（机械工程专业论文）汽车燃油箱自动化生产线的开发研究.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 中国汽车工业的高速发展，已经成为国民经济的重要支撑，其产销量己处于世 界前茅，2 0 0 6 年汽车产量7 2 9 9 7 力| 辆，成为继美国市场之后的世界第二大汽车消费 国。与此同时，超过7 0 0 万辆的规模意味着中国汽车工业也走上了更高的发展平台， 到达了由“汽车制造大国”到“汽车制造强国”的转折点。中国汽车产业的快速发 展，推动了汽车零部件行业产品更新速度及市场规模的扩大。汽车燃油箱足汽车燃 油供给系统的关键部件，其主要功能是储存燃油。为提高汽车燃油箱产品及企业的 竞争能力，充分实现国际化战略，是本课题研究的目的和意义之所在。 本文通过对国内汽车金属燃油箱生产的现状和存在问题的了解和研究，对各大 厂家生产汽车燃油箱的优缺点进行了全面的论述。并在此基础上针对淮阴汽车油箱 厂的具体情况对该厂的汽车燃油箱生产线和关键专用设备进行了设计研究，论文的 主要内容如下： ( 1 ) 确定生产能力。通过调研和综合分析，确定燃油箱的生产能力，即设计纲 领。 ( 2 ) 对金属燃油箱的工艺流程进行了设计。通过对国内同行业生产企业的燃油 箱加工工艺流程的比较，结合该厂的实际，对该厂燃油箱的总体生产工艺流程进行 了设计。 ( 3 ) 确定生产线设备组成，进行生产流水线平面布置设计。针对淮阴汽车油箱 厂的具体情况设计完成了金属燃油箱生产线。成为淮阴汽车油箱厂对外的亮点工程， 达到国内先进水平。 ( 4 ) 汽车燃油箱卷边封口成形机的设计。设计出全自动、外仿形、两端同时工 作的燃油箱卷边封口成形机。达到国内同行先进水平。 ( 5 ) 仿形靠模的计算机辅助设计。采用了计算机辅助计算，并通过p r o e n g i n e e r 软件进行三维造型及数控编程，保证了仿形靠模的质量。 关键词：汽车燃油箱自动化生产线卷边封口成型机仿形靠模 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t w j t hi t sr a p i dd e v e l o p m e n t c h i n a sa u t o m o b i l ei n d u s t r yh a sb e c o m ea l le s s e n t i a l m a i n s t a yo fn a t i o n a le c o n o m y i n2 0 0 6 i t so u t p u to f7 2 9 9 7m i l l i o na u t o m o b i l e sc o m e sa t t h et o po ft h el i s ti nt h ew o r l d ，a n dc h i n ah a sb e e nt h es e c o n dl a r g e s tw o r l d w i d ec o n s u m e r o fa u t o m o b i l e ，f o l l o w e db ya m e r i c a nm a r k e t a tt h es a m et i m e ，t h el a r g ep r o d u c t i o ns c a l e o fo v e r7m i l l i o na u t o m o b i l e sp r o t e n d st h a tc h i n a sa u t o m o b i l ei n d u s t r yh a sr e a c h e da h i g h e rd e v e l o p m e n tp l a t f o r ma n dam i l e s t o n et u r n i n gf r o mal a r g ec o u n t r yi na u t o m o b i l e p r o d u c t i o nt o w a r d sac o u n t r yw i t hs u p e rp o w e ri na u t o m o b i l ep r o d u c t i o n i t sr a p i d d e v e l o p m e n th a sp u s h e df o r w a r dt h er e n e w a lo fa u t o m o b i l ec o m p o n e n t sa n dt h e e n l a r g e m e n to fm a r k e ts c a l e a u t o m o b i l ef u e lt a n ki sak e yc o m p o n e n to fa u t o m o b i l ef u e l s u p p l ys y s t e m ，a n di t sm a i nf u n c t i o ni st os t o r ef u e l 1 1 l em a i np u r p o s e so ft h es t u d ya r et o b o o s tt h e c o m p e t i t