淺析柴油機裝配線實現多系列產品柔性化生產的可行性

（濰柴動力揚州柴油機有限責任公司，揚州225009）

淺析柴油機裝配線實現多系列產品柔性化生產的可行性

田大志，邱揚文

（濰柴動力揚州柴油機有限責任公司，揚州225009）

通過對三大系列產品結構分析，研究多種產品在同一裝配線實現柔性化生產的可行性。通過設計發動機裝配線上的托盤、關鍵設備的選擇和裝配工藝的設計使三大產品共線生產得以實現，并保證了產品質量。物流配送系統和物流信息管理系統為柔性化生產實現提供強有力的支撐。三大系列發動機能在同一條裝配線上生產，給公司的生產計劃、生產組織和人員配置提供了調整的余地，具有更大的靈活性，能更好地滿足市場需求，提高競爭力。

柔性化生產線工藝裝備物流配送信息化

1 前言

2007年揚柴公司開始啟動退城進園的搬遷工作，當時有3種系列柴油機產品，2種是老產品，1種是新產品。在第四設計院的總體設計下，新址的柴油機裝配線是3個系列的產品共線生產，還是每個系列產品各建一條裝配線，公司內爭議很大。三系列產品是否有共線的基礎，取決于以下因素：產品的主要結構是否相似？是否具有共線裝配的工藝基礎（工藝相似、設備和工裝能實現共線）？生產物流系統是否支持？投資額度、人力成本等等因素。

2 三系列柴油機柔性化裝配的可行性分析

2.1 三系列柴油機產品結構分析

對于中小功率柴油機而言，其結構相似度很高。主要區別是三系列機體的缸心距不同及機體底面到曲軸中心線的距離不同，見表1。

表1 各系列主要差別

2.2三系列柴油機裝配工藝分析

2.2.1 裝配線生產節拍確定

生產線綱領：三系列發動機年產共10萬臺。單班工作制，每天8 h，全年250 d，小時產量=100 000÷8×250=50臺/h，工藝節拍時間72 s。這是設計節拍時間，未考慮影響裝配線產能的人、機、料、法、環等各方面影響因素，作為設計階段確定設備實動時間和工藝拆分、工藝平衡的參考。生產節拍時間要在生產線運行，各種因素相互磨合后，從人、機、料、法、環等方面不斷采取改善措施，最終趨近設計值。

2.2.2 裝配線形式分析

4102系列、485系列柴油機已批量生產多年，有較為成熟的裝配工藝。未搬遷前分別在不同的廠區的不同生產線上生產。4102系列柴油機裝配線由內裝線（輥道線）+外裝線（反向積放鏈）組成；485柴油機裝配線是采用地拖鏈的形式，裝配小車的支臂可360°旋轉，由渦輪蝸桿驅動，不分內外線；4DH產品雖未批量生產，但產品結構與4102系列、485系列相似，可以采用相同的裝配工藝。

原有2條柴油機裝配線的最大缺陷是定位精度低、裝配線上無法使用精確定位的自動檢測設備，如曲軸轉動力矩的檢查、曲軸軸向間隙的檢查等，不利于質量控制。

新建裝配線要在質量控制方面有較大的提升，擬采用機動輥道加托盤的方式。一般該種形式的裝配線要考慮托盤的循環，大多采用環形結構。裝配線設有功能性設備：機體180°翻身機、90°翻身機、機體打標志機等，還有用于質量控制的曲軸軸向間隙測量機、轉動力矩測量機等，重要力矩控制的擰緊機，對關鍵零部件的條碼進行掃描機，信息保存在數據庫中，用于質量的追溯。

2.2.3 工位內容分析和工位數確定

三系列產品的結構雖具有很高的相似度，但是還存在一定的差異。以4102系列柴油機裝配工藝為基礎，逐道工序對照三系列產品的工序內容，作為三系列產品共線的可行性分析的一個方面，同時提供作為裝配線設計的基礎材料。在現舉例說明，見表2。

因為4102后油封蓋采用的是直銷定位，為保證油封安裝孔與曲軸大端同軸，裝配后油封蓋時用專用工具、然后用專用鉚槍壓裝油封。485、4DH后油封蓋是臺階式定位套定位，用壓床將油封壓裝在后油封蓋上后再進行裝配。通過三系列裝后油封工藝的對照，可以看出工序內容的差異。

對所有工序內容一一進行了以上的比較，綜合以前測定的工藝工時，考慮裝配工位，返修道岔和預留裝配工位，確定裝配線的總工位數。柴油機總成裝配線線長約160 m。裝配線形狀為矩形，長68 m、寬12 m。因為各類設備的使用，托盤上的機體在每個工位的姿態都必須是確定的。為盡量減少托盤在裝配過程中的轉動，在工位內容布置時已確定操作工在內側還在外側裝配，或內外側同時設裝配工位。新線的設備比較多，需要占用較多的空間位置，為此考慮裝配線內、外側同時設置裝配工位。設備的控制部分和供電部分盡量在內側設置，同步考慮內側的物流輸送和物料的空間，裝配線內側寬度為11 m，將南北兩端裝配線設計為龍門式結構，發動機在這兩段提升到3.4 m以上的高度輸送。

