汽车发动机制造技术的变革与发展

liu

正像发动机是汽车的心脏一样.发动机制造技术是汽车制造技术的集中体现。自汽车面世以来，汽车发动机制造技术已经经历了两次革命目前正酝酿着第三次革命。发动机制造的第一次革命——自动生产线

    发动机制造的第一次革命发生在二十世纪初美国福特汽车公司创始人福特发明了大量生产流水线，从此汽车走进了普通百姓的生活。

    其主要方式是由组合/专用机床（special purpose machine/Transfer machine）组成的自动生产线TL（Transfer Line），也称为传统自动线。其最大的优点是：l）高生产效率-几十甚至上百把刀同时加工其效率是任何其他类型生产线无法比拟的；2）低价格-特别在我国，组合专机价格甚至低于批量生产的通用数控机床。TL的最大缺点是柔性差，一旦产品变型和更换品种即基本无法使用。

    我国汽车行业从诞生至二十世纪九十年代初期一直采用TL生产形式。

    目前我国轿车行业生产大多已不采用TL，但在国外大批量生产稳定产品的生产线中，TL仍是最佳选择。发动机制造的第二次革命-高速柔性生产线

    为了解决产品的变型生产和便于更换品种，柔性生产技术被引进了汽车生产。二十世纪九十年代出现了高转速，高快移速度、高加速度、快速换刀的高速加工中心，由其组成的高速柔性生产线FTL（Flexible Transfer Line）是发动机制造技术的第二次革命。FTL突出特点是在一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾。这种生产线不仅可加工同样产品范围内的零件，而且可加工变型产品、换代产品以及新产品，真正具备了柔性的意义。缺点是投资较大，效率受局限。目前是我国轿车企业的热点生产线。

    为了进一步提高高速柔性生产线的生产效率更快的适应市场，FTL的新发展是敏捷高速柔性生产线AFTL（Agile Flexible Transfer Line），目标是：

对变化的市场需求快速做出反应；

满足现代轿车发动机"多品种、大中批量、高效率、低成本"的需要；

符合"精益生产"原则——用最小投资赢得最大经济效益。

    AFTL的主要特点是：

由通用高速加工中心和专用/组合机床组成的混合（Hybrid）型柔性生产线（HSMC+SPM/TM）。按照工序流程排列设备并由自动输送装置连接全部生产线上机床、输送和工件识别均在一个控制系统中：

采用敏捷夹具（柔性夹具-可控、可调夹具）：

采用"智能刀具（Smart Tools）"——为特定零件加工设计的一系列专用高效刀具。

    这种生产线的优点是生产效率高同时又具有相当的柔性，能够适合大批量生产和变型产品，同时投资较小。缺点是柔性受局限，不能加工不可预见的任意品种零件。

    目前，混合型柔性生产线是国内外发动机制造中应用最广泛的生产线。特别是，组合／专用机床的设计制造，我国具有巨大比较优势——我国组合／专用机床价格低于高速加工中心，而国外恰恰相反。笔者认为.近年我国新发动机生产线有些“柔性”过热。应该大力提倡混合型柔性生产线。

    目前发动机制造工业正酝酿着第三次革命。

    随着技术进步，发动机研发速度越来越快，新品开发周期从30个月缩短到13个月；同时，曰益发展的多样性需求使车型数量急剧增加。如，曰本丰田公司10年中车型数量增加两倍：我国第一汽车集团从2000～2004年开发出920种新车型。另一方面，在发动机市场竞争愈发激烈情况下，发动机生产批量不确定性增大。目前流行的柔性生产线，由于价格昂贵，投资风险加大。同时产能过剩矛盾曰益突出——尤其是我国更加严重。近年来，人们一直在探讨解决多样性与经济性曰益突出的矛盾，满足变品种、变批量的需要，又兼顾高柔性、高效率、低投资的要求和市场快速反应能力：同时，也在探讨以制造系统的革命来解决产能过剩的世纪矛盾。

   

可重构制造系统RMS（Reconfigurable Manufacturing Systems）。美国国家研究委员会1998年将RIMS列为未来20年制造业必须优先解决的10大关键技术之首。RMS着眼于发展制造系统的结构快速调整能力，原理是通过对制造系统中机床配置的调整和机床功能模块的增减，迅速构成适应新品生产或生产批量变化的市场环境，为此研制了可重构机床RMT（Reconfigurable Machine Tools）。RMT由标准化的模块组成。与传统模块化机床（如，组合机床）本质性区别是它在使用中的可重构性。RMS的结构和布局可依需要在用户现场快速重组。

