柴油機氣缸蓋生產線數字化升級

黃鑫

摘要：為貫徹“國家戰略”，實現公司智能制造目標。通過在旅順新廠區對氣缸蓋生產線進行數字化升級改造，提升柴油機關鍵核心部件智能制造技術，為公司建設數字化車間提供寶貴經驗。本文介紹了氣缸蓋生產線數字化升級項目的總體規劃，以氣缸蓋智能制造為目標，構建工位制節拍化生產模式，圍繞氣缸蓋加工、打磨、清洗、組裝制造單元和物料運輸、信息系統集成等打造氣缸蓋數字化制造體系，實現氣缸蓋數字化生產。

關鍵詞：氣缸蓋;數字化;桁架機械手;AGV物流車;自動化裝配

0 ?引言

國產中高速柴油機是國家軌道交通干線牽引內燃機車的核心動力裝置，利用智能化設備與技術手段，實現中高速柴油機氣缸蓋制造數字化升級，提升柴油機關鍵核心部件制造技術，對于增強國產軌道交通重大技術裝備的國際競爭力和競價話語權，具有重要價值和戰略意義。

為貫徹國家“制造強國”戰略，實現智能化制造目標，公司規劃在旅順新區以柴油機氣缸蓋自動化生產線為基礎，逐步完成MES、WMS、PQSAFE等系統升級及集成，以推動數字化車間的建設實施，從而提高國產柴油機的制造、生產能力及生產車間、工廠的智能化水平，推動柴油機制造體系向精益智能化轉型，滿足國內各行業對中高速柴油機的需求。

1 ?項目總體規劃

氣缸蓋生產線數字化升級項目是以氣缸蓋智能制造為目標，構建工位制節拍化生產模式，圍繞氣缸蓋加工、打磨、清洗、組裝制造單元和物料運輸、信息系統集成等打造氣缸蓋數字化制造體系，優化組合氣缸蓋生產的各個環節，提高氣缸蓋的生產效率和質量穩定性，縮短產品制造周期，實現氣缸蓋數字化生產。

柴油機氣缸蓋生產線數字化升級項目計劃在旅順新廠區柴油機板塊一加聯合廠房實施（工藝布局詳見圖1）。前期針對氣缸蓋生產已投入一條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。為實現氣缸蓋生產線數字化升級，需在已投入設備基礎上，新增投入機器人、AGV物流車和數字化檢具等裝備，提升原有兩條生產線的數字化水平，同時新建一條閥座裝配線，一條氣缸蓋數字化裝配線，升級現有各信息化系統和裝備，并進行融合集成，構建氣缸蓋加工、打磨清洗、裝配各環節數字化制造單元、智能物料運輸以及各部分與信息系統集成的數字化制造體系。

具體方案如下：

①在DMG鏜銑柔性加工線配備桁架上下料機器人，解決目前上下料人工方式，降低操作者勞動強度，實現機加線自動柔性化操作。另外，通過桁架機械手實現DMG線與閥座裝配線的對接，實現物料的自動運輸;桁架機械手與二維碼打印設備對接，實現二維碼自動打印功能，使氣缸蓋的質量管理可追溯。

②新建一條閥座裝配線，配置機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，整條線流轉運行無人化。

③新建一條氣缸蓋數字化裝配線，對裝配工藝流程重新進行規劃，采用裝配工作島形式，以適應數字化、自動化裝配的工藝要求。（如圖2所示）

線外布置一條檢查線和一條輔料上料線，檢查線配備翻轉胎，可實現氣缸蓋360度翻轉，提高了檢查人員對氣缸蓋外觀及內腔的目視檢查的效率;輔料上料線，配備精密集裝盒，實現裝配線物料齊套配送。

氣缸蓋裝配采用三臺全自動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”;東側使用全自動的“工作站一：壓力試驗站”、“工作站二：清洗站”、“整備站：涂油包裝站”，以搬運機器人和內部流轉機器人，將它們連接起來，形成一條全自動裝配線。

裝配線采用六臺工作站（即六個工位）環形排布，各個工作站中間通過共用一臺中心搬運機器人及4臺內部流轉機器人完成工件的流轉運輸。

一工位：壓裝裝配站，主要完成護套裝配及擴口、堵蓋壓裝、導管壓裝、密封套壓裝等工作。

二工位：壓力試驗站，主要完成氣缸蓋的冷卻水路的低壓試驗，并可抽檢進行燃燒面的高壓試驗工作。配備自動密封試驗臺，實現氣缸蓋高、低壓試驗，并將試驗數據上傳系統。

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

四工位：清洗工作站，采用全封閉的通過式結構設計，工件依次經過噴淋、漂洗、吹水、熱風烘干等清洗動作，自動完成缸蓋的清洗工作。

五工位：鎖夾裝配站，完成氣缸蓋內外彈簧、旋轉體、鎖夾裝配等工作。

六工位：涂油包裝站，配備下線搬運機器人、包裝涂油機，完成打標、涂油、包裝工作。

④在機加、打磨清洗、閥座安裝、裝配等各環節間配備物流運輸AGV車，共4臺，通過控制系統實現生產線物料智能運輸。AGV物流車具備從線邊庫立體料架到各工位站點再到成品區全過程的自動取送貨功能。