表2 三系列柴油機部分總裝工序內容分析舉例說明

2.3 托盤和設備實現的可行性分析

2.3.1 托盤實現的可行性分析

裝配線采用機動輥道加托盤的形式，托盤設計是關鍵。根據裝配工藝流程，機體及半整機（含油底殼）在托盤上有3種定位的狀態。上線時機體頂面朝上，用底面的工藝定位孔定位；機體180°翻身后，機體底面朝上，用機體頂面定位孔定位；半整機翻身后，機體的頂面朝上，此后不需要精確定位的設備，可將半整機靠油底殼的兩側邊支撐在托盤上。托盤的設計尤為關鍵，設計的原則是機體的中心與托盤的中心重合；機體底面朝下時，曲軸中心線距離托盤的上平面是同一高度。3種不同機體的頂面、底面定位銷的位置，見表3。

表3 三系列柴油機機體的頂面、底面定位銷的位置

使用三維設計，先確定了三系列共用托盤的共用固定支撐柱。從上表數據可以看出，要滿足三系列機體定位支撐的要求，需要設計不同尺寸形狀的支撐板。共用托盤模型和托盤公共支柱位置、示意圖見圖1、圖2和圖3。

圖1 共用托盤數模

圖2 三系列共用的公共支柱位置圖

托盤上3個共用支柱，為上下2段的插拔式連接方式。支柱的下端固定在托盤上，上端與支撐板（包含定位銷）用螺栓連接。每次換裝不同系列產品時，旋松鎖緊塊，上端帶著支撐板一起拔下，切換插入另一系列機型的支撐板，插到位后轉動鎖緊塊鎖緊。采用這樣的結構，換系列裝配時，只需要增加一個工位，進行支撐板的切換，滿足了裝配線快節奏的要求。

圖3 三系列共用的公共支柱結構示意圖

2.3.2 設備實現的可行性分析

三系列機體共用托盤的方案可行，機體在設備中的準確定位就順利解決了。

三系列機體因高度和外形的差異，在使用機體180°翻身機、90°翻身機、曲軸軸向間隙測量機、轉動力矩測量機時，通過設計不同的快捷工裝，每個工裝都設計有相同位置的定位銷和緊固螺栓，采用PLC程序控制。在換型裝配時，每個快捷工裝只需要松開兩顆螺栓就可以進行換裝，變換控制旋鈕實現控制程序的選擇。

三系列機體出廠編號需要打刻在不同的位置，機體打標機設備設有便捷的手動調整裝置，自動接收數據的功能，接收不同程序命令以執行不同程序的功能。

主軸承、連桿擰緊機采用懸掛的兩軸擰緊機，擰緊的程序只與擰緊扭矩對應，擰緊機有機械結構獨立變距功能，可實現多種中心距的手搖絲杠變距。考慮到生產線的節拍，每組螺栓的擰緊時間小于15 s。對缸蓋螺栓擰緊，考慮到需擰緊的螺栓數量多，采用一次擰緊，使缸蓋變形小，每個系列采用不同的擰緊機，分別懸掛在3個工位上。

2.4 生產物流及物流信息管理系統的支持

通過2.1、2.2和2.3小節的分析可以看出，三系列產品共線裝配從技術上論證是可行的。但要使裝配流水線生產過程平穩連續，協調、均衡、高效，還需要有一個與之匹配的生產物流系統和物流信息管理系統的支持。

公司從2004年開始已啟動實施ERP項目，到2008年開始退城進園，該項目實施了4年多時間。ERP系統已基本能做到：物料編碼的準確率達99%，產品BOM結構數據的準確性95%，倉庫出入單據與實務日結日清達到95%。采購訂單、到貨報檢單，車間任務單、車間作業工票、提貨單、采購發票銷售發票等全部進入ERP系統。這也具備了三系列柴油機共線裝配的物流配送和物流信息管理的基礎。

2.5 三系列柴油機零部件的倉儲

發動機有眾多零部件構成，要使裝配線生產順利進行，必須要有一定的零部件庫存。公司采用了使用占地小、容量大的高架倉庫，配合無線射頻技術的使用，將貨物以托盤為基本數字化管理單位，在托盤上嵌入一個電子標簽，每種零部件放置在規定的貨位，進貨時每托盤的貨物信息，通過手持式讀寫器寫入電子標簽，用專用叉車輸送到定點貨位；出貨時按清單到定點的貨位叉取托盤貨物，更新電子標簽的貨物數量，將貨物輸送到上線準備區拆包裝和上料架，按發動機裝機順序定時、定點、定量發往裝配線，實現了貨物的先進先出和倉庫庫存的實時化。

