汽车保险杠装配流水生产线的组织与控制

比亚迪保险杠装配流水生产线 江俊佳 卓越 2 班 8 本文以汽车保险杠为研究对象 进行了基于汽车保险杠的装配生产线规划 当今社会 随着经济全球化竞争的日趋激烈 每个企业的生存和发展越来 越依赖于企业自身劳动生产率 自动化水平和面对市场变化快速反应能力的不 断提高 随着科学技术的迅速发展 自动化生产线技术在工业生产中得到越来 越广泛的应用 现在几乎所有的汽车装配都采用了生产线装配 通过机器手的 高效精确操作 实现提高劳动生产率 降低企业生产成本的目标 汽车保险杠生产线规划的意义汽车保险杠生产线规划的意义 在 1913 年 福特汽车公司创建了世界上第一条汽车部件装配生产线 通过 输送带把汽车部件送到工人面前 使汽车底盘的装配时间由原来的 10 多个小时 缩短至 2 小时内 之后生产线技术被广泛应用于各行各业 20 世纪是汽车工业 爆炸式发展的年代 生产线技术的应用在汽车产业蓬勃发展的道路上起到了卓 越的贡献 汽车工业由于其资金密集 技术密集 人才密集 综合性强 经济 效益高的特点 使得世界各个工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国 民紧急的支柱产业 汽车的研制 生产 销售 运营 与国民经济许多部门息 息相关 对经济建设和科学技术发展其重要的推动作用 装配线以可互换性理论和劳动的分工为基础 装配线是一种很重要的制造 系统 是一种技术 可以说 任何有着多种零部件并进行大批量生产的最终产 品 在某种程度上都可以采用装配线生产 装配线具体上是将产品的装配过程 划分为一个个的操作单元 这些操作单元之间有一定的先后顺序约束关系 在 满足这些约束的前提下 将这些操作单元分配到不同的工作站 每个工作站负 责装配的一部分 这样 装配线将产品装配中繁琐复杂的工作分解 使用各种 工具使之简化 从而达到稳定快速的生产 从总体上讲 生产线是一种复杂的 离散系统和多模块制造系统 国内外的资料表明 在制造业的生产过程中 从 原材料进厂到成品出厂 物料真正处于加工和检验的时间只占生产周期的 5 10 而剩余的时间都处于停滞和搬运 这严重影响到企业的经济效益的提高 在制造业中 总经营费用的 20 50 是物料搬运费 而优良的生产线规划设计 和生产设备平面布局可使这以费用打打减少 也将为企业赢的效率和收益 从 而在激烈的竞争中占据领先地位 装配线研究及其现状装配线研究及其现状 1 概念 装配线是人和机器的有效组合 最充分体现设备的灵活性 它将 输送系统 随行夹具和在线专机 检测设备有机的组合 以满足多品种产品的 装配要求 装配流水线的传输方式有同步传输的 强制式 也可以是非同步传 输 柔性式 根据配置的选择 实现手工装配或半自动装配 装配线在企业 的批量生产中不可或缺 2 装配线的平衡问题 装配线的平衡是使人员之间或机器之间尽量平衡 这样装配线的产出才能达到要求的水平 装配线平衡问题与设施规划相牵连 装配线的平衡与否直接影响到制造系统的生产率 装配线平衡问题是一个与设施规划相牵连的问题 一个工作站要完成的工 作总量与分配到该工作站的基本工作单元总数是一致的 装配线平衡问题就是 将所有基本工作单元分派到各个工作站 以使每个工作站在节拍 即相邻两产 品通过装配线尾端的间隔时间 内都处于繁忙状态 完成最多的操作量 从而 使各工作站的未工作时间 闲置时间 最少 装配线的平衡是装配线的设计与管理中的一个很重要的问题 因为装配线 的平衡与否直接影响到制造系统的生产率 在过去的几十年里 人们对装配线 的平衡问题进行了大量的研究 已得到了大量的理论成果 3 装配线的理论基础 装配线以可互换理论和劳动分工为基础 可互换理论起源于 19 世纪初 该理论 认为组成成品的各个零部件可以替换 比如说 同一规格的两支步枪的撞针可 以替换使用 在装配线中 我们有可以替换的零件 而且可以从中选择任意一 个零件装配到当前的产品中 至于劳动分工 其包含了工作的简单化 标准化 和专业化 在这些原理的基础上 把复杂飞活动细分为工作单元 为这些工作 单元分别制定详细飞作业指导书 最后把这些已经细分的工作单元安排给不同 