2009年第3期
文章编号:1001-2265(2009)03-0059-04
・工艺与装备・
汽车发动机和变速箱自动化装配技术
孙立琴,丛明,赵强,温海营
116023)
1
2
2
2
(1.大连豪森瑞德设备制造有限公司,辽宁大连 116036;2.大连理工大学机械工程学院,辽宁大连
摘要:。简述了实现发动机和变速箱装配线制造目标的关键技术:。最后给出,重要参考价值。
关键词:;;;自动化中图分类号;TG文献标识码:A
IntroductionofAutomotiveEngineandTransmissionAssemblyTechnology
SUNLi2qin,CONGMing,ZHAOQiang,WENHai2ying
1
2
2
2
(1.DalianHaosenreadEquipmentManufactureCo.,Ltd.,DalianLiaoning116036;2.SchoolofMe2chanicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,DalianLiaoning116023,China)
Abstract:Thispaperintroducesthecomponentsofautomobileengineandgearboxassemblytechnologyandthethepurposeofsettingupautomobileengineandgearboxassemblyline.
Itpresentsthekey
technology,includingrobottechnology,trussmanipulatortechnology,error2proofingtechnologyandetc,toarchivethepurposeofbuildingautomobileengineandgearboxassemblyline.Atlast,thedevel2opmenttrendsofautomobileengineandgearboxassemblylineareprospected.MusthavereferenceofautomobileengineandgeardboxassemblylineautomationeanipmentR&D.
Keywords:automobileengine;automobilegearbox;assemblyline;robottechnology;automation
0 引言
随着发动机及变速箱产品趋于轻量化、结构简单
化、性能优质化,其装配技术也有很大的发展和进步。国外对发动机和变速箱自动化装配的研究起步较早,各方面技术都比较成熟。世界上著名的汽车生产公司如通用、福特、大众等均采用配有装配机器人的柔性化
[1]
装配线,生产节拍普遍在一分钟以内。
近年来,随着国内汽车行业的快速增长,国内装配线制造商也得到了迅猛发展,通过与国外公司进行广泛的交流和技术合作,已掌握国际先进的装配线制造关键技术。这些新技术、新理念得到广泛的应用,在装配、测量等领域可为用户提供一批技术先进、性能可靠的产品,为用户节省了大量投资。
1 发动机和变速箱装配线技术组成
发动机和变速箱装配线是由自动、半自动工艺设备,手动工装工具,物流输送,信息管理等组成的综合系统。如图1～图4是典型的发动机和变速箱装配线实例。装配线技术种类繁杂,机械、气动、电气、信息接口多,是一个技术含量较大的多学科综合的系统工程。
发动机和变速箱装配线主要包括装配、检测、物流三个部分。其中装配部分主要技术有分组选配技术,装配、压装技术,涂胶技术,螺栓拧紧、拆解技术,这些技术的应用直接影响发动机和变速箱的装配精度。发动机和变速箱在装配过程中难免出现质量问题,因此对装配过程的监测和半成品、成品的检测必不可少,主要技术有装配的防错、纠错技术,泄漏检测技术,在线
收稿日期:2009-03-03
作者简介:孙立琴(1971—),女,内蒙古赤峰市人,大连豪森瑞德设备制造有限公司工程师,主要从事汽车装配线设计与研发,(E-mail)sunliqin
@haosen.com.cn。
・59・
・工艺与装备・