i v e n e s s o fa u t o m o b i l ef u e lt a n ka n de n t e r p r i s e s ，a n dt o b r i n g i n t e r n a t i o n a l i z a t i o ns 仃a t e g yi n t of u l lp l a y 1 1 i i sp a p e r ，a n a l y z i n ga n ds t u d y i n gt h es t a t u sq u oa n de x i s t e n tp r o b l e m si nd o m e s t i c p r o d u c t i o no fm e t a lf u e lt a n k , c o m p r e h e n s i v e l yd i s c u s s e sm e r i t sa n df a u l t so fr u e lt a n k p r o d u c t i o no fe a c hf a c t o r y o nt h i sb a s i s ，w i t hr e g a r dt ot h es p e c i f i cs i t u a t i o no fh u a i y i n a u t o m o b i l ef u e lt a n kf a c t o r y , w em a k ea s t u d yo ni t sp r o d u c t i o nl i n ea n di t sf a c i l i t i e sf o r as p e c i f i cp u r p o s e t h em a i nc o n t e n t so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ( 1 ) f i xi t sp r o d u c t i o na b i l i t y t h r o u g hr e s e a r c ha n dc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s ，f i xt h e a b i l i t yi np r o d u c i n gf u e lt a n k - - 一g u i d i n gp r i n c i p l e s ( 2 ) d e s i g nt h ec r a f tf l o wo fm e t a lf u e lt a n k t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no fc r a f tf l o wo f f u e lt a n ko fd o m e s t i ce n t e r p r i s e sa n dc o m b i n gt h er e a l i t yo ft h ef a c t o r y , m a k ea d e s i g no f o v e r a l lp r o d u c t i o nc r a f tf l o wo ff u e lt a n k ( 3 ) f i xt h ec o m p o n e n to ff a c i l i 哆i np r o d u c t i o nl i n ea n dd e s i g np l a n ep r o d u c t i o n a s s e m b l yl i n e a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cs i t u a t i o no fh u a i y ma u t o m o b i l ef u e lt a n k f a c t o r y , m a k ead e s i g no fp r o d u c t i o nl i n eo fm e t a lf u e lt a n k , w h i c hw i l lb eam a j o rp r o j e c t a n dw i l lb ea tt h ed o m e s t i ca d v a n c e dl e v e l ( 4 ) m a k ead e s i g no ff o r m i n gm a c h i n eo fd o u b l es e a m i n gd o s i n gi na u t o m o b i l ef u e l t a n k t od e s i g naf o r m i n gm a c h i n eo fd o u b l es e a m i n gd o s i n gw i t hf u l l a u t o m a t i c i t y , o u t w a r dp r o f i l i n g ，w h i c hw i l lr e a c hi n t e m a la d v a n c e di e v e lo ft h es a m et r a d e ( 5 ) n ec o m p u t e r - a i dd e s i g no fp r o f i l i n gm o u l d m a k ef u l lu 辩o fc o m p u t e r - a i d c a l c u l 撕o na n ds o f t w a r eo fp r o e n g i n e e rt om o d e lf r o mt h r e ed i m e n s i o n sa n dp r o g r a m m e t h en u m e r i c a lc o n t r o l ，c o n s e q u e n t l ye n s u r et h eq u a l i t yo f p r o f i l i n gm o u l d k e yw o r d s ：a u t o m o t i v ef u e lt a n k ；a u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e ；f o r m i n gm a c h i n eo f d o u b l es e a m i n gd o s i n g ；p r o f i l i n gm o u l d 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：夕么 7 年一r 月；7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留井向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权江苏大学u 丁以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 学位论文作者签名； 砌，月：；日 ， 指导教师签名：荡平电影令 硼年f 月t j 江苏大学工程硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 自2 0 0 1 年底中国加入世界贸易组织以来，中国的汽车工业几乎每年跨上一个百 万辆级台阶，成为建国以来汽车工业发展最快的时期【1 1 。“十五”期问我国汽车总产 量比“九五”增长1 4 2 倍，比“八五”增长2 5 4 倍，与“十五”之前汽车生产的总 量相当，平均年增长2 2 5 1 。特别是从2 0 0 1 年到2 0 0 4 年，汽车产量从2 0 0 万辆跃 升到5 0 0 月辆，快速跨入世界汽车制造大国的行列，汽车产量由2 0 0 1 年的世界排名 第八位跃升到目前的第四位 2 1 。2 0 0 5 年汽车产量为5 7 0 万辆，其中轿车产量2 7 6 万 辆，卡车产量为1 5 1 万辆，客车产量为2 7 4 6 万辆【3 1 。2 0 0 6 年汽车产量7 2 9 9 7 万辆， 其中轿车产量3 8 2 8 9 万辆，同比增长3 8 7 t 4 1 ，卡车产量为1 7 5 2 9 万辆，同比增长 1 6 1 1 5 1 ，客车产量为3 0 1 8 万辆，同比增长9 9 t 6 1 。2 0 0 6 年中国汽车产销量双双超 过日本，成为继美国市场之后的世界第二大汽车消费国。与此同时，超过7 0 0 万辆 的规模意味着中国汽车工业也走上了更高的发展平台，到达了由“汽车制造大国” 到“汽车制造强国”的转折点川。 中国汽车产业的快速发展，推动了汽车零部件行业产品更新速度及市场规模的 扩大。汽车燃油箱是汽车燃油供给系统的关键部件，其主要功能是储存燃油，它由 箱体、汽油箱盖、汽油表、油面指示传感器等组成。为了使汽车能有足够的续航里 程，油箱应具有足够大的容量。 汽车燃油箱按其材料可分为金属燃油箱和塑料燃油箱两大类：按其所装燃料可 分为汽油燃油箱和柴油燃油箱，油箱的几何形状也不尽相刚羽。 1 1 1 金属燃油箱 汽车金属燃油箱一般由低碳钢板制造，在卡车和客车上广泛使用。 ( 1 ) 金属燃油箱的特点 金属燃油箱具有较高的强度及耐高、低温性好等优点。其内部还有焊接筋板，可 增加燃油箱刚度，卡车上大部分采用金属燃油箱，如图1 1 所示。金属燃油箱有长方 形，也有圆柱形，使用l 型托架和箍带悬挂在车身大梁的侧面，大油箱的容积呵达 江苏大学工程硕士学位论文 5 0 0 6 0 0 l 。但会属油箱也有自重大、难以实现复杂几何形状的成形，且有金属化学 性质比较活跃、易腐蚀的不足。但长方形、圆柱形的燃油箱成形容易、工艺简单、易 于批量生产。大客车用燃油箱则略有不同，车身底部的平板上有较大空间，通常将油 箱布置在此，很多客车油箱分成主、副油箱来满足空间布置的要求，并以规则的长方 形为主。由于大客车的油箱体积大，目日口还是使用金属油箱为主，如图1 2 所示。 图1 1 卡车上使用的金属燃油箱 图1 2 大客车上使用的金属燃油箱 ( 2 ) 金属燃油箱的发展趋势 随着各种严格的环保法规的出台及钢铁制造工艺的进步，金属材料相对塑料材 料的优势显现出来，金属材料的燃油箱市场份额有可能上升。2 0 0 3 年，美国环境总 署e p a 提出更严格的燃油箱排放标准，导致目| j i 复合塑料燃油箱不得不增加箱瞳层 数以减小渗漏，最终塑料燃油箱失去了其所拥有的质量和成本优势。