（机械工程专业论文）涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施.pdf

上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实旅 摘要 ? 从6 0 年代起，成组技术的概念进入中国。在学术界开展了大量的研究 工作，许多成果随着制造技术的改造运用到生产实践当中；随着改革开放的 不断深入，国外先进的科学技术和管理经验再次大量引进，先进的单元制造 ， 技术和精益生产理念相继得到国内学术界和企业界的研究和运月 琢论文所 讨论的是联信公司进一步提高涡轮增压器单元制造系统生产能力的课题。 联信公司是一家国际跨国公司，1 9 9 5 年在上海浦东开发区设立的涡轮增 压系统有限公司，直接运用单元制造系统和精益生产理念生产涡轮增压系统 产品；涡轮增压系列产品是一种利用发动机排气中的剩余能量工作的空气 泵，匹配各种功率系列的柴油机，达到提升功率和改善排放的目的；结构上 由废气涡轮和压气轮及其中间起到连接和支撑作用的涡轮轴组成；由于联信 公司涡轮增压器系列产品的品种和产量属于中品种、中小批量适合采用单元 制造系统加工，其工艺采用成组加工技术。 ，届纳单元制造系统的特点有三：1 、成组加工技术，2 、生产小组，3 、 结合轮番生产和订单生产的方式；联信公司的单元制造系统主要包括机械加 工单元和柔性装配单元。机械加工单元主要针对涡轮壳、压气壳、涡轮轴、 中心壳和压气轮5 种零件族，柔性装配单元把全部涡轮增压器产品按照规格 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 大小分成3 个零件族，每个单元是由设备和人员共同组成一个相当独立的组 织，共同完成生产任务。 在原有单元制造系统的基础上研究提高生产能力，主要着重讨论4 个方 面的理论问题：平衡成组零件族的生产节拍、夹具系统及其快速调整、设备 零故障和采用精益年时基数。平衡生产节拍方面，分别针对成组零件族的特 点讨论了工序相对集中原则，零件工艺表达和加工单元合理组成的问题，通 过提高工序之间的平衡程度，在瓶颈工序生产节拍提高了9 9 ；夹具系统及 其快速调整方面，主要讨论夹具系统适应制造单元内零件族品种多和加工设 备数控程度高的特点，通过对夹具系统进行精心设计，实现快速调整，提高 生产效率1 4 ；进行设备零缺陷方面的研究主要围绕设备故障曲线理论展 开，针对分析设备磨损阶段出现的不良趋势，采取全员生产维修、预防性维 修和加强备件管理的措施，设备开动率提高了1 2 ；采用精益年时基数的概 念就是机器每周6 个工作日，工人5 个工作日，每天3 个班次连续生产，每 个班次7 5 小时工作时间，这样做对于设备投资大的现代化工厂尽快回收资 金非常必要，而且在单元化生产的企业是可行的，能够使生产效率提高3 3 。 通过这些理论研究和工厂实践，使联信公司的生产能力提高了2 倍。p 7 、 ， 关键词：单元制造系统，锄生产能力，生产节拍平衡，夹易筷篷更换， 设备事矗障，精益弓馘囊数 上海交通大学工程硕士专业学位论文 涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 一 d i s c u s s i o na n d p r l l c 姆i c eo n i n c r e a s e m e n tt h e p r o d u c t i no f t u r b o c h a r g e ri nc e l l e n u l a r m a n u f a c t u r e s y s t e m c o m p e n d i u m s i n c et h ei n t r o d u c t i o no ft h e c o n c e p to f “g r o u pt e c h n o l o g y i n t oc h i n ai n 19 6 0 s ，g r e a ta m o u n to f r e s e a r c hw o r kh a sb e e nc a r r i e do u ta m o n g a c a ( 1 e n l i aa n d m a n yo ft h ea c h i e v e m e n t sh a v eb e e np u ti n t o p r a c t i c a lp r o d u c t i o nw i t ht h e t e c h n i c a lr e c o n s t r u c t i o ni n m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ag r e a td e a lo fa d v a n c e d f o r e i g ns c i e n c e ，t e c h n o l o g ya n da d m i n i s t r a t i v ee x p e r i e n c er u s h e di n o n c ea g a i n w i t ht h ec o n t i n u o u sd e e p e n i n go f r e f o r ma n do p e n i n gp o l i c y c o n s e q u e n t l vt h e i d e a so f “c e l l u l a rm a n u f