【汽车发动机装配工艺过程设计（论文）9100字】

·汽车发动机装配工艺过程设计摘要当前阶段对汽车发动机的生产和装配提出了高精度，高效率，高柔性及高质量的要求，这分别与发动机装配技术、装配节拍、多机型同步装配及装配精度等有关，为了达到以上要求必须要设计出科学合理的汽车发动机装配工艺。发动机是汽车的关键，所以它的装配线的好坏将对发动机的产量和品质产生直接的影响，在目前社会经济飞速发展的情况下，人们对汽车的要求也在不断地提升，要想提升汽车发动机的品质，必须要依托于科学、合理的装配线工艺，从而实现资源的优化配置，提升生产的品质和效益。针对上述情况，本论文以某汽车发动机装配车间作为研究对象，针对该汽车发动机装配车间进行工艺分析，并通过与发展现状相结合的方式，剖析其中存在的一些问题，运用瓶颈工位分割法对该汽车装配车间进行工艺优化，并在此基础上增加自动导引小车，运用遗传算法对小车路径进行优化，从而提升该汽车发动机装配车的装配效率。关键词：汽车；发动机装配；过程设计目录TOC\o"1-3"\h\u179281引言 1205112汽车发动机装配工艺过程 1261532.1装配要求与原则 1309222.1.1装配要求 1116772.1.2装配原则 2184802.2设备选择 240312.2.1符合人机工程 2276302.2.2设备要求 353072.3发动机装配流程 383122.3.1发动机总成合装线及其主要设备 3287452.3.2发动机分装线及其主要设备 4223802.4装配质量控制 4202683汽车发动机装配工艺过程现状分析 434883.1发动机装配车间组成 465543.2汽车发动机装配工艺过程存在的问题 5139154汽车发动机装配工艺过程优化设计 666514.1汽车发动机装配作业流程优化 634834.2AGV系统路径优化 6129714.3汽车发动机装配工艺技术优化方案 8290214.3.1完善装配线防错 8252364.3.2完善在线检测 98760结论 116115参考文献 121引言目前，“国六”车已开始逐步替代“国五”车作为我国车辆的标配，而新政策的出台也增加了对车辆安全系数和排放方面的需求，所以需要对车辆相关零配件的质量进行相应的提升。发动机作为汽车的一个重要部件，在科技不断发展的今天，当前开发出的新型汽车发动机在增加起初始速度和降低汽车负重的情况下，不但油耗低。由于发动机构成零部件众多，其制造技术能够直接影响发动机能否有较好的表现，而这一过程中的装配工艺以及其质量控制对于其表现有着决定性的影响。所以需要进一步强化针对发动机的装配工艺，使装配达到高效率，高精度，高柔性和高质量，降低成本和资源优化配置[1]。文章对现代生产制造企业管理模式及生产情况进行了研究，着重探讨了汽车制造企业发动机装配工艺在实际操作中现状及存在问题，并利用先进管理技术对自动导引小车进行了介绍，这有利于促进现代汽车发动机装配效率提升，同时促进汽车高效创新发展。2汽车发动机装配工艺过程2.1装配要求与原则2.1.1装配要求生产商对汽车发动机装配工艺过程的设计应注意如下四点：（1）产品图纸的设计和生产。发动车制造时以设计图纸为基本条件，可以保证数千个上小下大的部件在构成时都处在高效的生产环境中，由于发动机比较复杂，制造时如果没有相应的图纸为依据，就会使零部件出现漏加工现象，给整车运行和销售带来威胁，并直接影响车主的人身安全。（2）生产纲领。需要保证员工在进行生产时严格按照实施生产纲领的有关要求来进行，并按照工作大纲来进行，以保证工作能够顺利进行。