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發動機裝配生產線與輸送線工藝規程的優化

發動機生產線工藝規程的優化是一個不斷完善的過程,生產企業應盡可能地將零部件在線外分裝成輸送線總成,縮短裝配線裝配時間節拍,提高效率。

目前,隨著國家對汽車行業振興規劃的出臺,國內汽車銷售出現井噴現象,國內大多數發動機主機廠都在對發動機裝配線進行更新改造,提升產品等級,多則投資上億采用奢侈豪華型,少則投資上千萬采用簡單輸送線型。但無論哪種類型的生產線,都必須以生產效率和是否滿足質量要求為最終考核依據。

下面就一條單班年產5萬臺發動機的裝配線改造為例,對工藝規程、時間節拍和控制設備等方面的優化和改進進行詳細介紹。

發動機裝配線
1、改造及優化前的狀況
(1)工藝方面:該裝配線平面為環行布置,總長80M,共設置工位28個,每個工位間距1M,共設置關鍵工位5個,對配合間隙、力矩進行在線控制,線體旁邊設置大小不一的固定料架20多個。其中,曲軸箱、飛輪和變速器等工位上線裝配采用500KG單臂吊人工吊裝,時間節拍難以保證。
(2)時間節拍:由于前期未對整個生產線及外涉接口進行通盤考慮,在時間節拍上未達到均衡生產,庫存積壓較多,周轉時間慢,從而導致制作了大量的成品盛具車、轉運托盤,耗時加班等以應對生產。
(3)控制設備:在過程中對關鍵工位質量參數的控制上,多采用比較原始的扳手人工控制及最后的熱試檢查。比如:缸蓋螺栓力矩用力矩扳手人工控制、軸向間隙采用百分表或者塞尺等,對一般工位力矩控制采用氣動風槍預緊,再由人工用力矩扳手控制,造成力矩一致性較差,間節拍難以控制;對壓裝零部件多采用手動壓裝,這就造成產品合格率不高、返工量大,增加制造成本。
(4)總成分裝:一條缸蓋及活塞、連桿總成分裝線進行分裝,其余零部件在流水線上完成裝配。
總之,在未對其進行改造前,發動機總裝線分裝零部件較少,有兩條分裝線及工作臺,其余零部件在總裝線上裝配完成,生產效率低下,質量控制難度加大。最大的缺陷是未設置返修段和返修工位。

2、裝配線改造及優化
在考慮發動機裝配線改造時,首先應考慮裝配線的工位設置和平面布置,平面布置時主裝配線、分裝線及工位器具布置是否合理并保證物流暢通,作環型水平布置,保證裝配線便于維修。裝配線必須設置返修段和返修工位,另外還要進行模塊化設計,并且在工藝設計時保證各工位之間的工時平衡;應有分裝工位工件與主線發動機的對應關系及通暢的信息傳遞;裝配線及其設備中的運動單元(如上升、下降、移動和迥轉等)運行平穩可靠;裝配線手動操作工位都必須設有托盤防退裝置,以確保作業的方便性;托盤放行采用腳踏開關來實現;裝配線手動操作工位必須設有求救開關及工位離線開關;當托盤退出裝配線時,返修通道要有返修指示信號燈,提示相關人員來處理。基于以上考慮,我們對原裝配線進行了顛覆性的改造,在工藝平面布置、控制設備及物流等方面都進行了重新規劃及改造。
(1)發動機裝配線結構形式的改造
裝配線采用可互換的標準段構成,工位平均間距設置為2M(可根據不同的型式進行增減),裝配線輸送速度約在10~20M/MIN。裝配線托盤以現有具體的主力機型為主,再兼顧今后拓展機型發動機。在不需對托盤做較大調整的情況下,通過調整托盤支撐點就能滿足裝配要求;對托盤擋停器布置及控制要求在自動設備工位的擋停器具有互鎖功能,防止誤操作損壞設備;輸送線及設備自動控制系統發生故障時,配置了手工操作的功能,裝配線手動工位工件對輥道累計定位精度要求控制在±3MM范圍內,需要二次定位的半自動工位及自動工位工件對設備的定位精度要求控制在±0.2MM范圍內。輸送線電控柜管線走向要方便維修,管線布置應整齊、牢固和無顫動,輸送線的驅動電機采用聯掛方式,由一根總線至控制柜,在托盤上安裝ID卡,通過讀寫頭對重要及關鍵數據進行數據的采集、交換。
(2)工藝改造
裝配線設置為環行布置,總長160M,共設置工位78個,其中10余個關鍵工位,關鍵工位質量參數全部采用專用設備控制,比如擰緊機、氣門間隙測量機和靜扭矩測量等。
線體旁設置活動盛件車,取代先前的固定料架,方便了物流發料,拓寬了物流通道,對裝配線的作業指導書按員工的操作習慣變更為手順書,對每一步作業時間節拍進行了規定;在線體旁設置了活塞連桿分裝線、機油泵、進排氣歧管和缸蓋罩等工作臺10余個,在原來的基礎上增加8個,基本達到了在總裝配線上不裝配單個零部件,提高了生產效率;對缸體、變速器和飛輪等較重的零部件采用機械手抓舉或者平衡吊上線,減輕了人員勞動強度;對原缸蓋分裝線的改造則采用總線控制結構的非同步柔性輸送線,直線布置,裝配線由可互換的標準段構成,分裝線上的工具設置在線體旁布置,操作安全方便,托盤設計不帶回轉臺,缸蓋分裝夾具對缸蓋的定位精度控制在±0.3MM范圍內。
(3)信息傳遞系統的改造
信息傳遞系統的改造,涵蓋了主機廠的幾大工藝車間:從車身進入焊接車間到整車裝配下線的每一個節點的時間節拍,都可在信息傳遞系統上查閱,以便發動機裝配車間根據實際情況調整作業計劃,降低庫存實現直供。根據以上情況,發動機裝配線改進了時間節拍信息的取樣點,由以前取樣點選擇在車身進入焊接車間開始,經過涂裝,再到總裝車間發動機上線工位為止所耗費的總時間來設置發動機裝配線的時間節拍,改為將取樣點信息選擇在車身進入涂裝車間上線處,經涂裝區、返工區,再到汽車總裝線發動機工位所需要的總時間節拍,與發動機裝配線完成裝配經測試合格的時間節拍一致,可實現發動機直供,降低庫存。時間節拍的平衡是指工位與工位之間或控制設備之間消耗時間盡量一致并控制在10%~20%范圍內,這樣每個工位在節拍(即相鄰兩產品通過裝配線尾端的間隔時間)內都處于繁忙狀態,完成最大的工作量,從而使各工位的閑置時間最少。

