从制造到智造 发动机生产线的合理规划

背景 随着整车市场需求的日益扩大,用户对汽车的认知度也日益成熟由此带给车企的产 能压力和投资风险亦日益增大,如何做到精益投资降低投资风险，又能最大化的满足市 场和用户需求成为业内普遍关注的焦点，而合理规划理应成为今后生产规划的指导思 想。

什么是生产规划 规划理念 规划指导思想 规划目的 通过建立高效的、标准化的、适合自生需求的、灵活的生产制造系统 精益规划 规划指导思想 合理规划,按需规划 规划目的 通过建立高效的、标准化的、适合自生需求的、灵活的生产制造系统 1.实现安全的、可控的、多品种、大批量、低成本生产 2.有预见性的防止、避免由于规划失误而造成的投资风险 产品设计 生产规划 产品

生产规划的前提 生产规划前提

合理规划原则 多品种，大批量，低成本 生产线须符合敏捷柔性生产原则 符合精益平面布置原则 符合一次规划，分步实施原则 合理的自动化原则

生产制造系统的建立 建立生产制造系统的重要性 随着市场对产品差异化需求的日益增加以及生产企业产能的日益增大，由于批量质量事件而对企业声誉造成的恶劣影响日益加大，甚至关系到企业的生存。为防止此类事件的发生，对生产线的有效监控成为关乎企业生存的重中之重。 生产制造系统的组成 生产制造系统 生产订单管理 生产过程监控 物料管理及追溯 制造资源管理 质量管理 设备管理

生产制造系统 生产订单管理系统 在MES帮助下, 生产计划部门可以在每班次结束时及时准确得到产量信息 生产跟踪与过程监控 制造资源管理 物料管理与生产追溯 设备管理 质量管理 在MES帮助下, 生产计划部门可以在每班次结束时及时准确得到产量信息 遇到偶发事件，MES可以帮助生产计划部门及时调整生产计划 MES可以帮助生产部门准确了解生产线的毛坯和零件消耗情况，从而指导精准备料

生产制造系统 生产跟踪与过程监控 生产部门可以通过MES获取实时生产信息，监控生产线运行情况。 生产订单管理 生产跟踪与过程监控 制造资源管理 物料管理与生产追溯 设备管理 质量管理

生产制造系统 物料管理与生产追溯 MES可以帮助生产和质量保证人员对所有自制零件和发动机总成的生产全过程进行准确监控和追溯。 缸盖成品装箱单 生产订单管理 生产跟踪与过程监控 制造资源管理 物料管理与生产追溯 设备管理 质量管理

生产制造系统 质量管理 扭矩、SPC、密封测试、冷试和热试等数据可以通过MES上传服务器，实现实时监控 发动机返修自动生成返修信息单，跟踪返修情况。 质量分析样张 生产订单管理 生产跟踪与过程监控 制造资源管理 物料管理与生产追溯 设备管理 质量管理

生产制造系统 质量管理---在线数据分析及工厂质量控制 数据收集 数据生成 数据处理 产品数据 柔性的测量方案 统计分析 产品数据 柔性的测量方案 统计分析 标准编程 ---标准化的程序 统一的数据格式 自动生成报告系统 中央监控方案 基于网络的数据传输 超市原理 超市原理 过程中测量 数据生成 数据处理

生产制造系统 设备管理 MES可以帮助生产部门实时了解损失信息，并形成报告 损失分布样张 生产订单管理 生产跟踪与过程监控 制造资源管理 物料管理与生产追溯 设备管理 质量管理

生产制造系统 制造资源管理 MES可以自动统计刀具耐用度使统计数据真实可信 MES可以将刀具消耗信息反馈给生产支持部门，对库存进行有效监控 生产订单管理 生产跟踪与过程监控 制造资源管理 物料管理与生产追溯 设备管理 质量管理

