淺談發(fā)動機機械加工生產(chǎn)線工藝規(guī)劃

1、發(fā)動機機械加工生產(chǎn)線工藝規(guī)劃淺談 作者：杜文 工作單位：吉利控股集團 【摘要】隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，本文簡單闡述了發(fā)動機機加線前期規(guī)劃各種考慮因素，結(jié)合國內(nèi)發(fā)動機機加線的發(fā)展趨勢，簡單介紹了剛性線和柔性線兩種類型及各自優(yōu)缺點，著重介紹各類柔性線的布置及特點，并對部分柔性機加線所存在的問題進行分析并提出相關解決措施?！娟P鍵詞】發(fā)動機，機械加工，工藝規(guī)劃，剛性線，柔性線Discussing Craft Plan of the Engine Machine-finishing Production Line Author: Du Wen Unit Name: GEELY HOLDING GRO

2、UP Abstract: Along with the rapid development of the autocar industry in domestic market, the article expatiate diversified considerations briefly during the plan prior period of Engine machine-finishing line, Combined with the domestic developing trend of Engine machine-finishing line, there is a b

3、rief introduction of the type of Flexible Machining Line and their respective advantages and disadvantages. and also analyze the problems of partial Flexible Machining Line,and show the propose solutions same time.Key words: Engine，Machine-finishing，Craft plan，Rigid Machining

4、0;Line Flexible Machining Line1 前言發(fā)動機是汽車的核心，“得發(fā)動機者得天下”，發(fā)動機制造技術也是汽車制造技術的集中體現(xiàn)。一般所說的發(fā)動機加工主要是針對發(fā)動機箱體（缸體、缸蓋）、曲軸、凸輪軸、連桿等5大件進行加工，其余部件外購，然后進行組裝。然而對于一些中小型汽車廠家來說，受投資限制，加工5大件所需的投資費用實在太高，結(jié)合自身實力和市場銷售情況，基本采用兩種供應方式：一、放棄“核心”，不建發(fā)動機廠，所有發(fā)動機外購，減少投資；二、抓住“核心”，建立自己研發(fā)團隊，自建發(fā)動機廠，自制關鍵部件，主要完成對發(fā)動機箱體的機械加工（曲軸、凸輪軸、連桿等委托相

5、關專業(yè)廠家加工）及發(fā)動機總成的裝配、磨合試驗等任務。根據(jù)國內(nèi)各發(fā)動機廠家現(xiàn)狀，下面簡單介紹一下國內(nèi)發(fā)動機機加線前期規(guī)劃及發(fā)展趨勢。2 發(fā)動機機械加工生產(chǎn)線前期規(guī)劃發(fā)動機機械加工生產(chǎn)線（簡稱機加線）規(guī)劃是一項系統(tǒng)性很強的工作，同時也是一門基于經(jīng)驗的學問，在實際操作中需要注意的問題很多。發(fā)動機制造技術的先進性并不是發(fā)動機項目實施和運作成功的必要條件。回顧身邊的例子我們不難發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機項目的成功很少是取決于它是否采用了某項新技術；而在實際生產(chǎn)過程中，也不會因為某把刀具的選擇錯誤而導致整條生產(chǎn)線的失敗。與之相反，很多失敗的例子卻是由于生產(chǎn)線選型失誤、設備選擇錯誤而造成的。由此可見，發(fā)動機機加線前期規(guī)劃

6、才是項目成功與否的關鍵。就在幾年前，發(fā)動機機加線的選型主要是在剛性自動線和柔性CNC加工線之間的選擇。選擇剛性線或柔性線的主要考慮依據(jù)還是產(chǎn)量和產(chǎn)品的變化。通常大批量（一般年產(chǎn)量30萬以上）且較成熟的產(chǎn)品采用剛性線，中小批量或產(chǎn)品潛在變化較大的選擇柔性線。隨著規(guī)劃經(jīng)驗的豐富、規(guī)劃水平的不斷提高以及國際間合作的深入開展，許多汽車公司在選擇發(fā)動機生產(chǎn)線類型時將更多的因素納入到了需要考慮或權衡的范圍內(nèi)，并且漸漸地成為了比產(chǎn)量更為重要的決策依據(jù)。這些因素主要包括：今后產(chǎn)品及其品種發(fā)展規(guī)劃；公司對生產(chǎn)線的柔性要求；生產(chǎn)線被改造的可能性；投資的限制以及公司人員對現(xiàn)有系統(tǒng)的熟悉程度等。剛?cè)嵘a(chǎn)線對比如下：柔