2.6 與三個系列柴油機裝配線的相適宜的物流配送方式

2.61 配送方式

配送人員要按當日的生產計劃在生產準備區進行拆包裝和分揀，然后配送人員按配送作業看板要求用電動牽引車、電動托盤叉車、電動叉車將分揀好的零部件以順序式或補充式送貨上總裝線，同時從總裝線上回收空箱或料架帶回到生產準備區備用。

2.62 配送周期

要按當日的生產計劃定時、定點、定量送料到裝配線工位，配送到裝配線工位的時間間隔一般為30 min配送一次，對某些比較小的零件如螺釘、定位銷等可以一次配送一天的量，而對某些體積較大的物料，甚至10 min就要配送一次，總體原則是根據當天的生產計劃和裝配線的節拍，以及線邊的空間來定。

2.7 三系列柴油機裝配線物料防錯系統的構建

設備的防錯在裝配線設計時已考慮得比較充分，機體識別檢測裝置、所有托盤均安裝MP數據存儲卡，通過讀寫裝置對重要及關鍵數據進行數據的采集、交換；擰緊機具有扭矩控制和角度控制功能。多系列產品混合的裝配線，突出特征為在裝配線上同時裝配多品種，裝配物流呈現以下的特征：由于不同零部件的配送方式，造成各裝配工位裝配操作的復雜性，另一方面在產品切換時，使問題更加復雜，會造成零部件的錯漏裝，嚴重影響產品的質量。物料的防錯從以下幾個環節進行構建：

（1）技術通知從源頭要把好關，保證技術通知的正確性和唯一性；除了自帶銘牌的發動機部件，其他因配套廠家的不同，同一功能的零件的形狀、大小會有一些變化，為了現場裝配時更好地識別零件，需要按公司標識文件的要求在指定的部位做上永久性標識。標識為該零件的物料編碼。將技術通知導入公司ERP系統時，保證導入的正確性；技術配套需每年組織力量對多時不供的柴油機的訂貨號進行整合，減少配置；在ERP系統申請零部件物料編碼時，物料定義中，在助記碼一欄中填寫特性標識零部件的標識要在圖樣的技術要求中體現，作為進庫檢驗的必檢項。

（2）工藝方面，特性標識的組成中需包含零部件的物料編碼，便于識別。細化工位的BOP,保證技術狀態在生產過程的正確傳遞。對經常發生的錯漏裝的失效模式，拍照做成警示牌，提醒操作者；每個操作工位編寫檔位記錄，對該檔位所裝配的零部件的外觀的差異特征進行描述，輔助采用照片的形式將同類不同形狀零部件做成目視化文件，將物料編碼和該物料裝配的訂貨號對應，指導操作工識別。

（3）物流配送按生產計劃和ERP生成的配置配送物料，并在物料架上標明零部件圖號及所配裝的訂貨號。

（4）操作者需正確識別零部件，裝配前進行核對確認。

3 小結

裝配線要實現多系列多品種柴油機柔性化生產，不僅工藝、工裝、設備要可行，還需要物流配送系統及物流信息系統的強有力支撐。柔性化柴油機裝配線給公司的生產計劃、生產組織和人員配置提供了調整的余地，具有更大的靈活性，能更好地適應市場需求，提高競爭力。

圖7 機油中Fe含量增速對比

1 Bowen A D．離心式機油濾清器效果——試驗室試驗結果和現場使用經驗[J].國外內燃機，1992（1）.

2楊連生.內燃機設計[M].機械工業出版社，1980．

3曼·胡默爾集團．汽車行業中的過濾技術[M]．現代工業出版社，2002．

4羅君，趙高暉，祝興福.FL115離心式機油濾清器的特性研究與試驗分析[J]．上海理工大學學報，2007（1）．

5 GB/T 7607-2010.柴油機油換油指標[S].中國標準出版社，2011．

Feasibility Analysis on an Flexible Assembling Line for Multi-Series Diesel Engines

Tian Dazhi,Qiu Yangwen
（WeiChai Power Yangzhou Diesel Engine Co.,Ltd.,Yangzhou 225009,China）

The feasibility of three series engines assembled on one assembly line is investigated through detailed analysis of the structures of the three products.The design of a pilot that can support three products, key equipment selection and design of assembly process enable three series engines to be assembled on the same assembling line with good quality.Logistics and information provide great support to the flexible assembly.Such assembling line offers adjustment for production plan,production organization and labor arrangement,thus being flexible to satisfy market demand to improve company's competitiveness.

flexible production line，assembly process，logistics,informatization

來稿日期：2013-10-04

田大志（1963-），男，工程師，主要研究方向為柴油機裝試、質量控制。

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.03.009