（机械制造及其自动化专业论文）面向可重组制造的生产线改造及质量保证系统的研究.pdf

上海大学颤_ 上学位论文 摘要 随着科学技术的日新月异，现代制造业正面临着快速多变、不断增强的市 场竞争等一系列问题，如何通过企业制造资源的快速升级以及系统控制方式的 快速重组以适应市场的动态需求变化，是制造业面临的一个严峻挑战。 作为上海市科委重点攻关项目“汽车电机可重组装配生产线关键技术与装备 的开发应用”研究的一部分，本文从实际应用角度出发，以舒航电器分公司目 前的汽车电机生产线为研究对象，在深入分析生产线所面临主要问题的基础上， 提出一种运用可重组技术对现有电机生产线进行改造的方法。该方法主要是通 过对硬件、工装、装备的改造和生产计划与生产过程的全面考虑，把生产线设 计改造成可根据产品品种和批量进行重新构型的生产线，从而在生产品种经常 变动的情况下，有效实现生产线的动态重组。考虑到生产品种经常变动，给生 产质量状态的实时监控带来很大难度，因此本文在对生产线进行可重组改造方 案沦述的基础上，重点研究了在可重组工作状态下影响电机质量的几个关键技 术。并提出了可重组模式下进行质量控制有效方法。论文的主要研究工作有： 1 ) 深入研究了生产线加工系统可重组设计技术，在此基础上给出了生产线的总 体改造方案。 2 ) 在整个生产线布局与改造中充分应用可重组技术与s p c 技术，并分别从基 础层、实现层、资源层及用户层方面构建了面向可重组制造的质量保证系统 框架，从而确保可重组状态下质量快速稳定与加工产品的质量。 3 ) 适应可重组技术的现场工装与检具库及应用管理机制，将工艺装备及检具的 管理延伸到生产现场。 4 ) 构建了适用于工序变化的现场信息发布与采集系统，能直接向工作现场发送 指令，并及时采集生产现场的生产状况、设备状况、质量状况等信息。 5 ) 可重组工作状况下现场加工单元与物流、操作人员之f 司的快速匹配机制。 6 ) 根据可重组生产方式的需要，重点改造了几个对电机质量影响较大的工位， 并运用神经网路b p 算法理论计算校直量，实现了电机转予出轴端半自动校 直，并在实践中获得成功应用。不但有效地减轻了工人的劳动强度、提高了 校直效率及精度，而且为批量生产的质量控制提供了有效的保障。该装置申 请了国家发明专利。 本系统经实践表明，能够提高企业对多品种、变批量生产的适应性。 关键词：可重组制造质量保证统计过程控制质量控制图b p 网络 v j i 海大学硕士学位论文 a b s t r a c t w it ht h ed e v e t o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，t h em o d e r n i i i f l i f a c t u r i n g i sf a c e dw i t hm a n yq u e s t i o n ss u c ha sf r e q u e n t1e v i t y 、 f u r i o u sc o m p e t jt io no fm a r k e ta n ds oo n h o wt oa d a p tt h ec h a n g e so f d y n a m cr e q u i r e m e n ta b o u tm a r k e tb yf a s tu p g r a d i n gm e c h a n i c a 【r e s o u r c e a n dr e c o n f i g u r n gt h ep a t t e r no fs y s t e mc o n t r o l ，i saf l i n t yc h a l l e n g e t o l l l a n u f a c t l i r i n g a sap a r to ft h ep r o j e o t d e v e l o p m e n to fk e yt e c h n o l o g y 吼de q u i p m e n ta b o u t a u t o m o b i l em o t o rr e c o n f i g u r a b l ea s s e m b l yl i n e ，w h i c hi ss u p p o r t e db ys h a n g h a i c i v i cs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y t h ep a p e rp u t sf o r w a r da r la p p r o a c ho f r e b u i l d i n gt h ep r e s e n tp r o d u c t io n n eo fm o t o rb yu s i n gr e c o n f i g u r a b l e t e c h n i q u e w h i c h isb a s e do nt h ea n a l y s i so fs o m em a i np r o b l e m s c o n o n t e dh vt h em o b i l em o