發動機敏（mǐn）捷柔性自動線(AFTL)的設備需求-用戶之聲-數控機床市場網

發動機敏捷柔性自動線(AFTL)的設備需求

2013-3-27 來源：作者：陳長年

發動機製造裝備可謂第一汽車製造裝備，是現代汽（qì）車零部件集成製造技術（shù）的（de）經典。發動機關鍵（jiàn）零部件的敏（mǐn）捷柔性自動線(AFTL)屬於第三代自動生（shēng）產線，95%左右進口。從20世紀末至（zhì）今，據不完全統計，已經有約200條安裝或將安裝，平（píng）均單價約2000萬美元。如，僅意（yì）大利柯馬公司2008～2010年（nián）即提供了20條（tiáo）AFTL。據中國（guó）機床協會統計，“十二（èr）五”期間發（fā）動機製造裝備市場規模約為750億元。

AFTL的關鍵技術

首先是生產線的數字化設計。這要（yào）求供應商按照精益、敏捷理念，采用協同仿真技術---使（shǐ）用戶能夠選擇技術、經濟優（yōu）化的方案。采用（yòng）了這種數字化設計技術後, 其新產品推向市場的速度可加快30%，重複設計減少65%，生產規劃（huá）流程精簡40%。

AFTL還應具有可重構模塊的高速加工中心(RMT)，作為新一代加工缸體、缸蓋生產線的核心技術。其特征是：模塊化、高速化、幹切削。隻有模塊化才能實（shí）現可重構;隻有模（mó）塊化才能大幅度降低製造和使用成本（běn）。

AFTL還需要在線檢測。為實現大批（pī）量高生產率條件下的在線精密檢測，要求檢測（cè）設備的分（fèn）辨率達1μm，整個測量形貌（mào）的測量周期在數十秒以內，測點達到幾百萬個以上。目前完（wán）全（quán）依（yī）賴進口。

另外，在AFTL中（zhōng）柔性夾具的設計至關重（chóng）要。柔性（xìng）夾具設計需要精通零件製造工藝，這也是國外企業對我國封（fēng）鎖的核（hé）心技術和盈（yíng）利的訣竅，也是（shì）我國機床企業的軟肋。最近一汽發動機（jī）FTL招標中，德國公司一個工位（wèi）柔性夾具價格約（yuē）20萬歐元，與臥式加（jiā）工中心價格相當!

物流係統被視為“第二類（lèi）生產”，包括（kuò）自（zì）動（dòng）上下料、工件傳輸儲運、實時工廠物流係統，可極（jí）大提高現代發動（dòng）機生產的效率和可靠性（xìng）。為零庫存提供可（kě）能。先進的工廠物流係統是現（xiàn）代發動機生產實現精益和敏（mǐn）捷的關鍵。自動上下料最新發展是采（cǎi）用機器人(機械手（shǒu）)自動上下料，以便增加（jiā）通用性和柔性。

在AFTL中，信息係統尤（yóu）為重要，尤其是自動線CNC控製係統,其複（fù）雜程度（dù）不是（shì）隻控製單個機床可（kě）比擬的。世界上隻有少數幾家頂級公司有此能力，我國目（mù）前空白（bái）。

最後是兩個指標的要求，自動線可靠（kào）性技術：需要滿足整條自動線工序（xù）能力指數Cpk值≥1.67，平均無故障工作時間（jiān）MTBF≥3000h的要求。

敏捷柔性自動線的基本技術要（yào）求

現代（dài）殼體類零件機械加工自動線屬於“敏捷柔性自動線”，以便滿（mǎn）足現代動力總成殼體類零件生產線“多品種、大產量、高效（xiào）率、低成本”的（de）需要。敏捷柔（róu）性自動線使用的機床類型為“剛柔混合”型——以高速加（jiā）工中（zhōng）心滿足生產線高柔性要求，以數控專機滿足高效率要求，並可（kě）降低投資成本。剛柔混合程度(深度、中度、輕度)要從采用協同仿真技術的（de）數字設計（jì）多方案中選擇（zé）。

