縱觀近幾十年，新的加工技術(shù)、加工工藝以及新式切削刀具的應用使得發(fā)動機制造技術(shù)得到了長足的發(fā)展。然而，隨著發(fā)動機制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機主要零部件的工藝要求并沒有因此而顯著增加，相反，則是隨著裝配工藝水平的提高和大量自動化設(shè)備的應用，某些零件工藝的要求甚至比幾十年前更低。而大量新技術(shù)的運用卻對管理者及操作人員的素質(zhì)、工廠運作的水平有了更高的要求。

　　發(fā)動機制造技術(shù)的先進性并不是發(fā)動機項目實施和運作成功的必要條件?；仡櫳磉叺睦游覀儾浑y發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機項目的成功很少是取決于它是否采用了某項新技術(shù);而在實際生產(chǎn)過程中，也不會因為某把刀具的選擇錯誤而導致整條生產(chǎn)線的失敗。與之相反，很多失敗的例子卻是由于生產(chǎn)線選型失誤、設(shè)備選擇錯誤而造成的。由此可見，發(fā)動機機加工系統(tǒng)的早期規(guī)劃才是項目成功與否的關(guān)鍵。在此，我們將著重探討發(fā)動機機加工系統(tǒng)早期規(guī)劃中需要注意的幾點重要事項。

　　生產(chǎn)線類型的合理選擇

　　合理選擇生產(chǎn)線的類型至關(guān)重要，將直接影響到后續(xù)生產(chǎn)線的利用率和適應產(chǎn)品更改的能力。目前，生產(chǎn)線的選型主要是在剛性自動線和柔性CNC加工線之間的選擇。就在幾年前，選擇剛性線或柔性線的主要考慮依據(jù)還是產(chǎn)量和產(chǎn)品的變化。通常大批量(一般年產(chǎn)量30萬以上)且較成熟的產(chǎn)品采用剛性線，中小批量或產(chǎn)品潛在變化較大的選擇柔性線。

　　隨著規(guī)劃經(jīng)驗的豐富、規(guī)劃水平的不斷提高以及國際間合作的深入開展，許多公司在選擇生產(chǎn)線類型時將更多的因素納入到了需要考慮或權(quán)衡的范圍內(nèi)，并且漸漸地成為了比產(chǎn)量更為重要的決策依據(jù)。這些因素主要包括：同一零件家族中各零件之間的不同;公司對生產(chǎn)線的柔性要求;生產(chǎn)線被改造的可能性;投資的限制以及公司人員對現(xiàn)有系統(tǒng)的熟悉程度等。

　　當前，各汽車廠生產(chǎn)的發(fā)動機通常都是出自某一系列，其特點是組成發(fā)動機的主要零件十分相似，只有少數(shù)部件會根據(jù)功能、排量的不同而有所更改。比如，通用汽車的FAMI和FAMII系列發(fā)動機，還有在Cadillac等車型上使用的HFV6系列發(fā)動機等。因此，在選擇生產(chǎn)線時要充分考慮到今后生產(chǎn)同一家族中的另一型號產(chǎn)品的可能性。即便是在項目規(guī)劃初期時還沒有任何計劃。

　　圖1年產(chǎn)25萬頂置式雙凸輪軸的缸蓋生產(chǎn)線示意圖

　　不同公司對生產(chǎn)線的柔性都會有不同的要求。生產(chǎn)線被改造的可能性與產(chǎn)品的生命周期、市場預期發(fā)生變化和產(chǎn)品本身發(fā)生變化等都有著密切的關(guān)系。有些公司在經(jīng)營上要求生產(chǎn)線具有相當?shù)娜嵝?，以便在市場突變時能夠以最快的速度響應這種變化。而改造柔性線要比改造剛性線要靈活得多，投資也相對少。

　　投資所帶來的限制也是決定生產(chǎn)線類型選擇的一項重要因素。與剛性線相比，投資柔性線可以根據(jù)產(chǎn)量的爬坡計劃進行分期投入，降低了投資風險，提高了資金利用的有效性。

　　此外，公司人員對某系統(tǒng)或設(shè)備的熟悉程度也會左右新生產(chǎn)線的選型。盡量選用公司已有的系統(tǒng)及設(shè)備的好處諸多，如：共享備件，減輕人員培訓的壓力，降低由于使用新系統(tǒng)而帶來的風險。

　　可以說，現(xiàn)在國內(nèi)單一車型能達到規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)的汽車制造商還不多，很多項目可能只是剛好達到臨界點，所以在選擇生產(chǎn)線類型時就尤為需要慎重。因為，一個發(fā)動機項目從規(guī)劃到投產(chǎn)至少需要一年半到兩年的時間，在這段時間內(nèi)，市場預期發(fā)生變化在中國現(xiàn)在這樣一個還不是十分成熟的汽車市場上是非常平常的，投資剛性自動線的風險也越來越大。在這點上許多汽車廠都有過相當沉痛的教訓，使得投資柔性線逐漸成為國內(nèi)各汽車廠的首選方案。故在此，我們僅就柔性CNC加工中心生產(chǎn)線進行討論。