⑤數字化檢測方面，配備數字化檢具，與信息化軟件無線傳輸，實現質量數據的信息化統一管理，使檢測數據具備完整性和唯一性，提高了檢查者測量工件尺寸的效率以及測量數據的精準度。氣缸蓋需檢測記錄數據共45條，經過數字化檢具檢測后，有32條檢測數據可實現自動錄入質量系統，數字化率達到71%，其中軸孔類、深度類配合尺寸檢測數據數字化率達到100%，并實現產品質量履歷的歸檔管理。

⑥信息化方面，在精益化目標的指導下，以信息化、自動化為主線，開發氣缸蓋數字化生產線管理系統，即升級已有的三大信息化系統，包括生產執行系統（MES）、倉儲管理（WMS）、質量管理（PQSAFE），并與生產線相關控制系統集成，全面覆蓋氣缸蓋生產的各領域，使計劃、物流、標準化、過程控制、異常管理等業務實現信息化、數字化管理。

通過工藝設計、二維碼、數字化檢具對數據的采集、三大信息系統與智能單元的聯動、AGV系統對產品和物料運輸的支撐等，建立各個數字化、信息化、智能化應用設備及各系統之間的數據接口，實現系統集成與數據共享。

通過對氣缸蓋生產線的人、機、料、法、環、測六要素的數據采集，對數據進行分析處理，及時發現生產線加工、組裝各環節存在的問題，相應的進行提醒反饋，充分體現生產過程中的質量卡控，保證整條生產線穩定運行。

通過增設生產線看板、指揮大屏等，實現整條生產線的過程可追溯、可視化、智能化管理。

通過開發MES、WMS、PQSAFE三大系統與AGV物流車、桁架機械手、閥座裝配線、氣缸蓋數字化裝配線等接口，通過布置無線網絡，與硬件、客戶端等進行有效集成，實現整條產線的信息化管控。

2 ?項目達產效果

公司通過實施氣缸蓋生產線數字化升級改造項目，將提升中高速大功率柴油機氣缸蓋的數字化制造關鍵技術;項目達產后，氣缸蓋的加工、清洗打磨、組裝整體的節拍為28min，班次二班制，預計可實現年產各型柴油機氣缸蓋8400個的生產能力，公司關鍵部件數字化制造水平將能達到中車集團領先水平（即軌道交通行業國內領先水平）。通過采用數字化制造技術提高生產管理水平，提升產品質量和生產效率，降低生產過程對環境的不良影響，促進傳統制造業向智能制造業的轉型升級。

氣缸蓋數字化生產線項目建設，堅持“總體規劃、分步實施、重點突破、效益驅動”的兩化融合推進原則，強調“戰略、流程、技術三位一體”的協同化規劃和部署策略，通過氣缸蓋生產線數字化改造，逐步實現氣缸蓋生產的數字化、智能化，從而帶動中高速大功率多用途柴油機制造水平升級，建成中車集團內部柴油機產品數字化制造示范基地。

3 ?效益分析

社會效益方面，柴油機氣缸蓋生產線數字化升級將提高我公司柴油機生產能力的數字化水平，推動柴油機制造體系向數字化轉型。

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

氣缸蓋數字化裝配線投產后，氣缸蓋生產的節拍時間由50min縮短至28min，生產效率提高40%以上，產成品交貨期顯著縮短。

通過數字化升級，氣缸蓋產品的精品率可提高50%以上。

通過網絡化監控減少設備空轉待機時間，通過優化物流倉儲減少無效流轉，通過生產過程大數據分析強化車間水電能源管理，提高設備和能源利用率，單位能耗降低5%以上。

經濟效益方面，按4萬元/臺、每臺利潤3%計算。項目達產后，可實現氣缸蓋銷售年收入2億元，銷售利潤600萬元。

參考文獻：

[1]《數字化工廠通往未來制造》（中國工業網）.

[2]大連中車柴油機綠色智能工廠建設方案.

[3]江文濤，趙鳳輝.汽車發動機氣缸蓋加工工藝技術研究[J].現代制造技術與裝備，2018（07）：84-85.