AFTL線中集成應用以下技術：FA技術，又稱“無人或熄燈生產（chǎn）”技術;殼體類零件高速切削技術;幹切削（xuē）、MLQ切削技術;殼體（tǐ）類零件精密加工技術（shù）;生產線多品種工件混流技術;敏捷物流（liú）係統;生產線信息采集、分析、反饋、集成控製技術;在線檢測係統及集成應（yīng）用技術。

1. 敏捷柔性自動線的高（gāo）速加工工藝（yì）及裝備

(1)高速切削工藝

根據日本汽車製造業的曆史數據（jù），汽車製造（zào）業平均每（měi）5年切削效率要提高28%，其中切削速度平均提高19%，進給速度平均提高8%;而最近幾年（nián）切削效率提高的幅度在30%以上。目前製造（zào）發動機主要零件的（de）生產節拍已經（jīng）縮（suō）短到（dào）了（le）30～40s，比十幾年前縮短了50%。發動製造企業為提高加工效率，都進行（háng）了（le）技（jì）術改進。如，上（shàng）海大眾汽車通（tōng）過使用HSK刀柄，塗層硬質合金、金屬陶瓷、CBN、PCD刀具（jù），滿足高主軸轉速、高進給速度、高加/減（jiǎn）速(三)的要求（qiú）——隻有“三高”才能實現高效加（jiā）工(HPC);上海通用汽車，通過（guò）使用SECO公司的CBN300刀（dāo）片進行灰鑄（zhù）鐵缸（gāng）體平麵幹（gàn）式銑削（xuē），切削速度達到了1600m/min，刀具壽（shòu）命提升了4倍。

(2)高速模塊式機床

用於鋁合金殼體類零件生產線主軸最高轉速一般為15000～20000r/min，工件進（jìn）給最（zuì）高速度40～60m/min，快速移動速度高達60～90m/min;加速度達到1.0～1.5g，換刀（dāo）時間(刀-刀) 1.5～3.5s、甚至0.8～0.9s;定位精度/重複定位精度——工（gōng）作台1m以下，8μm/4μm (VDI標準)，工作（zuò）台1m以上，10μm/5μm/M (VDI標準)。關鍵工序的機床（chuáng）工程能力指（zhǐ）數/工序能力（lì）指數Cmk/Cpk值≥2.0/1.67 。

具有可重構（gòu）模塊的高速（sù）加工中心(RMT)，作為新（xīn）一代（dài）加工缸體、缸蓋生產線的核心技（jì）術。其特征是：模塊化、高速化（huà）、幹切削。目前，這類加工中心的（de）最新發展是（shì），主運動普遍采用電主軸，進給運動普遍采用直線電（diàn）機。普遍運用三坐標模塊式和箱中箱結構。

同時要求帶有斷刀檢測、機內自動測量、自動補償（cháng）係統、對刀裝置（zhì）等。

2. 敏（mǐn）捷柔性自動線的智（zhì）能物流係統、信息係統

(1)智能物流係統

由（yóu）原材料處理、存儲、上下料（liào）裝置、機床間工件傳輸（shū）裝置（zhì）組成。在單台數控機床配備工（gōng）件庫或原材料庫和自動上下料裝置(含機械手、機器人)的條（tiáo）件下，即在與物料存儲與傳送及其自動（dòng）控製集成（chéng）的（de）條件下，構成柔性製造單元(FMC)。在（zài）多台數控機床配備（bèi）自動上下料與物（wù）料存儲和傳送及與生產計（jì）劃（huá）調度（dù）用計算機集成的條件下，構（gòu）成（chéng）柔性製造係統(FMS)。在不含計劃調度（dù）係統和工件單向流動時，組成柔性生產線。

(2)智（zhì）能物流部件——無（wú）人搬運小車（chē）AGV(Automatic Guided Vehicle)