金属燃油箱以 其固有的不渗透性优点，尤其是汽车制造商可以使用金属燃油箱来满足2 0 0 4 年生效 的更严格的加州空气资源委员会c a r b 的蒸发排放标准。福特公司在部分零排放 ( p z e v ) 燃油箱报告中认为，多层的塑料燃油箱和金属燃油箱都具有1 5 a 2 4 万l 咖耐 蚀力，而对于满足蒸发排放要求来说，金属燃油箱比塑料燃油箱具有更高的置信系 数。福特汽车公司在其所有的p z e v 燃油箱上使用钢铁材料【9 1 。 据美国钢铁协会( a i s i ) 的钢质燃油箱战略联盟( s a s f t ) 调查研究表明，2 0 0 3 年在使用汽油的汽车中，没有一种使用塑料燃油箱的汽车达到p z e v 标准。对于使 用汽油的p z e v 车辆，其排放值限定在0 0 4 9 9 d 以下，汽车制造商已经开始利用钢 铁固有的不渗透性的优点来满足新的要求【1 0 l 。 目前我国卡车和客车等汽车普通采用金属燃油箱，轿车中仍有3 7 采用会属油 箱【1 1 l 。2 0 0 5 年会属燃油箱需求量约为2 3 0 万只，再加上配件市场需求约5 0 万只，共 需约2 8 0 万只金属燃油箱0 2 1 。 2 江苏大学5 - 程硕士学位论文 1 1 2 塑料燃油箱 塑料燃油箱诞生得比较晚，起步于欧洲，德国v o l k s w a g e n 汽车公司、b a s f 公司和k a u t e x 公司于上世纪6 0 年代联合研究开发出世界第一只汽车塑料燃油箱 并成功运用于p o r s c h e 车，1 9 6 9 年在轿车上开始使用。 ( 1 ) 塑料燃油箱的特点 基于非金属材料的特性，使塑料燃油箱具有设计造型自由度大、零件少、可靠 性高、化学稳定性好、质量轻及遇火只燃烧而不易发生强烈爆炸等诸多突出优点。 但它也存在着低温抗冲击性差、耐火性差的缺点，受工艺方面的限制，因为内腔无 法安装隔板，产生摩擦静电无法解决，容积不能做得很大，一般不超过6 0 l 。为了 最大限度地利用车身内部空间，燃油箱需要设计成适合各种车身空间的形状，塑料 燃油箱还是越来越多地应用在要求十分苛刻的轿车上，如图1 3 所示。 图1 3乘用车上使用的塑料燃油箱 ( 2 ) 塑料燃油箱的发展趋势 目| j 欧洲的制造商i n e r g y 和k a u t e x t e x t r o n 公司一直是处于世界塑料燃油箱的 领导者地位，并且市场占有率超过5 0 。但随着汽车塑料燃油箱在北美和日本汽车市 场的蓬勃发展，由当地市场起步并发展了一批知名塑料燃油箱的o e m 如t l a u t o m o t i v e 、v i s t e o n 、a b c 、日本y a c h i y o 和f t s 公司等。 2 0 0 5 年，全球乘用车产量大约是6 2 0 0 万辆，塑料燃油箱的市场占有率约为6 8 ， 销量约4 2 0 0 万只。目前世界氇料燃油箱主要制造商为：i n e r g y 、k a u t e x t e x t r o n 、t i a u t o m o t i v e 、v f s t e o n 和y a c h f y o 、a b c 、f t s 等公司，其中前三家公司的产量之和占 了塑料燃油箱当年销量的6 5 。从塑料燃油箱在世界范围的市场占有率看，欧洲和北 美市场占有率处于领先地位，2 0 0 5 年欧洲市场占有率达到了9 5 ，在北美市场占有率 达到了8 0 9 6 ，而亚洲市场占有率仅为2 6 【“。 汽车塑料燃油箱在中国的发展起步于江苏扬州塑料二厂( 亚普汽车部件有限公 3 江苏大学工程硕士学位论文 司的前身) 。该厂在1 9 8 7 年从德国k a u t e x 公司和v o l k s w a g e n 公司引进塑料燃油箱生 产关键设备和技术，实现了上海大众汽车有限公司桑塔纳轿车和原广州标致汽车有 限公司标致5 0 5 轿车国产化。经过1 9 年的发展，塑料燃油箱的市场占有率在中国乘用 车市场已达到6 0 左右，塑料燃油箱的制造商也从亚普汽车部件有限公司( y a p p ) “一 枝独秀”发展到以长春考泰斯兰宝塑料制品有限公司、t i 汽车燃油系统( 天津) 有限 公司、上海考泰斯塑料制品有限公司、八千代( y a c h i y o ) 公司等跨国公司为第一阵营， 江苏泰兴塑光工程塑料有限公司、安徽芜湖顺荣汽车零部件有限公司等国内企业为 第二阵营的群雄争霸的格局。 目前国内的上海通用、长安福特马自达、神龙汽车、一汽大众、东风悦达起亚、 广州本田、上海大众、东风汽车、一汽丰田、奇瑞汽车、吉利汽车等汽车制造商均 在其生产的汽车上配备了塑料燃油箱。中国乘用车行业在前二十多年采取了合资的 发展模式和“引进一消化一再引进”的发展思路。但许多国内汽车合资企业的外方 以燃油系统是汽车中的安全件和法规件，其产品具有一定的技术含量，国内企业不 具备汽车埋料燃油箱开发的能力为由，外方掌控了产品开发的核心技术，造成国内 塑料燃油箱企业与跨国公司在核心技术开发方面存在较大差距，无自主产权。随着 汽车市场竞争的加剧，成本压力增大，政府对培育国家自主创新能力重要性认识的 提高，近年来我国零部件供应商开始实施建设研究开发能力工作，亚普汽车部件有 限公司已规划在未来三年内将滚动投资l3 亿元人民币建设研究开发中心，提升塑 料燃油箱的核心开发能力。 