的工人 这些工人可以很快的熟练这些重复性的操作 可互换性理论和劳动的 分工推动了大规模生产 可互换零件的使用 延长可产品的使用周期 也使到 后来福特等人发明装配线成为可能 20 世纪初装配线的应用很大程度上减少了 生产成本 提高了生产率 从此 装配线得到了极大的推广 事实上 哎过去 的半个多世纪时间里 很多制造系统的研究 都是集中在如何改善环境设置 让装配线的连续流水生产得到体现 4 装配线的分类 装配线的分类有很多种 其分类如下 1 直线形装配线 传统的装配线是直线形的 工作站连续地分布在直线上 装配从一端开始 从 另一端结束 线上分工很细 操作人员重复着简单的动作 工作枯燥乏味 容 易产生心理疲劳 工作效率低等问题 其次这种直线布局方式使得操作者被相 互隔离 操作工人之间交流困难 一旦装配线出现了故障或产品质量出现了问 题 操作工人之间难以互助 而且互相对于需求的变化 装配线缺乏柔性 难 以重新调整而达到新的平衡 2 U 形装配线 随着精益求精生产方式的推广 越来越多的装配线采用 U 形布局 作为精益生 产支柱之一的准时化基本思想 按后工序领取的数量进行生产 就是通过装 配线的 U 形布局来实现 在准时制生产系统中 U 形装配线的布局克服了上述传统直线型装配线的布局 的缺点 U 形装配线上的工作站相距较近 工作站之间的联系简单 简化物料 的运输 降低了库存 产品计划和过程控制变得相对容易 U 形装配线上的操 作者参与生产过程的更多环节 工作的挑战性强 要求操作工成为多面手 在 装配线故障或者产品质量问题发生时 能够发挥团队精神去解决问题 提高了 劳动生产率和产品质量 U 形装配线的柔性高 在外部需求发生变化时 通过 增加或减少操作人员的数量来实现装配线的节拍的调整从而达到 U 形装配线的 重新平衡 在传统的直线型装配线上 操作者的技能单一 很难重新平衡 装 配线的调整只是简单地调整装配线的运行时间 3 人工控制 装配的节拍不是固定的 而是由工人自己控制的 工人控制节拍的装配线 通 常表现为台式装配线 在细长形的工作台上进行装配 工作台也可以由若干张 工作台合并而成 整个过程虽然没有输送带 但是利用这种半成品间的转送方 式来达到流水作业的目的 该种装配线的优点 构成简单 易于组合 调整 成本低 缺点 作业速度由工人控制 使得生产速度很不稳定 物品堆积 碰 撞造成不良品 多余动作过多 不利于动作的改善 简化动作 4 机动控制 该种装配线有皮带输送系统 半成品通过输送带由上一个工作站传送到下一个 工作站 该种装配线的优点 装配速度均匀 节拍稳定 容易管理 缺点 一旦 发生故障 整条装配线停下来 影响很大 人员缺勤 也会对装配过程造成很 大的影响 5 单一型装配线 单一型装配线就是一条装配线只生产一种产品 这种装配线 由于生产的产品 固定不变 容易实现均衡生产 生产效率较高 6 混合型装配线 混合型装配线在同一时间内 装配多种产品 随着社会需求的发展 市场的细 分化和产品的细分化 从而形成了多品种规格的大量生产模式 这样在一条装 配线上只生产一种产品的单一型装配线便不能满足需求 而多品种多规格的混 合型装配线则能发挥大量生产的效能 又能适应现代多品种多规格需求的有效 生产方式 实施准时化生产的制造商经常采用混合型装配线进行生产 其目的 就是满足顾客对产品的多样化需求并避免出现很高的库存 混合型装配线一般应具有以下几个特点 在同一条装配线上可以同时生产作业 方式大致相同的不同规格和不同品种个几种产品 装配线上的不同制品混合连 续进行生产 混合装配线可以减少在制品的库存 基本消除了更换品种时改动 或调整装配线的麻烦 增强了装配线的灵活性和应变能力 7 手动装配 所有的操作都是靠手工来操作的 这种装配线生产周期很长 效率很低 而且 产品质量得不到保证 8 自动装配 指利用机械和自动的装置代替人工完成装配作业 近几十年来 自动化装配技 术有了长足的发展 特别是工业机器人在装配领域得到了较为广泛的应用 但 是 由于装配作业队人的技艺和感知的依靠性较强 很多装配过程比较复杂 自动化过程目前很难完全取代手工装配 半自动就是在某种程度上运用机械化 