信息化技术在汽车发动机气门生产的应用研究

罗晓光+徐金雄+王涛

摘要：针对当前国内汽车发动机气门生产效率和信息化水平低等问题，本文基于信息化技术，构建汽车发动机气门生产全流程信息化系统。通过发动机气门数字化设计技术、制造车间实时任务调度优化技术和生产过程质量信息全程追溯技术，全面提升发动机气门生产信息化管理水平，从而提升生产效率与质量。

关键词：信息化技术；汽车零配件；发动机气门；智能制造

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0126-03

Research on Application of Information Technology in Automobile Engine Valve Production

Luo Xiaoguang， Xu Jinxiong，Wang Tao

（1.Guangdong SME Service Center， Guangzhou Guangdong， 510030， China

2.Guangdong University of Technology School of Automation Guangzhou Guangdong， 510006， China）

Abstract：Aiming at the problems of the low level of production efficiency and information， this paper constructs the whole process information system of automobile engine valve production， based on the information technology. Through the engine valve digital design technology， manufacturing workshop real-time task scheduling optimization technology and the whole process traceability of quality information in production process technology， the engine valve production information management level can be fully improved， so as to enhance the production efficiency and quality.

Key Words：Information Technology； Automobile Parts； Engine Valve； Intelligent Manufacturing

隨着全球化的发展，中国经济在快速增长并且拥有巨大的市场潜力，其中汽车制造业增长势头更强。这也带动了我国汽车的零配件制造业的快速发展，据统计我国现有汽车零配件企业一万五千多家。但70%以上的汽车零部件企业都属于中小企业，且大部分企业在管理以及信息化水平方面仍未完善，存在企业生产标准落后、信息化和智能化程度不高、生产效率低等问题[1-3]。因此要在越来越激烈的市场竞争中生存，就必须提升生产车间的信息化和智能化水平，补齐短板提升企业整体生产制造效率。

目前国内对于制造业信息化的研究主要集中于几大高校中。例如，重庆大学制造工程研究所，以传统的离散制造车间作为研究对象，建立了一套MES车间管理系统。该系统提供开放的通信机制和平台，通过对车间生产过程涉及的不同的数字化智能设备集成连接，实现对车间生产过程的数据采集和过程控制[4]。合肥工业大学现代集成制造与数控装备研究所进行了基于无线通信的生产现场数字化制造、基于移动通信的无线网络在数字化制造单元的应用研究[5]。华中科技大学信息制造装备与技术国家重点实验室，对全球数字化制造系统存在的一系列问题进行详细的分析，总结各种技术困难，并结合从事信息化技术研究和实践经验，从技术角度提出了实现全球数字制造系统的参考体系架构[6]。

而国外对于制造业信息化方面的研究主要有，美国波音公司应用CIMS技术成功开发出波音777飞机，使开发周期由过去的8到9年缩短到4年半，成本降低了25%，实现了从产品的设计、工艺编排、产品制造、检测、装配等整个过程的一体化“无纸加工”，显著地缩短了产品开发周期，提高了产品质量，增强了企业的市场竞争力[7]。新加坡国立大学机械工程系对生产企业各个部门在实际生产过程中的协调性进行了探索，提出了一种通用的分布式协同数字化制造结构，对产品全生命周期管理中生产计划的制定和制造协同进行了深入探索[8]。

但以上都是针对制造业信息化的一些研究，缺少对于汽车零配件制造的全流程信息化研究。尤其对于生产制造过程物料繁多，过程复杂的汽车发动机气门制造，缺少有效的信息化手段。因此本文以汽车零配件中发动机气门的生产制造为例，先对发动机气门生产流程和现存问题进行分析；然后将制造业信息化技术应用到发动机气门生产中；实现汽车发动机气门全生产流程的监控，有利于生产资源的优化调度及生产效率的提高。

1 汽车发动机气门生产现状分析

1.1 发动机气门生产工艺流程

汽车发动机的气门，一般由气门头部和杆部组成，其作用是专门负责向发动机内输入燃料并排出废气。由于气门头部温度很高，而且还承受气体的压力、气门弹簧的作用力和传动组件惯性力，因此要求气门必须有一定强度、刚度、耐热和耐磨性能。为保证气门的质量，一个汽车气门需要经过落料、成形、热处理、表面打磨和包装等流程，一般需要64道加工工序，具体如图1所示。

1.2 发动机气门生产现状分析endprint

目前我国汽车发动机气门生产企业的生产线都需要同时生产多个发动机气门品种，整个制造过程具有多品种变批量混线生产、工装种类繁多、现场信息反馈实时性要求高以及质量控制严格的特点。然而，目前大部分制造企业都是手工作业，缺乏自动化与信息化技术与手段，各个流程工序之间缺乏自动衔接，导致生产效率低下、生产过程无法监控、生产进度反馈缓慢、在发生问题的时候，不能及时发现和处理。具体的问题表现如下：

（1）制造装备自动化信息化程度不高：目前多数生产装备处于半自动水平，还依靠大量人工操作，流水作业中各个环节衔接自动化程度不高。

（2）难以满足产品个性化定制化需求：每个特定人群都有自己鲜明的消费需求和主张，规模制造已经不能适应现在的消费主题。面对个性化需求强烈的订单，企业新产品上市加快，品种變多。零配件厂商产品研发周期被迫缩短，而标准不低，这就要求其生产更富于柔性和模块化。