根据我国汽车工业“十五”规划的发展目标，我国汽车产业将在2 0 1 0 年前发展 成为国民经济的支柱产业，要基本形成完整的汽车工业制造体系 1 4 l 。同时，随着我 国加入w t o 和汽车工业的日益国际化，许多知名汽车制造商已经大举进入中国市场， 我国汽车市场具备了潜力大、增长快、保持高速增长的经济基础，汽车燃油箱将有 巨大的市场发展空间。 1 2 汽车金属燃油箱生产的现状 1 2 1 汽车金属燃油箱生产国内同行的情况 汽车金属燃油箱作为汽车的零部件，目前我国汽车零部件企业状况主要表现为： ( 1 ) 基础仍较差 4 江苏大学工程硕士学位论文 近年来在汽车工业高速发展的带动下，汽车零部件出现了高速发展的态势。但 由于长期处于滞后状态，零部件产业的基础仍然较差，规模经济尚未完全形成。 ( 2 ) 产业结构不合理 目前我国汽车零部件企业总体上还处于一个较低层次，我国汽车零部件企业没 有形成按专业化分工、分层次合理配套的产业结构，地方、部门、企业自成体系， 投资分散、重复，没有形成有较强竞争力的大型骨干企业，很难进入利润丰厚的高 端市场。由于力量分散，整体优势难以体现出来，导致产品开发投入少、手段落后， 数据积累少，无法形成较强的开发能力，难以满足外商大批量采购的需要，这与全 球采购的趋势是不吻合的。 ( 3 ) 开发能力弱，缺乏名牌产品 长期以来，我国汽车零部件是随主机而动，产品设计的主导权在整车厂，零部 件厂只是按图制造，合资企业生产的产品更是这样，配套的供应商没有产品开发权， 存在企业利润率低下，竞争力不强，以及开发能力薄弱等诸多不足。 ( 4 ) 企业规模小，专业化程度低 目f i 我国汽车零部件企业总体上“弱、小、散”局面没有得到根本改善，几万 家汽车零部件企业遍布全国各地，达到经济规模要求的很少，多数企业未进入整车 配套市场，而是社会维修服务的配件供应商。 ( 5 ) 产品标准化、系列化、通用化程度较低 由于我国汽车整车来源于不同国家、不同公司，产品采用的标准不同，系列也 不同，这给汽车零部件产品的标准化、系列化、通用化工作带来较大困难，制约了 零部件产业的进一步发展。 全面提升竞争力是我国汽车零部件行业“十一五”期间的主要目标旧。汽车金属 燃油箱由于其技术含量较低，用途广泛，市场前景广阔，从而吸引了大批的生产厂家。 目前国内生产汽车燃油箱具有一定规模的企业约4 0 家，还有许多小型生产企业，使 得企业间的竞争逐渐加剧。整个汽车油箱市场仍处于一种亚竞争的市场状态。因此， 在这种形势下，如何抢抓机遇，缩小差距，成为了每个生产企业所面临的难题。 国内生产汽车油箱自动化程度最高的为第二汽车制造厂金属容器分厂。该厂主 要生产e q l 4 0 油箱，为东风汽车配套，年产量达1 8 万只。该厂有一条自动化的生产 线，效率较高。但此生产线只能生产e q l 4 0 油箱，产品比较单一，生产线适用范围 5 江苏大学工程硕士学位论文 较窄。 长春汽车油箱有限责任公司系民营股份制企业。自1 9 6 5 年开始，为中国第一汽 车集团公司配套生产汽车燃油箱。主要生产c a l 4 1 油箱，先后为一汽、一汽大众公 司、丹东客车厂、沈阳飞机公司客车厂等设计制造各种类型的汽车燃油箱。企业现 有冲压、焊装( 卷桶式、上下盒式) 、喷涂生产线，形成了单班年产2 0 万只金属燃 油箱的生产能力。燃油箱为专业生产，半机械化作业，无自动化生产线，间断性作 业。 浙江湖州汽车油箱厂，该企业主要生产e q l 4 0 、n j l 3 1 油箱产品，主要设备为 半机械化作业，没有固定的生产线，年产油箱约1 0 万只。 在江苏省内，目前产量较大的企业有江都汽车油箱厂，该厂为村办企业，生产各 种汽车燃油箱、液压油箱、便携式加油箱、消声器、贮气筒、副水箱等汽车配件。 为一汽、二汽、南汽、杭汽、常客、金龙、宇通、大宇、亚奔、申沃、中通客车等 三十多个汽车厂配套。但产量都较小，主要以生产客车油箱为主。半机械化作业， 没有固定的生产线，年产燃油箱约1 5 万只。 六合汽车油箱厂，该企业主要生产n j l 3 1 油箱，为南京汽车厂跃进汽车配套， 燃油箱生产只是其中的一个车间，年产量仅为1 万只油箱，产量小，主要设备半机 械化生产，自动化程度低，无生产线。 从上述企业的现状分析，作为汽车燃油箱生产企业，除第二汽车制造厂金属容 器分厂有一条自动生产线外，其它企业基本上无固定的生产线，有些生产工序还是 用人工敲制完成，产品质量不能得到保证，次品率和废品率较高，不能形成规模生 产，生产成本高。第二汽车制造厂金属容器分厂虽有一条自动生产线，但生产品种 单一，有些关键设备的维护较为困难，不能适应多品种生产的需要。 1 2 2 汽车金属燃油箱生产国外同行的情况 ( 1 ) 生产燃油箱的材料与国内不同 目i ； 国内企业广泛采用的是涂镀低碳钢，包括镀铅钢板和镀锌板。由于铅的污 染问题，在生产过程中对人体的健康有影响，现已严格控制其生产。汽车制造商们 为了减少汽车使用对环境有害的物质以适应报废车辆( e l v ) 和其他相关法规，正在 积极地使用无铅燃油箱钢板替代镀铅板【垌。欧洲和日本汽车制造商倾向于使用后涂 层的低碳钢板，如镀铝钢板、镀镍锌合金钢板、镀锡锌合金钢板等。