制定生产纲领可以让员工在流水线组装作业时尽职尽责，保证作业质量和效率。（3）合理运用资金。生产线投资规模可以对产品质量产生决定性影响，流水线生产过程中生产商需要进一步增加针对装配线资金的投入，唯有提升产品质量才能增加收入。生产线规模和投资规模属正比例关系，对大型汽车配件制造来说，它对流水线运作最根本的要求是使生产智能化和科技化。（4）自动化程度高。装配线的自动化程度可以决定其生产效率的高低，自动化流水线作业相对于传统的人工作业来说，既可以有效的节约人力又可以提高生产效率。与此同时，生产设备的质量还可以从一定的角度优化生产的效率和品质，实现资源的优化配置，避免资源的浪费。2.1.2装配原则根据以上分析可知，设计和规划一条汽车发动机装配线时，需要遵守包括产品图纸，生产纲领，投资规模和自动化程度等内容。但是在资金分配过程中由于要增加对发动机装配质量起决定作用的装备投入比重，因此在规划设计过程中也应遵循如下三个原则[2]：（1）忽视人为原因。由于设备能够对于装配精度进行控制，因而设备可对装配质量起到重要影响。但是作为人员存在着更多不稳定的因素和更大的随机性，要能做到装配精度可靠地控制和保证装配质量，必须要在脱离人员在装配精度和装配质量方面的因素。（2）多机兼容，灵活组装。这样才能达到共享资源的目标，以达到减少投资、降低生产成本、最终增加企业经济效益的目标。但是要能达到以上的目标，必须保证装配工艺要求能同时兼容几种型号，从而达到共线装配的目的，还要保证装配托盘和装配设备能达到一机多用的效果。（3）达到了生产大纲的要求。需要在尽量缩短辅助时间的前提下，对各工序工作量和装配内容进行科学、合理的布置。比如需要保证物流准确和准点，尽量减少不必要等待机和抽取零件行走时间等，最后达到组装标准化操作。2.2设备选择采购设备时，需要结合实际装配工作指定工位内容来决定其所需装备，而采购时也要综合考虑装备质量，柔性，精度和效率。其中装备质量主要表现为装备有高度的稳定性和可靠性；柔性表现为需要预先多机兼容并兼具易操作和易维护的特性；精度表现为需要保证发动机组装技术参数满足要求；效率表现为能够达到生产纲领要求并达到节拍组装。具体条件如下。2.2.1符合人机工程比如需要适当控制线体和托盘中心相加的高度，并按照当地工人平均身高的需求设定，方便工人能在舒适的视角下操作，降低劳动强度。同时对于像曲轴和缸体这样比较重的零部件来说，需要考虑采用设备半自动或者自动上下料的方法，采用这种方法减轻了操作工人劳动强度，当此还能够一定程度的提升了企业生产效率[3]。2.2.2设备要求由于发动机连接装配作业主要靠螺栓来完成，所以力矩值的精度和精确性可以决定发动机装配质量的好坏，所以装配线上的拧紧设备被视为其中关键设备，对关键设备需进一步增加投入，以确保设备功能的发挥，使其能较好地满足生产的实际要求[4]。对装配设备它的主要要求主要有以下七点：（1）高精度，能够将精度控制在3%-5%之间，从而确保螺纹副拧紧力矩一致性，同时还能够调整拧紧轴间的轴距，从而实现柔性生产的目的。（2）具备防错功能，也就是能够避免操作人员出现漏拧、多拧或者重拧等不良现象的发生。（3）具备网络通信功能，可通过串口或者以太网（总线）形式以及生产线控制程序来实现互相通信的功能。（4）实现过程监控，于电动拧紧枪控制盒上对拧紧力矩进行实时显示，从而能够自动地判断拧紧合格与否，同时利用不同指示灯在拧紧枪对拧紧具体状态进行显示。（5）具备数据查询及统计值功能，可对拧紧数据及其过程曲线进行收集并储存。