柴油机气缸盖生产线数字化升级

黄鑫

摘要：为贯彻“国家战略”，实现公司智能制造目标。通过在旅顺新厂区对气缸盖生产线进行数字化升级改造，提升柴油机关键核心部件智能制造技术，为公司建设数字化车间提供宝贵经验。本文介绍了气缸盖生产线数字化升级项目的总体规划，以气缸盖智能制造为目标，构建工位制节拍化生产模式，围绕气缸盖加工、打磨、清洗、组装制造单元和物料运输、信息系统集成等打造气缸盖数字化制造体系，实现气缸盖数字化生产。

关键词：气缸盖;数字化;桁架机械手;AGV物流车;自动化装配

0  引言

国产中高速柴油机是国家轨道交通干线牵引内燃机车的核心动力装置，利用智能化设备与技术手段，实现中高速柴油机气缸盖制造数字化升级，提升柴油机关键核心部件制造技术，对于增强国产轨道交通重大技术装备的国际竞争力和竞价话语权，具有重要价值和战略意义。

为贯彻国家“制造强国”战略，实现智能化制造目标，公司规划在旅顺新区以柴油机气缸盖自动化生产线为基础，逐步完成MES、WMS、PQSAFE等系统升级及集成，以推动数字化车间的建设实施，从而提高国产柴油机的制造、生产能力及生产车间、工厂的智能化水平，推动柴油机制造体系向精益智能化转型，满足国内各行业对中高速柴油机的需求。

1  项目总体规划

气缸盖生产线数字化升级项目是以气缸盖智能制造为目标，构建工位制节拍化生产模式，围绕气缸盖加工、打磨、清洗、组装制造单元和物料运输、信息系统集成等打造气缸盖数字化制造体系，优化组合气缸盖生产的各个环节，提高气缸盖的生产效率和质量稳定性，缩短产品制造周期，实现气缸盖数字化生产。

柴油机气缸盖生产线数字化升级项目计划在旅顺新厂区柴油机板块一加联合厂房实施（工艺布局详见图1）。前期针对气缸盖生产已投入一条DMG镗铣柔性加工线和一条打磨清洗线，基本满足气缸盖加工和装配前整备的需要。为实现气缸盖生产线数字化升级，需在已投入设备基础上，新增投入机器人、AGV物流车和数字化检具等装备，提升原有两条生产线的数字化水平，同时新建一条阀座装配线，一条气缸盖数字化装配线，升级现有各信息化系统和装备，并进行融合集成，构建气缸盖加工、打磨清洗、装配各环节数字化制造单元、智能物料运输以及各部分与信息系统集成的数字化制造体系。

具体方案如下：

①在DMG镗铣柔性加工线配备桁架上下料机器人，解决目前上下料人工方式，降低操作者劳动强度，实现机加线自动柔性化操作。另外，通过桁架机械手实现DMG线与阀座装配线的对接，实现物料的自动运输;桁架机械手与二维码打印设备对接，实现二维码自动打印功能，使气缸盖的质量管理可追溯。

②新建一条阀座装配线，配置机械手完成气缸盖阀座孔的清理、涂胶，以及冷装阀座的工艺要求，整条线流转运行无人化。

③新建一条气缸盖数字化装配线，对装配工艺流程重新进行规划，采用装配工作岛形式，以适应数字化、自动化装配的工艺要求。（如图2所示）

线外布置一条检查线和一条辅料上料线，检查线配备翻转胎，可实现气缸盖360度翻转，提高了检查人员对气缸盖外观及内腔的目视检查的效率;辅料上料线，配备精密集装盒，实现装配线物料齐套配送。

气缸盖装配采用三台全自动站式装配中心完成缸盖的装配工作，即“装配站一：压装装配站”、“装配站二：气门装配站”、“装配站三：锁夹装配站”;东侧使用全自动的“工作站一：压力试验站”、“工作站二：清洗站”、“整备站：涂油包装站”，以搬运机器人和内部流转机器人，将它们连接起来，形成一条全自动装配线。

