|
北京福田康明斯发动机有限公司（以下简称：福田康明斯）是由北京福田汽车股份有限公司和美国康明斯公司以50∶50的股比成立的合资公司，生产轻型、中型和重型柴油发动机，分为F系列和G系列。 F系列轻型直列四缸高压直喷式柴油发动机有2.8L、3.8L和4.5L三种排量，是康明斯投入巨资全新研发的两款面向全球市场的新一代全电控轻型柴油机，功率范围覆盖107马力～168马力（1马力≈735W）。这两款发动机能够满足欧Ⅳ、欧Ⅴ、欧Ⅵ及全球非道路第四阶段最高排放标准，适用于轻型载货汽车、中型载货汽车、轻客、MPV多功能车、SUV等轻型车辆以及小型工程机械和小型发电机组等非公路设备。 G系列直列六缸超高压直喷式发动机，功率范围覆盖310马力～512马力，峰值转矩2 300N·m，可满足欧Ⅳ、欧Ⅴ、欧Ⅵ及全球非道路第四阶段最高排放标准。 福田康明斯F和G系列发动机工厂拥有按照世界领先的技术标准和质量控制标准设计的发动机制造系统。车间生产线包括缸体缸盖机加线、装配线、试验线、喷漆线和附装线。设备自动化程度高，预防性防错技术应用广泛。 3.8L排量的发动机，由于技术特别成熟，故障率极低，可以保证50万km无大修，在市场受到广泛的欢迎与接受，一年的产量是10万台。4.5L柴油机就是基于3.8L柴油机开发的，排放达到欧Ⅵ标准，现在产量也在逐渐攀升。不仅福田，包括江淮和奇瑞，也采用福田康明斯的发动机，装配他们的载货汽车。《汽车工艺师》一行此次参观的正是3.8L缸体、缸盖生产线。 目前负责缸体缸盖加工的是郭戍海工程师。郭工18岁便踏上工作岗位，从事机械加工，曾经从事过布雷博刹车盘和北重阿尔斯通发电机叶片的加工，2008年来到福田康明斯工厂，在缸盖线工作了三年，然后到了缸体线，现在是机加主管。 质量管控从毛坯开始 当缸体缸盖毛坯运到工厂，福田康明斯会有专人从每批次里随机抽取一台，用三坐标测量仪检测，如果发现有问题，这一批次的缸体毛坯就都退回。 郭戍海介绍说，如果是在生产线上发现问题，会全线停机，进行追溯。按照加工顺序每道序追：出问题的缸体是哪天生产的，哪天上的线，同批次的第一台走到哪了，最后一台在哪，确定之后进行隔离下线，其他批次可以继续加工。然后查找发生问题的原因，为什么会这样，直到找到原因才继续生产，否则绝不开工。 生产线自动化程度高 缸体上线是缸体加工的第一道序，一共由三道工序来组成的柔性加工单元，每道工序六台设备，采用德国利勃海尔的机械手完成。组成发动机的大部分零部件、毛坯及缸体缸盖的粗加工全部来自外协，为保护企业机密，精加工由福田康明斯自己完成。 生产线上每个工序都有相应的编号，比如040、050，060、070……对于不同排量的发动机缸体而言，在加工内容上基本一样，因此生产线的布局也基本一样，精度要求也一样，不同的是缸径和曲轴直径。 福田康明斯设计生产线的时候，组建的是柔性加工单元，中间通过德国的利勃海尔机械手上件，自动化程度特别高。整个车间两万多平方米，算上管理人员，一共才82个人。平均每人负责6台设备。而这也是福田康明斯发动机生产线最大的优势。大量自动化设备的采用，减少了人工参与程度。比如磨刀和打孔，完全由设备、刀具和机床精度保证，这样的结果就是精度更高，一致性更强。由此带来的好处是，只要首件产品检测合格，后续产品基本不会出现问题。 与缸体相比，缸盖加工难度更大。缸盖有16个气门缸孔，两进两排，全部在60工序完成，从上道工序过来进入60工序，到下一道工序，所有16个孔都加工完成，而且位置度、垂直度和平面度，都能满足设计要求。即使其中有一个孔有锥度要求，在1mm以内，也能依靠先进的加工设备得到保证。在如此高效的情况下，2015年的废品率是300ppm（0.03%），而行业普遍在500ppm，这是一件相当了不起的成就。 多重检测确保精度 在加工线上的每个工位，都有随时的在线检测系统。福田康明斯的在线检测在设计上，包括检测频次、抽检，都经过精心考虑。每下线60台（缸体/缸盖），就会抽一台拿去人工检验，合格之后马上拿到生产型三坐标测量仪检测，检测时间大概30～40min。与加工相比，每台加工中心加工一台缸体的时间是20min，当检测完成的时候，第二台缸体正在加工，如果发现问题，立刻停机，及时追溯出现问题的原因。通过这种检测设计，福田康明斯的废品率特别低，保证生产线产能的充分利用。 每台缸体上都打有标号，如果出现问题，根据标号就会知道这台缸体是什么时间加工的，哪个操作者负责，哪台设备加工的，这些都能追溯。除了系统自动记录，另外还有一些手工记录，这些记录在福田康明斯会保留10年。也就是说，如果一台发动机在10年之内发生问题，在福田康明斯都能查到其全部信息。 郭戍海说：“在线检测是出于过程需要，因为我们对曲轴、凸轮轴、活塞、连杆位置度要求很高，利用三坐标测量仪可以充分保证发动机的加工精度。” 检测顺序也是有规律的，比如说各地运到这来的工件，通过地面物流运送到检测工位，优先检测需专机加工的工件，然后检测送往CNC的。