a c t u r e a n d l e a n p r o d u c t i o n w e r es t u d i e di 1 1a c a d e m i a a n da p p l i e di ne n t e r p r i s e si ns u c c e s s i o ni nc h i n a t h i s e s s a y w i l lf o c u so na l l i e d s i g n a lc o r p o r a t i o n ，w h i c hm a k e su s eo fc e l l u l a r m a n u f a c t u r i n gs y s t e mt o f u r t h e re x p a n dt h e p r o d u c t i o ns c a l e a l l i e d s i g n a lc o r p o r a t i o ni s am u l t i n a t i o n a l i t s e t u pt h et u r b o c h a r g e r s y s t e mc o l t d i ns h a n g h a p u d o n gd e v e l o p i n gr e g i o ni n 19 9 5t od r o d u c e t u r b o c h a r g e rs y s t e m a t i c p r o d u c t sb y a p p l y i n g t h ei d e a s o f “c e l l u l a r m a n u f a c t u r i n gs y s t e m a n d l e a np r o d u c t i o n ”t u r b o c h a r g e rp r o d u c t sa r ea i r 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 p u m p s t h a tw o r ko ns p a r ee n e r g yo f e n g i n ee x h a u s ta n dt h e ya r eu s e do nd i e s e l e n g i n e so f v a r i o u sp o w e rs e r i e st oi m p r o v ee x h a u s te f f i c i e n c y t h et u r b o c h a r g e r p r o d u c t s a r e c o m p o s e do fe x h a u s tg a s t u r b oa n dc o m p r e s sw h e e lw i t hs h a f t w h e e l st oc o m b i n ea n ds u p p o r tt h e m t h es i m i l a r i t yi nf u n c t i o na n ds t r u c t u r eo f t h ep r o d u c t se n a b l e st h eo r g a n i z a t i o no fc e l l u l a rm a n u f a c t u r i n gs y s t e mb y u s i n g g r o u pt e c h n o l o g y i n s h o r t ，c e l l u l a rm a n u f a c t u r i n gs y s t e m h a st h r e e f e a t u r e s ：g r o u p t e c h n o l o g y , w o r k i n g t e a ma n dc o m b i n a t i o no fs h i f t p r o d u c t i o n a n do r d e r p r o d u c t i o n t h e c e l l u l a r m a n u f a c t u r i n gs y s t e ma d o p t e db ya l l i e d s i g n a l c o r p o r a t i o nm a i n l yi n c l u d e sm a c h i n ep r o c e s s i n gc e l la n d f l e x i b l ea s s e m b l yc e l l t h ef o r m e rd e a l s 、) l ，i 廿1f i v ec o m p o n e n t so ft u r b oh o u s i n g ，c o m p r e s s h o u s i n g ，s h a f t w h e e l ，c e n t e rh o u s i n ga n dc o m p r e s sw h e e l ；a n dt h e l a t t e rd i v i d e sa l lt h e t u r b o c h a r g e rp r o d u c t si n t ot h r e eg r o u p sa c c o r d i n gt ot h e i rs p e c i