t o rp r o d u c t i o nl i n eo fc o m p a n y a c c o r d i n gt o v a r i e t va n db a t c ho fp r o d u c t p r o d u c t i o nl i n ec a nb ed e s i g n e din t oan e w o n ew i t ht h ea b i iit yo fr e c o n f i g u r a b l eb yr e b u i l d i n gt h eh a r d w a r e 、 a s s isl a n tc l e v jc ea n de q u i p m e n t ，t h u si t c a nr e a l l z ed y n a m i c r o c o n ： i g u r a t i o no ft h ep r o d u c t jo nl i n e i ti sh a r dt oc o n t r o lt h eq u a l i t y ord r o d u c jr i gp r o c e s sd u et ot r a n s i t i o no ft h ev a r i e t yo fp r o d u c t s ot h i s p a p e rs o l v e d s e r e r a lk e yt e c h n i q u e sa b o u ti n f l u e n c i n gt h eq u a l i t yo f i l l ( ) o r w h jc hw a sh a s e do nd is c u s s in g t h ep r o j e c to fr e c o n f i g u r a b l ed e s i g n f o ri l i a n u f 8 c t u r i n gs y s t e m w h a t sm o r e ，i tp r e s e n t sa ne f f e c t i v em e t h o d o f c o a tf ol l i n gq u a l i t yi nt h em o d eo fr e c o n f g u r a b l em a n u f a c t u r i n g t h e i l i a inw e r k sa t a sf o l l o w s ： 1 )7 f h eg e n e r a lr e b u i l d i n gp r o j e c to f p r o d u c t i o nl i n ew a sp r e s e n t e d ， w h i c hw a sb a s e do nf u r t h e rr e s e a r c h i n gt h et e c h n i q u e o f r e c o n f i g u r a b l ed e s i g nf o rm a n u f a c t u r i n gs y s t e l l l 2 ) r e c o n f i g u t a b l ea n ds p ct e c h n o l o g y w e r eu s e da tl a y o u ta n d a lt e r a t i o no fp r o d u c t i o nl ir l e t h ef r a m eo fq u a l jt ya s s u r a n c e s y s t e mo fie n t e do nr e c o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r ew a sc o n s t r u c t e d f r o mt h eb a s e m e n t 、r e a l i z a t i o n 、r e s o u r c ea n du s e r ，c o n s e q u e n t ly g u a r a n t e e dq u a l f r ya n dr e a c h e ds t a b i l i z a t i o nl n t h es t a t eo f r e c o n i g u l l a t i o n 3 ) a s s isr a n td e v i c eb a s ew h i c h su s e do nt h e o r a lo fp r o d u c i n g a n d t h er e e v a n tm a n a g ep r i n c i p l ew e r od e s i g n e di no r d e rt o a d a p tr e c o n f i g u r a b l et e c h n o l o g y ，s o i tjsc o n v e n ie n tf o r m t n 8 9 i n gt h el o c a lo fp r o d u c ir i