    RMT的应用基础之一是柔性夹具。GM公司已经开发出柔性夹具系统可以快速的更换以生产不同的发动机缸体或缸盖包括4、6、8缸直列和V型发动机从而减少更换的时间和成本。这是一个带有电控永磁台面的夹具，上面集成了夹紧、支撑、定位元件。用调节器来把这些元件准确地固定在棘爪上来组成特定夹具。在15分钟内即可把一种夹具配置变为另一种配置。

    当前RMS在国际上是热门话题，我国也已列入科技发展计划。目前RMS还有一些关键技术有待突破，如RMT机床重构后的精度和可靠性还有待解决。

    2市场响应型自独立制造系统MSM（Market Responsive Self-contained Manufacturing）。曰本MAZAK公司开发出了MSM，其实质是“单台套件生产”——可以应对各种不同零件加工的通用性模块生产方案。

    MAZAK公司用几台INTEGREX机床，分别完成发动机5大件全部加工，进行“套件生产”，并随即装配成一台发动机。使得在发动机设计完成后即可以用最小的投资、最快的速度生产出来最适用于新发动机研发。它把其复合性机床技术的软件、硬件发挥得淋漓尽致。一台机床用时不到4小时即可将一块方形铝材加工成发动机缸体或缸盖，仅模具开发费用即节省40万美元：可将一块长方形铝材加工成曲轴或凸轮轴用时也不到4小时；可将一块厚铝材板加工成四个连杆，用时也不到4小时。实现了MAZAK公司山琦恒彦先生“一台机床替代一个工厂，一个工人等于一家公司”的理想。目前用MSM技术制造的发动机样机已经面世，虽然尚处于实验阶段但理论和实践的禁区已经突破。几种制造技术特点比较

    流水线（包括TL、FTL、AFTL）——工艺特点是工序分散型，每台机床原则上只执行一道工序.工件在全线“流完”，才完成全部加工：设备排列特点是串联式。优点是效率高工序分散等价于单件多工序同时加工，即，每一生产节拍（以分钟计算）都会生产出来一个零件，目前是大批量生产的唯一方式。缺点是投资大，并且全线机床不能独立工作一台机床故障，生产线全线停产。

    MSM生产线——工艺特点是工序集中型，一台机床“独立”完成全部加工，在生产批量加大时增加机床，并配备物料存储和传送装置。设备排列特点是并联式，一台机床故障，生产线照常运行。因此，MSM生产线的突出特点是设备和生产线“双柔性”，但是效率很低。

    为提高效率，目前美国已经有发动机工厂应用并——串联混合式。中国发动机制造企业设备设计原则。发动机制造技术第一次革命发生时灾难深重的中国还是个农业国，与之无缘。第二次革命发生时，我国汽车工业处于大发展初期。100家以上公司生产几百万辆车的局面，形成了我国汽车工业中小批量为主的生产格局，再加上市场的激烈竞争实质是拼设备，故而造成我国是世界上FTL应用最热、进口最多的国家。其实各类生产线各有所长、各有一定的生存空间。结合我国实际，笔者认为：提倡但不盲目追求使用高速柔性生产线FTL。应该在充分考虑到产品生命周期、科学预测产品更新期前提下，结合企业投资能力和回收周期，因工件而异的选择不同类型生产线。

对于生产批量大且产品生命周期长，相对稳定的工件，如发动机缸体、变速器壳体、离合器壳体等，优先选用组合专机生产线TL。

对于更新速度快的产品，如发动机缸盖，采用高速柔性生产线FTL。

大力发展具有敏捷思想的混合型柔性生产线AFTL，其中注意选择国内能够提供的组合／专用机床；大力发展三坐标模块式高速加工中心。

    虽然预言RMS或MSM成为发动机制造技术第三次革命的标志为时尚早但中国立志于成为世界汽车强国，势必要求自主研制发动机，因此，我国汽车发动机制造业内人士必须密切注意国际RMS；MSM技术发展，并且发展具有我国自主知识产权的RMS和MSM。
汽车维修资料

[ 本帖最后由 liu 于 4-4-2007 12:19 编辑 ]

wangliangcar

学习了:victory:

wangjh8305

好资料，学习