f i c a t i o n s e a c h t r a i ti sf o r m e db ye q u i p m e n ta n do p e r a t o r st o c o m p l e t et h ep r o d u c t i o nt a s k i n d e p e n d e n t l y t o e x p a n d t h e p r o d u c t i o n s c a l eo nt h e o r i g i n a l b a s i so fc e l l u l a r m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，w e n e e dt o e m p h a s i z e f o u r a s p e c t s ：b a l a n c i n g t h e p r o d u c t i o nt e m p o o f g r o u pc o m p o n e n t s ，q u i c ka d j u s t m e n t o f f i x t u r e s ，z e r of a i l u r e o fe q u i p m e n ta n de x a c tb a s i cw o r k i n gh o u r sa r r a n g e m e n t r e 蛳b a l a n c i n go f p r o d u c t i o nt e m p o s ，t h ee s s a yd i s c u s s e s t h er e l a t i v ec o n c e n t r a t i o no g ：v t o r k i n g p r o c e d u r e s c o m p o n e n t sp r o c e s s i n ge x p r e s s i o na n dr e a s o n a b l ec o m p o s i t i o n 碡 p r o c e s s i n g u n i t sa c c o r d i n gt og r o u pc o m p o n e n t s f e a t u r e s t h ep r o d u c t i o nt e m p o 上海交通大学工程硕士专业学位论文 涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实旆 i nt h eb o t t l e n e c kw o r k i n g p r o c e d u r er a i s e db y9 9 d u e t oi m p r o v i n gt h eb a l a n c e b e t w e e nw o r k i n gp r o c e d u r e s w i t hr e s p e c tt oq u i c ka d j u s t m e n to f f i x t u r e s ，t h i s e s s a ym a i n l yd i s c u s s e st h a tt h ew o r k i n ge f f i c i e n c yw a si n c r e a s e db y1 4 a f t e r c a r e f u l d e s i g n o ff i x t u r e sw i t hf u l l c o n s i d e r a t i o no fd i v e r s i t yo fc o m p o n e n t g r o u p sa n dh i g hl e v e lo fn u m e r i c a lc o n t r o lo fe q u i p m e n t s a sr e g a r d st h ez e r o f a i l u r eo f e q u i p m e n t ，t h er e s e a r c hi sc a r r i e do u tu n d e rt h ee q u i p m e n tf a i l u r ec u r v e t h e o r y b ya n a l y z i n g u n f a v o r a b l et r e n di n e q u i p m e n tw e a r i n gs t a g e ，t h e c o o p e r a t i o na d o p t e d s u c hm e a s u r e sa so v e r a l l m a i n t e n a n c e ，p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c ea n ds t r e n g t h e n i n gm a n a g e m e n to f s p a r ep a r t ss oa st oi n c r e a s et h e o p e r a t i n gr a t e o fm a c h i n e sb y12 e x a c tb a s i c w o r k i n gh o u r sa r r a n g e m e n t m e a n ss i xw o r k i