浅析发动机装配线策划基本原则

李勇

摘 要：发动机是汽车的核心零件，其装配质量直接影响整车性能表现。装配过程涉及组装作业、质量检测、防错控制、物料配送、计划管理、信息追溯等多个方面，而每个环节需要根据产能大小、投资多少、变型数量等因素综合考虑策划。本文主要介绍了策划发动机装配线必须考虑的几个原则，过程质量保证能力、防错、柔性、检测手段、物流方式等，及其常见方案的优劣势。

关键词：发动机；装配线；策划原则

中图分类号： V231 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-173-3

0 引言

每个策划项目启动前，各公司的战略部门会发布该项目的基本信息，如产能、工作时长、投产时间等，下面为某公司某一发动机项目生产纲领：

根据生产纲领开始解析装配线的策划原则。

1 装配线策划原则

1.1 原则一：细化过程要求，提升产品质量保证能力

针对拧紧、试漏、压装、涂胶、翻转等不同类型设备特点提出专项要求，并选取合理结构。

1.1.1 拧紧设备质量控制要求

拧紧设备质量控制要求：所有拧紧工位均具备数据存储和追溯功能，其中重要零部件的拧紧数据、拧紧曲线与发动机编号绑定上传至整线信息系统，一般零部件具备拧紧力矩监控和漏拧紧防错功能。

拧紧机分三种形式，全轴自动拧紧、多轴+平面变位机构自动拧紧、多轴+机器人自动拧紧。

①为消除拧紧过程中材料形变引起的假力矩问题，保证所有螺栓同步达到预设扭矩，采用全轴自动拧紧，如缸盖螺栓拧紧机。

②在满足节拍及保证拧紧质量前提下，考虑兼容多个产品、节省投资等因素，可采用多轴+平面变位机构自动拧紧，如主轴承盖螺栓拧紧机、连杆盖螺栓拧紧机、正时罩盖拧紧机、飞轮/减震皮带轮拧紧机、离合器拧紧机等。

③为保证节拍同时兼容多个产品，可采用多轴+机器人自动拧紧，如凸轮轴承盖拧紧机、油底壳螺栓拧紧机。

拧紧工具分多种形式，按驱动方式可分为电动、气动、手动；按过程控制可分为传感器式、电流式、离合式。工具特点及选取原则见表2。

1.1.2 试漏设备质量控制要求

目前发动机装配线常用的试漏仪有JWFROEHLICH、COSMO、ATEQ等品牌，通过对装配的各阶段产品进行密封性测试，确定最终产品密封合格，测试内容及大致测试参数见下表3。

1.1.4 压装设备质量控制要求

装配线共有5台压装设备，分别完成气门油封、锁夹、水管、曲轴链轮、活塞销的压装，具体要求见下表5：

1.1.5 翻转设备质量控制要求

常用翻转笼，翻转辅助支撑、翻转设备、翻转机器人等，各特点见下表：

在装配曲轴活塞连杆总成、缸盖总成、油底壳总成时均需翻转产品，具体要求见下表：

通过细化上述设备、工具要求，并选取合理的结构形式，保证装配过程质量。

1.2 原则二：实现全面而细致的识别与防错能力

装配线每个工序均需配有识别装置，识别产品类型、托盘位置、工件姿态等信息。每个零部件的装配过程均配有防错装置，防止错漏装。

发动机型号识别：每个工位均配置FRID（无线射频技术）读写器，可通过读取上线时预存在托盘TAG（数据标签）中的机型信息，自动识别当前生产机型，自动选择对应的PLC程序、软件执行程序等。

零部件型号识别：若零部件存在差异，但无法通过读取数据标签信息的半自动工位，通过寻找不同机型零部件差异点，确定当前生产型号，自动选择对应的PLC程序、软件执行程序等，如线外正时罩盖涂胶机。

自动设备防错：自动设备均具备防磕碰功能，并检测托盘位置、工件有无、工件姿态、工件状态等，防止撞车。

半自动设备防错：工件姿态放置是否正确、设备动作时人员距离等，如活塞销压装时活塞放置正反、曲轴链轮压装时链轮放置正反等。

手工工位防错类型：装配过程带数据输出的，检测输出数据的合格信号，如各类零件的拧紧防错；不带数据输出的，检测取料过程，如垫片；不带数据输出涉及使用工装的，检测取料过程及工装使用情况，如链条喷嘴。零部件涉及多种型号的，设置型号提示灯，如油底壳、发电机等。

