发动机机械加工生产线工艺规划浅谈.doc

发动机机械加工生产线工艺规划浅谈【摘 要】随着国内汽车行业的迅猛发展，本文简单阐述了发动机机加线前期规划各种考虑因素，结合国内发动机机加线的发展趋势，简单介绍了各柔性线类型及各自优缺点，对部分柔性机加线所存在的问题进行分析并提出相关解决措施。【关键词】发动机 机械加工 柔性线Discussing Craft Plan of the Engine Machine-finishing Production LineAbstract: Along with the rapid development of the car industry in domestic market, the article expatiates 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 brief 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 at the same time.Key words: Engine; Machine&finishing; Flexible Machining Line1 前言发动机是汽车的心脏，“得发动机者得天下”，发动机制造技术也是汽车制造技术的集中体现。一般所说的发动机加工主要是针对发动机箱体（缸体、缸盖）、曲轴、凸轮轴、连杆等5大件进行加工，其余部件外购，然后进行组装。然而对于一些中小型汽车厂家来说，受投资限制，加工5大件所需的投资费用实在太高，结合自身实力和市场销售情况，基本采用两种投资方式：一、放弃“核心”，不建发动机厂，所有发动机外购，减少投资；二、抓住“核心”，建立自己研发团队，自建发动机厂，自制关键部件，主要完成对发动机箱体的机械加工（曲轴、凸轮轴、连杆等委托相关专业厂家加工）及发动机总成的装配、磨合试验等任务。根据国内各发动机厂家现状，下面简单介绍一下国内发动机机加线前期规划及发展趋势。2 发动机机械加工生产线前期规划发动机机械加工生产线（简称机加线）规划是一项系统性很强的工作，同时也是一门基于经验的学问，在实际操作中需要注意的问题很多。发动机制造技术的先进性并不是发动机项目实施和运作成功的必要条件。回顾身边的例子我们不难发现，发动机项目的成功很少是取决于它是否采用了某项新技术；而在实际生产过程中，也不会因为某把刀具的选择错误而导致整条生产线的失败。与之相反，很多失败的例子却是由于生产线选型失误、设备选择错误而造成的。由此可见，发动机机加线前期规划才是项目成功与否的关键。就在几年前，发动机机加线的选型主要是在刚性自动线和柔性CNC加工线之间的选择。选择刚性线或柔性线的主要考虑依据还是产量和产品的变化。通常大批量（一般年产量30万以上）且较成熟的产品采用刚性线，中小批量或产品潜在变化较大的选择柔性线。随着规划经验的丰富、规划水平的不断提高以及国际间合作的深入开展，许多汽车公司在选择发动机生产线类型时将更多的因素纳入到了需要考虑或权衡的范围内，并且渐渐地成为了比产量更为重要的决策依据。这些因素主要包括：今后产品及其品种发展规划；公司对生产线的柔性要求；生产线被改造的可能性；投资的限制以及公司人员对现有系统的熟悉程度等。刚柔生产线对比如表1所示：表1 柔性生产线与刚性生产线对比表柔性生产线（加工中心）刚性生产线（专机）生产批量适用于中等批量加工适用于大批量加工投资形式一次规划、分步实施基本一次投资到位投资风险相对较小相对较大适应品种变化能力较好较差生产线被改造可能性较灵活较困难设备维修简单困难运行成本较大较小设备开动率较低较高劳动生产率较低较高加工精度整体精度高关键尺寸专机精度高计划管理工作比较复杂比较简单对工人技术水平的能力较高可低生产线布置较短较长当前，随着我国汽车工业的迅猛发展和相关环境保护要求的提高，为适应市场需求，各企业都在加速发动机新技术的研发并对老产品进行改进，间接加快了产品的更新换代，同时也加大了对原有生产线技术改造的力度，以实现发动机机体等主要零件的多品种共线生产。如何实现发动机机体、缸盖等主要零件的多品种共线生产一直是发动机生产企业技术人员研究的一个课题。生产线被改造的可能性与产品的生命周期、市场预期发生变化和产品本身发生变化等都有着密切的关系。下面仅就柔性CNC加工中心生产线进行简单介绍。