n g d a y sp e rw e e k ，t h r e es h i f t sp e rd a y , a n d7 5w o r k i n gh o u r sp e r s h i f t t h i sa r r a n g e m e n ti sv i t a lf o rm o d e m p l a n t sw i t hg r e a ti n v e s t m e n tt og a i n b a c kt h e c a p i t a l a n dh a sb e e n p r o v e d f e a s i b l e b ye n h a n c i n g t h e w o r k i n g e f f i c i e n c yb y 3 3 i n c o n c l u s i o n ，t h ep r o d u c t i o n s c a l eo fa l l i e d s i g n a l c o r p o r a t i o nn e a r l y d o u b l e d t h r o u g ht h e o r e t i cr e s e a r c ha n da c t u a lp r a c t i c ei np l a n t k e yw o r d s ：c e l l u l a rm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ，p r o d u c t i o ni n c r e a s e m e n t ， p r o d u c t i o nt e m p ob a l a n c e ，q u i c kc h a n g eo ff i x t u r e ，z e r of a i l u r eo fe q u i p m e n t ， e x a c tb a s i cw o r k i n gh o u r sa r r a n g e m e n t 附件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 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。除文中已经注明引用的内容外， 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：易吲童 日期： d 毋年f 月妒日 附件五 上海交通大学 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，同意学校保留并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。本人授权上海交通大学可以将本学 位论文的全部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。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密留。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 日 学位论文作者签名：马锦j 盔指导教师签名：公彩多 日期：炒年；月多口日日期：加z 年厮 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 1 1 学位论文的题目来源 第一章绪论 联信涡轮增压系统( 上海) 有限 公司是美国联信公司汽车部在全球 范围内建立的第十个涡轮增压器及 相关产品的生产厂，专业制造和销 售世界著名的盖瑞特牌涡轮增压器 及相关产品。 联信涡轮增压系统( 上海) 有限 公成立于1 9 9 4 年7 月，总投资为2 ， 7 0 0 万美元，在浦东新区张江高 图卜1 联信涡轮增压系统( 上海) 有限公司 科技园区有8 ，0 0 0 平方米高标准 f i g 1 - la l l i e x l s i g n a lt u l - b o c h s w s y s t e m ( s h a n g h a i ) c o l t d 厂房，厂区占地面积2 4 ，6 0 0 平 方米，1 9 9 5 年9 月交工投产。1 9 9 9 年1 2 月美国联信公司与霍尼韦尔公司合并成立新 霍尼韦尔公司；2 0 0 0 年1 2 月，g e 公司宣布以4 5 0 亿美元收购新霍尼韦尔公司。在此 过程中，座落在浦东张江园区的涡轮增压系统有限公司的产品和经营没有受到影响， 为了便于陈述，本文沿用最初名称，简称之为联信公司。 在中国这样一个新兴的和迅速成长的市场，单元制造系统的优越性对于联信公司 非常有用；通过深入研究单元制造系统能够很好的回答这样一些的问题：单元制造系 统在联信公司如何运作? 联信公司如何利用单元制造系统提高生产能力? 同样，对于 市场经济环境中的大多数企业也非常有用。 第l 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实旌 1 2 学位论文产生的背景 作者1 9 9 7 年加入联信公司从事机械制造和设备维护工作，对于联信公司的涡轮增 压系统产品结构比较熟悉；由于直接参与产品制造和设备管理维护工作，掌握联信公 司的单元制造系统的形成和改进方面的第一手资料。