1.3 原则三：保证较高的柔性兼容能力

为兼容生产多个系列产品，降低后期改造对生产的影响，从托盘、自动设备形式、程序识别方面考虑柔性设计。

1.3.1 托盘结构

常见托盘结构见下表8。

1.3.2 自动设备形式

自动设备通过变位或快速换型的方式，实现多种产品兼容生产，具体形式见下表9。

1.3.3 程序识别

所有工位均配置机型识别装置，自动选择对应的PLC程序、软件执行程序等，同时将装配过程产生的数据存储到对应的机型数据库中。

1.4 原则四：实时监控设备运行状态，掌握准确的生产信息

管理计算机通过以太网与装配线各PLC保持实时通讯，了解装配线的实时状态，并进行统计计算。具体内容如下：

总体生产情况监控：以各上下线点的扫描数据为依据，实时显示当前班次上线数量、下线数量以及相应的发动机详细数据。

实时数据监控：整合各生产线发动机实时显示和质量检测显示信息，实现整个生产线的监控。通过该监控界面，可以实时的查看当前的发动机生产情况。

设备运行状态监控：记录主要设备运行数据，包括生产节拍、运行时间、停用时间等信息。

设备故障信息查询：查询设备故障发生情况，它的信息来源于现场操作者按下的故障按钮，系统会自动记录下故障发生的工位、时间。

停线信息查询：查询各班次发生的停线记录，包括计划停线和非计划停线。

实时数据统计报表：包括生产量、小时下线量、下线合格率、生产时间与停线时间等。

1.5 原则五：分层布置PLC控制系统，依托托盘数据标签实现信息传递，多台服务器实现整体信息管理

①控制系统基于西门子PLC系统（通常采用Siemens S7-317 2PN/DP和S7-315 2PN/DP），采用分层结构。分为整线级、区域级、工位级、现场级，各层级功能如下：

整线级：整线级为信息管理层。配置数据存储服务器、PLC 控制服务器、拧紧数据采集服务器。PLC控制服务器负责发动机排产、生产线状态监控。数据存储服务器负责生产数据建立、生产数据报表、产品质量分析以及收集RFID和装配线网络上传的结果，并管理重要零部件的批次信息。拧紧数据采集服务器负责收集拧紧系统的角度、力矩和拧紧曲线数据。

区域级：区域级主要负责区域内辊道、转台、手动工位和返修上下线工位的控制，采用工业以太网Ethernet 与整线级信息管理层进行通讯。

工位级：完成自动/半自动/手动工位的装配、测试或指导操作，并记录操作结果和数据。采用Profibus与区域级PLC以及设备执行元件进行通讯。

现场级：执行生产指令和完成指定动作。采用Profinet现场总线与执行元件、现场I/O 进行通讯。将执行过程数据或结果上传给PLC或服务器。

②产品装配信息的采集和记录是通过安装在随行托盘上的RFID Tag来实现的。系统把生产计划信息指令下发到每台上线托盘随行Tag中，工位装配信息通过托盘Tag 进行传递，下线工位负责从下线托盘Tag 采集信息，下线工位把采集的生产装配数据通过工业以太网和系统服务器进行数据交互。服务器把数据按照既定的程序形成报表，以便质量追溯。存储卡内数据分为四部：工位信息、产品信息、零件信息、质量信息。

工位信息指整条线工位类型定义，如自动工位，手动工位、半自动工位、返修工位、备用工位。其信息由管理计算机在上线的第一个工位初始化定义工位类型，并在每个操作工位写入操作结果（合格、废品、返修等）及单元操作结果（如拧紧机第一轴合格、第二轴不合格等）数据。

产品信息是指产品的编号，产品类型等数据，此数据由管理计算机在上线的第一个工位初始化，其内容作为每个操作工位区分不同品种不同类别，自动或手动选择正确的操作，完成装配任务。

零件信息指零件制造商代号、零件类型等，其信息由管理计算机在上线的第一个工位初始化，同时在装配过程中提示操作人员选择正确的零件。

质量信息指生产线上各种操作的结果，如拧紧力矩，压力值、试漏值等。各工位将操作产生的过程数据在托盘离开本工位前写入随行存储卡。

1.6 原则六：采用省人化、无人化，合理的物流方式

装配线涉及多种自制件、外购件上线及周转。

1.7 原则七：多阶段检验装配质量的测试功能

为保证各零部件主要加工质量及装配过程均满足要求，在装配过程各阶段中进行如下测试：

2 结论

发动机装配线策划需要考虑的内容杂乱繁多，且每个方面均需要经过多方案对比选取最合理的方案，本文通过对必须考虑的几个方面进行梳理，总结出各方案的优缺点，为发动机装配线的策划做一个铺垫。