浅谈发动机装配精益生产线的工艺设计规划

王 波，欧阳叶

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

0 引言

发动机装配线精益工艺设计规划，目的是要达到适应多品种、多变化、高效率、高质量、低投入的生产要求。本文从精益建线原则、精益工艺布置、精益品质保证、精益成本投入、精益管理理念等方面进行阐述[1]。

1 精益设计原则

1.1 设计依据

发动机装配生产线的设计依据主要有：产品技术要求和图纸、生产纲领、投资规模和自动化程度。

1.2 精益设计原则

（1）安全保障是生产线设计应当遵循的首要原则。发动机装配生产线设计一定要保证安全设计要求，能达到“STOP6”的要求，即设计理念中，要考虑杜绝可能被夹住或卷入、与重物接触、与车辆接触、可能坠落、可能触电、与高热物接触的风险。

（2）发动机装配线设计规划一定要遵循保证产品质量原则。关键工序、高精度工序、高风险程度工序，必须摆脱人工控制，投入设备控制。

（3）在保证安全及产品质量的前提下，生产线应遵循投资最小化设计规划原则。非关键工序、低风险工序，为减少投资成本，可做好工序风险评估和防错措施，不必都追求高精度设备的过能力控制，可采用充分有效的质量保证的手工操作及半自动化设备来替代。只有投入成本尽可能低，投入成本才能更快速收回，也是企业提高效益、可持续发展的优选投资理念。当然，也要根据企业的定位、规模等实际情况来决定生产线的投入。

（4）生产线还需遵循柔性化高的原则，从而能根据市场需求进行一定范围内的产能调整，且能兼容多品种生产或扩展，只有工艺调整性及扩展性强，才能实现生产线资源共享以及多机种共线，这样可减少其他设备乃至生产线的投资，最终达到减少投入成本的目标。

（5）要具备较高的可动率，体现准时化思想。

2 精益工艺布置

发动机装配生产线的总体工艺路线为：分装→总装→热试。生产线精益设计的典型代表为丰田生产线，其工艺布局适应高效率、高柔性、高工艺性的生产方式，其布局方案为：

线体及工艺设备采用紧凑及较短的工艺线体布局；线体按主装线、缸盖分装线、外装线、活塞连杆分装线及其他小部件分装站进行工艺布局，分装线布置在主装配线旁。

2.1 主线工艺布局

主线采用台车式装配为主，小件及中等部品进行配膳，大件部品线边摆放。主线主要包括配膳区、缸体小装、前组装配、中组装配。

（1）配膳区：主要完成发动机单台套配膳作业。如图1所示。

图1 装配台车配膳盒

1）不同机种的共用件（中、小件、标准件）进行配膳。

2）小件采用台车配膳盒摆放，中件直接摆放在台车配膳架内。

（2）缸体小装：主要完成缸体打刻、上线夹具装配等作业。

1）采用手动辊道，缸体在辊道上直接推动。

2）发动机号采用刻印机。

（3）前组：主要完成缸体内部件（曲轴、连杆等）的装配作业。

1）采用驱动台车方式，随动式生产。

2）主轴瓦盖螺栓、连杆螺栓采用拧紧机拧紧。

3）品质保证采用短缸体试验机。

（4）中组1：主要完成缸盖合装到缸体上的装配作业。

1）采用停止器式，固定式装配。

2）缸盖螺栓采用拧紧机拧紧。

（5）中组2：主要完成正时机构、缸盖罩、油底壳等部件装配。

1）采用台车驱动方式，随动式装配。

2）线外设置缸盖罩小装，分装完成后配膳至台车。

3）后油封、正时链盖、上机油盘、下机油盘涂胶采用涂胶机。

（6）后组：主要完成外围件、整机试漏的装配作业。

2.2 缸盖分装

缸盖分装主要完成缸盖气门油封、气门锁夹、气门试漏等部件的组装和检测作业。

采用U型辊道方式，固定式装配。

2.3 活塞连杆分装

活塞连杆分装主要完成活塞销卡簧、气环等部件的组装。

1）采用手动推拉辊道方式，固定式装配。

2）采用配膳托盘方式组装，主线设置机型、曲轴分组号、缸孔分组号信息传递系统。

2.4 试验台架

试验台架主要完成发动机成品出厂检验工作。

1）采用集装箱式热试台架。

2）采用试机台车、手工快速对接的方式。

3 精益品质方面

3.1 关键工艺控制

（1）关键螺栓拧紧（例如主轴承盖螺栓拧紧、连杆螺栓拧紧、缸盖螺栓拧紧）采用角度控制预紧方式及分步拧紧方式来实现拧紧，拧紧精度高，气动拧紧工具无法满足拧紧精度要求，需要相应的电控拧紧设备。

