中大型異步電機裝配柔性生產線的規劃和應用

胡浩

摘 要：湘潭電機股份有限公司電機事業部中大型異步電機柔性裝配生產線是國內首個現代化的專業中大型電機生產線，在生產制造能力、現場工藝布局、工藝過程、產品物流等方面實現最精良的優化。基于其在整體格局上的工藝方案，是在打造現代化的中大型電機生產現場的同時促成中型電機制造最大程度的高質和高效。

關鍵詞：電機;柔性;優化;工藝方案

中大型電動機廣泛應用在國民經濟的各個領域，統計表明：我國電動機的耗電量約為全國總發電量的65%左右，其中中大型電動機約占35%左右。

在我國“十三五”國民經濟發展規劃及“2020年遠景規劃目標”中指出：國家將繼續重點發展電力、三大化工、石油輸采煉和天然氣、水利環保、交通運輸;鋼鐵礦冶、輕工建材、軍事工程等重大技術成套裝備和原材料工業節能降耗配套產品，勢必需要發展與其配套的中大型電機，特別是特種大電機和特種中型電機以及高端中大電機產品的需求量加大。

1 中大型異步電機車間裝配線的基本情況

目前電機事業部中型電機車間生產的中大型電機中心高是Y355-710，功率150kw-3300kw。產品特點是小批量、多品種、外觀差異性大、工序間復雜。裝配柔性生產線的建設主要是優化生產工藝路線，提高效率，擴大產能，提升質量的需求，通過建設生產能力達到年產總約臺量5000臺、總容量約420萬kw、極限產能可達到600萬kw。初步實現中大型異步電機制造專業化、生產管理數字化的生產過程，更加有利于提升電機實物質量，提高生產現場管理水平，促進企業產品更新換代和產品結構優化。

1.1 主要制約異步電機裝配流水線的因素

通過對車間產品現狀和電機結構分析，制約中大型異步電機車間裝配線的因素有：定轉子合裝質量不穩定，軸承裝配損傷，端蓋裝配應力集中，生產成套性差缺乏智能控制與應用。柔性生產線的規劃和應用將解決上述問題。

1.2 傳統的電機裝配工藝流程分析

車間中型異步電機裝配柔性生產線80%以上是臥式異步電機，而傳統普通臥式中型異步電機可以細分為軸承裝配、定轉子合裝等32個工序，傳統工藝流程非常分散，每個工序的時間節拍差異大，不適應質量和工藝提升的要求，不適宜進行柔性生產設計：

2 電機裝配柔性生產線的規劃和應用

結合精益生產工具，對中大型裝配進價值流分析，找出裝配過程存在搬運浪費和總裝配效率低兩個癥結，找出7個末端因素：傳統裝配模式限制、定轉子合裝時間長、軸承裝配方法不良、端蓋裝配變形大、領料時間長。

運用關聯圖找出癥結

2.1根據中大型裝配線未來價值流圖將總裝線分為四條線：1號線：355-500 中心高電機流水總裝線;2號線：500-710 中心高電機流水總裝線;3號線：轉子預裝線;4號線：定子、機座預裝線。合理計算工序時間節拍后，我們將3、4號線作為前置工序，不進行流水線作業。

2.2 1、2 號總裝線工序流水線的規劃：

根據產品重量大，多品種等特點，采用直線型島式裝配線，雙島式配置使裝配環節有一定的柔性化空間，能使產品在裝配生產過程中有序的流動起來，改善作業環境;專業工序流水化作業有利于提高裝配質量的保障能力。同時運用RGV運載車進行上下工位的銜接，預留工位的作用是解決非常規電機裝配時間節拍的變化及問題處置。達產后355-500 線單班產能 16 臺/線、月產約 300 臺（按 21.5 天計算），500-710 線單班產能 12 臺/線（按 21.5天計算）、月產約 250 臺。考慮到產線運行及生產組織的影響，預計年產總約臺量 5000 臺、總容量約 420 萬 kw。

2.2.2 對傳統工藝流程進行優化改進：

通過首席操作師、技師、高級工對裝配各工序進行反復測試，通過計算每個工序所需的時長，考慮到個人能力差異，將所有流程進行優化，重新整合為4個工步：定轉子合裝4小時（改進）、軸承裝配（35-38分鐘）、端蓋裝配（28-35分鐘）、風罩冷卻器裝配（35分鐘），RGV運載車往返一次時長約25分鐘，能適應產線轉運要求。在后續改進中，應致力于通過工裝、工藝方法、工藝技能的提升達到各節拍之間的均衡及工效的提高。

根據現場需求總裝線分為流水線作業模式和非流水線作業模式。其中流水線作業模式將合裝后的電機安裝分為4個步驟，分別在4個工位上完成安裝工作。每個工位工作完成后，通過RGV將物料送到下一個工位。有2條裝配流水線可以同時并行作業;非流水線模式將在一個工位上完成合裝后電機安裝的所有工作，一共8個工位，可以同時并行作業。系統根據MES的調度指令可以切換作業模式，兩種工作模式切換時需清空原產線上的物料。

2.3 定轉子合裝時間長優化改進

2.3.1定、轉子定位合裝配機的設計應用

傳統定轉子合裝是使用專用工裝梨形吊具或套管進行定轉子合裝，需要多人配合，特別是套管抬套轉子時，需要2部吊車同時進行配合，操作繁瑣、效率低下，過程操作不當容易導致定子線圈損傷。