1 9 9 9 年9 月，作者考入上海交通 大学机械学院，在一年半时间的学习期间内通过全部硕士学位课程；2 0 0 1 年4 月，经 过与上海交通大学机械学院翁世修教授和原上海大众汽车有限公司顾永生教授级高级 - _ _ 工程师两位导师共同探讨，决定对工厂的生产实践进行归纳和探索，结合在校课程学 习的内容撰写本论文，作为硕士学位的申请论文。 1 3 学位论文的意义 自4 0 年代起，制造业开始出现成组技术或者单元生产的生产组织原理。这种原理 基于以下的想法：生产线过长经济效益会变差；按照产品或者零件组织生产比按照加 工方法组织生产更加有效；按照明确的任务组织生产，管理更加有效。在以后的几十 年内，许多工厂按照这种原理改变生产方式，取得重大经济效益和社会效益。 从6 0 年代起，成组技术的概念进入中国的制造企业；9 0 年代，精益生产的先进理 图1 - 2 联信公司销售收入连续增长曲线 f i g 1 = 2 r e v e n u ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n ti na l l i e d s i g n a l 第2 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 念首先在美国形成，几乎同时，中国的制造业引进这些概念，并且在汽车和发动机行 业得到运用；在学术界出现了“独立制造岛”的概念，并且应用于机床和纺织机械等 等行业。9 5 年，联信公司进入中国，在上海浦东建立涡轮增压器工厂，把单元制造生 产方式完整地引进。如图卜2 所示，联信公司销售收入连续增长，运用单元制造系统 如何取得如此迅猛的增长，成为人们关注的问题；同时，市场需要联信公司继续成长， 怎样在现有的生产系统基础上挖掘潜力，是现实问题，其中的理论问题也值得研究。 1 4 学位论文的研究内容 单元制造系统的理论基础是成组技术和生产小组，单元制造系统能够适应中品种 和中小批量生产要求，并且具有迅速提高生产的能力。这些原理在联信公司得到系统 地和广泛地运用，例如：产品开发、工艺准备、现场控制和物料管理等等方面。本文 将介绍涡轮增压器的工作原理和机械结构，以及主要零件形成成组零件族的情况；然 后，剖析单元制造系统的主要特点，及其在联信公司的得到应用的情况；最后，着重 研究有关提高生产能力方面的问题主要有：平衡生产节拍、夹具系统及其快速调整、 设备零故障和精益年时基数；作为总结，说明上述4 个方面的研究为实现提高生产能 力的目标奠定了基础。 第3 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文 涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 第二章涡轮增压器工作原理和机械结构 2 1 工作原理 涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。如图2 - 1 所示， 废气驱动涡轮叶轮总成( h o t s i d e 热侧) ，它与压气机叶轮( c o l d s i d e 冷侧) 相连接。 膨胀后的发动机废气通过排气管进入涡轮壳，废气压力和来自废气中的热能使涡轮叶 轮旋转，而后者又驱动压气机叶轮。当废气通过涡轮机叶轮并被排入大气中时，其压 力和温度都下降。 旋转的压气机叶轮通过空气滤清系统吸进环境空气，空气在压气壳当中加速和压 缩。并被送入发动机的进气管。 图2 - 1 涡轮增压器工作原理 f i g 2 - 1p r i c i n p l eo f t u r b o c h a r g e rs y s t e m 当涡轮增压器转子转动时，大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加 了压缩空气的质量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸不变的 条件下产生更大的功率。涡轮增压器的性能要与每种发动机的尺寸和功率输出相匹配， 功率输出决定了输送到发动机里的空气压比和流量，这些参数取决于压气机叶轮尺寸、 叶轮转速和压气机壳尺寸。 涡轮增压有许多好处：非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡 轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，允许喷入较多的燃油， 第4 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发 动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量发动机经增压后可产生与较 大发动机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。 由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气，燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得 更充分、更彻底。发动机进气管的空气保持正压力( 大于大气压的压力) 对发动机有 几方面的好处。当发动机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留 在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。 涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿( 使其达到标准大气条 件) 。发动机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气 的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。 2 2 机械结构 涡轮增压器( 如图2 - - 2 所 示) 是由废气驱动的涡轮和径 流式压气机组成的，它们分别 被安装在轴的两头并有各自的 铸造壳体。轴本身被安装在中 间壳中并由中间壳来支撑。中 间壳的两侧分别同压气机壳和 涡轮壳相连接，典型的涡轮增 压器转速可以在每分钟1 0 0 ， 0 0 0 转以上。 涡轮部分是个向心式的径 图2 2 涡轮增压器的机械结构 流或混流装置，由铸造的涡轮 f i g 2 - 2 m e c h a n i c a ls t r u c t u r eo f t u r b o c h a r g e rs y s t e m 叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成，进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮，经 叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。 第5 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机 壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位。空气在压气机内向外流，经叶轮叶片， 从压气机壳的外直径处流出。 涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。 中间壳( 又称轴承壳) 以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轴系统。 这样一种高速运转的轴承系统不能象曲轴的轴承那样承受重的载荷，而是必须精确地 定位两只叶轮的位置，使其尽可能靠近两端壳予的轮廓型线。这种定位的关键是向中 间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑油。注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压 器的效率和延长使用寿命是极其重要的。 从发动机润滑系统流出的润滑油通过油孔和油槽流入两个主轴承。润滑油流过轴承 中的油孔润滑和冷却轴承、轴承孔和轴颈，也从进油孔直接进入推力轴承，或者通过 在压气机壳后盖板的油道进入推力轴承。润滑油靠重力从中问壳排出。 密封系统使中间壳同涡轮机和压气机分开。密封限制润滑油流进压气机和涡轮区域 内，并阻止燃气和空气从这两个区域流入中间壳。密封系统由活塞环密封、石墨和0 形圈密封、甩油环以及迷宫( 螺纹状的) 密封组成。当轴旋转以及壳体内气体压力建立 起来时，密封开始起作用。 各种卡环和螺栓用来防护转动部件或者将其定位。止推部件用来保证轴向位置，轴 的螺母或者有螺纹的叶轮用来连接压气机叶轮和涡轮叶轮。涡轮壳和压气机壳同中间 壳及转子总成靠螺栓、v 形卡箍和或压板、锁紧板来连接。 平旋阀、提升阀和废气阀都是废气控制装置。它们帮助控制涡轮转速，从而控制增 压压力。它们有的同涡轮壳制成一体，有的安装在别处，靠膜片或充满空气或油的气 缸和活塞起作用。当控制阀开启时，过量的废气从涡轮壳释放出去，排到废气系统或 排入大气中。 涡轮增压器和中冷器要经过精确匹配，以满足发动机生产厂在轿车和工业柴油机应 用方面的性能和排放要求。这些要求常常表示为对涡轮增压器供气量的特别精确的控 制，旁通阀( 废气阀调节阀) 在许多系统里提供了这种控制。该装置经过精确地校 准，当它打开时，一部分燃气被旁通掉，即不再通过涡轮叶轮，这就限制了轴的转速， 第6 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文 涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 也就控制了增压压力。旁通阀使发动机能以最大增压响应性来产生最高增压压力，而 在发动机高转速或高负荷时，消除进气管里空气压力过大( 过增压) 的可能性。 盖瑞特涡轮增压器具有以下特点受到市场欢迎： 可为3 3 k w 到7 5 0 k w 的发动机配套，采用适当的增压系统，可使所配套发动机的 功率达到3 0 0 0 k w 。 外形尺寸灵活多样，可确保满足发动机制造厂商的外形安装要求，并可按照制造 厂商的需要而特别制作。 多种不同的涡轮壳以及效率高、流量范围宽的压气机可满足与发动机的最佳匹 配。 全浮动轴承或滚珠轴承的应用，可使摩擦造成的损失进一步降低，使涡轮增压器 总效率和瞬时响应得到不断提高。 各种钢、铝和陶瓷材料叶轮的精确设计，可满足涡轮和压气机的性能及耐久性要 求。 无孔压气机叶轮的应用，强度得到加强，在不牺牲叶轮耐久性和可靠性的前提下， 大幅度提高增压压力。 水冷中间壳及涡轮壳的设计极大地改进了涡轮增压器的耐久性并减少了热回吸。 气动及电动控制的废气放气阀、可调喷嘴涡轮、液力驱动三轮涡轮增压器可提高 发动机的瞬态响应，减少排放，扩展了使用范围。 