测量测试技术。物流输送技术,代码打印及识别技术是物流输送中的主要技术,可以在运送零件的同时对
[2]
零件进行识别追踪。
组合机床与自动化加工技术
2 发动机和变速箱装配线制造目标
装配线对产品的最终质量起着非常重要的作用。目前,发动机和变速箱生产厂家对装配线越来越重视,制造目标也越来越高,现代化的发动机装配线制造目标包括质量控制设计到过程的每一个步骤中,设备能保证其应有的能力和功能,每一个工位的操作都具有唯一性(,,在装配工艺过,,。装配线制造商的首要任务是实现这些制造目标。
3 发动机和变速箱装配线制造目标的实现所
依存的关键技术
上面提到的发动机和变速箱装配线制造目标的实现所依存的关键技术是多方面的,主要关键技术有以下几个方面。
(1)机器人技术
装配机器人是工业生产中,用于装配生产线上对零件或部件进行装配的工业机器人。常用的装配机器人主要有平面关节型(SCARA)装配机器人、垂直多关节型装配机器人和直角坐标型装配机器人。其中平面关节型装配机器人是一种精密型装配机器人,具有速度快、精度高、柔顺性好的特点。垂直多关节型装配机器人大多具有6个自由度,可以在空间上任意一点确定任意姿势
[3]
。
目前国际上已经出现双臂装配机器人,相比传统的单臂装配机器人,它可以完成更复杂的装配动作。双臂装配机器人的关键技术主要为双臂运动轨迹规划,双臂的协调控制及双臂操作力、力矩控制等。在经过了多年的设计改进之后,日本安川MOTOMAN系列双臂装配机器人已进入到产品化阶段。国外也开始了双臂机器人应用于汽车装配的可行性探索,并对双臂机器人的装配性能进行了分析
[4]
。
通过机器人可以实现自动柔性拧紧(图5),每台机器人可以集成1-4个拧紧轴,可以实现自动伺服变轴距,可以自动换套筒,最适用于多品种混线柔性生产。
机器人还可实现对多种零件、多个平面的柔性涂胶(图6),自动涂胶工位机器人除完成涂胶功能外,还能实现涂胶头的清理,油浸保护,最大限度的保证了系统的可靠性和使用寿命。
・60・
2009年第3期
・工艺与装备・
桁架机械手搬运路线需采用防护设施,防护设施下面可设物流通道,保证物流畅通,定位精确,可以解决人机工程和损伤工件问题。
(3)防错技术
防错是一种在工艺过程中识别和消除人工和自动操作错误的方法,可以通过限位开关、视觉系统、条形码系统、智能料架、光电传感器、来实现。
、防零、托盘姿态防错、托盘。装配线的防错水平是装配线档次的重要指标之一。
(4)在线过程验证技术
过程验证是指利用功能性试验进行验证的技术,作为工艺流程的一部分,是检查缺陷问题的一种有效方式。
发动机在线过程验证环节相对较多(图9),主要有发动机曲轴回转力矩检测、曲轴轴向间隙检测,发动机总成泄漏测试,气门拍打试验,气门密封检测、锁片激光检测,活塞环检测等。变速箱在线过程验证主要有压装力和位移监控、在线测量选垫片、气密试验等
。
(2)桁架机械手技术
桁架机械手可以实现高速、高效、高精度的搬运功
能。桁架机械手根据实际需要可做成双臂的、单臂的,搬运行程可根据实际需要进行调整,跨度可达十几米或更长(图7、图8)
。
图9 发动机在线过程验证举例
(5)功能试验技术
功能试验是通过与制造和产品工程中规定的功能
参数完全一致或模拟类似的数据对产品质量进行验证。
有代表性的功能试验有发动机冷试台架,泵功能试验台架,喷油嘴属性台架,如使用空气作为替代介质进行模拟操作。目前发动机装配线上配置冷试设备已成为普遍要求,发动机在线冷试后可以减少发动机热试的比例,节省热试机的设备投入,节省大量的能源,减少排放。
(6)总线控制技术
总线控制方式是目前国内外普遍应用在工业环境下的一种控制方式。从电气安装技术角度,在总线方式下用来连接现场电器元件的I/O处理单元,如PLC
・61・
・工艺与装备・
输入的输入模块、输出模块、阀岛、RS232接口模块、数据采集模块等,可以实现分散式安装。所有支持总线协议的电气元件都可以通过一条总线电缆通过串行级联的方式与主控系统进行通迅。
与传统的集中控制方式相比,由于总线控制方式可以实现元件的分散布置且与主控系统通过一根总线电缆通迅,所以在安装时只需要少量的电缆就能够将现场的传感器和执行元件接入主控系统,而无需为每个元件都配备一根直接引入主控系统的电缆。在一般场合下,总线方式比集中方式可以节省60%的电缆