3 柔性生产线类型 目前，各汽车厂家广泛应用的柔性（CNC加工中心）生产线主要分为三种：规模相对较小的串行柔性线、规模相对较大的并行柔性线及最近几年新出现的专机式柔性线。3.1 串行柔性线串行柔性线的每台CNC加工中心的加工内容是由整条生产线的节拍所确定的，如果没有复线的话，每台CNC设备的设计节拍都是一致的，加工内容必须安排在节拍内完成。为了提高加工中心的利用率，通常在串行柔性线中的CNC加工中心的节拍规划得比系统中的辅机慢一半，而使用CNC设备的复线来补足生产能力。图1为年产10万缸盖生产线示意图，可以看到，CNC加工线分为A线和B线，分别由红色和粉红色两色圈示，所有加工中心的节拍是一致的。两线并联后再同中间的辅机串联成整条生产线。图1 串行柔性线串行柔性线是比较成熟的工艺规划模式，在国内应用较多，其主要特点是：1） 零件在生产线中的流向相对比较简单，通常只有A线和B线的区别；零件的差异性较小，便于质量管理和跟踪；2） 由于节拍的延长，CNC加工中心的利用率较高；3） 便于实现手动上下料；4） 在单台CNC加工中心发生故障时还能维持部分生产；5） 如要实现零件追溯，则追溯系统的投入相对较少，追溯方法简单。现在许多中小汽车厂家倾向于投资自动线和柔性CNC加工中心组合的刚柔生产线。关键工序采用自动线，以保证加工精度和稳定性，而其它工序则采用CNC加工中心。这种方式也是属于柔性串行生产线的一种，在保证满足精度要求的前提下，最大程度地增加了柔性。在资金投入上，自动线一般是根据产量纲领一次投资到位，而CNC加工中心则根据产量的爬坡计划进行分期投入，降低了初期项目投资过大的风险。刚柔生产线可以充分发挥组合机床和加工中心的优势，实现了组合机床的高效率与加工中心柔性化的统一，主要特点如下： 1）突出加工中心机床工序集中的优势，对同一平面上的所有孔都可以在刀库容量允许的范围内完成加工，不受工件孔距限制，每道工序可以选择最佳的切削参数，由于孔的坐标由计算机控制，孔的位置加工精度高于刚性自动线； 2）增加数控回转台后，同一夹具可实现工件多方向加工，减少了夹具品种和夹具费用； 3）应对产品改进的周期短，如增加加工工序可通过编程来实现，同样取消某个工序也可从加工程序中取消，十分方便； 4）这种混线柔性生产线，突出了组合机床在加工气缸孔、主油道长孔、主轴承孔等特殊工序时的高效率的优势。随着高速、准高速加工中心和先进刀具的不断发展及其在大批量生产线中的广泛应用，刚柔结合的生产线以其适应能力强、生产效率高而成为工艺设计的发展方向，成为了新建生产线和对老生产线进行技术改造的主流思想。吉利发动机厂机加线除宁波发动机一厂为完全刚性线外，其余的都是采用刚柔结合的生产线（规模相对较小的串行半柔性线），因设计纲领都为10万台/年，基本都是采用“一次规划，分两次实施”（自动线根据产量纲领一次投资到位）。3.2 并行柔性线组成并行柔性线的每台CNC加工中心的加工内容是由实际理想的加工步骤、定位夹紧方式等确定的，组成每道工序的加工中心的节拍并不完全相同。在确定每道工序的加工内容和节拍后，再根据整条生产线节拍的要求确定每道工序需要的CNC加工中心的数量。如图2所示，整条线上大部分机床为CNC加工中心，A工位是5台加工中心，B工位是3台，C工位是5台，D工位是4台；整条线的节拍是一定的，同工位的加工中心加工内容一样，节拍也是相同的，但不同工位的加工中心的节拍不一定相同。为了尽可能多的安排加工内容，提高加工中心的利用率，其节拍应较长。图2 并行柔性线组成单元并行柔性线的主要特点是：1） 单台CNC设备的故障对系统的开动率影响很小； 2） 由于单台设备的节拍不受限制，故加工工艺过程设计相对完美，CNC加工中心的利用率很高，投资相对较少；3）生产时如果对某机床进行调试，对产量的影响较小；4） 与串行柔性线相比，可以通过增加单台CNC加工中心实现扩能，生产线分期投入的灵活性更大；5）便于随行托板的使用，进一步增加了生产的柔性，但手动上下料很难实现；6） 零件在生产线中的流向十分复杂，排列组合的可能性很多，零件追溯系统十分复杂，增加了质量管理和跟踪的难度；近年来，随着微电子芯片和计算机技术的快速发展，扫除了零件追溯困难的障碍，使得并行柔性线越来越受到各汽车厂的青睐，特别是欧洲的厂商应用极多。值得一提的是这种并行柔行线特别适合一些加工工艺较简单，工序较少的工件，如变速器壳体、阀体等。