2 3 涡轮增压器产品的成组零件族 从图2 1 和图2 2 可知，涡轮增压器的主要零件包括：涡轮壳、压气壳、涡轮 轴和中心壳。如表2 - i 所示，成组零件族从增压器型号展开，一种增压器根据用户具 体要求的不同，被设计成几种装配总成型号，例如t 0 4 8 5 型增压器，就有两种总成编 号4 6 5 7 4 0 0 0 0 4 和4 6 6 4 7 8 5 0 1 2 ，说明两种增压器的规格和性能相似，零件组成却不是 完全相同，其中主要零件当中除了压气壳都是4 0 8 5 6 6 0 0 3 3 以外，其他零件都不同。 第7 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实旌 工。 由此，每种零件的若干变形共同组成零件族，制造单元的任务就是完成零件族加 表2 - 1 涡轮增压器产品的成组零件族( 部分) f 增压器型号装配编号涡轮壳编号压气壳编号涡轮轴编号中心壳编号 r c h 77 0 3 7 2 4 - 0 0 0 17 0 3 7 3 1 17 0 3 7 2 9 17 0 3 7 2 5 - 0 0 0 17 0 3 7 2 7 1 t 0 4 1 5 07 0 5 7 3 9 5 0 0 17 0 4 4 8 1 0 0 0 14 0 8 1 7 3 2 54 5 1 3 0 9 0 0 0 34 3 0 0 2 7 0 0 7 2 t 0 4 8 54 6 5 7 4 0 - 0 0 0 44 0 7 4 0 2 0 0 2 34 0 8 5 6 6 0 0 3 34 5 1 3 0 9 0 0 0 24 0 7 2 8 5 0 0 31 t 0 4 8 54 6 6 4 7 8 5 0 1 24 4 1 0 6 5 0 0 0 34 0 8 5 6 6 0 0 3 34 4 1 1 9 4 0 0 1 l4 1 0 3 1 0 0 0 0 l t 0 4 8 5 94 6 5 0 4 4 5 2 5 l4 1 0 4 0 1 0 0 2 24 0 8 2 7 4 0 0 2 94 51 3 0 9 0 0 0 24 3 0 0 2 7 0 0 5 8 t 0 4 8 5 94 6 5 0 4 4 5 2 6 14 1 0 4 0 1 0 0 3 64 0 8 2 7 4 0 0 3 44 51 3 0 9 0 0 0 34 3 0 0 2 7 0 0 5 8 t 0 4 8 5 9 4 6 5 0 4 4 5 2 5 l4 1 0 4 0 1 0 0 2 24 d 8 2 7 4 伽2 94 5 1 3 0 9 0 0 0 2柏0 0 2 7 - 0 d 5 8 t 0 4 8 5 94 6 5 0 4 4 5 2 6 14 1 0 嶂0 1 - 0 0 3 64 0 8 2 7 4 _ 0 0 3 44 5 1 3 0 9 - 0 0 0 34 3 【0 0 2 7 0 0 5 8 t 0 4 e7 0 0 3 8 7 0 0 0 44 4 2 3 7 4 3 94 4 3 7 0 5 - 3 04 4 6 9 0 5 - 0 0 0 24 4 6 6 1 8 0 0 2 6 t 0 4 e 7 57 0 6 0 5 8 5 0 0 14 4 5 5 2 3 0 0 0 84 4 2 2 0 3 0 1 4 34 4 6 9 0 5 0 0 0 24 3 0 0 2 7 0 0 7 5 t 0 4 e 7 57 0 6 0 5 8 5 0 0 24 4 5 5 2 3 0 0 0 94 4 2 2 0 3 0 1 4 34 4 6 9 0 5 0 0 0 24 3 0 0 2 7 0 0 7 8 t 0 4 e 7 57 0 6 0 5 8 5 0 0 34 4 5 5 2 3 0 0 0 94 4 2 2 0 3 0 1 4 34 4 6 9 0 5 0 0 0 24 3 0 0 2 7 0 0 7 8 t 0 4 e 7 57 0 6 0 5 8 5 0 0 74 4 5 5 2 3 0 0 0 84 4 2 2 0 3 0 1 4 34 4 6 9 0 5 0 0 0 24 3 0 0 2 7 0 0 7 5 r t 2 54 5 2 1 5 2 0 0 0 14 3 4 2 5 9 0 0 0 14 3 4 2 8 8 0 0 0 84 3 5 3 4 9 o o l l t 2 54 7 1 0 2 1 0 0 0 77 0 0 9 0 9 0 0 0 54 3 2 6 8 5 0 0 4 64 4 5 0 0 9 - o o l 2 l 7 0 0 1 4 1 0 0 0 4 t 2 54 7 1 0 2 1 0 0 0 87 0 0 9 0 9 0 0 0 54 3 2 6 8 5 0 0 4 94 4 5 0 0 9 0 0 1 2 l7 0 0 1 4 1 0 0 0 4 t 2 54 7 1 0 2 1 - 0 0 0 97 0 0 9 0 9 0 0 0 74 3 2 6 8 5 0 0 4 67 0 8 1 1 4 0 0 0 l l7 0 0 1 4 l 一0 0 0 4 t 2 54 7 1 1 6 9 5 0 0 24 4 51 6 3 2 0 9 04 3 1 0 2 2 0 0 6 34 6 7 4 7 5 0 0 1 5 t 2 54 7 1 1 6 9 5 0 0 67 0 0 9 0 9 0 0 0 54 3 2 6 8 5 0 0 5 34 6 7 4 7 5 0 0 1 9 4 6 7 4 7 5 0 0 1 9 t 2 54 7 1 1 6 9 5 0 0 77 0 0 9 0 9 0 0 0 54 3 2 6 8 5 0 0 5 34 6 7 4 7 5 0 0 1 97 0 0 1 4 1 0 0 0 4 第8 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 第三章单元制造系统 3 1 单元制造系统的基本特点 单元制造系统是一种相对于组合机床流水线和机群式布置设备的生产制造系统。