針對上述問題設計了定轉子合裝機，采用臥式半自動裝配，轉子通過激光校準、數字化自動定位，定子通過工作臺水平移動，確保電機定子裝配轉子過程中的合理化、數字化、高效率生產，很好解決了合裝定位繁瑣、標定件過多、效率低等問題。

2.3.2應用中對定轉子合裝進行二次創新和優化

經過多次現場試驗，將合裝流程進行了優化，合并了多道流程，減少了4道多余動作。改進后裝一臺轉子節約2小時，減少了操作者1人。同時將現場標定測量數據改為設計資料輸出，并建立了數據庫，優化后定轉子合裝可以直接調取數據，這樣合裝一臺只需要30-40分鐘。

2.4 軸承裝配不良優化改進

傳統滾柱軸承裝配時，首先是將軸承外圈用銅棒敲入端蓋軸承室，內圈熱套在轉軸上，再吊起端蓋，邊晃動邊將外圈擠壓在內圈上。軸承裝配操作時間長，后續試驗問題多，顯然不能滿足流水線的要求。對軸承裝配進行了全面創新：裝配軸套后，用2件定位螺桿拉緊內蓋，讓軸承套、軸承蓋形成一個整體，通過端蓋與機座的螺桿對稱均勻緊固，將端蓋緩慢拉到位，改進后基本解決了軸承裝配不當導致的系列試驗問題。

2.5端蓋裝配變形大優化改進

傳統工藝裝配端蓋是用吊繩吊起轉子，調正機座與端蓋連接孔，因行車適調精度較低，容易導致端蓋裝配偏心受力變形。對端蓋裝配設計了自動調心工裝，保證兩端端蓋裝配轉子位于中心，同時配備了配有KBK吊掛裝置，可以實現多臺電機同時進行裝配;配有鋰電池電動扳手、自動加脂機、風扇安裝專業工裝等先進設備和工具，增加了錘擊去應力等工藝，改進后，工作者勞動強度明顯改善，端蓋裝配時間由以前的40分鐘降低至20-25分鐘。

2.6 領料時間長優化和改進

為了對裝配零部件物流和存儲進行統籌控制，車間在裝配區南面建立立體庫房。立體庫房由高層貨架、主出線盒存放區、滑動軸承擺放區、下風罩擺放區、配送區、以及檢驗掃碼區組成。打通物資采購、存儲、外委外協件制作，內部配套等物料信息集成渠道，實現物料適時狀態信息傳遞，已排產未成套情況預警，異常情況人工干預調節功能，具體內容有MES生產管理系統的建立、立體庫房機器人掃碼出入庫功能。

2.7智能化控制與管理

2.7.1 數字化終端管理

每個島位配備電腦終端，里面配有數字化管理系統， 與公司生產線配置零部件掃碼系統、ERP生產管理系統、質量大數據系統、PLM等系統實時連接，使產品的裝配質量具有可追溯性。生產線配置零部件掃碼系統（包括：一體式電腦、條碼打印機、掃描槍、批處理條碼PDA等），對定子、轉子、轉軸、端蓋等零部件進行唯一性標識和批次性條碼管理，還包括質量監控、工位上線掃描、工藝參數采集。生產綱領系統：庫存記錄、待料報警、計劃安排、設備監控。智能化看板;顯示圖紙工藝文件、本工位質量狀態、生產節拍和進度及操作人員記錄等信息。

2.7.2質量全生命周期管理

質量大數據系統，全名質量全生命周期管理系統，是湘電打造民品電機產品整個制造鏈全程數字化的質量管控平臺，以質量數據采集、存儲、流程控制為基礎，以產品質量信息全程可追溯為核心，通過質量數據分析與挖掘應用，實現質量信息快捷追溯、數字化的PDCA循環、可視化的反饋控制、工序能力評價、配合調度控制等功能，達到降低產品質量成本、持續提升產品質量品質的目標。系統主要功能包括：

全景質量數據采集、質量信息快捷追溯、質量數據分析應用、可視化的反饋控制、信息化流程管控、持續改進決策支持等。

3 實施過程與結果

通過實踐，車間流水線每40分鐘出一臺電機，2條流水線每天8小時約可以裝配20臺電機，年產量可達5000-6000臺。實施后電機裝配后質量穩定，降低了工作者勞動強度。

4工藝創新

4.1 3D仿真設計? 通過3D軟件進行三維建模和零部件的工藝規劃結果，消除了瓶頸并確保最佳效果。

4.2 工藝裝備創新? 在裝配過程中，采用了合裝配機、轉子抬起浮動支架、轉子尾風扇壓機、鋰電池自動扳手等30多種新工藝裝備，每個工位上配備了顯示屏、掃描槍。

4.3 工藝模塊設計? ?通過將定轉子預裝從總裝配分離，獨立裝配成為一個大部件，后續總裝配就是從轉子套定子開始。通過此次柔性方案的設計過程，模塊化提升了30%。

5結束語

中型電機裝配生產線是公司打造規模化、專業化、信息化的電機研發、產業基地，重點聚焦核核心制造能力建設。配有數字化管理系統， 與公司ERP生產管理系統、質量大數據系統、PDM等系統實時連接，使產品的裝配質量具有可追溯性，可以最大限度的保障產品的裝配質量。