（6）具有编辑功能，可根据工艺生产的具体要求对紧固件拧紧步骤、角度、转速以及力矩进行设计与调整。（7）具有力矩超差报警功能，当拧紧力矩超过原先所设定范围时便会自动报警，以确保力矩处于设定范围。2.3发动机装配流程2.3.1发动机总成合装线及其主要设备发动机合装线是指为发动机零部件进行组装以及和整车进行拼合而设计的流水线流程，其主要是针对生产中的实际需要进行配置来对动力总成和车身进行拼接。当前车企、家庭乘用车发动机总成合装线工位节距在6000mm左右，流水线作业速度可在3.0-7.5（米秒）范围内变频调速。基于动力总成的需求和后桥总成的组装需求，当前多数车企都是通过三举升的方式进行组装的[5]。在本系统中，带同步动态跟踪功能AGV在本生产线上占有重要地位。AGV（AutomatedGuidedVehicle），中文翻译为自动导引小车，俗称AGV小车，它是指配上电磁或光学元件可自动引导的设备，可按指定航线行驶或由电脑控制行进路线，在车企发动机动力总成装配生产线中得到了极大地运用[6]。2.3.2发动机分装线及其主要设备主要担负着发动机分装，贮存，转运等任务。系统主要包括摩擦驱动的悬挂输送机，发动机升降机，吊具和其他装置。工位节距在2500mm左右时输送速度达到最大值20m/min。主要装置是摩擦驱动悬挂输送机。在发动机分装线工部分，在助力装置辅助下将发动机入线上部分，在分装完成后利用双柱带悬吊升降机将发动机离线。靠近预设高度后，借助于操作人员点动操作将发动机精准落入AGV车体工装内。下一个零件时，空吊具迅速上升，进入线内。为了确保上梁，吊杆，辅梁和安全网的制作质量，均采取到制造厂进行预制，验算，安装现场均用螺栓连接进行安装。升降机，停止器，道岔和驱动装置上都安装有必要检修平台并对系统加装吊具进行检具和升降机检修。检修升降机由电动葫芦驱动，可直接把需要检修的载货小车和吊具下降到车间通道内，运出车间检修，吊具和其他“安装入线”就从这个升降机开始。2.4装配质量控制装配工作是为了改善汽车发动机的品质，而发动机品质的优劣可以对整车品质起决定性的影响，并通过网络监测来对生产和过程进行品质控制，采集与发动机产品有关的数据，并在日常试验期间通过发动机状况来落实改善。使用计算机，针对试验发动机使用PMC和其他软件执行数据分析，精确地发现发动机关键部位有可能出现的问题。本实用新型可以通过收集数据的拧紧装置用于拧紧工序，方便系统分析和统计工作，并使用计算机简便地计算出拧紧过程Cp、Cpk数值。工位加工时在关键的部位可以使用半自动和全自动设备箱相配合的技术，以进一步改善发动机的品质[7]。3汽车发动机装配工艺过程现状分析3.1发动机装配车间组成选取了某企业发动机外部装配车间进行研究，装配车间平面布局见图3.1。经过长时间的实地调研，本文深入研究了实地车间布置，设备状况和本汽车发动机装配车间生产流程，得知发动机外部装配车间包括三大部分。（1）两条装配生产线。发动机外部装配是在这一区域内完成的，并且这一部分装配的好坏直接影响着发动机质量。（2）部件的暂存区域。其主要功能是在发动机外装结束时，这部分储存发动机外装所需全部零部件，标准间等。这一地区所涉及到的各部件进，出库，补货等问题，均和整条流水线上发动机装配有着直接联系。（3）AGV部分。AGV组装时的输送和作业时的路径规划有利于促进生产效率的提高。本文对某企业发动机外装配车间进行了长期观测，发现汽车发动机外装生产线采用国际先进设备进行生产，其精度和准确性较高，并且在生产过程中能充分保障发动机各部位质量。