北美的汽车制 6 江苏大学工程硕士学位论文 造商则更青睐预涂层低碳钢板，如预涂层镍锌合金钢板等，近年来欧洲和日本汽车 制造商也开始使用预涂层低碳钢。 ( 2 ) 大多为某型号产品专用装配线 国外汽车燃油箱行业，由于他们研发周期、稳定生产周期较长，生产线的制作 较为成熟，故生产线多为某一型号产品的专用生产线。同时国外汽车油箱的新产品 的改进点较多，有时结构会发生较大的变化，原先的生产线可能不适宜。 ( 3 ) 自动化程度高，质量保证能力强 国外人工成本较高，故国外同行大多采用自动化的流水作业线，同时基础工业 相对发达，自动化生产线又能弥补人工操作的不确定性，质量保证能力能够得到极 大的提高。除自动化高外，国外生产线的人性化方面也走在国内同行的前列。 ( 4 ) 物资存放少，整洁 国外自然资源欠丰富，同时他们的生产理念都在向零库存靠拢，故其生产线上 的物资存放少，现场井然有序、整洁，不像国内汽车油箱行业线的两旁物料堆积现 象严重，安全状态不能令人放心。 ( 5 ) 生产计划性强，工艺执行彻底 国外汽车燃油箱生产同行企业往往更注重生产的计划性，每天工作量固定，计 划调整不太频繁，操作者基本上是按计划及生产工艺工作，随机性小。另外，由于 职责明确，操作者能够更好地保证生产效果的稳定性和可靠性，产品的质量好。 1 3 本课题的来源 本课题来源于淮阴市汽车油箱厂的金属燃油箱生产线的技改项目。 淮阴市汽车油箱厂是一个有4 0 多年历史的集体企业，固定资产5 0 0h 元，职工 3 0 0 人，是江苏省汽车工业贸易公司2 0 年来定点配套生产厂。该厂主要以生产汽车 金属燃油箱和汽车配件为主，生产的汽车金属燃油箱主要品种有：e q l 4 0 ( 为东风汽 车配套) 、c a l 4 1 ( 为解放汽车配套) 、n j l 3 1 ( 为南汽跃进汽车配套) 、依维柯油箱( 为 依维柯汽车配套) 等。改造前每年汽车燃油箱的产量为e q l 4 0 燃油箱2 万只、c a l 4 1 燃油箱产量为l 万只、n j l 3 1 燃油箱产量为2 万只，依维柯燃油箱产量为1 厅只，其 它型号的燃油箱产量为1 万只，共计年产量约为7 万只。 淮阴市汽车油箱厂存在的问题主要是： 7 江苏大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 生产的燃油箱的品种多，产量小，生产周期长，供货计划无法完成，不能 适应市场的需求。 ( 2 ) 自动化程度不高或基本没有，有些工序为手工操作，工人劳动强度大，燃 油箱生产属于板金制造，人工作业会造成板材表面凸凹点多，形状不准确，变形大， 外观质量不稳定，不能达到标准要求。 ( 3 ) 功能单一，不能满足主要品种的生产，没有考虑均衡生产和精细化作业。 节拍不一致，受影响的因素多，质量保证能力低下。 ( 4 ) 表面质量不能保证。燃油箱必须是耐腐蚀产品，由于半机械化生产，周转 工序多，着地生产，表面涂层被破坏严重，影响燃油箱的耐腐蚀性。另外，在工序 转换过程中，燃油箱之间磕碰现象十分严重，造成燃油箱表面质量不符合标准要求。 ( 5 ) 安全、环保及现场效果差。燃油箱是清洁度要求较高的产品，半机械化生 产，易污染，清洁度指标无法保证，意大利汽车厂商把燃油箱生产过程中油箱不着 地作为燃油箱合格生产的标准之一。 作为一个现代化的企业，若想生存就必须构建长期的竞争优势，具有长期的市 场竞争力。因此，淮阴市汽车油箱厂技改迫在眉捷，开始重新进行厂房扩建，并着 力引进先进的生产设备与管理水平，通过软硬件的提升来加大产品的竞争优势。于 是开始策划进行汽车燃油箱生产工艺研究及布局设计工作，希望通过现代技术的运 用来使厂区呈现一个新面貌，达到生产的汽车燃油箱质量优，生产现场达到现代企 业水平，成为企业对外宣传的窗口和优质产品的靓点，更好地提升企业的形象。要 实现以上目标，必须对生产线进行合理的设计，提高其汽车燃油箱生产的质量，扩 大产量，降低产品的废品率，使企业有质的飞跃。 1 4 本课题研究的主要内容和方法 为了实现淮阴汽车油箱厂技术改造的目标，从而有效提高该厂的核心竞争力和 综合获利能力，本课题的主要工作足以下几个方面： ( 1 ) 生产能力的研究 生产工艺要想体现其高效、高质化，首先要突破手工作坊的加工模式，使其生 产模式柔性化，即趋向于多品种、可互换、具有较大的弹性空间的精益生产模式。 然而要想实现这种现代化的生产管理模式，对其生产能力的研究是关键。在整体能 8 江苏大学工程硕士学位论文 力测算上，要使得各加工单元实现可定性、定量的分析及测量，这样才能给整体布 局提供一个有效的参考依据。根据汽车配件行业的发展及市场预测，通过调研和综 合分析，确定燃油箱的生产能力，即设计纲领。 ( 2 ) 工艺流程的设计 通过对国内同行业生产企业的燃油箱加工工艺流程的比较，结合该厂的设计纲 领、具体的生产区域、投资情况、人员配置等诸多因素，对该厂燃油箱的总体生产 工艺流程进行了设计，保证了产品的质量。 ( 3 ) 确定生产线设备组成，进行生产流水线平面布置设计 生产流水线的成功设计要体现在人性化的设计上，将单纯的手工生产模式趋向 于自动化。在整体设计上采用了更方便、更快捷的设计思路；并且在产品生产上可 以实现多品种；配置相当或足够数量的硬件保证手段，使加工质量一次性达到要求； 计算并调整好各工位生产节拍，保证流水线切实地流动起来，最大限度地缩短生产 节拍。 ( 4 ) 汽车燃油箱卷边封口成形机的设计 通过对燃油箱生产工艺中燃油箱箱体和箱盖卷边封口( 简称咬边) 成形原理的 分析，并对国内同行业燃油箱卷边封口成形加工专机的优劣比较，设计出全自动、 外仿形、两端同时工作的燃油箱卷边封口成形机( 简称咬边机) 。该专机生产出的燃 油箱质量好，生产效率高，达到国内同行先进水平。 ( 5 ) 仿形靠模的计算机辅助设计 汽车燃油箱卷边封口成形机中关键零件仿形靠模的设计和制造，将直接影 响到封口成形的质量，也就决定了燃油箱的泄漏率。通过对仿形靠模设计和制造方 法的分析研究，采用了计算机辅助计算，并通过p r o e n g i n e e r 软件进行三维造型和数 控编程，保证了仿形靠模的质量。 9 江苏大学工程硕士学位论文 第二章汽车燃油箱生产工艺流程的设计 工艺流程设计工作在工厂设计中占有主导地位。工艺流程设计要综合考虑设计 项目的技术、工艺、设备、布置、生产组织等各类问题，主要解决工厂在基础、技 改阶段与总体有关的比较重大的问题，为设计项目建成投产后达到纲领产量，提高 产品质量、降低消耗、取得良好的经济效益奠定基础。 2 1 工艺流程设计原则 汽车燃油箱生产线的设计，应满足以下要求【1 7 l ： ( 1 ) 工艺流程安排合理，操作简便，效率高，占用的面积应最小： ( 2 ) 系统设计应安全，可靠； ( 3 ) 通用性强，成本低，清洁，满足环保要求； ( 4 ) 平面布局简单、紧凑、合理、流程顺畅，零件流动路线应最短。 2 2 生产纲领的制定 生产纲领的确定主要受以下三个方面因素的影响：汽车燃油箱计划生产能力； 实际可利用的生产厂房；实际可投入的资金情况。 其中，汽车燃油箱的生产能力是确定生产纲领的最主要的因素。根据中国汽车 市场的总体情况和该行业的发展前景以及淮阴市汽车油箱厂的实际生产能力和未来 3 年该厂的发展舰划，该厂在未来3 年的汽车油箱生产能力将达到年产2 0 力只，其 中主要四个品种e q l 4 0 燃油箱、c a l 4 1 燃油箱、n j l 3 1 燃油箱、依维柯燃油箱的年 产量共达1 8 力只，其它品种燃油箱年产量为2 万只。仅从满足汽车燃油箱这一角度 考虑，本次汽车燃油箱规划的生产能力应定为年产各种燃油箱2 0 万只。 另外，实际可利用的生产厂房是确定燃油箱生产纲领的另一个主要的因素。淮 阴市汽车油箱厂在9 5 年投资3 0 0 万元建成三层约2 7 0 0 平方米的新厂房，该厂房的 二楼为燃油箱喷涂生产线，在2 0 0 0 年完成安装，投入使用；三楼为成品包装及仓库； 一楼的东厂房为机加工车间和油箱相关配件加工；一楼的西边空置待用。在北边的 8 0 0 平方米的车间，为原厂罩的老车间，安装了剪板机、油压机，以及消声器生产和 部分其它品种燃油箱的生产，具体位置如图2 1 所示。 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 图2 1 汽车燃油箱生产区域位置图 根据初步论证，一楼西边空置车间可以用于布置生产线，用来生产燃油箱。但 由于这个厂房只有4 1 4 平方米，要想实现年产主要四个品种共1 8 万只的生产能力， 需在这厂房内安装四条生产线，显然无法满足要求，必须另外增加厂房。但由于现 有厂区内无可利用土地等问题的限制，该厂在短期内不可能再加盖厂房。因此，根 据实际可利用的生产厂房这一决定因素，只能设计安装一条生产线，满足主要四个 品种燃油箱的生产，来完成年产1 8 万只燃油箱的任务，这也是本次技改关键所在。 另外，本次技改该厂预计投入资金在3 0 0 力元以内，不可能大规模的购置各类 先进设备，对生产能力也有一定的影响。 通过对以上影响生产纲领的各种因素的综合考虑，确定本次技改规划该厂燃油 箱的生产纲领为：在生产线车间日产主要品种燃油箱6 0 0 只，即年产e q l 4 0 燃油箱， c a l 4 1 燃油箱、n j l 3 1 燃油箱、依维柯燃油箱共四个品种1 8 万只燃油箱。 2 3 工艺流程设计 影响工艺流程设计的因素很多，其中主要包括生产纲领、生产区域、投资情况、 人员配置、生产技术能力等诸多因素。但总体的工艺流程设计反过来又会对投资情 况、人员配置、生产区域细化、工位设置等环节起到决定性的指导作用。所以，总 体的工艺流程设计工作是本次技改工作中项最重要且应首先完成的纲领性的设计 工作。 1 1 江苏大学工程硕士学位论文 根据该厂决定实旋生产燃油箱这一技改项目的目的，决定了该燃油箱的总体加 工工艺流程，即燃油箱的生产要完成从下料加工到压加强筋、燃油箱主体生产加工、 清洗、燃油箱喷涂、包装全部生产过程。其中燃油箱主体加工部分的工艺流程较为 复杂，影响其方案的因素较多，具体的工艺流程设计方式也较多，是总体工艺流程 设计中最重要的部份之一，也是相对投资较大的部分。同时该部分的设计对于燃油 箱的制造质量起到至关重要的作用。为将该部分的设计工作做好，对目前国内主要 同行业生产厂家的燃油箱主体加工工艺流程进行了全面的了解和比较，通过比较可 以看出，虽然各燃油箱加工厂家的加工流程各有特点，但却存在一些较显著的共同 之处，其共同点主要有以下几点： 第一，传感器均采用由专业生产厂家协作的生产组织方式。 