项目规划流程 定义阶段 实施阶段 Lauch 方案制定阶段 精细规划阶段 投产准备阶段 起步生产阶段 FOB PVS SOP 0-S 确定产品技术参数 确定加工深度 确定生产能力 制定设备设计准则 确定质量标准 确定制造地 估算生产及辅助面积需求 估算投资额 估算项目进度确定关键节点 3P-Workshop 选择设备供应商 规划方案调整及确定 确定供货范围 确定设备供应商 平面布置图优化调整及确定 设计确认 制造过程监控 设备预验收 设备发运准备 生产线安装及调试 设备能力测试 预批量生产测试 小批量生产测试 2天试生产 终验收 投产 生产系统优化 生产陪伴 遗留问题整改

规划方案的合理评价 评价基础 1.投资（折旧） 2.生产费用 评价标准 机床台数 机床运输及安装调试 占地面积 输送滚道和绗架机械手 预估改造成本 产品的生命周期 1.投资（折旧） 切削液 能源 刀辅具 生产辅料 备件 人员 2.生产费用 评价标准 单台发动机的全成本， 优先选择成本低的方案

设备供应商选择标准 供应商所能提供的设备必须满足设计准则的要求 设备供应商的产能(人员,场地,已接合同数量等) 项目负责人的权限 现场安装人员的素质 以往实际工作业绩 公司运行实际状况

预规划和战略规划阶段 产品的技术参数 生产能力 制定设计准则 1.箱体类零件 定位销直径和中心距 2.轴类零件 零件长度和升程 3.连杆类零件 大小头孔中心距和连杆厚度 生产能力 1.起步产能 2.目标产能 制定设计准则

精细规划阶段 缸盖生产线 1.缸盖生产线规划原则 工件的夹紧，定位采用Nullpunktspannung技术（细节见后页） 每个被加工零件均带有加工数据储存芯片 每道工序的加工信息均自动存入新片以供追溯 整线加工采用高转速，湿式加工方案 导管，座圈以及密封测试机床采用全柔性的机器人集成方案 零件清洗机采用全柔性的机器人集成方案

精细规划阶段 2.单，双轴加工中心方案比较—平面布置 机床数量： 33台 机床数量： 22台 生产线面积： 2,437m2 单轴 机床数量： 33台 生产线面积： 2,437m2 优点: 轴数少 机床简单 维修方便 备件费用低 高OEE 双轴 机床数量： 22台 生产线面积： 2,030m2 占地面积节约30%左右 视觉效果好 机床数量少 备件少 较佳的的物流 加工工序集中

精细规划阶段 2.单，双轴加工中心方案比较—投资及费用 1-Spindel 2-Spindel 投资 100% 90% 生产费用 110% 合计(1年) 92% 投资： 机床台数 机床运输及安装调试 占地面积 输送滚道和绗架机械手 费用： 切削液 能源 刀辅具 生产辅料 备件 人员

精细规划阶段 3.缸盖加工柔性化方案介绍 传统与现代定位夹紧方案比较 传统 现代 框架结构,刚性好 重量大 安装,调试复杂 液压驱动,保压设计 复杂程度高 不能重复使用 专机专用 自动化上下料困难 夹持点多,夹紧监控复杂 定位迅速,重复精度高 夹持稳定,可靠 易于更换和调整 结构及设计的模块化,标准化 结构简单 夹紧监控简单可靠 加工灵活性强

精细规划阶段 缸盖快换装夹总结 通过夹持模块的柔性化标准化设计简化了生产管理 极大缩短加工辅助时间,提升制造效率 实现柔性化共线生产 定位迅速,重复精度高 夹持稳定可靠 夹持力分步均匀，防止零件变形 实现一面夹持,五面加工 有效避免了因夹具干涉而引起的加长刀具的使用频次 既适合中,小批量的柔性加工又适合大批量制造。体现了真正意义上的一次规划，分步实施的理念 可便捷的将使用传统装夹方式的加工中心改造为柔性加工单元，实现一次改造终身使用的目标 老状态 新状态