g 4 ) f i e l di n f o r m a t i o np a s s i n ga n dc o l l e c t i n gs y s t e mw a sc o n s t r u c t e d t oa p p yt h ec h a n g eo fw o r k5n gp r o c e d u r e ，w h ic hd i r e c t l ys e n t o r d e r st ot h ew o r k i n gr i o l da n dc o l l c o t e di n f o r m a t jo nj nt i m e ， s u c ha st h es t a t u so fp r o d u c jn g 、e q u i p m e n ta n dq u a it ya b o u t d r o d u c in gf ie i d v l 海人学颂士学位论文 5 )h s tm a t c h i n gp r i n t jp lew a se sc a h is h e da 1 1 o f l g w o r k i n gc e 、 fl o worm a t e r i a ja n do p er a t e ru n d e rt h es i a lu so fr e t o r t f i g u r a h l e m d n u f a c t t i r e 6 j a c c o r d i n gt ot h er e q u ir e m e n to ft h es t y l eo fr e c o n g u r a b e p e o d u c n g ，t h ep a p e rm a in l yr e b u i ltdf e wk e yw e k in gp r e c e d ur e s w h i c hw e r em a n 1 ynr u e n c in gt h eq u a i i t y t h es t r a i g h t e l l in g v & l lu ew h sc a l c u i a t e db yu s i n gt h et h e o r yo fb pa r i t h m e ca n 基本架构：固定流水线加工只针对单个产品进行加工；柔性生产线一般设 计多条生产线，加工每一族零件需设计条与该族零件对应的固定通用生 产线：可重组生产线可实现只设计一条有一定冗余量的可重组生产线，节 省空间并实施混流生产。 利用率：柔性制造系统具有广泛使用，很多购买了柔性制造系统的企业对 上海大学硕士学位论文 柔性制造系统并不满意，主要原因是柔性制造系统的高成本、高投入和高 价格。组成柔性制造系统和c n c 机床并不针对某种零件而设计，因此在 设计和建造的机床上嵌入了很多可能的功能，造成了冗余生产功能的浪 费、购买价格和投入成本的增高。可重组制造系统基于多个零件族进行设 计，对零件族中所有种类的零件提供定制柔性，而且构建了具有可调整性 的结构，在系统层次上通过调整设备和控制信息进行重构。 生产能力一生产功能：柔性制造系统基于所有可用柔性和功能而构建，这 些特点的充分发挥和实现基于有限生产能力的实现，其显著特点就是“先 设计后使用”。可重组制造系统一定程度上可弥补柔性制造系统的不足， 因为它的生产能力和生产功能可按需要增加、减少和调整。可重组生产线 还可以超出柔性生产线的限定范围产品族分界线，在不同产品族内演 化。 1 2 4 可重组制造模式下质量保证系统国内外研究概况 在国内，基于可重组制造模式下的质量保证系统研究还比较少，其研究成 果多数也只是对系统提出了功能结构的划分，构建了基本的概念框架，很少建 立起真正的成型系统或者只开发了若干功能的子系统。在国外，则主要集中在 质量管理领域的先进制造环境中的基于w e b 的质量信息系统、质量计划工具 质量功能配置、制造过程中的质量保证和维护控制及质量和可靠性工程的 计算机模拟等方面的研究i 。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着先进制造模式像计算机集成制造( c 1 m ) 、敏捷 制造( a m ) 、可重组制造( r m ) 等及其相关技术的发展，国外专家提出了能 够用于先进制造环境中的i q s ( 集成质量系统) 和c a q ( 计算机辅助质量系统) ， c a q 和i q s 以计算机网络和数据库管理系统为基础，实现质量信息的采集、处 理、传递的自动化，实现各个层次质量问题诊断与决策支持，实现质量信息集成与 功能集成。一些著名的企业如美国波音公司、福特汽车公司、d e c 公司、德国 弗利德里希哈芬发动机和涡轮机联合公司( m t u ) 等均通过运行c a q 或i q s 取得 了明显的经济效益。关于制造过程中的质量保证和维护控制，则主要研究的是 在制造过程中达到质量保证和维护控制两者并行进行的方法。 l 海人学硕士学位论文 综上所述，近年来国内外对可重组制造系统的理论方法及相关系统的设计、 不同模块间的应用接口设计进行了理论性的研究，而对可重组制造在实际生产 线中的应用研究却很少。