3.3 专机式柔性线专机式柔性线与加工中心与专机组合而成的刚柔生产线并不是一个概念，专机式柔性线最主要特点是采用的加工中心是专机式加工中心，其构造结合了自动线和加工中心的特点，将机床转化为一个独立的加工单元。消除了专机与加工中心之间的对立，弥补了专机和加工中心之间的鸿沟，是以加工中心和专机的组合形式来加工工件的一种新工艺。专机式加工中心用一个旋转的C轴来装夹工件，夹具与专机线或加工中心的类似。在夹具上的工件可以在X、Y、Z轴间作轴向移动，也可以作旋转。刀具主轴在夹具周围以U型布置，切削时工件向刀具运动。刀具包括铣、多轴主轴箱，甚至还包括有车削等工序。专机式加工中心的轴比专机要少，使得它更简单、可靠。因为减少了换刀时间，生产能力要比加工中心高。它的初期投资和运转周期都要低一些。其它优点还包括占地面积小，减少库存、安装和公用设施费用和零件输送费用等。4 目前发动机柔性生产线前期规划存在的问题由于受产品更新换代加速的压力，自2000年后，中国国内建设的发动机厂基本上都采用柔性或半柔性的加工方案，尤其最近建立的发动机厂柔性化水平高达80%。下面就注重讨论国内发动机柔性生产线的现状及存在的问题。4.1投资时间难以把握一个发动机项目从规划到投产至少需要一年半到两年时间，随着目前发动机新技术的不断推广，各企业研发进程普遍加快，何时投资建厂成了最初研究讨论的重要话题。为减少投资风险，部分企业在新产品定型后，根据目前市场需求及相关预测信息，结合自身实力一切考虑周全后才正式启动建厂项目；有些企业为抢占先机，尽早赢得市场，采取提前建厂与研发保持同步的措施。两者各有优缺点，前者投资风险较小，前期规划工作相对来说较容易，但是由于发动机新技术更新普及较快，市场需求也时刻在变化，等新产品定型后再投资建厂则可能跟不上市场需求的步伐，很有可能在新产品刚投产没多长时间，便面临着淘汰的危机。后者抢占市场的几率较高，但是风险也相对较大。由于新产品还未完全定型，后期市场需求也并不明确，研发和建厂也很难做到真正同步，这就给早期的规划工作带来很多困难。身边也有过建厂与研发同步，最后产品虽然研发成功，但与新车型不匹配，造成巨大的投资浪费的案例。不管何时下手，公司在经营上都要求生产线具有相当的柔性，以便在市场突变时能够以最快的速度响应这种变化，此时第二个问题也就出现了。4.2 国内柔性生产线柔性水平普遍较低，工艺规划受束缚 随着国内汽车行业的快速发展，企业为了降低投资风险，提高资金利用率，设备也是尽量国产化，由于国内相关设备厂家的技术水平和国外还有很大差距，缸体、缸盖上一些加工精度要求特别高的关键尺寸，国产加工中心很难保证，只有采用专机或进口加工中心。目前国内一些中小型汽车生产厂家在这方面的经验比较欠缺，此时刚柔结合式生产线（一般年产10万台）也就成了最经济、最省钱，最受欢迎的选择。刚柔结合式生产线属于串行柔性线的一种变更，串行柔性线的组成单元一般都是加工中心，为提高加工中心利用率，单台加工中心加工内容一般编排较多，节拍也就相对较长，而串行柔性线一般只有A、B两线，因此总的节拍也就能提高一倍，这就间接制约了其扩能能力，并且在初期只有单线时，受单台设备影响较大，而设备在进厂前两年故障率最高，所以前期造成停线的风险很大。这对于一个想抢占先机，尽早赢得市场的中小型企业来说未必不是一个致命的潜在危机。此外，国内采用的刚柔结合式生产线其实柔性化水平普遍很低，一般只适应同类型（发动机箱体变化不大）不同品种（排量、配置等）的共线加工，一旦产品类型变化较大，要做到共线生产就很困难。这就是产品研发和工艺研发不同步，导致发动机厂家在前期工艺规划时无法考虑周全，加上国内设备厂家技术水平也相对落后所造成。既然这种刚柔线间接束缚了企业的快速成长，并制约了国内生产线柔性化水平的提高，那为何迟迟没有被其他类型柔性线所取代？问题三便要揭开此原因。4.3 国内发动机厂家忽略对产品工艺的研发，过多依赖设备厂家对于一个正在发展壮大的企业来说，投资的风险性、生产线的扩能能力、多品种共线生产能力（柔性）等才应该是其早期工艺规划重点考虑的因素。通过对比前面三种柔性线，不难看出，并行柔性线才是最适合国内汽车产业发展，也是以后国内发动机生产线的一种发展趋势。然而为什么这么好的一种柔性线在国内却迟迟未普及？最主要的原因个人觉得还是因为国内发动机生产工艺水平没有跟上发动机新技术研发的步伐，而这种并行柔性线是建立在一套成熟的生产工艺基础之上。