另外，沿装配线装设多种在线测量工具可确保装置的正常运行，还可确保装设后所有高达要求的发动机[8]。图3.1发动机装配车间平面布置3.2汽车发动机装配工艺过程存在的问题在汽车外装配车间的装配线上安装有检漏装置，能够对发动机的缸盖总成、半总成、发动机总成进行漏液试验，确保出厂时发动机的质量。针对车间内日常工作过程中遇到的问题，发现其主要存在以下几个方面的问题。（1）汽车发动机外装配生产线实际工作时，流水线操作顺序不够标准。当前企业发动机外部组装生产线操作只是单纯地按组装生产先后顺序来安排，科学性与先进性不足。（2）零件缓存区主要功能在于确保零部件和装配过程之间的紧密连接。然而，实际工作中缓存区零部件存取主要靠工作人员进行，具有一定随机性，导致实际工作中有可能出现准备不足，零件放置不当等问题。（2）AGV系统的实际运行和管理过程都存在着非规范现象，并且小车运行时往往会出现非按照实际运行轨迹行驶的现象。另外，AGV自动感应轨迹中车间中某些路径轨迹已出现一定程度的断裂，极大地影响AGV精度。AGV系统的路径设置仅将装配区与缓存区相连通，并未深入到缓存区中，造成缓存区中需工作人员执行其他任务而未能充分发挥自身的功能[9]。4汽车发动机装配工艺过程优化设计4.1汽车发动机装配作业流程优化目前汽车发动机外装生产线采用装配线侧面等间距设置15个工位并按汽车发动机外装顺序由内而外，自上而下连接。其工位布局图如图4.1，为“U”型装配生产线。对这条流水线上的员工进行了长时间的观察，发现员工平均每天的产量数在20台左右。在装配线上进行了作业编程优化，在优化过程中所采用的工位安排方法为：首先将线束与水泵组件装配线划分成2个工位，然后在总成试验泄露段划分出2个工位，最后在装皮带张紧轮上划分出2个位置。划分出的工位布置以便于在哪个方向上施工为原则，显着提高了工作人员工作效率。通过对分割工位之后工作效率进行统计得知，发动机外部装配车间人均日产数达到23台，增加3台，突出瓶颈工位分割法对车辆外部装配车间优化作用，验证该方法合理性与科学性。发动机装配生产线的工位布局图见图4.2。图4.1原发动机装配生产线工位布局图图4.2发动机装配生产线工位布局图4.2AGV系统路径优化AGV系统能够确保小车正常行驶，同时不会造成小车和障碍物之间的撞击。从小车控制操作可以看出，小车所采用的方法就是不断地寻找与各节点相连的线，并要求小车全程行走距离最短。探索AGV系统路径优化，需综合考虑车辆外部装配车间整体生产线布局，车间整体布局。AGV系统流程图见图4.3。图4.3AGV系统流程图本企业外部装配生产线上AGV作业流程如下：（1）AGV空车状态下始终运行到缓存区再与暂存区中已定位零件运输车相连；（2）AGV在与运输车衔接时，按有关设置顺序先后通过部件存放点，在部件存放点取件需要专人操作并放置在AGV中；（3）AGV把运输车挂起来运输到外部装配车间里，装配车间里小车围绕着车间走，走着走着有关工作人员就把自己所需的零部件带走了，这样就达到了把装配车间里零部件清理干净的目的；（4）当它完成全部零部件清空时，AGV就把零件运输车运送到出发地，并启动新作业。通过对日常作业过程进行观察，发现日常旅行商（AGV）问题路径搜索时，直接寻找两节点间最短距离，找到后直接向下一节点前进，但两节点间常常出现流水线或障碍物出现而导致路径失效，所以需选择两节点间无障碍物行驶。这时，基于“假定大距离绕行障碍物法”规划AGV路径，可以避免AGV被直接引导到更近的直线路径上。