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[发动机] 提高发动机混装流水线的生产效率

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发表于 2016-3-16 00:02:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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提高发动机混装流水线的生产效率

提高发动机混装流水线的生产效率

        在国内发动机制造厂,生产线大都采用静态柔性流水线模式。要想提升其线速,需要解决生产线的合格率、设备故障停线等诸多问题。上汽通用五菱通过合并自动站、增加挡停、预留空位以及利用平衡墙等方式,提升了生产线的产能,对今后静态发动机柔性流水线的产能提升有重要指导意义。
        在基本保持原有生产线特点的基础上,超越自身的设计产能,并且在不进行大规模增加技改投入的情况下,追求最大化的产能,成为发动机制造领域的新课题,目前同行业内尚无经验总结可循。对于如何提高静态发动机混装流水线的生产节拍(JPH),笔者通过多年发动机制造的经验,总结出了一套完整的线速提升策略,下面与大家分享。
        国内主流发动机装配线
        在制造领域中,尤其是国内的发动机制造厂,生产线采用的大都是静态柔性流水线模式。静态柔性流水线一般由2~3个滚轮式输送轨道连接的环路形成。除人工站点外,各种功能性测试和关键质量控制由自动设备完成,可同时在线装配多品种机型。例如,关键扭矩连接、曲轴回转力矩检测、自动涂胶、泄漏测试及发动机冷试等。这些自动设备站点(简称“自动站”),按工艺需求间隔分布在流水线的环路上,形成一道道质量关卡,对整个制造过程的质量进行层层控制。
        这种形式流水线提升线速的难点在于:如何控制各自为战的人工站点;同时,生产线的合格率(FTQ)问题、设备故障停线、生产停启以及机型转换造成的“延时”时时存在;如何最大限度地保持整线匀速运行及消化空位。只有解决了这些问题,才能最终实现整线产能的提升。
       

提高发动机混装流水线的生产效率

提高发动机混装流水线的生产效率

        影响产能的因素
        1. 影响产能提升的设计因素
        (1)自动设备的运行时间长且固定,对提速造成困难。自动设备多是功能性的数据测试或关键扭矩的监控,其运行时间由工艺或质量控制决定。并且各个自动站间隔分布在整条流水线上,运行时间多由生产纲领决定,在满足质量需求的前提下,在设计之初就已按产能需求设定好。要提升产能,在不影响质量的前提下,大多数自动设备都不能满足节拍要求。
        (2)缓冲不足造成提速困难。发动机制造柔性流水线的结构形式有两种:整体为一个环路和整体分几个环路。前者在线循环使用托盘,工位与工位相临,一旦某工作站出现任何问题造成堵塞,后工序只有等待。例如,缸体上线工位故障,一定时间内会导致发动机下线工位没有产量输出。而由此产生的空位现象,由于没有足够的缓冲填补,会影响下一个循环的产量。整体分几个环路形式的流水线布局则相对较好,缓冲足,产能提升空间大。
        (3)生产线停启造成“延时”使得提速困难。生产线每班次因交接班、休息和吃饭需要数次停线、启动。柔性静态流水线不能让所有托盘同步前进,只能等最前面的托盘运行后,逐个运行,我们称之为“等待延时”。当流水线某点发生故障时,这种现象也会出现。这些时间的损失,会使已达到负荷的产量提升困难。
        2. 影响产能提升的装配工艺
        (1)工艺不均衡。发动机的制造特点决定许多工艺安装位置具有惟一性,这使得某些工位的单台工作内容较多,也就是在规定生产节拍内各站的工作量不均衡。例如,生产节拍是51s下线一台发动机,可拧紧排气歧管螺母站现有节拍为49s,一旦生产节拍提升到48s下线一台发动机,由于场地条件制约,无法再增加人员,这些工位就会成为“瓶颈”工位,从而严重阻碍产能的提升。
        (2)合格率(FTQ)造成提速困难。发动机建造的特点使得气门间隙测量(VCM)的FTQ不可能达到很高的程度,且容易出现批量不合格,从而造成生产线停线或堵塞。这些不确定的问题得不到控制,也就不可能实现产能提升。
       

提高发动机混装流水线的生产效率

提高发动机混装流水线的生产效率

        3. 人为因素影响产能提升
        静态柔性流水线的运行,需要人工站操作人员按下释放按钮,托盘带着发动机才向前运行。操作过程中有诸多因素使员工没有及时按下释放按钮,人为超节拍也会成为提速的障碍。
        提高产能的解决方案
        1. 合并自动站的设备动作
        下面介绍一下如何在保证质量的前提下,缩短自动站的运行时间:自动站的运行由程序按一定的逻辑动作,例如,托盘进入自动站—定位—读Tag—举升—封堵—测试—松开封堵—举升降下—释放托盘—下一托盘开始进入。可改善成为:定位、读Tag—举升、封堵—测试—下降举升、释放托盘、下一托盘同时开始进入。由8个连续动作合并成4个组合动作,缩短发动机在自动站的停留时间。
        另外,自动站前的预挡停可重新调整位置,使之尽可能靠近自动站的挡停器,以缩短托盘运行和自动站等待时间。上汽通用五菱发动机工厂通过这些措施,将自动站的节拍缩短了3s以上。
        2. 增加挡停、延长流水线中间段的下线轨道
        在静态流水线间增加挡停的数量,实际上延长了流水线的长度,减少了托盘在线的运行时间。从理论上讲,理想化的生产线各个工位的工作时间应完全一样,一个工件离开的同时,下一个工件同时到达,没有因为传输造成时间等待的浪费。而实际情况却是,各工作站工作内容造成时间长短不一,各站间距离和运行时间不等。如何在增加挡停的数量后,科学地确定整线托盘数量,最大限度地消除影响,做到最经济、优化,笔者总结出如下计算公式:
       