[5]
组合机床与自动化加工技术
企业生产模式、提高企业的综合竞争能力。快速获取和更新所需要的生产数据和信息可以方便地接入企业ERP系统,并为其提供客观、真实和准确的数据。
目前发动机装配线配置信息管理系统是普遍要求,特别对10万纲领以上的发动机装配线是基本要求,区别仅在于对信息管理系统要求的高低。建好信息管理系统后,管理者可以在任何时间,任何一台与工,浏览器监控、查询。
。
,由于总线方式下,电缆数量大幅减少以及接插电缆的普遍应用,使得设备由于接线原因造成故障的机率大幅降低。即使出现元件损坏需要更换的情况,维护人员也可以利用总线模式下完善的诊断功能在较短的时间内完成维修工作。
(7)系统模拟技术
系统模拟就是采用仿真软件对装配系统在电脑上进行模拟,仿真软件系统最早是运用于机场、企业物流规划、分销系统规划等。目前,仿真软件系统已被成功应用到装配线系统。
系统模拟给用户带来的收益有:评估装备与流程设计的多种可能性,提高工厂与资源的运行效率,减少库存(物流模拟),缩短产品上市时间(提前规划),提高生产线产量,优化资本投资
[6]
目前,网络化、柔性化、数字化是自动化装配线的
[7]
一个发展方向。网络化技术可以对装配过程中的数据进行实时采集和分析,在出现质量问题时,提醒管理部门采取措施;提供历史查询功能,使质量管理部门能对一段时期的装配质量情况有一个全面的了解,对产品的质量提供了有效的保障。装配线的柔性混装能力已经成为评价装配线性能的重要指标,装配机器人是柔性化自动装配系统的核心设备。未来发动机装配线上的装配设备将日趋机器人化,装配机器人在整个装配线中所占的比例日趋提高。国内在柔性自动化装配线技术方面已经非常成熟,产品也有多个成功案例。数字化是柔性装配必不可少的技术,是实现不同型号产品混装的基础。数字化装配采用信息识别系统,对零件进行追踪识别,并通过网络发送零件的装配信息。随着国内汽车行业的进步,相信国内的装配技术会取得更大的发展。
[参考文献]
[1]程振彪.国外汽车装配及质量控制技术发展趋势[J].世
。
系统模拟仿真起到的决策作用是找出是否存在影响系统运行的瓶颈环节,确定每个工位的工作状态(忙率、空闲率、故障率等),计算满足系统高效运行的最优托盘数量,模拟计算系统产出工件的废品率,模拟计算系统的产出发动机或变速箱的年产量,验证输送线的路径是否合理,计算要满足目标要求各关键环节的决定参数,在设计制造前尽可能找出系统的不足,减少投入成本。
(8)信息管理系统技术
随着计算机技术、网络技术日益普遍运用,制造业走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向,互联网进入制造工厂的车间成为迫切需要。
生产信息管理系统可给用户带来多方面的利益。电子化存储,更易于保管和查询分析,为科学地调整生产参数,以及实现科学管理提供可靠依据。提高企业的生产力和员工工作效率,推动企业业务流程的优化重组和管理的现代化,降低制造成本、科学地组织生产、优化・62・
界汽车,1999(2):6-7.
[2]张小林.浅析汽车发动机装配线规划设计[J].装备制造
技术,2008(12):151-152.
[3]董欣胜,张传思,李新.装配机器人的现状与发展趋势[J].
组合机床与自动化加工技术,2007(8):1-4.
[4]ParkChanhun,ParkKyoungtaik,KimDoohyung.Designof
dualarmrobotmanipulatorforprecisionassemblyofmechani2calparts[A].InternationalConferenceonSmartManufactur2ingApplication[C],2008:424-427.
[5]段明皞,苏锡年,朱晓民,等.汽车发动机装配线控制系统
研究及应用[J].制造业自动化,2008(2):84-86.
[6]李宏.虚拟装配技术的研究现状与发展趋势[J].现代制
造工程,2004(12):114-116.
[7]朱海霞.柔性、精益、零缺陷———第四届汽车发动机现代制
造技术国际研讨会纪实(上)[J].汽车与配件-技术与市场,2008(9):32-35.