经测试发现,AGV虽算法有绕行功能，但实际行动并不能确定绕行时距离中间点的位置，所以需要AGV搜索导引小车两节点间的中间点来达到绕行目的。将“增加中间节点法”设于AGV中部，可使小车得到最远距离绕行指令之后搜索最邻近节点并将其视为中间点，然后向下一节点行进，进而求解AGV绕行障碍路径规划。试验验证表明,AGV使用遗传算法后，按照“大距离绕行障碍物法“，“增加中间点法”，可以使AGV较好的绕行障碍物，帮助AGV更好的对车间的零部件进行转运。4.3汽车发动机装配工艺技术优化方案在进行一条装配线的方案规划以及工艺规划的时候，不同的规划员或者不同的领导从自己和公司的角度出发，对最终的工艺选型和质量控制方案的差异很大，正因此，在做初步的工艺方案规划设计的时候，一定要根据当前企业现状以及今后的市场发展变化的形势，实事求是的具体问题具体分析，在多思考、多比较、多研究的基础之上，将一条转配线的工艺技术方案和质量控制方案充分考虑，科学规划。通常而言，一条发动机装配线应该具备如下7个方面的基本功能：①保实物质量证、②柔性装配、③设备受控、④信息管理、⑤安全与人机工程、⑥物流与零件供应、⑦整机测试功能。整机的产品质量保证是一条装配线的核心功能，也是一条装配线最最基本的功能。在此基础上才能去开展规划生产线的效率、成本和工业工程等其它生产指标。4.3.1完善装配线防错防错技术以生产100％合格品为目标，在设备和操作过程发生异常或偏差时，可检测出异常并自动动作，如自动停止，通知操作者发生了异常。一汽大众EA211装配线的突出特征为混线装配，柔性化非常高，物流过程呈现出如下特点：不同的零件供给方式不同，各工序装配操作的复杂性不同；产品频繁换型，错装与漏装严重影响产品质量。公司以前的防错检测过多依靠人工，检测项目多且识别难，出现失误就会影响发动机的生产。为了追求“零缺陷”的精益目标，发动机柔性装配线增加了大量自动检测工序，在项目批产后的持续改进阶段引入强壮的防错技术，对于在信息系统、设备及工具、料架等方面的防错收到了良好的效果[10]。（1）放行防错发动机装配中,通常在发动机检验后经过了返修才允许人工放行.放行联动就是将自动放行融入生产控制过程中。通过记录每种零件的数据并分类,使得我们能够随时对零件状态进行可靠的说明。零件的状态影响对零件的下一步控制。人工放行融入生产控制中被视作伪生产联动。对此无法确保零件状态进行了可靠说明。放行联动用于检验每一步工艺是否正确,只有在判定并确认合格,不合格(返修和废品)后方可放行零件。如果对零件的判定自动进行,也就是员工无施加影响的可能,属于自动放行。如果需要员工进行判定就是人工放行。（2）上线防错自制件的物料上线采用上料防错方式。上线防错的基本原理如下：采用条码自动识别技术，对自制件的料盘和料箱上的条码标识进行扫码，自动识别并对比物料号。物料号由自制件生产线末依据当日生产的零件类型自动导入防错料系统并打印出来，放置于料箱的标识架上，物流人员在换料时，首先扫描物料号，系统会根据防错物料表自动对比检查上料是否有误。（3）工具防错通过图像识别技术，或光电、限位技术来完成防错。①光栅防错：通过光栅的检测控制，达到工件是否摆放到位。②装配动作防错：通过电动以及气动扳手的程序设置实现对拧紧次数和拧紧顺序的监控。监控拧紧次数监控主要用于辅助判断是否到达最大的拧紧次数，起到对漏拧的评价和监控。通过传感器感应检测工位拧紧顺序，可实现对有多个螺栓拧紧需求的拧紧工序顺序防错功能。③拧紧防错：螺栓的拧紧依据拧紧方法需要对拧紧的最终扭矩和拧紧过程中发生的扭转角度进行监控甚至评价，现在的电动拧紧机、拧紧轴和手持式的电动拧紧枪通过程序均可实现对拧紧的最终扭矩和过程扭转角度进行高精度的控制和反馈输出。