对可重组制造过程中的质量保证系统的研究也仅限于 目前现有的先进制造模式下的质量保证系统的研究。主要集中在注重面向过程 的质量管理、系统功能结构的划分、基本概念框架的构建，很少建立完整的成 型系统。或者仅对先进制造环境下产品质量的某一项进行研究，像在设计阶段 用于分解产品性能的质量功能配置方法、面向质量的设计方法( d f q ) 、用于过 程控制的统计过程控制( s p c ) 技术等。实际上，先进制造环境下的质量保证 应该覆盖从市场调研、设计开发、加工制造到售后服务等的先进制造质量环的 整个过程。然而由于各种原因，过去企业的各部门和各系统间的质量信息不够 通畅，影响了对产品质量控制的效率和效果。为适应现代企业生产经营方式的 发展，质量管理信息的处理向集成化和信息化方向发展是必然的趋势。因此， 本课题将紧密结合企业的实际状况，运用可重组技术，对电机生产线进行可重 组改造及如何实现基于网络的、可重组制造环境下的质量保证进行研究。 1 3 研究的目的及意义 在制造企业中，国内汽车电机生产线目前所面临的问题是：( 1 ) 品种多、 批量变化大，而且企业的生产过程信息化水平不是很高，企业内部各部门之间、 前后生产工序之间信息难以共享。( 2 ) 人工参与因素太多，许多调整和决策都 是靠人工来完成的，容易形成纰漏，质量控制状态不稳定。( 3 ) 生产控制系统 缺乏柔性，由此造成的一个非常突出矛盾就是遇到突发紧急订单时生产安排难 以实现，产品质量不能得到有效保证。因此，为了解决上述问题，有必要从生 产方式和管理控制方式出发，对现有生产线进行可重构改造，阱满足市场需求 的变化，同时提高产品质量。但可重组制造环境对生产线和质量保证技术也提 出了许多新的问题和新的要求。质量方面的问题和要求主要有：( 1 ) 建立在 i n t e r n e t 上的共享性和兼容性。( 2 ) 支持环境即插即用。( 3 ) 可适应变化产品质 量计划的“业务过程”。( 4 ) 质量保证信息站点。生产线方面的问题和要求主要 有：( 1 ) 快速响应。不同模块进行可重组的斜升时间要短。针对不同的生产计 划，加工生产线要能够快速的响应这变化。( 2 ) 加工过程稳定。生产柔性化 上海大学硕士学位论文 的同时，由于工装夹具及其他相应模块的重新组合变动，造成生产工艺过程不 稳定、产品质量难以控制。( 3 ) 保证产品质量。目前，企业对产品质量的控制 主要是采用事后检测分析的方法。这种方法虽然从某种程度上也能保证产品质 量，但是其响应时间较长，有可能造成生产批同检验批完全脱节，而且对质量 的控制也没能形成数字化。这样造成信息不透明、生产信息不能及时反馈给管 理部门，从而使得生产周期较长、效率不高。 针对上述问题并结合生产线的实际情况及目前的质量管理状况，我们提出 将可重组方式应用在电机行业，对现有电机生产线进行可重组改造。在此基础 上建立面向可重组制造的质量保证系统，从根本上保证了电机生产线可重组改 造后整个生产工艺过程的稳定，实现了可重组制造模式下的实时过程质量控制。 从而一方面能够及时发现系统的故障，对故障进行诊断、排除和报警。另一方 面能够在制造系统运行时，对由某些异常因素引起的产品质量已经下降，而系 统没有发生明显故障的情况，进行状态估计并给出响应对策，保证所生产产品 的质量。特别是对于动态的可重组制造模式，由于生产状态的经常变化，建立 相应的质量保证机制则显得尤为重要。通过实施生产线的可重组改造及生产过 程的实时质量控制，建立起面向可重组制造过程的质量保证系统对于提高整个 制造业水平，充分发挥可重组制造模式的灵活、适应变化快的优势具有非常重 要的意义。 1 4 论文的主要研究内容 为了解决汽车电机生产线的柔性与生产率的矛盾，在开发适应订单生产方 式的可重组汽车电机生产线过程中，本课题研究的主要内容是对汽车电机生产 线的瓶颈一电机转子生产线进行可重组改造。根据生产状态的变动，通过改造 关键工位和构建信息系统，实现对生产过程的实时质量控制，从而配合可重组 系统的控制系统构成i i 丁重组电机生产线，以确保电机生产的产品种类快速变换， 保质保量地完成客户的订单。主要研究的内容如下： 1 ) 生产线加工系统可重组技术的研究，通过技术需求详细分析了加工系统 可重组技术的各组成部分。( 详见第二章) 2 ) 可重组电机生产线的总体设计及改造方案。通过分析舒航电器分公司的 l 海大学倾+ 学位论义 电机生产线现状和需求，给出了采用可重组技术对生产线进行改造的方法，具 体通过对硬件、工装、装备及质量控制方面的改造，把生产线设计成可根据产 品的品种和批量进行重新构型的生产线。在此基础上提出了获得完整质量数据 信息的规范化设计方法( 质保工艺、过程数据采集方法等) ，并给出了可重组制 造质量保证系统的总体方案。( 详见第三章) 3 ) 关键技术解决。根据上面章节的分析论证，对生产线可重组改造从关键 技术解决方面进行了详细介绍，主要是对生产线关键工位压轴工位和校直：i ：位 的可重组改造。在改造实施中，难点是校直工位校直量的确定，本文运用神经 网路b p 算法理论确定校直量。利用其强大的数据处理能力、容错能力以及自 学习能力，为校直过程提供精确的校直量，从而为整个生产线的面向可重组的 改造奠定了基础。