7、性生產(chǎn)線（加工中心）剛性生產(chǎn)線（專機）生產(chǎn)批量適用于中等批量加工適用于大批量加工投資形式一次規(guī)劃、分步實施基本一次投資到位投資風險相對較小相對較大適應品種變化能力較好較差生產(chǎn)線被改造可能性較靈活較困難設備維修簡單困難運行成本較大較小設備開動率較低較高勞動生產(chǎn)率較低較高加工精度整體精度高關鍵尺寸專機精度高計劃管理工作比較復雜比較簡單對工人技術水平的能力較高可低生產(chǎn)線布置較短較長 當前，隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和相關環(huán)境保護要求的提高，為適應市場需求，各企業(yè)都在加速發(fā)動機新技術的研發(fā)并對老產(chǎn)品進行改進，間接加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也加大了對原有生產(chǎn)線技術改造的力度，以實現(xiàn)發(fā)動機機體等主要零件的

8、多品種共線生產(chǎn)。如何實現(xiàn)發(fā)動機機體、缸蓋等主要零件的多品種共線生產(chǎn)一直是發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)技術人員研究的一個課題。生產(chǎn)線被改造的可能性與產(chǎn)品的生命周期、市場預期發(fā)生變化和產(chǎn)品本身發(fā)生變化等決定了選擇柔性線有著明顯優(yōu)勢，并在業(yè)界內(nèi)得到廣泛的推廣和應用，下面僅就柔性CNC加工中心生產(chǎn)線進行簡單介紹。3 柔性生產(chǎn)線類型 目前，各汽車廠家廣泛應用的柔性（CNC加工中心）生產(chǎn)線主要分為三種：規(guī)模相對較小的串行柔性線、規(guī)模相對較大的并行柔性線及最近幾年新出現(xiàn)的專機式柔性線。3.1 串行柔性線圖1-1為年產(chǎn)10萬缸蓋生產(chǎn)線示意圖，可以看到，CNC加工線分為A線和B線，分別由紅色和粉紅色兩色圈示，所有加工中心的節(jié)

9、拍是一致的。兩線并聯(lián)后再同中間的輔機串聯(lián)成整條生產(chǎn)線。圖1-1 串行柔性線串行柔性線的每臺CNC加工中心的加工內(nèi)容是由整條生產(chǎn)線的節(jié)拍所確定的，如果沒有復線的話，每臺CNC設備的設計節(jié)拍都是一致的，加工內(nèi)容必須安排在節(jié)拍內(nèi)完成。為了提高加工中心的利用率，通常在串行柔性線中的CNC加工中心的節(jié)拍規(guī)劃得比系統(tǒng)中的輔機慢一半，而使用CNC設備的復線來補足生產(chǎn)能力。串行柔性線是比較成熟的工藝規(guī)劃模式，在國內(nèi)應用較多，其主要特點是：1. 零件在生產(chǎn)線中的流向相對比較簡單，通常只有A線和B線的區(qū)別；零件的差異性較小，便于質(zhì)量管理和跟蹤；2. 由于節(jié)拍的延長，CNC加工中心的利用率較高；3. 便于實現(xiàn)手動上

10、下料；4. 在單臺CNC加工中心發(fā)生故障時還能維持部分生產(chǎn)；5. 如要實現(xiàn)零件追溯，則追溯系統(tǒng)的投入相對較少，追溯方法簡單。現(xiàn)在許多中小汽車廠家傾向于投資自動線和柔性CNC加工中心組合的剛?cè)嵘a(chǎn)線。關鍵工序采用自動線，以保證加工精度和穩(wěn)定性，而其它工序則采用CNC加工中心。這種方式也是屬于柔性串行生產(chǎn)線的一種，在保證滿足精度要求的前提下，最大程度地增加了柔性。在資金投入上，自動線一般是根據(jù)產(chǎn)量綱領一次投資到位，而CNC加工中心則根據(jù)產(chǎn)量的爬坡計劃進行分期投入，降低了初期項目投資過大的風險。剛?cè)嵘a(chǎn)線可以充分發(fā)揮組合機床和加工中心的各自優(yōu)勢，實現(xiàn)了組合機床的高效率與加工中心柔性化的統(tǒng)一，主要特點