　　需要說明的是，現(xiàn)在許多汽車廠家傾向于投資自動線和柔性CNC加工中心組合的生產(chǎn)線。關(guān)鍵工序采用自動線，以保證加工精度和穩(wěn)定性，而其它工序則采用CNC加工中心。這種方式在保證滿足精度要求的前提下，最大程度地增加了柔性。在資金投入上，自動線一般是根據(jù)產(chǎn)量綱領(lǐng)一次投資到位，而CNC加工中心則根據(jù)產(chǎn)量的爬坡計劃進行分期投入，降低了初期項目投資過大的風險。

　　柔性CNC生產(chǎn)線單位模塊產(chǎn)能的規(guī)劃

　　柔性CNC生產(chǎn)線具有可以分期投入的特點，也就是說系統(tǒng)可以由一個個相同的單位模塊組成。這也帶來了一個問題，那就是每期投入模塊的產(chǎn)能應該多大，比較合理的產(chǎn)能分配方案是什么?

　　由于CNC加工中心具有很強的復制性，所以這些模塊一般是由CNC加工中心組成。而對于組成生產(chǎn)線的輔機，由于其專機的特性通常是幾個模塊共享。

　　確定生產(chǎn)線產(chǎn)能的三個重要因素為：工作的小時數(shù);瓶頸工位生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計原則;加工零件的形式。

　　工作的小時數(shù)比較容易理解，如果采用三班制就是每天22.5h。比較理想的柔性系統(tǒng)的模塊產(chǎn)能大小應該由組成其生產(chǎn)線的瓶頸工位確定。以缸蓋線為例，一般就是缸蓋座圈導管壓機。

　　加工零件的形式也是重要的考慮因素。在此，還是以缸蓋線為例，相同的座圈導管壓機對于每缸4氣門的缸蓋和每缸2氣門的缸蓋的生產(chǎn)能力是不同的。

　　通常2工位自動線形式的單頭座圈導管壓機是此類機床中比較簡單的。所謂單頭是指壓裝進氣和排氣側(cè)座圈導管分別只使用一套壓頭，有幾個氣門就要分幾次壓裝。根據(jù)經(jīng)驗，單頭座圈導管壓機的節(jié)拍能力一般在110s左右，毛生產(chǎn)能力大約是每天3000個4氣門的燃燒室。如果是生產(chǎn)4缸發(fā)動機的缸蓋，算上80%的設(shè)備開動率，大約是每天600個缸蓋。

　　按照生產(chǎn)綱領(lǐng)，我們就可以通過上述的簡單計算大致確定出柔性CNC加工中心生產(chǎn)線模塊的大小和數(shù)量：是采用規(guī)模較小的系統(tǒng)，需要增加產(chǎn)量時復制整個模塊;還是采用規(guī)模的較大系統(tǒng)，需要增加產(chǎn)量時復制相應的CNC設(shè)備，而輔機則是一次投資到位。

　　圖2并行系統(tǒng)示意圖，組成系統(tǒng)的機床大部分為加工中心。

　　柔性CNC加工系統(tǒng)的分類

　　目前，各汽車廠廣泛應用的柔性CNC加工中心系統(tǒng)主要分為兩種：規(guī)模相對較小的串行系統(tǒng)和規(guī)模相對較大的并行系統(tǒng)。

　　串行系統(tǒng)和并行系統(tǒng)的主要區(qū)別在于CNC加工中心在系統(tǒng)中的布置。組成串行系統(tǒng)的每臺CNC加工中心的加工內(nèi)容是由整條生產(chǎn)線的節(jié)拍所確定的，如果沒有復線的話，每臺CNC設(shè)備的設(shè)計節(jié)拍都是一致的，加工內(nèi)容必須安排在節(jié)拍內(nèi)完成。為了提高加工中心的利用率，通常在串行系統(tǒng)中的CNC加工中心的節(jié)拍規(guī)劃得比系統(tǒng)中的輔機慢一半，而使用CNC設(shè)備的復線來補足生產(chǎn)能力。圖1為年產(chǎn)25萬頂置式雙凸輪軸的缸蓋生產(chǎn)線示意圖，可以看到，CNC加工線分為A線和B線，分別由藍和紅兩色圈示，所有加工中心的節(jié)拍是一致的。兩線并聯(lián)后再同中間的輔機串聯(lián)成整條生產(chǎn)線。

　　串行系統(tǒng)是比較成熟的工藝規(guī)劃模式，在北美和國內(nèi)應用較多，其主要特點是：

　　□零件在生產(chǎn)線中的流向相對比較簡單，通常只有A線和B線的區(qū)別;零件的差異性較小，便于質(zhì)量管理和跟蹤;

　　□由于節(jié)拍的延長，CNC加工中心的利用率較高;

　　□便于實現(xiàn)手動上下料;

　　□在單臺CNC加工中心發(fā)生故障時還能維持部分生產(chǎn);