( 详见第四章) 4 ) 构建了一个完整的生产现场信息系统，实现工位信息实时数据采集以及 采用传感器进行生产过程实时数据采集。对采集的信息，运用s p c 控制图进行 分析，然后反馈至生产过程，并阐述了s p c 控制图的分析过程、控制图生成过 程以及控制图的一个应用分析示例。最后对系统实现的数据接口模型进行了说 明。( 详见第五章) 5 ) 第六章：主要是对本论文作一个总结，并对以后的研究作了一个展望。 全文的整体结构如图1 3 所示： 第一章绪论 0 一1 7 第二章可重组生产线及加工系统可重组技术 芒 i 第三章电机生产线可重组改造及质量保证系统的总体方薯 乡 第四章面向可重组制造的关键工位改造 夕 之 第五章面向可重组制造的质量反馈控制系统的实现 7 第六章总结与展望 图1 3 本论文整体结构不意图 j 海大学硕士学位论文 第二章可重组生产线及加工系统可重组技术 2 1 前言 可重组加工系统是可重组制造系统的执行系统，是整个系统物流和信息流 集中交汇点，也是产品及产品质量最终形成的地方，因此加工系统的可重组设 计是整个可重组制造系统成功的与否的一个关键点。 2 2 技术背景及软硬件要求 2 2 1 需求分析 目前，在汽车及相关零部件制造行业中，为适应多个用户的需求，每一条生 产线需适合至少几十种产品的生产，如汽车行业2 0 0 4 年上市的全新和改进轿车 车型至少有5 0 多种，而每种车型的零部件无论是性能或外观、材料、安装尺寸 都有所不同，订单根据市场变化快速调整，从客观上要求一种由客户订单驱动， 以多品种、变批量、多功能、快速交货和短的产品市场寿命等为特征的生产模 式。传统制造系统显然不能适应这一形势的发展要求，需要发展一种能够通过 制造资源构件调整和制造系统快速重构，适应生产系统内外部各种影响因素的 变化，将多品种、变批量的生产问题全部或部分地转化为一定批量生产的新型 制造系统。这就需要根据企业目前的实际情况，利用可重组制造系统的概念和 相关技术对电机生产过程进行相应的重新规划、设计、实施和运作，提高生产 线的重组能力，以满足不断变化的市场需求。 2 2 2 可重组技术 针对上面的介绍，将对有关可重组技术的背景及软硬件要求进行详细分析。 制造系统的可重组性是指1 ：一种可以按照规划和设计规定的变化能力， 利用子系统、模块或构件的重排、更替、裁剪等手段对系统进行重新构形。制 造形体的可重组性层次如图2 1 所示。 l 海大学硕士学位论文 可重组制造系统一广义r m s 、 信息平台重组( 计算机网络硬件平台软件系统) ：0： 内部组织重组产品重组过程重组 町重组制措系统一狭义删s 组织单元内重组变形设计技术准备 l 加工系统重构l 自组缎 多构形设讣生产、作业计划 l 物流系统重构 白优化 白相似 再利用设计 物流需求 1 控制系统重构 组织单元问重组 加工装配 、， a ，+ 一产日1 + 霪 鹚b ，上 罨 、 产s 2 + l 图2 一i 制造系统的可重组性层次 可重组制造系统一般由可重组加工系统、可重组物流系统和可重组控制系 统三个子系统组成，这些子系统通过管理和人员的有机结合，构成r m s 的物 料流、能量流和信息流。针对汽车电机生产线，r m s 的系统结构如图2 2 所 不。 。r荨i而否1 型鞘韭缴 可重组控制系统卜 黑 ，、掣，、 塑逾! 逻挝亟继，1 r 一物流路线重组l 睡 匿啡匿 o 一加工缓冲重组i u 噩重组生亡姿挺 l 可重组机床ll 可重组工装li 可重组检测设备l 图2 - 2r m s 的系统结构 可重组控制系统用于快速响应各种变化，及时调整生产线的物理组成及运 行状态，以保证加工系统中不同加工设备、同一加工设备的不同工装、加工系 统与物流系统之间自动协调的工作。它基于准确、实时的生产信息，使系统中 上海大学坝士学位论文 的各个子系统阳：j 的信息有效、合理地流动，从而保证r m s 系统功能有条不紊 的工作。 可重组加工系统在可重组控制系统的指导下，根据不同订单，转换为可完 成新任务的可重组执行系统，加工系统通过控制系统的作用与物流系统相关联。 可重组物流系统与加工系统的构形、运行直接相关，主要用于建立加工设 备间的联系，在生产线运行过程中一直处于进行随机调整的工作状态。 可重组制造系统具有高度的复杂性，具体表现为：它不仅涉及到工件、机 床、物流、控制以及工艺规划等基本数据的管理，而且要进行制定生产计划的 混流分批、系统规划、生产线建模、生产资料的重组和重组后系统性能评价等 复杂工作，同时还必须按照加工资源与优化目标进行计划调度，从而完成对控 制和管理系统、加工系统、物流系统的控制。 可重组制造系统的设计及集成应遵循以下原则： 原则l 满足r m s 中组元的模块化、集成化和各系统间的互操作性。 原则2 r m s 提供的服务应具备可重用、可重组、可扩展性、快速转换性。 原则3 r m s 自身应具有可诊断性。 原则4 r m s 的组态变化、组元升级都基于费用最小化。 原则5 采用标准化技术，符合国际标准。 结合上述原则，从系统设计、系统运行和系统监控三个层面的不同需求点 给出可重组制造系统的技术需求及对应的关键技术( 如图2 3 所示) ： 对可重组制造系统进行设计、规划的需求布局规划与优化技术、系 统建模技术。 