11、如下： 1.突出加工中心機床工序集中的優(yōu)勢，對同一平面上的所有孔都可以在刀庫容量允許的范圍內(nèi)完成加工，不受工件孔距限制，每道工序可以選擇最佳的切削參數(shù)，由于孔的坐標由計算機控制，孔的位置加工精度高于剛性自動線； 2.增加數(shù)控回轉(zhuǎn)臺后，同一夾具可實現(xiàn)工件多方向加工，減少了夾具品種和夾具費用； 3.應對產(chǎn)品改進的周期短，如增加加工工序可通過編程來實現(xiàn)，同樣取消某個工序也可從加工程序中取消，十分方便； 4.這種混線柔性生產(chǎn)線，突出了組合機床在加工氣缸孔、主油道長孔、主軸承孔等特殊工序時的高精度、高效率的優(yōu)勢。隨著高速、準高速加工中心和先進刀具的不斷發(fā)展及其在大批量生產(chǎn)線中的廣泛應用，剛?cè)峤Y(jié)合的生產(chǎn)線

12、以其適應能力強、生產(chǎn)效率高而成為工藝設計的發(fā)展方向，成為了新建生產(chǎn)線和對老生產(chǎn)線進行技術改造的主流思想。吉利發(fā)動機廠機加線除寧波發(fā)動機一廠為完全剛性線外，其余的都是采用剛?cè)峤Y(jié)合的生產(chǎn)線（規(guī)模相對較小的串行半柔性線），因設計綱領都為10萬臺/年，基本都是采用“一次規(guī)劃，分兩次實施”（自動線根據(jù)產(chǎn)量綱領一次投資到位）。3.2 并行柔性線如圖1-2所示，整條線上大部分機床為CNC加工中心，A工位是5臺加工中心，B工位是3臺，C工位是5臺，D工位是4臺；整條線的節(jié)拍是一定的，同工位的加工中心加工內(nèi)容一樣，節(jié)拍也是相同的，但不同工位的加工中心的節(jié)拍不一定相同。為了盡可能多的安排加工內(nèi)容，提高加工中心的利

13、用率，其節(jié)拍應較長。圖1-2 并行柔性線組成單元組成并行柔性線的每臺CNC加工中心的加工內(nèi)容是由實際理想的加工步驟、定位夾緊方式等確定的，組成每道工序的加工中心的節(jié)拍并不完全相同。在確定每道工序的加工內(nèi)容和節(jié)拍后，再根據(jù)整條生產(chǎn)線節(jié)拍的要求確定每道工序需要的CNC加工中心的數(shù)量。并行柔性線的主要特點是：1. 單臺CNC設備的故障對系統(tǒng)的開動率影響很小； 2. 由于單臺設備的節(jié)拍不受限制，故加工工藝過程設計相對完美，CNC加工中心的利用率很高，投資相對較少；3. 生產(chǎn)時如果對某機床進行調(diào)試，對產(chǎn)量的影響較?。?. 與串行柔性線相比，可以通過增加單臺CNC加工中心實現(xiàn)擴能，生產(chǎn)線分期投入的靈活性更

14、大；5. 便于隨行托板的使用，進一步增加了生產(chǎn)的柔性，但手動上下料很難實現(xiàn)；6. 零件在生產(chǎn)線中的流向十分復雜，排列組合的可能性很多，零件追溯系統(tǒng)十分復雜，增加了質(zhì)量管理和跟蹤的難度；近年來，隨著微電子芯片和計算機技術的快速發(fā)展，掃除了零件追溯困難的障礙，使得并行柔性線越來越受到各汽車廠的青睞，特別是歐洲的廠商應用極多。值得一提的是這種并行柔性線特別適合一些加工工藝較簡單，工序較少的工件，如變速器殼體、閥體等。3.3 專機式柔性線專機式柔性線同加工中心與專機組合而成的剛?cè)嵘a(chǎn)線并不是一個概念，專機式柔性線最主要特點是采用的加工中心是專機式加工中心，其構造結(jié)合了自動線和加工中心的特點，將機床轉(zhuǎn)化

