信息化技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)的應(yīng)用研究

羅曉光+徐金雄+王濤

摘要：針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)效率和信息化水平低等問題，本文基于信息化技術(shù)，構(gòu)建汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)全流程信息化系統(tǒng)。通過發(fā)動(dòng)機(jī)氣門數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、制造車間實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)和生產(chǎn)過程質(zhì)量信息全程追溯技術(shù)，全面提升發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)信息化管理水平，從而提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：信息化技術(shù)；汽車零配件；發(fā)動(dòng)機(jī)氣門；智能制造

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0126-03

Research on Application of Information Technology in Automobile Engine Valve Production

Luo Xiaoguang， Xu Jinxiong，Wang Tao

（1.Guangdong SME Service Center， Guangzhou Guangdong， 510030， China

2.Guangdong University of Technology School of Automation Guangzhou Guangdong， 510006， China）

Abstract：Aiming at the problems of the low level of production efficiency and information， this paper constructs the whole process information system of automobile engine valve production， based on the information technology. Through the engine valve digital design technology， manufacturing workshop real-time task scheduling optimization technology and the whole process traceability of quality information in production process technology， the engine valve production information management level can be fully improved， so as to enhance the production efficiency and quality.

Key Words：Information Technology； Automobile Parts； Engine Valve； Intelligent Manufacturing

隨著全球化的發(fā)展，中國經(jīng)濟(jì)在快速增長并且擁有巨大的市場潛力，其中汽車制造業(yè)增長勢頭更強(qiáng)。這也帶動(dòng)了我國汽車的零配件制造業(yè)的快速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國現(xiàn)有汽車零配件企業(yè)一萬五千多家。但70%以上的汽車零部件企業(yè)都屬于中小企業(yè)，且大部分企業(yè)在管理以及信息化水平方面仍未完善，存在企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)落后、信息化和智能化程度不高、生產(chǎn)效率低等問題[1-3]。因此要在越來越激烈的市場競爭中生存，就必須提升生產(chǎn)車間的信息化和智能化水平，補(bǔ)齊短板提升企業(yè)整體生產(chǎn)制造效率。

目前國內(nèi)對(duì)于制造業(yè)信息化的研究主要集中于幾大高校中。例如，重慶大學(xué)制造工程研究所，以傳統(tǒng)的離散制造車間作為研究對(duì)象，建立了一套MES車間管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供開放的通信機(jī)制和平臺(tái)，通過對(duì)車間生產(chǎn)過程涉及的不同的數(shù)字化智能設(shè)備集成連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和過程控制[4]。合肥工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所進(jìn)行了基于無線通信的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化制造、基于移動(dòng)通信的無線網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字化制造單元的應(yīng)用研究[5]。華中科技大學(xué)信息制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)全球數(shù)字化制造系統(tǒng)存在的一系列問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，總結(jié)各種技術(shù)困難，并結(jié)合從事信息化技術(shù)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從技術(shù)角度提出了實(shí)現(xiàn)全球數(shù)字制造系統(tǒng)的參考體系架構(gòu)[6]。

而國外對(duì)于制造業(yè)信息化方面的研究主要有，美國波音公司應(yīng)用CIMS技術(shù)成功開發(fā)出波音777飛機(jī)，使開發(fā)周期由過去的8到9年縮短到4年半，成本降低了25%，實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝編排、產(chǎn)品制造、檢測、裝配等整個(gè)過程的一體化“無紙加工”，顯著地縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力[7]。新加坡國立大學(xué)機(jī)械工程系對(duì)生產(chǎn)企業(yè)各個(gè)部門在實(shí)際生產(chǎn)過程中的協(xié)調(diào)性進(jìn)行了探索，提出了一種通用的分布式協(xié)同數(shù)字化制造結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)品全生命周期管理中生產(chǎn)計(jì)劃的制定和制造協(xié)同進(jìn)行了深入探索[8]。

但以上都是針對(duì)制造業(yè)信息化的一些研究，缺少對(duì)于汽車零配件制造的全流程信息化研究。尤其對(duì)于生產(chǎn)制造過程物料繁多，過程復(fù)雜的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門制造，缺少有效的信息化手段。因此本文以汽車零配件中發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的生產(chǎn)制造為例，先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)流程和現(xiàn)存問題進(jìn)行分析；然后將制造業(yè)信息化技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)中；實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門全生產(chǎn)流程的監(jiān)控，有利于生產(chǎn)資源的優(yōu)化調(diào)度及生產(chǎn)效率的提高。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)工藝流程