（2）气门间隙调整是通过挺柱高度选择来实现气门间隙的调整。由于人工测量误差，不能保证气门间隙调整一致性，不但人工调整繁琐，且精度得不到保证。为保证装机工艺要求，采用马波斯挺柱测量与选择机来实现气门间隙调整。

（3）装配零部件的密封结合：机油盘、链盒、曲轴后盖结合面采用涂胶方式实现装配密封要求；要求均匀、连续、不能有断点。人工涂胶无法满足要求，且人工涂胶不当还会导致多余密封胶堵塞油道、零件不能正常工作等后果。为保证装机工艺要求，采用数控涂胶机实现零部件结合面的密封要求。

（4）轴瓦选配：在选配主轴瓦、连杆瓦工位采用智能选配料架辅助选配，避免错装和漏装，提高选配效率。

（5）气密性要求：对缸体内装（轴瓦装配）、缸盖分装（气门及油封装配、锁夹装配）、发动机总装进行相应的气密性检测，保证产品的密封性、防漏装要求。

（6）重要拧紧工位采用电枪或系统扳手拧紧（带扭矩控制），设备具有防错及SPC等功能。

（7）出厂检测采用热试工艺，按出厂技术要求进行配置，确保产品合格。

（8）装配线实现生产管理信息化，引入生产管理信息系统，整线控制主要配置安东（呼叫显示系统）、工位互锁（错漏装防止功能）、驱动联动系统等，具备生产实时监控、质量统计分析、防错手段、质量追溯等功能（局部增加或调整工位需更新系统）。

3.2 一般工艺控制

精益生产线，精髓就是在保证产品质量的前提下，降低投入成本。丰田生产线的精益设计具有代表性。根据产品设计结构特点及技术要求，关键技术要点必须采用高质量高精度高能力设备进行控制，一般技术要求，在保证装配防错的情况下，不追求过能力控制，投入实用的装置、工具来保证质量，以最低的成本实现最大的质量效果。主要体现在以下方面：

（1）不追求全自动化或高自动化程度的生产线或设备，一般采用半自动设备或手动装置来达到组装要求。采用半自动设备，有时候考虑的是更好地适应组装零件一致性问题及企业设备管理水平现状水平，同时半自动设备在今后的工序调整、设备改造方面灵活性更好，投入成本更低。

（2）不追求过能力、过精度控制，但是必须要做到防错装、漏装的控制功能，出现异常时能自动停止。其中，各种巧妙、实用治具/工具代替设备复杂的作业且做到防错效果是丰田生产线精益设计的最大特点。

（3）螺栓拧紧工艺方面，除了关键工位螺栓要求采用拧紧机、重要工位采用电枪或系统扳手（带控制器）外，其余一般工位螺栓采用气动定扭风枪+QLLS扭矩扳手的拧紧工艺。QLLS扭矩扳手也能实现螺栓颗数防错、扭矩到位防错，能与线体互锁，能有效防止螺栓漏装、漏紧力矩的质量问题发生。

（4）对发动机关键部位装配质量采用专用检测设备进行检测，防止有质量问题的产品流出。检测设备有：锁夹安装到位检测（气检或激光检）、气门密封性检测、气门间隙检测、活塞销卡簧检测、短缸体试漏检测（含轴瓦漏装检测）、整机水/油道试漏检测、出厂热试磨合检测等。这些检测设备能检出难发现的质量问题，有效地保证了发动机质量。

（5）生产线规划更多地采用小装化装配方式，即采用小总成上线方式。总装线可设多个小分装，包括缸体小分装、缸盖小分装、活连小分装、缸盖罩小分装、进气管小分装、增压器小分装（针对增压器机型）等，甚至主线也分段成前组（内装）、中组1、中组2。这些小分装或小段组，设立定时小装质量检查机制，有效了保证小装品质，降低了主线发生异常可能，使主线变化点最小化，整线灵活性的最大化，提高了主线的可动率。同时，小装化缩短了主线的长度，使主线更易适应市场的变化。