15、為一個獨立的加工單元。消除了專機與加工中心之間的對立，彌補了專機和加工中心之間的鴻溝，是以加工中心和專機的組合形式來加工工件的一種新工藝。專機式加工中心用一個旋轉(zhuǎn)的C軸來裝夾工件，夾具與專機線或加工中心的類似。在夾具上的工件可以在X、Y、Z軸間作軸向移動，也可以作旋轉(zhuǎn)。刀具主軸在夾具周圍以U型布置，切削時工件向刀具運動。專機式加工中心的軸數(shù)比專機要少，使得它更簡單、可靠。因為減少了換刀時間，生產(chǎn)能力要比加工中心高。它的初期投資和運轉(zhuǎn)周期都要低一些。其它優(yōu)點還包括占地面積小，減少庫存、安裝和公用設施費用和零件輸送費用等。4 目前發(fā)動機柔性生產(chǎn)線前期規(guī)劃存在的問題 由于受產(chǎn)品更新?lián)Q代加速的壓力，自

16、2000年后，中國國內(nèi)建設的發(fā)動機廠基本上都采用柔性或半柔性的加工方案，尤其最近建立的發(fā)動機廠柔性化水平高達80%。下面著重就國內(nèi)發(fā)動機柔性生產(chǎn)線的建設及水平等方面進行分析。4.1 投資時間難以把握一個發(fā)動機項目從規(guī)劃到投產(chǎn)至少需要一年半到兩年時間，隨著目前發(fā)動機新技術的不斷推廣，各企業(yè)研發(fā)進程普遍加快，何時投資建廠成了最初研究討論的重要話題。為減少投資風險，部分企業(yè)在新產(chǎn)品定型后，根據(jù)目前市場需求及相關預測信息，結(jié)合自身實力一切考慮周全后才正式啟動建廠項目；有些企業(yè)為搶占先機，盡早贏得市場，采取提前建廠與研發(fā)保持同步的措施。兩者各有優(yōu)缺點，前者投資風險較小，前期規(guī)劃工作相對來說較容易，但是由

17、于發(fā)動機新技術更新普及較快，市場需求也時刻在變化，等新產(chǎn)品定型后再投資建廠則可能跟不上市場需求的步伐，很有可能在新產(chǎn)品剛投產(chǎn)沒多長時間，便面臨著淘汰的危機。后者搶占市場的幾率較高，但是風險也相對較大。由于新產(chǎn)品還未完全定型，后期市場需求也并不明確，研發(fā)和建廠也很難做到真正同步，這就給早期的規(guī)劃工作帶來很多困難。身邊也有過建廠與研發(fā)同步，最后產(chǎn)品雖然研發(fā)成功，但與新車型不匹配，造成巨大的投資浪費的案例。不管何時下手，公司在經(jīng)營上都要求生產(chǎn)線具有相當?shù)娜嵝?，以便在市場突變時能夠以最快的速度響應這種變化，此時第二個問題也就出現(xiàn)了。4.2 國內(nèi)柔性生產(chǎn)線柔性水平普遍較低，工藝規(guī)劃受束縛 隨著國內(nèi)汽車行

18、業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)為了降低投資風險，提高資金利用率，設備也是盡量國產(chǎn)化，由于國內(nèi)相關設備廠家的技術水平和國外還有很大差距，缸體、缸蓋上一些加工精度要求特別高的關鍵尺寸，國產(chǎn)加工中心很難保證，只有采用專機或進口加工中心。目前國內(nèi)一些中小型汽車生產(chǎn)廠家在這方面的經(jīng)驗比較欠缺，此時剛?cè)峤Y(jié)合式生產(chǎn)線（一般年產(chǎn)10萬臺）也就成了最經(jīng)濟、最省錢，最受歡迎的選擇。剛?cè)峤Y(jié)合式生產(chǎn)線屬于串行柔性線的一種改進，串行柔性線的組成單元一般都是加工中心，為提高加工中心利用率，單臺加工中心加工內(nèi)容一般編排較多，節(jié)拍也就相對較長，而串行柔性線一般只有A、B兩線，因此總的節(jié)拍也就能提高一倍，這就間接制約了其擴能能力，并且在初