(编辑 李秀敏)
2009年第3期
文章编号:1001-2265(2009)03-0059-04
・工艺与装备・
汽车发动机和变速箱自动化装配技术
孙立琴,丛明,赵强,温海营
116023)
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(1.大连豪森瑞德设备制造有限公司,辽宁大连 116036;2.大连理工大学机械工程学院,辽宁大连
摘要:。简述了实现发动机和变速箱装配线制造目标的关键技术:。最后给出,重要参考价值。
关键词:;;;自动化中图分类号;TG文献标识码:A
IntroductionofAutomotiveEngineandTransmissionAssemblyTechnology
SUNLi2qin,CONGMing,ZHAOQiang,WENHai2ying
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(1.DalianHaosenreadEquipmentManufactureCo.,Ltd.,DalianLiaoning116036;2.SchoolofMe2chanicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,DalianLiaoning116023,China)
Abstract:Thispaperintroducesthecomponentsofautomobileengineandgearboxassemblytechnologyandthethepurposeofsettingupautomobileengineandgearboxassemblyline.
Itpresentsthekey
technology,includingrobottechnology,trussmanipulatortechnology,error2proofingtechnologyandetc,toarchivethepurposeofbuildingautomobileengineandgearboxassemblyline.Atlast,thedevel2opmenttrendsofautomobileengineandgearboxassemblylineareprospected.MusthavereferenceofautomobileengineandgeardboxassemblylineautomationeanipmentR&D.
Keywords:automobileengine;automobilegearbox;assemblyline;robottechnology;automation
0 引言
随着发动机及变速箱产品趋于轻量化、结构简单
化、性能优质化,其装配技术也有很大的发展和进步。国外对发动机和变速箱自动化装配的研究起步较早,各方面技术都比较成熟。世界上著名的汽车生产公司如通用、福特、大众等均采用配有装配机器人的柔性化
[1]
装配线,生产节拍普遍在一分钟以内。
近年来,随着国内汽车行业的快速增长,国内装配线制造商也得到了迅猛发展,通过与国外公司进行广泛的交流和技术合作,已掌握国际先进的装配线制造关键技术。这些新技术、新理念得到广泛的应用,在装配、测量等领域可为用户提供一批技术先进、性能可靠的产品,为用户节省了大量投资。
1 发动机和变速箱装配线技术组成
发动机和变速箱装配线是由自动、半自动工艺设备,手动工装工具,物流输送,信息管理等组成的综合系统。如图1～图4是典型的发动机和变速箱装配线实例。装配线技术种类繁杂,机械、气动、电气、信息接口多,是一个技术含量较大的多学科综合的系统工程。
发动机和变速箱装配线主要包括装配、检测、物流三个部分。其中装配部分主要技术有分组选配技术,装配、压装技术,涂胶技术,螺栓拧紧、拆解技术,这些技术的应用直接影响发动机和变速箱的装配精度。发动机和变速箱在装配过程中难免出现质量问题,因此对装配过程的监测和半成品、成品的检测必不可少,主要技术有装配的防错、纠错技术,泄漏检测技术,在线
收稿日期:2009-03-03
作者简介:孙立琴(1971—),女,内蒙古赤峰市人,大连豪森瑞德设备制造有限公司工程师,主要从事汽车装配线设计与研发,(E-mail)sunliqin