对生产资料进行可重组设计的需求可重组机床设计技术、模块化控 制器技术。 对可重组制造系统生产调度的需求可拼接物流技术。 对可重组制造系统进行过程集成与管理的需求构件集成和整合技 术。 对可重组制造系统质量监控及诊断的需求系统快速可诊断技术。 l 一海大学倾士学位论文 图2 3 可重组制造系统使能技术框架 2 3 加工系统可重组技术的构成 在可重组制造系统中，生产现场的可重组设计与应用技术是一个重要的组 成部分。生产现场是产品形成的关键，是整个制造系统中信息流、物流、生产 设备、生产人员的交汇之处，同时也是产品质量形成终点，在这样一个错纵复 杂的现场，如何有效地应用可重组设计与应用技术，通过建立质量保证系统最 终确保产品质量，将是本课题研究的一个重点。图2 4 为生产现场可重组技术 的组成示意： 加 工 系 统 图2 4 生产现场可重组技术的应用构成示意 _ | 二海人学硕= 匕学位论文 从上面的框图中我们可以看到，对于一个可重组加工系统而言，其生产现 场对可重组的要求是非常广泛而复杂的，它涉及到了多个方面。在这里我们可 以把它们划分为以下几个方面的内容： 生产工艺的可重组技术：对于一些生产过程和操作人员相对稳定的产品而 言，这方面的技术主要包括了生产设备与工艺装备的应用与管理，它要求在 设备配置、工艺配备上具有足够的灵活性和预见性，以便通过不同的快速组 合，满足各类新品的加与及所生产产品的快速切换要求。 生产现场质量控制方法可重组技术：这其实是一种以不变应万变的质量控制 技术，是一种技术框架，它能够在可重组状态下如何实现对生产过程质量状 况的快速稳定与有效监控。 生产现场保障方法的可重组技术：从某种角度讲，生产过程需要一种稳定的 状态，但可重组的特点就是变，于是对于生产现场的管理而言，要研究在可 重组状态下生产现场的管理方法，以及在工艺与生产过程相对稳定的情况下 对生产现场突发事件的快速反应与有效处理。 生产现场信息集成与应用技术：在快速重组的系统中，对各类信息的掌控是 系统正常运作的关键，这其中包括了如何实时掌握生产现场的生产过程状况 并实现有效的控制，生产指令的快速下达等。 生产现场物流的可重组匹配技术：这里主要涉及到与生产过程相关的各类物 流及工装检具的管理工作和匹配方法。 2 3 1 加工系统生产工艺的可重组技术 具体到加工系统和生产现场，现场涉及的生产工艺主要包括以下几个方面 的内容：加工设备的应用与调整方法、辅助工装的应用与调整方法、工艺参数 的应用与设置方法以及操作人员的配覆。从这些要素的性质来看，对可重组技 术应用影响最大的主要是加工设备与辅助工装。 设备与工装属于生产现场的硬件，因为这些都是硬装备，柔性方面相对较 差。而在可重组加工系统中，这些装置有可能会根据实际需要，从整体布局上 进行灵活的调整。这样的可重组要求对于加工系统的结构与调整形式上就有了 要求，也就是说所涉及到的设备都必须具有可快速重组的机械结构，同时又能 上泡犬学碰! ：卜学位论文 在快速重组布局完成后实现快速的调整。在实际应用中，快速可重组后的设备 调整是通过配套相应的快速调整与测试装置来完成的。 工艺装备一般情况下是跟相关的工序与设备相关联的，从某种角度讲，这 是也是一种设备，只是装在生产设备上的设备，在层次上更深一层的的设备。 所以要实现快速的可重组，同样要具有适用于快速更换与布局的机械结构及相 应的调整调试手段。 对于些有相对固定加工工艺流程的生产现场而言，其每个工位之间不存 在可替换性。因此当产品变更时，可重组的重点往往会在各工序的工艺装备上。 本项目所研究的电机生产线、转子生产线等就属于这样一类的专业生产系统。 2 3 2 加工系统质量控制方法可重组技术 质量是产品的生命，也是我们整个可重组制造系统的一个重要指标。从某 种角度讲，可重组技术的应用中的那种快速变化特点，对质量保障，特别是现 场质量保障而言是非常不利的，这是因为： 质量控制应当有一个稳定的过程，但可重组技术的应用主要特点是应对产品 和生产过程的快速更迭，于是如何实现加工系统质量状况的快速稳定就将是 一个十分重要的问题。 质量控制过程应当是一种稳定的过程，也就是说，整个生产过程必须始终处 于更为严格的质量控制下，所以在可重组的情况下，就给生产现场的质量控 制提出了更高的要求。 质量控制具有一系列的规范需要执行，这是质量体系的要求，而产品与生产 过程的快速更迭将对这些规范的执行带来实际的困难。这是因为在以往的操 作过程中，搬可以由专人进行相应的生产调整与质量监控，而在快速更换 时，往往会由工位上的操作人员进行相关的操作，于是在对工装设备提出要 求的同时，对具体操作人员也提出了更高的要求。 根据可重组技术应用对加工系统的质量控制提出的更高要求，结合i s 0 9 0 0 0 质量体系相关的质量控制与管理要求，这里把，可重组系统中质量管理方面的技 术要求归纳为以下几点： 1 ) 所有的生产设备在经过一系列调整重组后，必须有快速的状态检测及相应的 i 。海人学硕士学位论文 调整测试手段，以确保加工设备的精度、稳定性和可靠性。同时这些调整、 调试数据必须进行相应的管理，以方便今后质量数据的分析与处理以及对可 能存在问题的快速反应。 2 ) 生产现场必须建立起更为严格的质量控制规范，增加实时检测的节点及采集 的数据量，并通过相应的数据处理及反馈机制，在整个生产现场实施有效的 过程监控。 