所花费总时间来设置发动机装配线时间节拍，改为将取样点信息选择在车身进入涂装车间上线处，经涂装区、返工区，再到汽车总装线发动机工位所需要总时间节拍，和发动机装配线完成装配经测试合格时间节拍一致，可实现发动机直供，降低库存。时间节拍平衡是指工位和工位之间或控制设备之间消耗时间尽可能一致并控制在10%～20%范围内，这么每个工位在节拍（即相邻两产品经过装配线尾端间隔时间）内全部处于繁忙状态，完成最大工作量，从而使各工位闲置时间最少。

时间节拍

1．零部件清洗时间T1。发动机上有几百个零部件，按装配要求及关键程度在装配现场清洗零部件有十多个，其时间应涵盖将清洗零部件转运至存区时间，其它零部件要求供给商确保清洁度，直接装配使用。所以，T1=零部件清洗时间+零部件转运时间。
2．发动机装配时间T2。T2=工位装配时间×工位数+特殊情况停线时间。
3．发动机运输至热试时间T3。
4．热试终检时间T4。
5．热试完成运输至总装暂存区时间T5。
6．生产部门下达计划时间T6。
7．物流备料时间T7。

图4所表示，总时间节拍T=（T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7）×k（k为节拍系数，由企业依据实际情况而定，可在1.0～1.1之间取值）。

图4 发动机装配时间节拍
发动机装配线控制设备

1．测量设备改造

（1）曲轴轴向间隙及静扭矩测量机。主轴承盖拧紧后要对曲轴回转扭矩和轴向间隙进行检测，活塞、连杆装配完后对曲轴回转扭矩进行检测。增添该设备可自动对曲轴回转扭矩和轴向间隙进行检测，含有故障声光报警、自动停机功效。以前对该项目参数检测关键是经过百分表和力矩扳手完成，效率低下。

（2）气门锁片拍打机。增添该设备能自动检验锁片是否压装到位及锁片是否漏装。该设备含有故障报警、自动停机和自动和手动控制功效，避免人工用榔头敲击检验带来质量隐患。

（3）凸轮轴测量机。该设备能自动测量凸轮轴轴颈和基圆直径和气门杆顶部和凸轮轴基圆间隙，操作职员可直接按设备面板显示对气门间隙进行调整。

2．试漏设备改造

通常在线检测试漏，关键是对进、排气系统和水、油道等进行试漏检验，对发动机装配完成后总成未作要求。经过我们对发动机漏气现象观察统计，即使在线检测过程中未出现漏气现象，但在完成发动机总成装配后也会出现了漏气现象，所以有必需增加对总成漏气现象检测，也可依据零部件质量情况及在生产节拍许可情况下，合适增减试漏设备。

3．拧紧设备改造

经过我们对工艺参数分析和对关键工位拧紧机进行更新改造，对曲轴、缸盖飞轮和凸轮轴等工位质量参数控制全部采取自动拧紧机控制，并对其提出以下要求：

（1）含有操作模式转换开关，方便操作。

（2）自动拧紧机含有自动升降、认帽、拧紧、移位及退出功效。

（3）自由转数，低速、认帽转速和反转转速，可经过数字调整每个轴及扭矩种类。

（4）自动拧紧机每个扭紧轴辅具能串接扭矩校正仪接杆，方便工作时校正每个轴扭矩；含有角度控制、扭矩监视功效或扭矩控制、角度监视功效；含有工作状态显示功效和拧紧计数防漏拧紧功效。

（5）拧紧扭矩时拧紧工具应含有充足裕量（≥20%）；统计拧紧次数和结果（扭矩和角度）。

总线控制

装配总线控制采取分布控制和局域网络工作方法：装配线分别配置单独主控PLC控制装配输送线及线上全部设备运行，负责和其它分线主控PLC信息交换等；每个操作工位全部要求设置接入/切除（即停止器常开/常关）选择按钮，以方便完成不一样机型、不一样条件下装配；对有缺点装配，除非人工干预，不然应停止在工位上等候处理；控制系统要确保整条生产线实用性、高可靠性和易维护性，确保互锁严密，杜绝人工误操作。

装配线急停控制：在线上，有危险部位、间隔一定距离空工位（5m）及每台设备必需有急停装置，确保不伤害人身及机械设备；对于单机急停应尽可能不影响输送线，装配线上操作人员应能在任意时刻检验声光系统好坏。

结语

经过我们两年来对发动机装配线不停改善及优化，产品下线合格率由原来85%上升到现在98%以上，生产效率显著提升；库存降低了50%以上，实现了发动机直供，直接降低了生产过程中多种盛具、料具和转运车制作费用，降低了资金拥有率；尤其是对信息系统改造，使生产各单位之间、工位之间全部处于繁忙状态完成最大工作量，提升了部门之间、工位之间职员精神面貌。

总而言之，对发动机生产线工艺规程优化是一个不停完善过程，不仅仅要求发动机生产线按节拍组织生产，还涵盖了焊接、涂装和汽车总装等工艺改造，按节拍有序生产实现直供降低库存量。另外要尽可能地将零星零部件在线外分装成总成，缩短装配线装配时间节拍，提升效率。(end)