（4）物料防错应用红外原理制成的物料防错装置，可以起到智能化的物料防错功能，而且实现起来成本也不会太高，比如，通过灯光提示当前生产机型对应装配物料位置，同时感应操作者拿取料的动作是否发生，拿取物料的位置及次数是否正确，根据提示灯的指示状态即可判断是否发生了零件错装、漏装。另外，应用激光特性制作的物料拾取监控器，目前已经在很多零件外观比较难以区分的装配工序实现了对装配过程物料的使用性监控功能。只有当该装置感应到操作者的拿取动作，PLC控制程序才会对下一个设备的操作动作进行释放，否则无法完成临近的操作内容，比如拧紧枪不能进行拧紧的操作。4.3.2完善在线检测（1）所有重要的自动拧紧工位，电动拧紧轴都增加了自动检测和自动修复功能，用于自动检测拧紧过程和拧紧结果是否合格，如果判定为不合格，则启动自动拧松重新再重复拧紧，当然，前提是对允许重复使用的螺栓才能如此设置。对于多数高强度的螺栓，如主轴瓦盖螺栓或者连杆螺栓，因为应用了屈服极限的拧紧工艺，不允许螺栓的二次重复使用，这些工位在进行过程改善的时候必须加以辨识和剔除。对于拧紧工具，作为拧紧轴的模块，测量值传感器必须要保证＜1%的精度和重复性。基于冗余测量，在安装轴时，不要求对于带外部测量值接收器的控制测量采取进一步措施。（2）针对装配过程经常发生曲轴压异物以及轴瓦划伤等问题，加强了对曲轴回转扭矩和轴向间隙检测的控制力度，其基本功能是可检测出主轴瓦、止推片是否正确以及紧固螺栓预紧力是否合格，在针对产品审核以及售后问题分析发现的因装配过程的清洁度问题产生的轴瓦划伤和压异物问题控制需求充分的研讨后，生产和规划以及质保三方一起对回转力矩监控的功能结合统计数据和曲线分析进行了控制线和过程窗口的重新设置，目前可以对过程压入的金属异物，比如曲轴轴肩脱落的直径在600um以上的毛刺通过过程曲线的变异识别提前发现。（3）增加曲轴油封压装工序的压力位移监控力度的优化，其基本功能是通过压力和位移测量曲线与目标曲线和窗口进行比对，检测出不合格的压装，如压装不到位，压装的配合件尺寸配合出现了严重的偏差等，但是对于压装过程或者压装后出现的其它质量问题，如压装后的油封回弹，压装过程产生的油封端面歪斜等无法识别。通过对压装参数以及压装设备的相关研究，比如压头的设计尺寸，压装速度与压装回弹之间的关系，压装过程的支撑等等，发现了其影响压装最终结果的关键相关因素，并在在压装压力和位移曲线的监控窗口中通过提前的极限样件实验增加很多小的局部的监控窗口，这样对过程影响因素就可以提前进行预判和处理了。（4）增加气门锁片压装后效果检查预判，其基本功能采用激光式检测，对气门锁片完成压装之后的位置进行预判，若存在压装不到位，或者漏压，压歪等等，原本应该有两个锁片共同包围形成的机构与弹簧座之间的距离就会发生变化，而这种变化往往是显著可辨识的。从实际的使用来效果来看，简单，费用也比较合适，但唯一的缺点是对锁片装入状态和清洁度要求较严，如果锁片压头脏污或者锁片本身的清洁度不良，如表面存在明显的油痕，有误报警发生的可能。（5）增加对涂胶工序断胶的自动检查：采用照相比对识别的方法，对涂胶过程的涂胶质量进行连续的跟踪评价，如对挤出的胶料中是否存在大的气泡，或者是否存在严重的涂胶中断，目前的3D摄像头在技术上已经对此类缺陷的识别毫无障碍了，检查是否有断胶，成本较低，效果非常好。结论在社会经济不断发展的背景下，汽车行业要想适应人们对汽车的要求，就需要不断地加强技