装配线采用六台工作站（即六个工位）环形排布，各个工作站中间通过共用一台中心搬运机器人及4台内部流转机器人完成工件的流转运输。

一工位：压装装配站，主要完成护套装配及扩口、堵盖压装、导管压装、密封套压装等工作。

二工位：压力试验站，主要完成气缸盖的冷却水路的低压试验，并可抽检进行燃烧面的高压试验工作。配备自动密封试验台，实现气缸盖高、低压试验，并将试验数据上传系统。

三工位：气门装配站，主要完成气门装配、密封试验、气门拍打、下陷量测量等工作。

四工位：清洗工作站，采用全封闭的通过式结构设计，工件依次经过喷淋、漂洗、吹水、热风烘干等清洗动作，自动完成缸盖的清洗工作。

五工位：锁夹装配站，完成气缸盖内外弹簧、旋转体、锁夹装配等工作。

六工位：涂油包装站，配备下线搬运机器人、包装涂油机，完成打标、涂油、包装工作。

④在机加、打磨清洗、阀座安装、装配等各环节间配备物流运输AGV车，共4台，通过控制系统实现生产线物料智能运输。AGV物流车具备从线边库立体料架到各工位站點再到成品区全过程的自动取送货功能。

⑤数字化检测方面，配备数字化检具，与信息化软件无线传输，实现质量数据的信息化统一管理，使检测数据具备完整性和唯一性，提高了检查者测量工件尺寸的效率以及测量数据的精准度。气缸盖需检测记录数据共45条，经过数字化检具检测后，有32条检测数据可实现自动录入质量系统，数字化率达到71%，其中轴孔类、深度类配合尺寸检测数据数字化率达到100%，并实现产品质量履历的归档管理。

⑥信息化方面，在精益化目标的指导下，以信息化、自动化为主线，开发气缸盖数字化生产线管理系统，即升级已有的三大信息化系统，包括生产执行系统（MES）、仓储管理（WMS）、质量管理（PQSAFE），并与生产线相关控制系统集成，全面覆盖气缸盖生产的各领域，使计划、物流、标准化、过程控制、异常管理等业务实现信息化、数字化管理。

通过工艺设计、二维码、数字化检具对数据的采集、三大信息系统与智能单元的联动、AGV系统对产品和物料运输的支撑等，建立各个数字化、信息化、智能化应用设备及各系统之间的数据接口，实现系统集成与数据共享。

通过对气缸盖生产线的人、机、料、法、环、测六要素的数据采集，对数据进行分析处理，及时发现生产线加工、组装各环节存在的问题，相应的进行提醒反馈，充分体现生产过程中的质量卡控，保证整条生产线稳定运行。

通过增设生产线看板、指挥大屏等，实现整条生产线的过程可追溯、可视化、智能化管理。

通过开发MES、WMS、PQSAFE三大系统与AGV物流车、桁架机械手、阀座装配线、气缸盖数字化装配线等接口，通过布置无线网络，与硬件、客户端等进行有效集成，实现整条产线的信息化管控。

2  项目达产效果

公司通过实施气缸盖生产线数字化升级改造项目，将提升中高速大功率柴油机气缸盖的数字化制造关键技术;项目达产后，气缸盖的加工、清洗打磨、组装整体的节拍为28min，班次二班制，预计可实现年产各型柴油机气缸盖8400个的生产能力，公司关键部件数字化制造水平将能达到中车集团领先水平（即轨道交通行业国内领先水平）。通过采用数字化制造技术提高生产管理水平，提升产品质量和生产效率，降低生产过程对环境的不良影响，促进传统制造业向智能制造业的转型升级。

气缸盖数字化生产线项目建设，坚持“总体规划、分步实施、重点突破、效益驱动”的两化融合推进原则，强调“战略、流程、技术三位一体”的协同化规划和部署策略，通过气缸盖生产线数字化改造，逐步实现气缸盖生产的数字化、智能化，从而带动中高速大功率多用途柴油机制造水平升级，建成中车集团内部柴油机产品数字化制造示范基地。

3  效益分析

社会效益方面，柴油机气缸盖生产线数字化升级将提高我公司柴油机生产能力的数字化水平，推动柴油机制造体系向数字化转型。

目前，气缸盖加工、打磨清洗、组装等工序配置人员20人，通过数字化升级后，只需8人进行全线的操作、巡视及整备工作，年降低人工成本162万元。

气缸盖数字化装配线投产后，气缸盖生产的节拍时间由50min缩短至28min，生产效率提高40%以上，产成品交货期显著缩短。

通过数字化升级，气缸盖产品的精品率可提高50%以上。

通过网络化监控减少设备空转待机时间，通过优化物流仓储减少无效流转，通过生产过程大数据分析强化車间水电能源管理，提高设备和能源利用率，单位能耗降低5%以上。

经济效益方面，按4万元/台、每台利润3%计算。项目达产后，可实现气缸盖销售年收入2亿元，销售利润600万元。

参考文献：

[1]《数字化工厂通往未来制造》（中国工业网）.

[2]大连中车柴油机绿色智能工厂建设方案.

[3]江文涛，赵凤辉.汽车发动机气缸盖加工工艺技术研究[J].现代制造技术与装备，2018（07）：84-85.