因为CNC性能很强，C PK可以达到1.67以上，所以其所需的工件检测要靠后，而专机的C PK相对较低，是最后加工的，所以会优先检测专机需要的工件。 在检测设备的设计上，3.8L缸体线、2.8L缸体线和缸盖线，每一条线都有两台三坐标测量仪，其精度与计量式三坐标测量仪精度一致。 加工设备世界水平 在参观到珩磨工位时，郭工程师说： “ 这台德国纳格尔（NAGEL）的绗磨机，是目前世界上最先进的绗磨机，也是福田康明斯公司最贵的设备。在3.8L和2.8L缸体线各一台，总价值1亿元。当初工厂建厂的总投资12亿元，仅两台珩磨机占1亿元。” 据郭戍海介绍，这台珩磨机里边有25个工位，一半是备用工位，主要加工位置有8个，目的是实现柔性生产，快速换磨。这台珩磨机大概有二三十万个参数，通过这些参数的设置，可以保证缸体的网纹、夹角等这些参数满足发动机的要求。 “负责这台设备的珩磨师，具备40年的工作经验，他给纳格尔提供了很多的改进建议，而且我们自己也做了很多的改进，包括很多的安全隐患和一些技术方面。而纳格尔在给其他厂提供的珩磨机上，也把这些方面改进了。”郭戍海说。 目前缸体线共有五个关键工位，包括缸孔、曲轴孔、凸轮轴孔、顶面和座圈。如果这些工位的加工出现问题，会影响到整个发动机的质量。因此这些工位的工艺和设备都是公司的机密，目前有些厂家在模仿福田康明斯，但也只能流于表面，因为这是一个企业的核心技术，别人想要完全掌握几无可能。 除了先进的加工机床，刀具对于加工质量也是非常重要。在福田康明斯，每台CNC都配有一个刀库，可装100多把刀。在上道工序流到CNC工位的每台缸体，先用探针做一个标记，确保工件的正确位置和姿态，建立一个坐标系，然后通过这个坐标系再去打孔，保证打孔的位置和精度。这个过程完全没有人的参与，全部自动化。 在整个车间，所有的机械加工工位上，采用的设备都是国外进口，如美国MAG的CNC和五轴四联动数控加工中心，而在装配工艺要求不是特别高的工位，比如缸盖压装、座圈压装和软硬塞压装，物流设备和清洗设备，采用国产设备。 “关键工位之所以不采用国产设备，就是因为有些国产设备故障率比进口设备高，而且维修时间长，影响生产线的运行和产出。包括刀具，都是瓦尔特、山特维克可乐满和山高等外资品牌。”郭戍海很无奈地说。 在选用刀具的过程中，郭戍海他们做了试验。拿铣顶面来说，用大盘大铣刀，如果用进口品牌，最多可以加工6 000台不用换刀，而且精度都满足要求，而国产刀具最多加工400台甚至更少。综合下来，加工的成本反而更高。 发动机测试精益求精 当缸体缸盖加工测试合格之后，便会和其他的发动机零件组装成整机进入测试区。3.8L和2.8L两条生产线的发动机都要到测试区进行测试。 在测试区域，有一个个的小房间，其实每一个房间里面是一台AVL的台架。装配完成的发动机在运转到测试区后，专门有一个工位自动读取发动机的信息，判断测试时间是10min、5min，还是30min。待测发动机到台架之后，系统会自动监测这台发动机的功率、转矩等参数。如果哪个参数与要求不符，系统会自动停机，自动将这台发动机送出来，并且记录问题的缺陷，工作人员只需要通过返修工位，直接就能查出来。
据3.8L装配线主管邵全响介绍，现在车间一共有12台AVL台架，10台用于生产，另外2台用于产品测试。测试设备的先进之处在于，12台台架，每一侧6台，也只需要两名操作工来监控。每一台架上面都有显示灯，不同的显示状态表示台架不同的工作状态。操作人员会根据这些提示信息来处理相应的发动机。 测试的内容就是将发动机起动，对整个功率段、转矩段及渗漏情况等进行检测。如果检测合格，就进入到喷漆工序；如果有异常，问题发动机就会被送到维修区。通过维修区的电脑就可以查到这台发动机所有的历史信息，包括从哪条装配线到这里，甚至每一颗螺栓拧紧的力矩，都可以追溯得到。 福田康明斯的拧紧设备来自阿特拉斯，发动机上每一个螺钉螺母的拧紧力矩，全部自动记录到在线管理软toolsnet系统里面。后期查询只需输入ESN号（发动机序列号），每台发动机所有的拧紧信息都能看得到。 同样，阿特拉斯是瑞典的品牌，AVL测试台架来自奥地利。 另外，邵工程师还提到，为保证发动机性能，福田康明斯内部每个月会安装一台发动机，进行EQA（发动机质量审核）试验，让发动机连续运转14h，然后拆开，看内部的磨损有没有异常，装配过程中是否有遗漏项。一旦发现问题，会相应地把问题描述级别定级，然后制定改进措施，指定专人负责，在指定时间内完成。 通过这项工作，福田康明斯曾经发现了很多问题，比如说瓦有异常磨损，水套里面有锈等，后期得到改进，也保证产品到达用户手里时具有过硬的质量和性能。 结语 正是在生产环节，依靠生产设备和工艺设计，一台台高性能发动机下线装配到各个车型上之后，能够在满足功能要求的基础上，实现10万km保养和50万km无大修的质保承诺。而且在2015年发动机行业普遍下滑的形势下，福田康明斯实现了大幅增长，不能不说是一个奇迹。 作者： 《汽车工艺师》记者/于永初 |
|
|