精细规划阶段 缸体生产线 1.缸体生产线规划原则 2.缸体绗磨机的选择 针对铸铁缸体采用自动线方式加工的粗，精加工工位必须使用自动线加工模块方案, 针对铝缸体粗，精加工工位尽可能的采用双轴加工中心机床 该加工中心机床必须采用双轴对置方案。零件的上下料交换区位于机床的中部，目的是，节省辅助时间，优化机床占地面积和简化上下料过程 每个被加工零件均带有加工数据储存芯片。每道工序的加工信息均自动存入新片以供追溯 缸体的定位孔，输送孔及夹紧面须标准化（针对EVO2和Gen.3） 整线采用湿式加工 密封测试机床采用全柔性的机器人集成方案 零件清洗机采用全柔性的机器人集成方案 2.缸体绗磨机的选择 目前主流绗磨机生产商是Gehring和Nagel，两家公司在绗磨技术，加工质量等方面是不相上下的，设备供应商应优先选择参与同步开发的设备厂商。

精细规划阶段 曲轴生产线 1.曲轴加工工艺的发展 经典加工工艺 过渡加工工艺 目前加工工艺 18 17 12 铣两端面 钻质量中心孔 铣定位面 车主轴颈1，法兰，轴头 车主轴颈 车连杆轴颈 钻油道孔(麻花钻) 预清洗 淬火，回火 滚轧 校直 滚轧定位面 主轴颈磨削 连杆轴颈磨削 两端加工，镗轴承孔 轴头，法兰磨削 去重平衡 抛光 经典加工工艺 车-车拉主轴颈 车-车拉连杆轴颈 钻油道孔(枪钻) 滚轧,校直 主轴颈磨削(5砂轮) 连杆轴颈磨削(双砂轮) 过渡加工工艺 铣两端面，钻几何中心孔 车-车拉主轴颈,法兰,轴头 外铣连杆轴颈 钻油道孔(硬质合金麻花钻) 清洗,淬火，回火 主轴颈,连杆颈颈磨削(摆动跟踪磨削) 轴头，法兰，轴承孔磨削 目前加工工艺 18 17 12

精细规划阶段 2.合理规划曲轴产能 随着机床数控技术的高速发展使得高速、高效加工技术及装备在汽车制造业得以大量采用，生产效率得到了极大的提高，组成曲轴生产线的设备数量正急剧减少，目前主流曲轴加工设备的单机生产能力已大于150,000根/年,如何合理的规划曲轴生产线的产能成为今后曲轴生产线规划方案的重点之一。

精细规划阶段 3.曲轴柔性加工线产能匹配和总体布局 曲轴柔性加工自动线通常采用主干和支路输送的布局结构 主，干输送采用分段交替的地面输送形式，而支路使用桁架机械手空中输送 采用了桁架机械手，输送位置通过控制程序可随意改动，实现主，干路交替输送 Pleuellager fräsen Ablängen / Zentrieren HL / FL Dreh-Drehräumen HL / PL schleifen Schrägeinstichschleifen Endwuchten Endwaschen Bandfinishen Stirnverzahnung fräsen Festwalzen Passlager bearbeiten Ölkanäle bohren Härten Endenbearbeitung Messen / Klassieren 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Linie 1 Linie 2 ROH FERTIG

精细规划阶段 连杆生产线 连杆小头孔加工新工艺介绍 背景 2010年欧盟提出在2013年不允许生产含铅零件，而连杆铜套恰恰是含铅零件。为满足欧盟要求，德国大众针对小头孔设计提出了解决方案---取消连杆铜套 在台架试验中发现连杆小头孔在走合试验后由圆柱体变为鼓形