（6）采用配膳方式，即将1台发动机的零件全部装在1台配膳台车上，由专人进行配膳，操作者按顺序组装的方式。配膳的零件主要是中小件、标准件，而中小件、标准件是最容易漏装、错装的。而配膳方式很好的解决了这个问题，实现双重确认环节（即配膳人员与操作者双重确认）。如果整台套配膳零件装配完后，空台车再次进行配膳时，发现有剩余零件，说明该台发动机可能出现漏装零件，通过这种方式，也能实现防止漏装作业，保证产品质量。同时，采用配膳方式可以缩短操作者取零件的时间，提高装机效率和生产节拍。

4 精益成本方面

（1）模块化设计：组装线由标准模块组成，比如装配台车、钢结构、控制系统等。若产能增加或减少，只需增加或减少标准模块，大大降低设计成本和制造成本。

（2）工艺灵活性设计：组装线设计，要考虑工艺调整的灵活性、兼容性。比如，托盘夹具是整个装配线的动脉，必须要考虑后续机型兼容性、柔性设计，方便快速切换且又能保证精度要求。小装化方式，是后续为适应市场而调整工艺或改造线体的灵活性工艺设计方式，若增加不同机型平台，主线基本保持不变（增加专机即可），只需新增小装线即可。同时，生产线设备在保证精度的前提下，设备尽量采用半自动设备设计或可移动设计，方便工艺调整。通过以上这些灵活性设计，可大大降低今后工艺调整、生产线改造带来的巨大成本。

（3）轻量化设计：这方面在丰田生产线上比较突出。丰田生产线的设备小巧灵活，且功能齐全（该要的要，不该要的不要）。设备轻量化，不但操作方便，降低了操作者的劳动强度，而且使制造成本也降低。在保证功能的前提下，设备简单化，使后续的维护成本、改造成本也大大降低。同时，设备轻量化后，其安装方式基本可以考虑悬挂式或者带轮的移动式，这样，对基础设施要求不高，降低了基础设施的投入成本，同时悬挂式或带轮移动式，使设备更加容易移动，在产量变化时，工艺调整的时间更短，只需切断电源，方便轻易地推到对应的工位上即可，大大降低了工艺调整及改造的成本。

（4）实用工装的设计：这方面也是丰田生产线最突出的特点。丰田生产的治具简单巧妙实用，代替了设备的复杂作业。这也是上面提到的，不追求过能力、过精度的作业，实用且保证质量即可，特别是实现防错功能，是设计治具的最大目的。当然，要做到工装的精益化，不是每个生产性企业都能做到的，这需要长期的经验积累和公司文化氛围来保证。

（5）模糊控制理念：这里所说的模糊控制，并不是指不认真对待产品质量。其实，产品质量真正要做好，设计时间所占的比例是比较高的，即将所有的生产性问题都在设计中考虑好了，而到生产制造时，特别是组装，只需做好防错，其余控制不必过能力、过精度、过检测，控制简单化，简单的问题不要复杂化，从而减少不必要的财力、物力、人力、精力、效率的成本投入。

5 精益管理方面

精益生产线，不只是生产线设计上的精益，而且还离不开管理上的精益。只有两者结合起来，才能做到精益制造，实现以最低成本达到最大效果的精益目标。

（1）物流配送管理：采用分区配送、看板配送方式，既降低高科技的成本投入，同时也达到了准时化、效率高的配送作业。

（2）生产现场管理：采用履历表管理、变化点管理、定时定期检查管理（一分钟点检、定时线外检查、小装化检查、定时作业观察、首末件检查）、倾向管理、设备管理（防错装置、标准件检查、自主保全）、标准作业（三票两表）、看板管理等现场管理方式，质量管理理念推行谁制造，谁负责的管理理念。通过这些现场管理方式和理念，做到精益管理，现场作业将井然有序，产品质量才会精益求精。

6 结束语

生产线的精益设计规划，不是说不重视质量而去刻意降低投入成本，反而是因为更加重视质量，花更多的设计时间进行精益设计规划，从而降低生产制造的投入成本及后续的维护、扩展、调整、改造成本，最大限度地提升产品质量，这才是生产线精益工艺设计需要做的事情，才能具备极强的市场适应能力和盈利能力，才能为企业可持续发展打下坚实的基础。未来，新工艺、新技术及新产品的不断涌现，使发动机装配向智能化、数字化和可视化发展，未来的发动机装配线的精益工艺设计将有更多的选择。