（3）生产过程难以实时监测与控制：无法实时掌握各个工序环节的生产状态，无法准确掌握生产进度、员工效率、车位状态、在制品数量、物料配送情况等各方面综合信息；不能即时监测生产瓶颈，不能及时了解多少工位在等待还是繁忙，生产线作业难以动态平衡。

（4）内部生产物流效率低下：目前企业还是采用人工的内部物料配送方式，往往造成半成品在某个生产环节出现大量的堆积，或者出现某个生产环节缺少物料而停工。同时，人工配送方式无法掌握物料流动状态，难以提前根据生产需求制定相应的物料配送计划。

（5）库存管理效率低下：盘点需要大量人工作业，处理速度慢；人为因素造成的错装、漏装、多装等装箱数据统计不准确而且速度慢；库存管理中帐、物容易出现差错。

（6）质量问题难以追溯：无法对每件制品的生产过程、各工序生产工艺参数进行跟踪；不能及时知道不良品是哪个工位以及哪个工人做的；质量问题统计困难，难以及时发现问题工序。

（7）服务环节难以跟踪监控：目前较多汽车零配件制造企业拥有自己的销售网络，但还缺乏有效的供应链与销售终端高效管理手段，难以实时掌握供应链环节货品的流动与积压状况，也就不能根据这些情况灵活拟定生产计划。这将影响生产企业对市场的灵敏反应度与企业的市场竞争力。

以上这些问题都迫切需要对汽车零配件企业实施信息化改造，从而提升企业生产效率和技术实力，赢得市场，实施转型升级。

2 发动机气门信息化技术研究

2.1 发动机气门的数字化设计技术

随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅猛发展，计算机集成制造系统CIMS成了机械制造业的主要发展趋势。而在CIMS中，计算机辅助工艺设计系统CAPP成为连接CAD/CAM集成的关键和纽带。因此将CAPP技术应用在发动机气门的制造过程中，可以实现工艺方案和各种工艺文件的迅速编制，极大地提高工艺人员的工作效率，缩短工艺准备时间，加快新产品的投产。

对此，本文设计出如图2所示的CAPP系统架构，然后针对架构中零件特征库，建立图3所示的气门特征库模型。

2.2 制造车间生产任务调度优化技术

针对汽车气门生产中任务调度不合理情况，存在中间件积压以及订单不能及时完成等情况，研究车间制造任务调度优化技术。该技术的基本架构如图4所示，主要包括生产信息获取层和制造任务调度层两部分。该技术的具体工作流程为：先在制造单元生产过程中，实时监测不确定事件、获取相关动态信息并上传至调度系统；然后上层调度系统对原调度方案进行评价，如果突发的不确定事件不影响原调度方案的效果与鲁棒性，则维持原调度方案，否则重新载入调度参数执行调度操作，产生满足新需求的调度方案。

2.3 生产过程质量信息全程追溯技术

生产过程质量信息全程追溯是确保和提升产品质量的关键，对此本文提出如图5所示的生产过程质量信息传感、监控和全程追溯技术的实现框架。该架构主要包括生产过程在线质量监控与诊断、制造质量信息全程关系追溯两部分。每部分的具体作用如下：

2.3.1 生产过程在线质量信息的监控

由于造成气门工件生产过程质量问题的因素多样复杂，可能由设备的工况异常等引起也可能由产品的多工序造成加工误差的累积而引起。为此采用基于XML的实时质量信息模板对引起加工质量的各类信息进行分类抽取，通过载入各类实时质量信息，如制造设备的工况量，以及工件的长度、形位误差等几何量。

2.3.2 制造资源质量信息全程关联追溯

建立质量问题驱动的多制造资源质量信息全程关联追溯模型分别向不同纬度和深度对可能引起该质量问题的各种因素进行信息追溯，如基于生产设备工况历史数据对设备质量信息进行追溯，基于制造BOM对与该问题工序相关的所有已完成的其他工序质量信息进行追溯，以及对与产生问题相关的制造工艺过程进行追溯等。

3 结语

目前我国的制造业正面临转型升级的历史时期，本项目开展汽车零配件的信息化技术研究，将有效提升企业核心竞争力，提高企业效率，大力推动零配件行业战略转型。而且，汽车零配件企业作为典型的离散制造企业，其信息化水平的提升将对于整个离散制造行业也有一定的示范作用，同时对整个制造行业也有着积极意义。

参考文献

[1]张永庆，杨悦，潘玲颖.我国汽车制造业投入服务化现状、趋势及对策分析[J].科技和产业，2017，（02）：44-49.

[2]刘磊.论汽车零部件企业的成本管理[J].科技创业月刊，2017，（04）：130-131.

[3]王美红.台州汽车零配件制造业发展现状与对策[J].统计科学与实践，2014，（03）：46-48.

[4]胡松松.离散制造数字化车间基于MES的智能装备集成平台研究与设计[D].重庆大学，2015.

[5]温海骏.不确定环境下再制造生产计划与车间调度集成优化研究[D].合肥工业大学，2015.

[6]刘凡.全球数字制造系统构架及其中若干关键技术研究[D].华中科技大学，2004.

[7]张国龙.联轴器数字制造中的CAPP研究[D].武汉理工大学，2009.

[8]张林林.协同数字化预装配系统关键技术的研究与实现[D].南京理工大学，2007.endprint