第二，绝大部份的油箱生产厂家对油箱主体生产的卷制点定、箱体翻边、箱体 卷边封口采用半机械化、单头生产，有的甚至是无机械化，手工生产，因而油箱的 泄漏率高，不能保证燃油箱的质量。 第三，燃油箱在生产过程中，质量控制点少，往往都采用最后的整体试漏工序 来检查，旦发现泄漏，往往修复的难度大，费用高。 第四，除第二汽车制造厂金属容器分厂燃油箱的生产采用流水线外，其它厂家 均未形成流水线生产，油箱在生产过程中不能采用不着地生产，这种生产方式对于 有效保证质量和提高生产效率都非常不利。 经过对目前国内燃油箱生产厂家的燃油箱生产情况的比较和分析，并结合淮阴 市汽车油箱厂各项具体情况，确定该厂在燃油箱加工方面总的思路应遵循以下几个 原则： ( 1 ) 不购置传感器加工设备，所有传感器均通过采购专业生产厂家的产品来获 取； ( 2 ) 添置相关专用设备用于卷制点定、箱体翻边、箱体卷边封口( 简称咬边) 等关键工序的加工，以有效提高该厂的加工水平和制造的技术含量，确保燃油箱加 工质量。 ( 3 ) 增加检查控制点，在箱体直缝焊后，由于金属材料焊接变形，往往在此会 出现泄漏点。所以，增加一道检查焊缝工序，把出现问题的箱体在此剔除，可以有 效降低成本。另外，在加工完成后，进行整体试漏，把住质量检查关，确保燃油箱 江苏大学工程硕士学位论文 的质量。 ( 4 ) 燃油箱的主体加工采用流水线的生产方式，燃油箱不着地生产，这种生产 方式对于有效保证生产质量和提高生产效率都非常有利。 综上所述，结合该厂总的生产纲领、具体的生产区域、投资情况、人员配置等 诸多因素，对该厂燃油箱总体工艺流程进行了仞步设计，具体的燃油箱总体生产工 艺流程如图2 2 所示。 来料c = 割下料e f 压加强筋和管孔 = 今i 点焊传感器法兰 = 爿卷制点定 压制吸油管口凸台| 三一检查焊缝i j 箱体整形| ：j 箱体直缝焊 加油嘴翻边成形 凸焊吸油管、放油管螺母 = 割放置隔板 书l 点焊隔板 锡焊加油管，传感器法兰k ：爿点焊剜定加油管j ：= | 箱体咬边| ：j 箱体翻边 整体试漏 = 秘清洗油箱 o 油箱喷涂 = 耕包装 $ 成品入库 图2 2 汽车燃油箱总体生产工艺流程图 江苏大学工程硕士学位论文 第三章汽车燃油箱自动化生产线的方案确定和 平面布置 机械加工车间设备平面布置图的设计是工艺部f 3 - r 作中重要的一环，平面布置 设计的好坏对于一个新建立的车间物流是否畅通、设备操作及维修是否方便和占地 面积的使用率等都起着至关重要的作用；对提高生产效率、降低生产成本、减轻工 人劳动强度、提高设备使用寿命及零件加工质量和提高车间安全文明生产程度等都 具有现实的意义。 3 1 设计原则 车间设备布局就是合理确定车间各组成部分及其各种设备、装置的具体位置。 所谓合理布副1 s l ，就是要使设备、人员与物料的移动得到密切有效的配合，既使生 产活动能有效地进行，又能节省生产费用，并为职工提供一个安全、舒适、美观的 工作环境。 良好的车间设备布局可以产生如下几方面的好处： ( 1 ) 可以使车间生产面积得到充分的利用； ( 2 ) 有利于合理确定设备与装置数量，节省投资； ( 3 ) 有利于改善车间的生产环境； ( 4 ) 有利于减少生产耗费，生产资料的效能可以得到充分的发挥： ( 5 ) 有利于车间的生产技术改造和生产任务的变更。 车间布置不合理，会给车间带来结构性损失。因此，无论是建立新车间，还是 改造老的车自j ，都应合理规划和布置。合理布置车间设备，要满足下列三个方面的 要求【1 9 1 ： 1 、有利于车间生产的顺利进行和生产技术的提高 为此，应遵循下列原则： ( 1 ) 单一流向原则 工件流动方向应该符合工艺路线，始终沿着单一方向流动，尽量避免交叉或倒 流的现象。 ( 2 ) 物料搬运距离最短原则 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 所有产品和材料的移动都应当是必要的和直接的，应该尽量使搬运材料的距离 达到最短，避免不必要的中转和存储，在从一个地点搬运到下一个地点时应该尽量 不在中间位置作长时间的停留和存储。 ( 3 ) 尽量减少装卸次数原则 尽量减少装卸次数，可以利用工序集中的方法减少装卸次数，应尽量避免不必 要的装卸。 ( 4 ) 进出方便原则 摆放设备时应该注意为设备维修、工人操作、物料搬运等留出足够的空间。设 备不应太靠近墙壁或者电源设备，摆放设备还应该充分考虑到生产安全的因素。 ( 5 ) 灵活性原则 车间设备布置的对象不是静止的，而是处于动态之中，处于发展变化之中。当 引进先进设备或者产品的工艺结构发生改变时，设备布局就要作相应的调整。 2 、有利于加强车间管理 为此，应遵循下列原则： ( 1 ) 协调配合原则 车间设备布置应便于各个工作点之问的协调配合，多个工作点的共用设备应摆 放在这些工作点的交界处，使生产能够顺利的进行。 ( 2 ) 物流路线通畅原则 布置时应当明确流通路线，如果可能，应清楚地加以标明。车问的运输通道不 能用来存放工件。 ( 3 ) 可见性原则 所有的人员和材料应当安排在明处，大家都见得到的地方。 3 、要保证生产安全和职工的身心健康 ( 1 ) 保证生产安全原则 为了保护国家财产，在进行设备布局时，应当作好防火、防潮、防止设备碰撞等 保护设施。 为了保证职工的人身安全，应该正确安装设备、电缆线等，不应使操作人员招致 危险。此外，对过路人的