@haosen.com.cn。
・59・
・工艺与装备・
测量测试技术。物流输送技术,代码打印及识别技术是物流输送中的主要技术,可以在运送零件的同时对
[2]
零件进行识别追踪。
组合机床与自动化加工技术
2 发动机和变速箱装配线制造目标
装配线对产品的最终质量起着非常重要的作用。目前,发动机和变速箱生产厂家对装配线越来越重视,制造目标也越来越高,现代化的发动机装配线制造目标包括质量控制设计到过程的每一个步骤中,设备能保证其应有的能力和功能,每一个工位的操作都具有唯一性(,,在装配工艺过,,。装配线制造商的首要任务是实现这些制造目标。
3 发动机和变速箱装配线制造目标的实现所
依存的关键技术
上面提到的发动机和变速箱装配线制造目标的实现所依存的关键技术是多方面的,主要关键技术有以下几个方面。
(1)机器人技术
装配机器人是工业生产中,用于装配生产线上对零件或部件进行装配的工业机器人。常用的装配机器人主要有平面关节型(SCARA)装配机器人、垂直多关节型装配机器人和直角坐标型装配机器人。其中平面关节型装配机器人是一种精密型装配机器人,具有速度快、精度高、柔顺性好的特点。垂直多关节型装配机器人大多具有6个自由度,可以在空间上任意一点确定任意姿势
[3]
。
目前国际上已经出现双臂装配机器人,相比传统的单臂装配机器人,它可以完成更复杂的装配动作。双臂装配机器人的关键技术主要为双臂运动轨迹规划,双臂的协调控制及双臂操作力、力矩控制等。在经过了多年的设计改进之后,日本安川MOTOMAN系列双臂装配机器人已进入到产品化阶段。国外也开始了双臂机器人应用于汽车装配的可行性探索,并对双臂机器人的装配性能进行了分析
[4]
。
通过机器人可以实现自动柔性拧紧(图5),每台机器人可以集成1-4个拧紧轴,可以实现自动伺服变轴距,可以自动换套筒,最适用于多品种混线柔性生产。
机器人还可实现对多种零件、多个平面的柔性涂胶(图6),自动涂胶工位机器人除完成涂胶功能外,还能实现涂胶头的清理,油浸保护,最大限度的保证了系统的可靠性和使用寿命。
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2009年第3期
・工艺与装备・
桁架机械手搬运路线需采用防护设施,防护设施下面可设物流通道,保证物流畅通,定位精确,可以解决人机工程和损伤工件问题。
(3)防错技术
防错是一种在工艺过程中识别和消除人工和自动操作错误的方法,可以通过限位开关、视觉系统、条形码系统、智能料架、光电传感器、来实现。
、防零、托盘姿态防错、托盘。装配线的防错水平是装配线档次的重要指标之一。
(4)在线过程验证技术
过程验证是指利用功能性试验进行验证的技术,作为工艺流程的一部分,是检查缺陷问题的一种有效方式。
发动机在线过程验证环节相对较多(图9),主要有发动机曲轴回转力矩检测、曲轴轴向间隙检测,发动机总成泄漏测试,气门拍打试验,气门密封检测、锁片激光检测,活塞环检测等。变速箱在线过程验证主要有压装力和位移监控、在线测量选垫片、气密试验等
。
(2)桁架机械手技术
桁架机械手可以实现高速、高效、高精度的搬运功
能。桁架机械手根据实际需要可做成双臂的、单臂的,搬运行程可根据实际需要进行调整,跨度可达十几米或更长(图7、图8)
。
图9 发动机在线过程验证举例
(5)功能试验技术
功能试验是通过与制造和产品工程中规定的功能
参数完全一致或模拟类似的数据对产品质量进行验证。
有代表性的功能试验有发动机冷试台架,泵功能试验台架,喷油嘴属性台架,如使用空气作为替代介质进行模拟操作。目前发动机装配线上配置冷试设备已成为普遍要求,发动机在线冷试后可以减少发动机热试的比例,节省热试机的设备投入,节省大量的能源,减少排放。
(6)总线控制技术
总线控制方式是目前国内外普遍应用在工业环境下的一种控制方式。从电气安装技术角度,在总线方式下用来连接现场电器元件的I/O处理单元,如PLC
・61・
・工艺与装备・
输入的输入模块、输出模块、阀岛、RS232接口模块、数据采集模块等,可以实现分散式安装。所有支持总线协议的电气元件都可以通过一条总线电缆通过串行级联的方式与主控系统进行通迅。
与传统的集中控制方式相比,由于总线控制方式可以实现元件的分散布置且与主控系统通过一根总线电缆通迅,所以在安装时只需要少量的电缆就能够将现场的传感器和执行元件接入主控系统,而无需为每个元件都配备一根直接引入主控系统的电缆。在一般场合下,总线方式比集中方式可以节省60%的电缆