为改善表面质量是否必须增加表面精整工序？ 问题提出 为什么不直接将小孔加工为鼓形？ 为改善表面质量是否必须增加表面精整工序？ 精镗后 滚轧后

金刚石刀具精整加工与高压钢球加工比较 表面粗糙度，直径合格 刀具耐用度约为1,700根 刀具耐用度约为3,200根 实际刀具费用为1欧/300根 刀具耐用度约为3,200根 实际刀具费用为0.00015欧/300根 金刚石 高压钢球

加工质量比较 直径 金刚石 高压钢球

表面粗糙度 金刚石 高压钢球

精细规划阶段 连杆线小孔高压钢球滚压技术 滚压加工是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，利用滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到工件表面粗糙值降低 由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性 滚压是一种无切削的塑性加工方法。可以增加孔的光洁度，可以增加表面硬度。传统的滚压刀具一般为金刚石刀头，单价高，耐用度相对较底。通过对刀具的优化，用经过高压处理的普通钢球进行滚压，代替原先的金刚石刀头，刀具成本费用由原先的1欧/300个连杆降低为0.00015欧元/300根连杆，大大降低了生产成本 不产生切屑 表面质量稳定 设备具备高柔性

精细规划阶段 发动机装配及测试 1.发动机装配线规划原则 装配线采用一体式的“珍珠链”环形方案 统一定义发动机上/下料出口 小返修在线或在线旁进行，大返修从上/下料出口进行上线及下线 以24的倍数进行批量生产 预留分段式强制节拍功能 使用数据采集系统对相应的数据进行存储，保证数据追溯可靠性 自动化决策---根据经济和质量要求，使用更简单，更可靠的成熟技术 AF70 AF10 AF30 AF50 AF90 AF130 AF140 AF150 AF200 AF230 AF240 AF250 AF260 AF280 AF270 AF290 AF320 AF340 AF350 AF360 AF370 AF380 AF390 AF60 AF40 AF20 AF830 AF400 AF460 AF410 AF650 AF475 AF500 AF440 AF450 AF470 AF480 AF510 AF660 AF520 AF530 AF535 AF540 AF550 AF610 AF590 AF620 AF670 AF680 AF700 AF710 AF720 AF730 AF740 AF750 AF760 AF770 AF780 AF810 AF110 AF120 AF100 AF330 AF420

精细规划阶段 2.发动机冷测试 为什么需要冷测试 在不点火的状态下通过各传感器采集数据，并汇集到计算机中自动进行数据分析对比得出结果 降低外购件质量风险，提升产品质量 无须附加辅助设备，如冷却水、汽油消耗、废气排放，没有污染。

精细规划阶段 发动机冷测试原则 测试内容及方案根据德国大众测试标准进行 带机械手的自动对接系统，柔性化的通过式冷测试工位与发动机装配线相对接，带集中装/拆适配器工位 冷试范围如摩擦力矩测试，密封测试集成在装配线中 冷试范围的所有测试结果均将同步存储至中央数据服务中心 冷试范围的所有工作由冷试工程师负责 短发动机密封试验及冷试设备必须具备进/出料道口 根据K-GQS标准定义所采用的热试技术

发动机冷,热测试机组布置方案 Logistik Prüffeld Motormontage ZK - M KW ZKG ZK PL V + E Rohteile Logistik Prüffeld ZK ZK - M Motormontage

精细规划阶段 冷测试内容 机械测试 进排气压力，增压器压力，曲轴回转扭矩，缸体，缸盖的振动噪声等 电器测试 传感器功能测试，接触可靠性测试等 机械测试结果 机械测试结果曲线 燃油系统测试结果 传感器测试结果 传感器测试结果曲线 振动加速度测试结果曲线

精细规划阶段 冷测试结果评价 绝对评价---实测数据 Maximalwert im Fenster Minimalwert im Fenster Mittelwert im Fenster Differenz zwischen Max- und Minwert im Fenster Integral gesamt oder absolut Anzahl Nullstellen im Fenster Steigung im Fenster Maximalposition im Fenster Minimal position im Fenster Position Nulldurchgang im Fenster