3 ) 建立有效的质量调整与反馈机制，快速及时地处理各类质量问题，特别是要 加强对质量趋势与质量问题的预测及质量问题的防范。 4 ) 必须有效地提高现场操作人员的质量意识及其质量控制能力，并结合相关的 操作流程，及时准确地发现，处理与反馈质量问题。 5 ) 根据质量控制与管理的要求，制订与生产过程相关的质量问题监控流程，加 强生产现场工艺装备、现场检具的管理。 在生产现场质量控制方法设计中，还必须与产品、生产系统相结合，在相关 的i s 0 9 0 0 0 质量控制规范下进行质量控制，并在实际生产过程中确保其被完整 地实施。 2 3 3 生产现场保障方法的可重组技术 生产现场的保障技术主要是生产现场的管理方法，包括了现场人员的配置， 现场管理及应急机制的制订等，属于生产现场的管理范畴。由于在可重组制造 系统中产品品种与加工工艺的快速更换，带来的问题也会增加，给现场的管理 机制提出了更高的要求，也就是说我们必须建立起与之相适应的机制，这里主 要包括： 1 ) 现场操作与管理人员素质的提高，有效地提高他们的操作技能和质量意识， 使他们能溶入到整个加工系统中去，这要靠一系列相应的制度来保证。 2 ) 各类快速重组的操作流程制订和相关技术规范，检验规范的有效制订， 这 不仅仅是应对产品快速变更的需要，更是质量保障体系的要求，同时也是快 速重组过程有序进行的保障。 3 ) 现场可重组设备、工装与检具量具的现场管理机制，把原有相对静态的管理 方法提升为动态的管理。 4 ) 建立现场工作流程的实时管理与应急处理机制，这也是应对快速可重组的一 上海大学硕士学位论文 种对策，也是一种动态的机制。 从某种角度讲，可重组技术的应用，不是简单意义上产品更换节拍的加快， 而是一种整体技术的提升，这种提升，必然会导致整个系统中所有技术的提升， 并将以前相对静态的管理模式提升为动态的管理模式。 2 3 4 生产现场信息发布与采集技术 要实现生产现场的动态管理与快速响应，对系统各类信息的掌控程度就是 关键了，也就是说信息流是可重组制造系统的运作核心，为了能使整个可重组 系统快速、有效、稳定地运行，这里将包括以下几个方面的内容： 1 ) 指令信息的快速、有效、准确地下达到相关的节点，对于生产现场来说，这 些信息主要是由生产管理部门下达的工作令信息，工作令将与生产工艺相配 合和现场生产管理相结合，保质保量地完成工作令规定的工作内容。 2 ) 快速可重组生产过程中，对现场加工设备没有过高的要求，主要是强调d w t - 设备的工作状况在信息上的连接与集成，包括现场工装夹具与检具等的快速 重组状态信息，它是保证系统承担并完成工作的基础，这些信息的有效掌握 将有利于生产管理与计划的安排，从而充分发挥现场加工设备的能力，使生 产系统达到最优。 3 ) 现场质量状况信息是加工系统的关键所在，没有质量就没有一切，在可重组 工作状态下，质量管理的模式同样是动态的，而且是动态可控的，要实现这 一目标，就必须实时地掌握质量的状态及变化趋势，也就是必须有效地掌握 来自生产现场的质量信息，并进行相关的分析处理与及时的反馈。 4 ) 现场加工过程实时状况信息是生产计划编制的依据，特别是在可重组的状态 下，计划是完全动态的，而且是可穿插和混合的，因此对底层实际情况的掌 握是十分必要的，这些信息的采集应当设置在每个具体工位的层面。 2 3 5 生产现场物流的可重组匹配技术 生产现场的物流包括了材料、工装等。由于在可重组的情况下，加工对象 的多变以及快速稳定生产的需要，对物流与其他加工辅助装置的变动与衔接提 出了更高的要求。在这里主要要考虑的问题有： 1 ) 生产现场产品辅送线的构成形式：这里要求对物料与产品的输送装置能适应 | _ f 海大学顾士学位论文 产品的变化，对于固定的输送线而言，随行夹具要能够快速切换，对于柔性 的输送方式，这方面的要求较低，但是其物流交接方式就有新的要求了。 2 ) 生产现场产品传输交接与确认方式：如上所述，硬性的物流，在生产现场特 别是工位方面，这个问题只是在上料工位，但对于柔性输送方式而言，必定 与工艺、操作人员相关，就必须建立一套正规的物流传输、交接和确认的工 作流程。 3 ) 工艺装备的输送、存储与管理方式：在可重组生产方式中，由于产品生产要 应对一些临时的变更，因此在生产现场会出现零件、成品、在制品和原料的 临时存放。在这种情况下，现场物流与临时存贮的管理问题出现了，现场这 种i l 台时的存放涉及到场地管理和5 s 要求，也涉及整个现场物流运用的优化 管理。 2 4 本章小结 总之，当加工系统采用了可重组方式管理和生产时，不仅仅是简单地提高 了产品切换的频率，其实质是将原有相对静态的那种管理与制造模式完全动态 化了。为了能真正实现这一动态化，系统中所有相关的模块都将实行完全的动 态运作，从现场实时信息的采集到相关信息的集中处理与反馈等。同时为了保 证系统的正常运作，还将根据实际需要，从确保产品质量的角度出发，建立一 整套适合可重组生产方式的管理机制与相应的技术规范。总之这同样是一个系 统的问题，要从系统角度规划、设计整个系统。 