[5]
组合机床与自动化加工技术
企业生产模式、提高企业的综合竞争能力。快速获取和更新所需要的生产数据和信息可以方便地接入企业ERP系统,并为其提供客观、真实和准确的数据。
目前发动机装配线配置信息管理系统是普遍要求,特别对10万纲领以上的发动机装配线是基本要求,区别仅在于对信息管理系统要求的高低。建好信息管理系统后,管理者可以在任何时间,任何一台与工,浏览器监控、查询。
。
,由于总线方式下,电缆数量大幅减少以及接插电缆的普遍应用,使得设备由于接线原因造成故障的机率大幅降低。即使出现元件损坏需要更换的情况,维护人员也可以利用总线模式下完善的诊断功能在较短的时间内完成维修工作。
(7)系统模拟技术
系统模拟就是采用仿真软件对装配系统在电脑上进行模拟,仿真软件系统最早是运用于机场、企业物流规划、分销系统规划等。目前,仿真软件系统已被成功应用到装配线系统。
系统模拟给用户带来的收益有:评估装备与流程设计的多种可能性,提高工厂与资源的运行效率,减少库存(物流模拟),缩短产品上市时间(提前规划),提高生产线产量,优化资本投资
[6]
目前,网络化、柔性化、数字化是自动化装配线的
[7]
一个发展方向。网络化技术可以对装配过程中的数据进行实时采集和分析,在出现质量问题时,提醒管理部门采取措施;提供历史查询功能,使质量管理部门能对一段时期的装配质量情况有一个全面的了解,对产品的质量提供了有效的保障。装配线的柔性混装能力已经成为评价装配线性能的重要指标,装配机器人是柔性化自动装配系统的核心设备。未来发动机装配线上的装配设备将日趋机器人化,装配机器人在整个装配线中所占的比例日趋提高。国内在柔性自动化装配线技术方面已经非常成熟,产品也有多个成功案例。数字化是柔性装配必不可少的技术,是实现不同型号产品混装的基础。数字化装配采用信息识别系统,对零件进行追踪识别,并通过网络发送零件的装配信息。随着国内汽车行业的进步,相信国内的装配技术会取得更大的发展。
[参考文献]
[1]程振彪.国外汽车装配及质量控制技术发展趋势[J].世
。
系统模拟仿真起到的决策作用是找出是否存在影响系统运行的瓶颈环节,确定每个工位的工作状态(忙率、空闲率、故障率等),计算满足系统高效运行的最优托盘数量,模拟计算系统产出工件的废品率,模拟计算系统的产出发动机或变速箱的年产量,验证输送线的路径是否合理,计算要满足目标要求各关键环节的决定参数,在设计制造前尽可能找出系统的不足,减少投入成本。
(8)信息管理系统技术
随着计算机技术、网络技术日益普遍运用,制造业走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向,互联网进入制造工厂的车间成为迫切需要。
生产信息管理系统可给用户带来多方面的利益。电子化存储,更易于保管和查询分析,为科学地调整生产参数,以及实现科学管理提供可靠依据。提高企业的生产力和员工工作效率,推动企业业务流程的优化重组和管理的现代化,降低制造成本、科学地组织生产、优化・62・
界汽车,1999(2):6-7.
[2]张小林.浅析汽车发动机装配线规划设计[J].装备制造
技术,2008(12):151-152.
[3]董欣胜,张传思,李新.装配机器人的现状与发展趋势[J].
组合机床与自动化加工技术,2007(8):1-4.
[4]ParkChanhun,ParkKyoungtaik,KimDoohyung.Designof
dualarmrobotmanipulatorforprecisionassemblyofmechani2calparts[A].InternationalConferenceonSmartManufactur2ingApplication[C],2008:424-427.
[5]段明皞,苏锡年,朱晓民,等.汽车发动机装配线控制系统
研究及应用[J].制造业自动化,2008(2):84-86.
[6]李宏.虚拟装配技术的研究现状与发展趋势[J].现代制
造工程,2004(12):114-116.
[7]朱海霞.柔性、精益、零缺陷———第四届汽车发动机现代制
造技术国际研讨会纪实(上)[J].汽车与配件-技术与市场,2008(9):32-35.
(编辑 李秀敏)