提高发动机混装流水线的生产效率

提高发动机混装流水线的生产效率

        基于合格率(FTQ)的考虑,可能有部分发动机带着托盘离线返修或滞留,可按实际的FTQ百分比加减托盘数。例如,气门间隙(VCM)站FTQ为98%,冷试FTQ为98%,在计算托盘数量(X)时,最后还要乘以4%。这样即可得出一个合理的在线托盘数。
       

提高发动机混装流水线的生产效率

提高发动机混装流水线的生产效率

        流水线中间都会有下线轨道,将轨道尽量延伸至可接受的程度,这样当流水线发生故障时,可以利用缓冲让区域发动机离线,为维修争取时间。具体设计如图1所示。
        3.预留空位减少停启造成的“延时”
        某发动机制造厂的下线在停线后重新启动,需花874s后缸体上线工位才能工作。消除这个影响的方法是,以班组为单位,在每个班组停线时预留1个空位。例如,1010到1100工位按图2中所示时间相加,托盘运行需105s,那么停线时在1070工位前预留1个空位,在1130到1220工位间,1190前预留1个空位,依次类推;启动时,1010到1100工位间,8个工位都完成操作后,发动机都有向前运行的空间。此时,延时只剩下停留这一段工位的最长托盘运行时间即可,如图2中从1050工位到1060工位所需时间为23s。
       

提高发动机混装流水线的生产效率

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        4.利用平衡墙均衡工艺
        利用平衡墙,尽可能将工艺上要求的工作量在各站实现分摊均衡,可以缩小工位间节拍长短差距,甚至能实现减员增效目的。图3中“改善前”总工作量由五个工位分担,工位间最大节拍差距8s;“改善后”总工作量由四个工位分担,减少了一个工位,工位间最大节拍差距4s。在满足整线节拍要求(45s)的基础上,实现了效益最大化。
        5. 依靠经验法弥补FTQ的不足
        某发动机制造厂对在线FTQ影响最大的是气门间隙的合格率问题,由于测量采样数据多,最后计算出的气门挺柱等级偏差不可避免;且由于测量凸轮轴孔到气门顶工位到安装完凸轮轴拧紧工位之间,要经过选挺柱等级、安装气门挺柱、预装凸轮轴、预装凸轮轴盖及拧紧凸轮轴等必不可少的工艺站,一旦在测量气门间隙发现2台以上连续不合格机器,就意味着可能后面10台都不合格,对流水线的产量造成很大压力。
        简单来说,适当的气门间隙是,凸轮轴基圆到气门杆顶部的距离,除去工艺要求预留的距离,剩下的距离一般各不相同,需要用不同厚度(等级)的气门挺柱来填上。根据这个道理,我们采用简化工艺来减小误差的办法。通过摸索,我们总结出:在零配件加工质量稳定时,与其让这些误差误导计算结果,不如将凸轮轴孔中心轴的测量值和凸轮轴基圆的测量值取消,用一个经过数据计算过的平均值来取代。
        该发动机工厂用这种方式将气门间隙测量站的FTQ由94%提高到97%。另外,当气门间隙测量连续出现3台时,应马上“校零点”,并调整补偿测量精度的“K”因子,立即更换还没有拧紧凸轮轴盖螺栓的气门挺柱级别,并用表1做好记录,留到气门间隙测量工位,如需返修则可直接手改写挺柱级别,流入返修环路中进行更换。
       

提高发动机混装流水线的生产效率

提高发动机混装流水线的生产效率

        6. 每小时JPH的监控消除人为因素
        员工操作可能因滑牙、零件掉落、熟练程度,甚至完成后忘记按释放按钮等诸多因素导致超节拍,利用暗灯记录可以时时关注,如图4所示。从图4可以看到,1100工位在第8个小时中16次超节拍,累计1min。这样就可以按工位、按小时去分析问题的发生点,并有针对性地控制产量。
        在没有暗灯系统支持时,我们可以利用表2的形式通过每小时的产量来进行控制。哪个小时未完成目标,则需要做详尽分析。
        结语
        随着各汽车制造企业产能需求的不断提高,在利益最大化的驱使下,如何用最经济的方式在原有生产线基础上提高生产线产能,越来越成为人们关注的重点。文中介绍的方法对今后静态发动机柔性流水线的产能提升有一定指导意义。
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