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門，一般由氣門頭部和桿部組成，其作用是專門負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入燃料并排出廢氣。由于氣門頭部溫度很高，而且還承受氣體的壓力、氣門彈簧的作用力和傳動(dòng)組件慣性力，因此要求氣門必須有一定強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨性能。為保證氣門的質(zhì)量，一個(gè)汽車氣門需要經(jīng)過落料、成形、熱處理、表面打磨和包裝等流程，一般需要64道加工工序，具體如圖1所示。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)現(xiàn)狀分析endprint

目前我國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線都需要同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門品種，整個(gè)制造過程具有多品種變批量混線生產(chǎn)、工裝種類繁多、現(xiàn)場信息反饋實(shí)時(shí)性要求高以及質(zhì)量控制嚴(yán)格的特點(diǎn)。然而，目前大部分制造企業(yè)都是手工作業(yè)，缺乏自動(dòng)化與信息化技術(shù)與手段，各個(gè)流程工序之間缺乏自動(dòng)銜接，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)過程無法監(jiān)控、生產(chǎn)進(jìn)度反饋緩慢、在發(fā)生問題的時(shí)候，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。具體的問題表現(xiàn)如下：

（1）制造裝備自動(dòng)化信息化程度不高：目前多數(shù)生產(chǎn)裝備處于半自動(dòng)水平，還依靠大量人工操作，流水作業(yè)中各個(gè)環(huán)節(jié)銜接自動(dòng)化程度不高。

（2）難以滿足產(chǎn)品個(gè)性化定制化需求：每個(gè)特定人群都有自己鮮明的消費(fèi)需求和主張，規(guī)模制造已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的消費(fèi)主題。面對(duì)個(gè)性化需求強(qiáng)烈的訂單，企業(yè)新產(chǎn)品上市加快，品種變多。零配件廠商產(chǎn)品研發(fā)周期被迫縮短，而標(biāo)準(zhǔn)不低，這就要求其生產(chǎn)更富于柔性和模塊化。

（3）生產(chǎn)過程難以實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制：無法實(shí)時(shí)掌握各個(gè)工序環(huán)節(jié)的生產(chǎn)狀態(tài)，無法準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)進(jìn)度、員工效率、車位狀態(tài)、在制品數(shù)量、物料配送情況等各方面綜合信息；不能即時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)瓶頸，不能及時(shí)了解多少工位在等待還是繁忙，生產(chǎn)線作業(yè)難以動(dòng)態(tài)平衡。

（4）內(nèi)部生產(chǎn)物流效率低下：目前企業(yè)還是采用人工的內(nèi)部物料配送方式，往往造成半成品在某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)大量的堆積，或者出現(xiàn)某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)缺少物料而停工。同時(shí)，人工配送方式無法掌握物料流動(dòng)狀態(tài)，難以提前根據(jù)生產(chǎn)需求制定相應(yīng)的物料配送計(jì)劃。

（5）庫存管理效率低下：盤點(diǎn)需要大量人工作業(yè)，處理速度慢；人為因素造成的錯(cuò)裝、漏裝、多裝等裝箱數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確而且速度慢；庫存管理中帳、物容易出現(xiàn)差錯(cuò)。

（6）質(zhì)量問題難以追溯：無法對(duì)每件制品的生產(chǎn)過程、各工序生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行跟蹤；不能及時(shí)知道不良品是哪個(gè)工位以及哪個(gè)工人做的；質(zhì)量問題統(tǒng)計(jì)困難，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題工序。

（7）服務(wù)環(huán)節(jié)難以跟蹤監(jiān)控：目前較多汽車零配件制造企業(yè)擁有自己的銷售網(wǎng)絡(luò)，但還缺乏有效的供應(yīng)鏈與銷售終端高效管理手段，難以實(shí)時(shí)掌握供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)貨品的流動(dòng)與積壓狀況，也就不能根據(jù)這些情況靈活擬定生產(chǎn)計(jì)劃。這將影響生產(chǎn)企業(yè)對(duì)市場的靈敏反應(yīng)度與企業(yè)的市場競爭力。