对难以实现机械化的部分仍然采用手工操作的方式 自动装配线投入大 设备成本高 但是生产能力大 效率高 可以比较容易地 保证交货期 产品质量也比较稳定 比亚迪汽车保险杠生产线研究及其现状比亚迪汽车保险杠生产线研究及其现状 汽车保险杠及其内涵 汽车前后端装有保险杠 bumper 不仅有装饰功能 更重要是吸收和缓和外界冲击力 防护车身保护车身及乘员安全功能的安全装 置 其中外板和缓冲材料用塑料制成 横梁用厚度为 1 5 毫米左右的冷轧薄板 冲压而成 U 形槽 外板和缓冲材料附着在横梁上 横梁与车架纵梁螺丝连接 可以随时拆卸下来 这种塑料保险杠使用的塑料 大体上使用聚酯系和聚丙烯 系两种材料 采用注射成型法制成 例如标致 405 轿车的保险杠 采用了聚酯 系材料并用反应注射模成型法做成 而大众的奥迪 100 高尔夫 上海的桑塔 纳 天津的夏利等型号轿车的保险杠 采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成 国外还有一种称为聚碳酯系的塑料 渗进合金成分 采用合金注射成型的方法 加工出来的保险杠不但具有高强度的刚性 还具有可以焊接的优点 而且涂装 性能好 在轿车上的用量越来越多 保险杠的几何形状既要考虑其与整车造型 的一致 保证美观 也要符合力学特性和吸能特性 确保撞击时的吸振与缓 汽车保险杠的性能优劣直接影响汽车行驶的安全性 影响保险杠性能的因 素很多 其中各个零件的加工制造精度对保险杠的性能有着很大的影响 但是 装配质量的好坏也不可忽视 有时 装配质量甚至对保险杠性能好坏七折决定 性作用 为了提高保险杠装配质量 自动化装配必然是趋势 比亚迪就是采用 了自动化装配方案 5 保险杠装配生产线控制系统的总体设计 控制系统通常采用可编程控制器 PLC 作为控制核心元件 PLC 是在传统的顺序 控制器的基础上引入了微电子技术 计算机技术 自动控制技术和通信技术而 形成的一代新型工业控制装置 其用途是取代继电器 执行逻辑 计时 计数 等顺序控制功能 建立柔性的程控系统 PLC 是综合继电 接触器控制技术 和计算机控制技术而开发的 是以微处理器为核心 集计算机技术 自动控制 技术 通信技术于一体的控制装置 PLC 具有通用性强 使用方便 适用面广 可靠性高 抗干扰能力强 编程简单等特点 5 1 生产线控制原理分析 保险杠装配生产线具有定时性 顺序性的特点 对控制系统的要求是准时 迅 速地实现顺序控制 该控制系统的主要特点是 1 主电机控制的高稳定性 主电机的换速设计保证工件到达各个工位时冲击 力小 定位准确 2 高精度定位 翻转机构通过上下限位开关保证加剧实现准确定位 3 分工位的状态透明 每个工位上都有分别表示不同工作状态的指示灯 方 便工人进行安全操作 4 反馈控制 检测工位通过检测产品发出反馈信号 使整个控制系统构成闭 环回路 5 2 生产线控制系统功能分析 保险杠自动装配生产线控制系统主要实现以下功能 1 夹具状态指示 检测夹具的定位夹紧状态 并在夹紧力达到预定值时发出 准备就绪信号 启动主电机和翻转电机 2 主电机换速控制 为保证运动的平稳性 需要使主电机实现 启动 高速 减速 停止 启动 的循环 因此需要控制系统具有换速控制功能 实现主电机 速度的平稳 准确变换 3 翻转电机换向控制 保险杠的装配位置要求夹具实现 90 的翻转运动 采用 L 型机械结构实现 翻转电机接受到正翻转信号时开始正向高速旋转 带动主轴转动 齿轮带与主 动轴啮合 被主轴驱动 从而使从动轴上升 碰到上限位开关时控制系统发出 翻转电机停止信号 翻转电机停止转动 两根从动轴的合成运动实现夹具基架 的正向翻转 当翻转电机收到翻转信号时 翻转电机反向转动 从动轴下降 碰到下限位开关时控制系统发出停止信号 翻转电机停止转动 夹具基架完成 反向翻转 由此可见 只需要控制翻转电机的正向或者反向转动 L 型机构 就可以实现夹具的翻转功能 4 安装定时控制 根据生产节拍和实际节拍的要求 在工人进行安装时 需 要保持整个机构在安装状态静止 因此控制系统必须要实现这一定时控制 PLC 为用户提供了一定数量的定时器 并设