精细规划阶段 相对评价---实测数据与标准值比较

精细规划阶段 冷，热测试测试频次及作用 冷试频次100%,目的是降低质量风险 生产起步阶段热试频次100%，生产50,000台发动机后测试频次降为4%抽检并一直保持 热试台架可完全模拟在整车状态下的发动机工况并对发动机在不同转速、扭矩和负载的运行进行测试同时对转速、温度、压力、角度等进行有效监控 热试台架另一作用为匹配ECU Kurbeltrieb Ölpumpentrieb ZK-Haube / Nockenwelle Steuertrieb / Anbauteile 1 Kraftstoff- bereich 100% 密封测试 RM+ Gaswechsel : Saug-/Abgas- Anbauteile 2 Finish- 100% 冷测试 Versand 100% 密封测试 ZP4 热试 <5% 质保---功率测试

精细规划阶段 所有冷试，热试及密封测试数据均联网比对监控 冷试，热试及密封测试供应商选择 Büro-PC (Auswerterechner) JWF Bürosoftware zur grafischen Betrachtung der Messergebnisse, Erstellung und Änderung von Prüfprogrammen Analyzer- und Statistiksoftware für Lebens- laufakte, IO/NIO-Statistik, Histogramme, Trendanalyse und Korrelationen Server Betriebsystem Windows 2003 Server SQL Datenbank (Microsoft oder Oracle) Meßrechner für JWF Kalt, Heiss– bzw. Lecktest Betriebsystem Windows XP Switch Nacharbeitsrechner für Kalt- Heiss- und Lecktest Abspeichern der Meßergebnisse als Datenbankdatei und als Meßkurven Abfrage von Meßkurven Update von Prüfprogrammen Automatisches Update der Prüf- programme bei neuen Versionen Speichern neuer bzw. geänderter Prüfprogramme Archivierungssystem Bandlaufwerk oder DVD extern oder im Server integriert Backup Software zur Sicherung von: Prüfprogramme, Messkurven und Datenbank JWF Serversoftware Abspeicherungen der Meßkurven Einsortieren der Meßwerte in die Datenbank. JWF Prüflaufsoftware für Kalttest bzw. Heisstest bzw. Lecktest JWF-Software zur Funktionsprüfung, lokale Zwischenspeicherung der Prüf-, und NVA-Messdaten im Falle eines Netzwerk/Serverausfalls, min 1000 Stück JWF Nacharbeitssoftware für Kalttest bzw. Heisstest bzw. Lecktest JWF Nacharbeitssoftware zur grafischen Betrachtung der Messergebnisse und neue Zielvorgabe 冷试，热试及密封测试供应商选择 由于所有标准数据来自工作母机,因此设备供应商应优先选择参与同步开发的设备厂商 为保证测试数据比对的可靠性,可信性避免系统误差应尽可能的选择相同的设备供应商

精细规划阶段 …… 绿色工厂 1.节能措施---设备和流程 2.节能措施---工厂 热试和功率测试设备采用能量回收装置 曲轴采用余热回火功能，取消回火炉 曲轴轴承孔磨削集成在法兰磨削机床中 连杆小头孔采用滚压加工方案避免切削的产生 使用环保化学品（如切削液，清洗液等） 所用机床回液泵均采用变频电机 …… 2.节能措施---工厂 厂房屋顶采用小天窗采光方案， 从而减少夏季空调的能耗 厂房屋顶采用隔热板 废水处理采用生化方案 ……

谢谢！ renpeien@csvw.com

平面布置 BackUp

Leistungsbremse und Audit 平面布置 BackUp ZKG KW ZK PL Kuehlmittel Montage Karry 1 Karry 2 mit Kalttest Buero und Kantine Logistik Hottest Leistungsbremse und Audit Nacharbeit Tryout Messraum Meisterbueros WZ Einstellung Etc. Nebenflaeche Sauberkeit-analyse N