19、期只有單線時，受單臺設備影響較大，而設備在進廠前兩年故障率最高，所以前期造成停線的風險很大。這對于一個想搶占先機，盡早贏得市場的中小型企業(yè)來說未必不是一個致命的潛在危機。此外，國內(nèi)采用的剛?cè)峤Y(jié)合式生產(chǎn)線其實柔性化水平普遍很低，一般只適應同類型（發(fā)動機箱體變化不大）不同品種（排量、配置等）的共線加工，一旦產(chǎn)品類型變化較大，要做到共線生產(chǎn)就很困難。這就是產(chǎn)品研發(fā)和工藝研發(fā)不同步，導致發(fā)動機廠家在前期工藝規(guī)劃時無法考慮周全，加上國內(nèi)設備廠家技術水平也相對落后所造成。既然這種剛?cè)峋€間接束縛了企業(yè)的快速成長，并制約了國內(nèi)生產(chǎn)線柔性化水平的提高，那為何遲遲沒有被其他類型柔性線所取代？問題三便要揭開此原因。

20、4.3 國內(nèi)發(fā)動機廠家忽略對產(chǎn)品工藝的研發(fā)，過多依賴設備廠家對于一個正在發(fā)展壯大的企業(yè)來說，投資的風險性、生產(chǎn)線的擴能能力、多品種共線生產(chǎn)能力（柔性）等才應該是其早期工藝規(guī)劃重點考慮的因素。通過對比前面三種柔性線，不難看出，并行柔性線才是最適合國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也是以后國內(nèi)發(fā)動機生產(chǎn)線的一種發(fā)展趨勢。然而為什么這么好的一種柔性線在國內(nèi)卻遲遲未普及？最主要的原因個人覺得還是因為國內(nèi)發(fā)動機生產(chǎn)工藝水平?jīng)]有跟上發(fā)動機新技術研發(fā)的步伐，而這種并行柔性線是建立在一套成熟的生產(chǎn)工藝基礎之上。目前國內(nèi)很多汽車廠家往往只關注產(chǎn)品研發(fā)，卻忽略了對產(chǎn)品工藝的研發(fā)。由于缺少比較有經(jīng)驗的工藝人員，為減輕工作負擔，普遍

21、采取將加工工藝的制定工作轉(zhuǎn)交給設備廠家，由設備廠家根據(jù)圖紙設計完成，這對于汽車廠家來說似乎是化被動為主動，然而恰恰相反。設備廠家當然不會花過多精力去研究最適合該產(chǎn)品的成熟工藝，他們只需要根據(jù)以往經(jīng)驗重復編寫差不多的加工工藝。加工過程中所選用的刀具類型，材料基本也是由設備廠家提供，為保證設計節(jié)拍，提高切削速度，設備廠家往往在設計中的瓶頸工序選擇刀具材料較好的進口刀具，而企業(yè)為減低制造成本，批量生產(chǎn)過程中盡量采用通用便宜的國產(chǎn)刀具，這也就是為什么生產(chǎn)線在進廠前預驗收節(jié)拍都達標，等進廠大批量生產(chǎn)后卻或多或少出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象，難以跟上前期節(jié)拍的原因之一。目前這種現(xiàn)狀就直接制約了國內(nèi)發(fā)動機生產(chǎn)工藝水平的提高，間接阻礙了設備廠家制造水平的提高，根本原因就在于缺少前期的發(fā)動機生產(chǎn)工藝及設備規(guī)劃。而國外的汽車廠家如通用、豐田、福特、現(xiàn)代等通過本土和海外建立大量的加工廠，積累了非常多的經(jīng)驗，他們不僅有產(chǎn)品研發(fā)，更為重要的是他們都有加工工藝研發(fā)，他們能夠在非常短的時間內(nèi)設計出46套不同的方案，為達到工藝方案要求，設備廠家就必須不斷追求更高更好的制造技術，以適應工藝需求，雙方也就真正做到合作雙贏的目的。因此國外發(fā)動機生產(chǎn)線自動化柔性化水平更高，早期規(guī)劃也就顯得更加靈活。4.4 解決問題所采取措施以上探討的幾個問題，與汽車廠家和設