時間節拍
(1)零部件清洗時間T1。發動機上有幾百個零部件,按裝配要求及重要程度在裝配現場清洗的零部件有十幾種,其時間應涵蓋將清洗零部件轉運至存區時間,其余的零部件要求供應商保證清潔度,直接裝配使用。因此,T1=零部件清洗時間+零部件轉運時間。
(2)發動機裝配時間T2。T2=工位裝配時間×工位數+特殊情況停線時間。
(3)發動機運輸至熱試的時間T3。
(4)熱試終檢時間T4。
(5)熱試完畢運輸至總裝暫存區時間T5。
(6)生產部門下達計劃的時間T6。
(7)物流備料時間T7。

發動機裝配線控制設備
1、測量設備的改造
(1)曲軸軸向間隙及靜扭矩測量機。主軸承蓋擰緊后要對曲軸回轉扭矩與軸向間隙進行檢測,活塞、連桿裝配完后對曲軸回轉扭矩進行檢測。增添該設備可自動對曲軸回轉扭矩與軸向間隙進行檢測,具有故障聲光報警、自動停機功能。以前對該項目參數的檢測主要是通過百分表和力矩扳手完成,效率低下。
(2)氣門鎖片拍打機。增添該設備能自動檢查鎖片是否壓裝到位及鎖片是否漏裝。該設備具有故障報警、自動停機以及自動與手動控制功能,避免人工用榔頭敲擊檢查帶來的質量隱患。
(3)凸輪軸測量機。該設備能自動測量凸輪軸軸頸與基圓直徑以及氣門桿頂部與凸輪軸基圓間隙,操作員工可直接按設備面板顯示對氣門間隙進行調整。

2、試漏設備的改造
一般在線檢測試漏,主要是對進、排氣系統和水、油道等進行試漏檢查,對發動機裝配完成后的總成未作要求。經過我們對發動機漏氣現象的觀察統計,即使在線檢測過程中未出現漏氣現象,但在完成發動機總成裝配后也會出現了漏氣現象,因此有必要增加對總成漏氣現象的檢測,也可根據零部件質量狀況及在生產節拍許可的情況下,適當增減試漏設備。

3、擰緊設備的改造
通過我們對工藝參數的分析以及對關鍵工位的擰緊機進行的更新改造,對曲軸、缸蓋飛輪和凸輪軸等工位質量參數的控制全部采用自動擰緊機控制,并對其提出如下要求:(1)具有操作模式轉換開關,方便操作。(2)自動擰緊機具有自動升降、認帽、擰緊、移位及退出功能。(3)自由轉數,低速、認帽轉速和反轉轉速,可通過數字調整每個軸及扭矩種類。(4)自動擰緊機每個扭緊軸的輔具能串接扭矩校正儀的接桿,以便工作時校正每個軸的扭矩;具有角度控制、扭矩監視功能或扭矩控制、角度監視功能;具有工作狀態顯示功能和擰緊計數防漏擰緊功能。(5)擰緊扭矩時擰緊工具應具有充分的裕量(≥20%);記錄擰緊的次數和結果(扭矩和角度)。

總線控制
裝配總線控制采用分布控制和局域網絡工作的方式:裝配線分別配置單獨的主控PLC控制裝配輸送線及線上所有設備的運行,負責和其他分線主控PLC的信息交換等;每個操作工位都要求設置接入/切除(即停止器常開/常關)的選擇按鈕,以方便完成不同機型、不同條件下的裝配;對有缺陷的裝配,除非人工干預,否則應停止在工位上等待處理;控制系統要保證整條生產線的實用性、高可靠性和易維護性,保證互鎖嚴密,杜絕人工誤操作。

裝配線的急停控制:在線上,有危險的部位、間隔一定距離的空工位(5M)及每臺設備必須有急停裝置,保證不傷害人身及機械設備;對于單機急停應盡可能不影響輸送線,裝配線上的操作人員應能在任意時刻檢查聲光系統的好壞。

對發動機生產線工藝規程的優化是一個不斷完善的過程,不僅僅要求發動機生產線按節拍組織生產,還涵蓋了焊接、涂裝和汽車總裝等工藝的改造,按節拍有序生產實現直供降低庫存量。另外要盡可能地將零星零部件在線外分裝成總成,縮短裝配線裝配時間節拍,提高效率。

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