　　□如要實現(xiàn)零件追溯，則追溯系統(tǒng)的投入相對較少，追溯方法簡單。

　　組成并行系統(tǒng)的每臺CNC加工中心的加工內(nèi)容是由實際理想的加工步驟、定位夾緊方式等確定的，組成每道工序的加工中心的節(jié)拍并不完全相同。在確定每道工序的加工內(nèi)容和節(jié)拍后，再根據(jù)整個生產(chǎn)線節(jié)拍的要求確定每道工序需要的CNC加工中心的數(shù)量。如圖2所示，組成系統(tǒng)的大部分機床為CNC加工中心，有些工位可能是5臺加工中心，有些可能只有3臺，不同工位的加工中心的節(jié)拍是不同的。圖2僅為示意圖，為了盡可能多的安排加工內(nèi)容，提高加工中心的利用率，其節(jié)拍應較長，實際串行系統(tǒng)的單個工位CNC加工中心數(shù)量不應少于5臺。

　　并行系統(tǒng)的主要特點是：

　　□單臺CNC設(shè)備的故障對系統(tǒng)的開動率影響很小;

　　□由于單臺設(shè)備的節(jié)拍不受限制，故加工工藝過程設(shè)計相對完美，CNC加工中心的利用率很高，投資相對較少;

　　□生產(chǎn)時如果對某機床進行調(diào)試，對產(chǎn)量的影響較小;

　　□與串行系統(tǒng)相比，可以通過增加單臺CNC加工中心實現(xiàn)擴能，系統(tǒng)分期投入的靈活性更大;

　　□便于隨行托板的使用，進一步增加了生產(chǎn)的柔性;

　　□零件在生產(chǎn)線中的流向十分復雜，排列組合的可能性很多，增加了質(zhì)量管理和跟蹤的難度;

　　□手動上下料很難實現(xiàn);

　　□零件追溯系統(tǒng)十分復雜。

　　近年來，隨著微電子芯片和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，掃除了零件追溯困難的障礙，使得并行系統(tǒng)越來越受到各汽車廠的青睞，特別是歐洲的廠商應用極多。

　　由于以上兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，因此，在規(guī)劃時還要結(jié)合公司的實際情況、以往的經(jīng)驗以及產(chǎn)品的特性來決定選用何種系統(tǒng)。

　　需要注意的幾點事項

　　完成了機加工系統(tǒng)的選擇，接下去就要考慮系統(tǒng)組成的細節(jié)問題。根據(jù)以往經(jīng)驗，在搭建系統(tǒng)的過程中應注意以下幾點事項：

　　1.重視生產(chǎn)線計算機模擬的使用。生產(chǎn)線模擬是指按照規(guī)劃的工藝過程和生產(chǎn)線布置，利用現(xiàn)有的或類似的生產(chǎn)線實際運作的，如設(shè)備平均故障間隔(MTBF)、平均修復時間(MTTR)、換刀時間、檢測時間、上下料時間等數(shù)據(jù)，用計算機軟件進行產(chǎn)出模擬的過程。通過模擬，可以看出哪些是瓶頸工位，哪些地方需要增加物料緩沖。這些信息對生產(chǎn)線最終定稿無疑是十分重要的。

　　2.統(tǒng)一用于設(shè)備招標的規(guī)范(Specification)。使用統(tǒng)一的設(shè)備規(guī)范可以使公司在不同的項目中購買的設(shè)備具有很高的相似性，便于生產(chǎn)管理、人員培訓以及日后生產(chǎn)線的改造或重新安排。

　　3.生產(chǎn)線盡量采用U型布置，便于人員和物料的安排和目視化管理。而最終生產(chǎn)線布置的確定還要基于廠房的實際情況、投資的大小以及模擬后的產(chǎn)量輸出等因素綜合考慮。

　　4.輔機工位以單線形式投資。如果輔機也有擴能要求，則在規(guī)劃的開始階段要預留空工位，其今后的擴能是通過增加工位或工裝的方式得以實現(xiàn)。這點同裝配線的規(guī)劃比較類似，購買新的輔機以達到擴能的目的往往是不經(jīng)濟的。

　　5.有條件的話，將所有的工作區(qū)域安排在一個操作水平上，盡量避免機床與機床之間使用上下臺階或踏腳板。

　　6.機床所有的輔助設(shè)備和維修窗口安排在機床后部，盡可能地縮短機床彼此之間的間距，從而減少操作工的行走時間，縮短生產(chǎn)線的長度。

　　7.購買設(shè)備時要注意盡量避免使用供應商的專利技術(shù)或新開發(fā)的技術(shù)。

　　8.設(shè)備的選擇要以其可靠性為主要依據(jù)，不要被裝備供應商過多的新技術(shù)或出色的參數(shù)所迷惑。

　　需要強調(diào)的是，本文所討論的問題只是從制造工程師的工作角度出發(fā)，著重分析了項目規(guī)劃初期階段需要注意的幾點重要事項。實際上，項目規(guī)劃離不開所有與項目有關(guān)的職能部門的支持與參與，例如生產(chǎn)、質(zhì)量、物料、設(shè)備采購、零部件采購、國產(chǎn)化、IT等部門。只有在這些部門的共同努力下，項目才有可能得以成功地規(guī)劃和順利實施。