以上這些問題都迫切需要對(duì)汽車零配件企業(yè)實(shí)施信息化改造，從而提升企業(yè)生產(chǎn)效率和技術(shù)實(shí)力，贏得市場，實(shí)施轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門信息化技術(shù)研究

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS成了機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展趨勢。而在CIMS中，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAPP成為連接CAD/CAM集成的關(guān)鍵和紐帶。因此將CAPP技術(shù)應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的制造過程中，可以實(shí)現(xiàn)工藝方案和各種工藝文件的迅速編制，極大地提高工藝人員的工作效率，縮短工藝準(zhǔn)備時(shí)間，加快新產(chǎn)品的投產(chǎn)。

對(duì)此，本文設(shè)計(jì)出如圖2所示的CAPP系統(tǒng)架構(gòu)，然后針對(duì)架構(gòu)中零件特征庫，建立圖3所示的氣門特征庫模型。

2.2 制造車間生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)

針對(duì)汽車氣門生產(chǎn)中任務(wù)調(diào)度不合理情況，存在中間件積壓以及訂單不能及時(shí)完成等情況，研究車間制造任務(wù)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)的基本架構(gòu)如圖4所示，主要包括生產(chǎn)信息獲取層和制造任務(wù)調(diào)度層兩部分。該技術(shù)的具體工作流程為：先在制造單元生產(chǎn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測不確定事件、獲取相關(guān)動(dòng)態(tài)信息并上傳至調(diào)度系統(tǒng)；然后上層調(diào)度系統(tǒng)對(duì)原調(diào)度方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果突發(fā)的不確定事件不影響原調(diào)度方案的效果與魯棒性，則維持原調(diào)度方案，否則重新載入調(diào)度參數(shù)執(zhí)行調(diào)度操作，產(chǎn)生滿足新需求的調(diào)度方案。

2.3 生產(chǎn)過程質(zhì)量信息全程追溯技術(shù)

生產(chǎn)過程質(zhì)量信息全程追溯是確保和提升產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，對(duì)此本文提出如圖5所示的生產(chǎn)過程質(zhì)量信息傳感、監(jiān)控和全程追溯技術(shù)的實(shí)現(xiàn)框架。該架構(gòu)主要包括生產(chǎn)過程在線質(zhì)量監(jiān)控與診斷、制造質(zhì)量信息全程關(guān)系追溯兩部分。每部分的具體作用如下：

2.3.1 生產(chǎn)過程在線質(zhì)量信息的監(jiān)控

由于造成氣門工件生產(chǎn)過程質(zhì)量問題的因素多樣復(fù)雜，可能由設(shè)備的工況異常等引起也可能由產(chǎn)品的多工序造成加工誤差的累積而引起。為此采用基于XML的實(shí)時(shí)質(zhì)量信息模板對(duì)引起加工質(zhì)量的各類信息進(jìn)行分類抽取，通過載入各類實(shí)時(shí)質(zhì)量信息，如制造設(shè)備的工況量，以及工件的長度、形位誤差等幾何量。

2.3.2 制造資源質(zhì)量信息全程關(guān)聯(lián)追溯

建立質(zhì)量問題驅(qū)動(dòng)的多制造資源質(zhì)量信息全程關(guān)聯(lián)追溯模型分別向不同緯度和深度對(duì)可能引起該質(zhì)量問題的各種因素進(jìn)行信息追溯，如基于生產(chǎn)設(shè)備工況歷史數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備質(zhì)量信息進(jìn)行追溯，基于制造BOM對(duì)與該問題工序相關(guān)的所有已完成的其他工序質(zhì)量信息進(jìn)行追溯，以及對(duì)與產(chǎn)生問題相關(guān)的制造工藝過程進(jìn)行追溯等。

3 結(jié)語

目前我國的制造業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)的歷史時(shí)期，本項(xiàng)目開展汽車零配件的信息化技術(shù)研究，將有效提升企業(yè)核心競爭力，提高企業(yè)效率，大力推動(dòng)零配件行業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。而且，汽車零配件企業(yè)作為典型的離散制造企業(yè)，其信息化水平的提升將對(duì)于整個(gè)離散制造行業(yè)也有一定的示范作用，同時(shí)對(duì)整個(gè)制造行業(yè)也有著積極意義。

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