上海大学硕士学位论文 第三章电机生产线可重组改造及质量保证系统总体方案 3 1 引言 从前面对加工系统可重组设计技术的分析来看，快速响应与对产品的快速 适应是可重组技术最根本的特点，但所生产产品的快速多变可能会带来一系列 的问题，这将对生产组织方式、质量管理方式以及底层设备兼容性等提出更高 的要求。 产品加工过程的质量是保证产品质量的关键，对产品的加工过程实行质量 控制，是全面质量管理的重要环节。产品在加工过程中，其质量的好坏，在很 大程度上取决于生产环节制造产品的工序控制和加工过程的质量管理水平。因 此本课题将可重组技术应用在电机生产线，其核心就在于要在现有的基础上， 通过在信息层、执行层的有效的重组，使整个电机生产系统对于产品的变化具 有更快的响应速度、更强的品种适应能力、更稳定的质量控制水平。 因此，对关键工序进行信息和工艺可重组改造及如何确保可重组制造状态 下的产品质量，将是本文重点研究并将在实际中予以解决的关键问题。 3 2 上海舒航电器分公司的现状分析 上海航天汽车机电股份有限公司舒航电器分公司隶属上海航天汽车机电股 份有限公司，成立于1 9 9 2 年，是专业开发研制汽车空调直流电机、风机、空 调无刷变频电机的实体企业。公司年产汽车空调蒸发和冷却风机和各类电机1 0 0 万台，家用空调配套直流、无刷电机5 0 万台。公司产品曾获国家级和上海市 级各种荣誉，是上海大众、上海德尔福等a 级专业配套商。于2 0 0 0 年通过 q s 9 0 0 0 、v d a 6 1 及1 s 0 9 0 0 1 质量管理体系认证。 3 2 1 电机生产线现状 目前公司共有转子生产线4 条，定子及定子刷架生产线1 条，总装配生产 线5 条。其中桑塔纳轿车电机生产能力为1 0 0 0 1 2 0 0 个班、其他产品为6 0 0 个班。在电机整个生产过程中，由于转子生产线是非自动流水线，工艺过程复 杂，其加工质量直接影响电机的最终质量，因此转子生产线的连续和过程控制 成为制约电机产量和质量的瓶颈。为了解决电机生产线的这一瓶颈问题，本项 l 旆人学倾十学位论文 目先以捷达、别克、桑车三种典型产品的转予生产线作为研究对象，对其进行 可重组改造，从而实现可重组电机生产线，并最终将研究成果扩展应用到所有 的产品。目前转子生产线的现状是： 捷达、别克、桑车三种产品的转子生产过程大致相同，如图3 1 所示： 图3 一i 转于生产步骤 该转子生产线物料产品的安放采用装侧板方式，容易控制生产节拍。其中 浸漆、车整流子、动平衡三道工序为岛屿结构，各工序之间靠小车来连接，小 车能力为3 0 0 个零件车。 3 2 2 电机生产线的工艺特点 本课题所面对的电机生产线，具有其明显的生产与技术特点，其主要包括 以下几个方面的内容： 1 、电机生产流程、工序是相对固定的，一般不随产品型号的变化而有大的变化。 2 、目前企业所有的电机产品生产线上的设备有一定的适用范围，现场生产时通 过夹具的更换及相关辅助设备的配套，就能相应地应对产品的变化。 3 、电机生产线每个工位目前皆采用半自动加工方式，上下料全部依靠人工承担。 4 、加工零件的检测一般由工位自行解决，并在一定的工位设置了综合性能测试。 5 、电机加工生产线的物流采用离散的小车型式。 6 、生产管理方式为看板方式。 7 、由于采用非固定物流方式，所以目前的生产线能够适应品种混合的加工方式。 8 、工艺装配实行集中管理方式，并根据加工零件及工艺要求在需要时进行领用。 3 2 3 生产线关键工位分析 转子生产线是电机生产线的瓶颈，在解决这一瓶颈问题时，由于转子出轴 的偏心量是转子质量的一个重要指标，为了对生产线各工位加工的转子轴的偏 心状况有一个全面的了解，我们对转子生产线中主要工位的转子进行了完全随 卜海大学硕上学位论文 机拙样检测与数据分析，即从转子轴、压轴后转子、绕线后转子和烘漆后转子 的生产现场随机各抽取4 0 件，通过建立完整的三坐标测量工艺，运用高精度的 三坐标测量机进行检测，然后在测量结果的基础上，采用样本方差统计原理对 这些数据进行相应的统计分析并得到统计分析结果图，其中光轴的实测值及统 计分析结果分别如图3 2 、3 3 所示。 图：卜一2 压轴前转子出轴偏心量图：3 - 一3 压轴前转子轴出轴偏心量统计结果示意图 所有检测样本测量及统计分析结果汇总如表3 1 所示： 表3 1 转子出轴偏心量测量及统计分析汇总表 序号工序 样本数 均值( u )方差备注 l 压轴前转予轴 4 0 6 22 5 2 压轴后转子 ： 7儿4 4 l 因测量误差剔除3 样本 ：3 绕线后转子 3 69 5 3 5 6 因测量误差剔除4 样本 4 烘漆后转子3 6 9 ：334 4 因测量误差剔除4 样本 由表3 1 可以看出，后三个工位的测量结果值还是非常接近的，对于存在 的误差，这主要是因为测量机的精度以及装夹方式的相对简陋，造成整个测量 过程与测量结果的误差，因此这些误差对我f l n 量结果的分析工作影响不大。 从整个检测过程和分析结果来看：在企业目前的生产方式下，使转子出轴 偏心量增大的工位主要是压轴工位，而后面的工位对转子出轴偏一t l , 量的影响不 明显。鉴于上述结论，在我们对工位进行改造时，应重点考虑对压轴工位压轴 r 艺的改进，即着重于压轴压力的监控、工装夹具的改进，以减少转子出轴偏 心量的增加，降低后续校直工位的工作量，从而进一步保障压轴及转子的加工 质量。另外从提高生产效率