固 定顺序的组合机床流水线以少品种、大量生产、高设备利用率和短投入产出时间为目 的；传统的机群式布置的设备则是按中品种小批量的产品而设计，这种的多样性通常 以低的设备利用率、长的投入产出时间和高的在制品库存量为代价。高度集成的单元 制造系统同时具有组合机床自动线和机群式布置设备的特点，综合了组合机床自动线 的高效率和成批生产车间柔性的优点，适合于中品种、中小批量的生产方式。 单元制造系统可以使一族零件由系统内一组机床加工完成，通常不必将工件移出单 元。虽然并不增加机床的实际加工时间( 工件由地面移动到机床加工后再到地面的时 间) ，但是可以减少零件在机床间运行的时间，不论单件或小批生产，这样就降低了可 观的工序间损失。零件运输工作较机群式布置设备少得多，零件损坏的危险也大为减 少；由于消除了所有停顿时间，加工件通过制造系统时间降低了，在制品数量保持在 最少状态；此外还可以提出更可靠的交货期，缩小库存投资，大大简化生产管理工作。 单元制造系统广泛使用数控机床，为了经济和有效地制造零件，系统中通常还配备有普通机床和手 工操作工位，以及不同形式的物料运输装置。此外，还应具有一定能力的工件库、刀具库和夹具库， 加e 一定素质的人员，组成分布式的制造系统。 3 1 1 成组加工 在机群式布置的制造系统中，大量资金滞留于在制品和由于延期交货引起的销售 损失上，从而产生了为完成某一零件而将有关机床合成一个机床组的想法但是，供 给机床加工的单个零件数量通常不能满足机床组连续生产的需要，直到结合成组技术 原理，零件按其制造特征划分成族，由一组机床加工相应的一族零件的想法成为可能。 1 9 3 8 年素克洛夫斯基提出典型工艺的概念，其着眼点是工艺过程的标准化，即按 工艺过程相同( 工序内容、个数、顺序相同) 的相似标准，将结构、形状相似的零件 分类成组，同组零件采用同一的典型工艺。由于能够采用典型工艺的零件品种较少( 二7。 、算各类型 图4 - 1加工单元设备配置 f i g 4 一lc o n f i g a r a t i o no fe q u i p m e n ti ne e l 1 如图4 - 1 所示是5 个加工单元，其中试制和涡轮轴2 个单元分别加工轴类和盘 类零件，不使用加工中心。大多数单元使用的回转体加工设备比加工中心为多，每 个单元都使用定数量的清除毛刺和清洗零件设备，另外还使用一定数量的专用设 备。 加工单元的组成形式 成组加工单元适用于中小批量生产，设备规划和布置既要保证生产率，也要考 虑单元的可靠性和机床的负荷率。因此，就产生了并联形式、串联形式以及混合形 式等多种类型的机床配置方式 所谓并联机床就是纳入系统的机床可以互相代替，例如，由数台加工中心组成 的柔性加工单元由于加工中心可以完成多种工序的加工，有时台加工中心就能完 成箱体的全部工序，工件可随机地输送到系统中任何正好空闲的加工工位。系统具 有较大的柔性和较宽的工艺范围，而且可以达到较高的时间利用率。从系统的输入 和输出来看，它们是并联环节因而增加了系统的可靠性、即当某一台机床发生故障 时，系统仍能正常工作 所谓串联机床就是纳入系统的机床是互相补充的，各自完成某些特定的工序， 各机床之间不能互相取代工件在一定程度上必须顺序经过各加工工位。它的特点是 第2 5 页 上海交通大学工程硕士专业学位论文涡轮增压器单元制造系统生产能力提高的研讨和实施 生产率较高，对机床的技术利用率较高，即可以充分发挥机床的性能。从系统的输 入和输出的角度来看，串联机床减少了系统的可靠性，即当一台机床发生故障时， 系统就不能正常工作。 联信公司的加工单元大多是并联和串联机床混合使用，即柔性加工单元中的有 些机床按并联形式布置，而另一些机床则以串联形式布置，发挥各自的优点。如图 3 3 所示，在涡轮轴单元车削工序和动平衡工序，采用并联机床配置，共同完成本 道工序的工作量，克服了瓶颈工序，缩短了生产节拍。 4 】5 生产能力的预测 与流水线生产方式不同，事先规定的生产纲领，对于规划单元制造系统的影响 不可能非常大；同时由于产品品种的变化，不同产品的需求数量和生产节拍的变化， 对于单元制造系统的生产能力只能采用估计数。 表4 - 3 联信公司生产能力估测表 工序标准时旬生产月产量加权时 零件号月产量工序号加工类型 m x 8 0m x 8 0l b l 51 b 1 5m c 5 0 0v r 4 0w a s h e ro r b e r节拍比例 间 4 1 0 4 0 1 o p l 车削1 5 0 i3 9 ，一1 4 0 0o p 2 车削1 5 0 1 5 05 4 1 8 1 1 o p 3 加工中心1 4 0 4 0 9 5 2 6 o p l车削1 2 0 l ，一2 ，一9 3 3 o p 2 车削 1 2 0 3 5 01 3 l4 7 3 6 2 0 0 p 3 加工中心 1 3 】 o p 4 加工中心 j4 3 2 7 0 5 - 1 5 o p i加工中心2 3 2 | ，一1 6 ，一2 0 o p 2 车削 1 6 01 6 0 2 5o p 3 加工中心 1 2 01 2