AGV顯著特點的是無人駕（jià）駛，AGV上裝備有自動導向（xiàng）係統，可以保障係統在不需要人工引航（háng）的（de）情況下（xià）就能夠沿（yán）預定的路線自動行駛（shǐ），將貨物或物料自（zì）動從（cóng）起始點運（yùn）送到目的（de）地。

AGV的另一個（gè）特點是柔性好，自動化程度高和（hé）智能化水平高（gāo），AGV的（de）行駛路徑可以根據倉（cāng）儲貨位要（yào）求、生產工藝流程等改變而靈活改變，並且運行路徑改變的費用（yòng）與傳統的輸送帶和剛性的傳送（sòng）線相比非常低廉。AGV一般配備有裝（zhuāng）卸（xiè）機構，可以與（yǔ）其他物流設備自動（dòng）接口，實現（xiàn）貨物和物料裝卸與搬運全過程自動化（huà）。此外，AGV還（hái）具有清潔生產的特點（diǎn），AGV依靠自帶的蓄電池提供動力，運行過程中無噪聲、無汙染，可以應用在（zài）許多要求工作（zuò）環境清潔的場所。

AGV在自動生產線的應用————色塊

AGV在製造業（yè）的生產線中能（néng）夠高效、準確、靈活地完成物料的搬運任（rèn）務。並可由多台AGV組成柔性的物流（liú）搬運係（xì）統，搬（bān）運路線可以隨著生產工藝流程的調整（zhěng）而及時調整，使一條生產線上能夠製造出十幾種產品，大大提（tí）高了生產的柔性和企業的競爭力。

1974年（nián）瑞典的Volvo Kalmar轎車（chē）裝配廠為了提高運輸（shū）係統（tǒng）的靈活性，采用基於AGVS為載運工具的自動轎車裝配線，該裝配線由多台可裝載轎車車體的AGVS組成，采（cǎi）用該（gāi）裝配（pèi）線後，裝配時間減少了20%，裝配故障減小39%，投（tóu）資回收時間減小57%，勞（láo）動（dòng）力減小了5%。目前，AGV在世界主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒以及大眾等（děng）汽車廠的製造和裝（zhuāng）配線（xiàn）上得到了普遍應用（yòng）。

(3)智能信息係統

主要包括（kuò）生（shēng）產線控（kòng）製、刀（dāo）具（jù）更換、工裝及附具更換、工件調度、自動編程、自動監控、自動補償、工件質量（liàng）自動檢（jiǎn）測、刀具磨損或（huò）破損後的自動更換和自動報警等。要求具有CAD/CAM功能，遠程生產線管理和維（wéi）護、故（gù）障診斷和自動修複功能（néng）等。

車間智能製造管（guǎn）理（lǐ）係統(manufacturing execution system，簡稱MES)是（shì）美國在20世紀（jì）90年代初提出的，旨在加強MRP計劃的執行功能，把MRP計劃同車間（jiān）作業現場（chǎng）控製，通過（guò）執行係統聯係起來。這裏的現場控（kòng）製包括PLC程控器、數據采集器、條（tiáo）形碼、各種計量及檢測儀器及機械手等。MES係統設置了必要的接口，與提供生產現場（chǎng）控製設施的廠商（shāng）建立（lì）合作。

MES對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理，對工廠事件及時做出響應、報告、跟蹤（zōng）及處理，對生產狀態的（de）快速響（xiǎng）應使MES能夠優化工藝流程，提高管理效率，有效地指導工廠的生產運作過程。

MES是企業CIMS信（xìn）息集成的紐帶，是實現（xiàn）車間生產敏捷化的基本技（jì）術手段;是近10年來在國際上迅速發展（zhǎn）、麵向車間層的生產管理技術與實時信息係統。MES可以為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的製造業（yè）環境，幫助企業（yè）減低成本、按期交貨、提高產品質量。

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