目前国内很多汽车厂家往往只关注产品研发，却忽略了对产品工艺的研发。由于缺少比较有经验的工艺人员，为减轻工作负担，普遍采取将加工工艺的制定工作转交给设备厂家，由设备厂家根据图纸设计完成，这对于汽车厂家来说似乎是化被动为主动，然而恰恰相反。设备厂家当然不会花过多精力去研究最适合该产品的成熟工艺，他们只需要根据以往经验重复编写差不多的加工工艺。加工过程中所选用的刀具类型，材料基本也是由设备厂家提供，为保证设计节拍，提高切削速度，设备厂家往往在设计中的瓶颈工序选择刀具材料较好的进口刀具，而企业为减低制造成本，批量生产过程中尽量采用通用便宜的国产刀具，这也就是为什么生产线在进厂前预验收节拍都达标，等进厂大批量生产后却或多或少出现瓶颈现象，难以跟上前期节拍的原因之一。目前这种现状就直接制约了国内发动机生产工艺水平的提高，间接阻碍了设备厂家制造水平的提高，直接束缚了国内发动机生产线的早期规划。而国外的汽车厂家如通用、丰田、福特、现代等通过本土和海外建立大量的加工厂，积累了非常多的经验，他们不仅有产品研发，更为重要的是他们都有加工工艺研发，他们能够在非常短的时间内设计出46套不同的方案，为达到工艺方案要求，设备厂家就必须不断追求更高更好的制造技术，以适应工艺需求，双方也就真正做到合作双赢的目的。因此国外发动机生产线自动化柔性化水平更高，早期规划也就显得更加灵活。4.4解决问题所采取措施以上探讨的几个问题，与汽车厂家和设备厂家都有着紧密相联的关系。要想摆脱现状，国内汽车厂家应该重视对发动机工艺的研发并加强对相关工艺人员的培养；国内设备制造厂家不能安于现状，应该向国外相关设备厂家学习，要不断提高其制造技术水平。这需要两者互相配合，共同进步，才能真正做到合作双赢，中国的发动机制造技术才能更好发展。当然，柔性化和加工工序的高度集中以及较高的智能化管理水平必然对系统控制、加工机床、相关辅助设备以及生产技术管理等提出更高的要求。因此，要将当前主要应用于多品种、中小批量生产的柔性制造技术扩展到多品种、大批量生产领域，必须在决策理论和应用成果取得实质性进展的基础上，使诸多关键技术的成套性、适应性和可靠性不断有所突破，同时企业自身也要不断提高管理水平和员工素质。5 结论 企业在行业中的地位，即企业在行业中的生存能力。如果企业必须在这个行业生存，而且有生存下去的能力，那么在当今技术发展的条件下，采用柔性生产线就成为生存和发展的必然要素。要想国内相关汽车厂家在世界汽车行业中占据龙头地位，首先必须提高国内发动机制造技术水平。希望国内各汽车厂家（特别是那些拥有自主研发团队的民族自主品牌企业）在加速对发动机工艺的研发同时，加强培养高素质高水平的技术、管理人才。尽早摆脱投资限制，避免重复复制一些柔性化水平并不高的常规生产线，尽快建立起适合自己的高水平、高质量、高柔性的发动机生产线，从而更好推动我国发动机制造技术的快速发展。 参考文献1 高海晨，现代企业管理M，机械工业出版社，2004。2 上海通用汽车有限公司 黄子尧，浅谈发动机机加工系统的早期规划。3 上海柴油机股份有限公司 肖卫华、袁海群 ，大批量生产制造系统的柔性化。 4 上海华普发动机有限公司 金延安 ，缸体柔性生产线工艺规划。此类已序列化的对象将不再与以后的 Swing 版本兼容。当前的序列化支持适合在运行相同 Swing 版本的应用程序之间短期存储或 RMI。从 1.4 版开始，已在 java.beans 包中加入对所有 JavaBeansTM 的长期存储支持。请参见 XMLEncoder。引用类型和原始类型的行为完全不同，并且它们具有不同的语义。引用类型和原始类型具有不同的特征和用法，它们包括：大小和速度问题，这种类型以哪种类型的数据结构存储，当引用类型和原始类型用作某个类的实例数据时所指定的缺省值。对象引用实例变量的缺省值为 null，而原始类型实例变量的缺省值与它们的类型有关。当JAVA程序违反了JAVA的语义规则时，JAVA虚拟机就会将发生的错误表示为一个异常。违反语义规则包括2种情况。一种是JAVA类库内置的语义检查。例如数组下标越界,会引发IndexOutOfBoundsException;访问null的对象时会引发NullPointerException。另一种情况就是JAVA允许程序员扩展这种语义检查，程序员可以创建自己的异常，并自由选择在何时用throw关推动了Web的迅速发展，常用的浏览器现在均支持