流水生產(chǎn)線 一個多世紀(jì)以來雖然幾經(jīng)革命，它卻一直是汽車及零部件生產(chǎn)方式的主體。 流水生產(chǎn)線根本技術(shù)是集成技術(shù)——將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為流水生產(chǎn)線。 （1）工藝系統(tǒng)：即機(jī)床——工具——工件系統(tǒng)。 現(xiàn)代轎車流水生產(chǎn)線的工藝裝備，已經(jīng)進(jìn)入柔性化時代，由數(shù)控機(jī)床和智能工具組成。 對機(jī)床主要要求是：高速度、高精度、高精度保持性——高機(jī)床工程能力指數(shù)（Cm/Cmk值），高可靠性，等。 用于發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線的高速加工中心：快移速度60～100 m/min，加速度0.6～1.5g；主軸最高轉(zhuǎn)速8,000～15,000 r/min；定位精度/重復(fù)定位精度——工作臺1m以下，8μm/4μm (VDI標(biāo)準(zhǔn))，工作臺1m以上，10μm/5μm/M (VDI標(biāo)準(zhǔn))。 目前，國際上這類加工中心的最新發(fā)展是，主運動普遍采用電主軸，進(jìn)給運動愈來愈多采用直線電機(jī)。同時，普遍運用三坐標(biāo)模塊化和箱中箱結(jié)構(gòu)，機(jī)床非常簡約，外購件（配套件）比例增加，交貨期大大縮短。日本MAZAK公司最新一代的UH“瘦身”型加工中心，采用雙X軸進(jìn)給方式，機(jī)床寬度縮短38～57%，大大減少生產(chǎn)線占地面積和投資。 用于模具加工的3～5軸床身式、龍門式數(shù)控/仿形高速銑床（加工中心）：主軸最高轉(zhuǎn)速20,000～40,000 r/min； 機(jī)床工程能力指數(shù)/工序能力指數(shù)Cmk/Cpk值≧2.0/1.67 。 平均無故障工作時間MTBF，日本遠(yuǎn)州2002年資料目標(biāo)為5 000小時。 （2）物流系統(tǒng)：由原材料處理、存儲、上下料裝置、機(jī)床間工件傳輸裝置組成。 在單臺數(shù)控機(jī)床配備工件庫或原材料庫和自動上下料裝置（含機(jī)械手、機(jī)器人）的條件下，即在與物料存儲與傳送及其自動控制集成的條件下，構(gòu)成柔性制造單元（FMC）。在多臺數(shù)控機(jī)床配備自動上下料與物料存儲和傳送及與生產(chǎn)計劃調(diào)度用計算機(jī)集成的條件下，構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)（FMS）。在不含計劃調(diào)度系統(tǒng)和工件單向流動時，組成柔性生產(chǎn)線。 （3）信息系統(tǒng)： 主要包括生產(chǎn)線控制、刀具更換、工裝及附具更換、工件調(diào)度、自動編程、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償、工件質(zhì)量自動檢測、刀具磨損或破損后的自動更換和自動報警等。最新要求是具有CAD/CAM功能，遠(yuǎn)程生產(chǎn)線管理和維護(hù)、故障診斷和自動修復(fù)功能等。 流水生產(chǎn)線又是制造技術(shù)與管理技術(shù)結(jié)合的典范。二十世紀(jì)影響了人類制造業(yè)的幾大管理技術(shù)多產(chǎn)生于汽車生產(chǎn)線。如，福特生產(chǎn)方式，豐田生產(chǎn)方式，準(zhǔn)時制（JIT），精益生產(chǎn)等。這里不再闡述。 發(fā)動機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展與變革 正像發(fā)動機(jī)是汽車的心臟一樣，發(fā)動機(jī)制造技術(shù)是汽車制造技術(shù)的集中體現(xiàn)。 （1）汽車面世以來，發(fā)動機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了兩次革命。 第一次革命發(fā)生在二十世紀(jì)初，美國福特汽車公司創(chuàng)始人福特發(fā)明了大量生產(chǎn)流水線。其主要方式，是由組合/專用機(jī)床（special purpose machine/ Transfer machine ）組成的自動生產(chǎn)線 TL(Transfer Line) ,也稱為傳統(tǒng)自動線。其最大優(yōu)點是高生產(chǎn)效率——幾十甚至上百把刀同時加工，其效率是任何其他類型生產(chǎn)線無法比擬的；低價格——特別是我國，組合專機(jī)價格甚至低于批量生產(chǎn)的通用數(shù)控機(jī)床。最大缺點是柔性差，一旦產(chǎn)品變型和更換品種即基本無法使用。我國汽車行業(yè)從誕生至二十世紀(jì)九十年代初期，一直沿用TL。目前我國轎車行業(yè)生產(chǎn)大多不采用TL。但在國外大量生產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)品的生產(chǎn)線中，TL仍是最佳選擇。 為了解決產(chǎn)品的變型生產(chǎn)和便于更換品種，柔性生產(chǎn)技術(shù)被引進(jìn)了汽車生產(chǎn)。二十世紀(jì)九十年代出現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速、高快移速度、高加速度、快速換刀的高速加工中心。由其組成的高速柔性生產(chǎn)線FTL（Flexible Transfer Line）是發(fā)動機(jī)制造技術(shù)的第二次革命。其突出特點是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾。這種生產(chǎn)線不僅可加工同樣產(chǎn)品范圍內(nèi)的零件，而且可加工變型產(chǎn)品、換代產(chǎn)品以及新產(chǎn)品，真正具備了柔性的意義。缺點是投資較大，效率受局限。目前是我國轎車企業(yè)的熱點生產(chǎn)線。 為了進(jìn)一步提高高速柔性生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，更快地適應(yīng)市場變化，F(xiàn)TL的新發(fā)展是敏捷高速柔性生產(chǎn)線——AFTL（Agile Flexible Transfer Line），目標(biāo)是： ·對變化的市場需求快速做出反映； ·滿足現(xiàn)代轎車發(fā)動機(jī)“多品種、大中批量、高效率、低成本”的需要； ·符合“精益生產(chǎn)”原則——用最小投資贏得最大經(jīng)濟(jì)效益。 AFTL的主要特點是： ·由通用高速加工中心和專用/組合機(jī)床組成的混合（Hybrid）型柔性生產(chǎn)線（HSMC+SPM/TM）。按照工序流程排列設(shè)備并由自動輸送裝置連接，全部生產(chǎn)線上機(jī)床、輸送和工件識別均在一個控制系統(tǒng)中； ·采用敏捷夾具（柔性夾具-可控、可調(diào)夾具）； ·采用“智能刀具（Smart Tools）”——為特定零件加工設(shè)計的一系列專用高效刀具。 這種生產(chǎn)線的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高同時又具有相當(dāng)?shù)娜嵝裕軌蜻m合大批量生產(chǎn)和變型產(chǎn)品生產(chǎn)，同時投資較小。缺點是柔性受局限，不能加工不可預(yù)見的任意品種零件。目前，混合型柔性生產(chǎn)線在國內(nèi)外汽車行業(yè)應(yīng)用廣泛。 （2）目前發(fā)動機(jī)制造技術(shù)正醞釀著第三次革命 背景是，一方面，隨著技術(shù)進(jìn)步，發(fā)動機(jī)研發(fā)速度越來越快，新產(chǎn)品開發(fā)周期從30個月縮短到13個月；同時，日益發(fā)展的多樣性需求，使車型數(shù)量急劇增加。如，我國第一汽車集團(tuán)在2000-2004年期間開發(fā)出920種新車型；日本豐田公司10年中車型數(shù)量增加兩倍。另一方面，在發(fā)動機(jī)市場競爭愈發(fā)激烈情況下，發(fā)動機(jī)生產(chǎn)批量不確定性增大。目前流行的柔性生產(chǎn)線，由于價格昂貴，投資風(fēng)險加大。同時，產(chǎn)能過剩矛盾日益突出——尤其是我國更加嚴(yán)重。近年來，人們一直在探討解決多樣性與經(jīng)濟(jì)性日益突出的矛盾，滿足變品種、變批量的需要，兼顧高柔性、高效率、低投資的要求和對市場的快速反應(yīng)能力；同時，也在探討以制造系統(tǒng)的革命來解決產(chǎn)能過剩的世紀(jì)矛盾。 美國提出了《可重構(gòu)制造系統(tǒng)RMS（Reconfigurable Manufacturing Systems）》。美國國家研究委員會1998年將RMS列為未來20年制造業(yè)必須優(yōu)先解決的10大關(guān)鍵技術(shù)之首。RMS著眼于發(fā)展制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)快速調(diào)整能力，原理是通過對制造系統(tǒng)中機(jī)床配置的調(diào)整和機(jī)床功能模塊的增減，迅速構(gòu)成適應(yīng)新產(chǎn)品生產(chǎn)或生產(chǎn)批量變化的市場環(huán)境。為此研制了可重構(gòu)機(jī)床RMT（Reconfigurable Machine Tools）。RMT由標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成。與傳統(tǒng)模塊化機(jī)床（如，組合機(jī)床）本質(zhì)性區(qū)別是它的使用中的可重構(gòu)性。RMS的結(jié)構(gòu)和布局可依需要在用戶現(xiàn)場快速重組。 RMT的應(yīng)用基礎(chǔ)之一是柔性夾具。GM公司已經(jīng)開發(fā)出柔性夾具系統(tǒng)，可以快速的更換以生產(chǎn)不同的發(fā)動機(jī)缸體或缸蓋，包括4、6、8缸直列和V型發(fā)動機(jī)，從而減少更換的時間和成本。這是一個帶有電控永磁臺面的夾具，上面集成了夾緊、支撐、定位元件。用調(diào)節(jié)器把這些元件準(zhǔn)確地固定在棘爪上來組成特定夾具。在15分鐘內(nèi)即可把一種夾具配置變?yōu)榱硪环N配置。 目前RMS在國際上是熱門話題，我國也已列入科技發(fā)展計劃。目前，RMS還有一些關(guān)鍵技術(shù)有待突破，如，RMT機(jī)床重構(gòu)后的精度和可靠性還有待解決。 日本MAZAK公司開發(fā)出了市場響應(yīng)型自獨立制造系統(tǒng)《MSM（Market Responsive Self-contained Manufacturing）》。其實質(zhì)是“單臺套件生產(chǎn)”——可以應(yīng)對各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案。 MAZAK公司用幾臺INTEGREX機(jī)床，分別完成發(fā)動機(jī)5大件全部加工，進(jìn)行“套件生產(chǎn)”，并隨即裝配成一臺發(fā)動機(jī)。使得在發(fā)動機(jī)設(shè)計完成后即可以用最小的投資、最快的速度生產(chǎn)出來。最適用于新發(fā)動機(jī)研發(fā)。目前，用MSM技術(shù)制造的發(fā)動機(jī)樣機(jī)已經(jīng)面世，雖然尚處于實驗階段，但理論和實踐的禁區(qū)已經(jīng)突破。 流水線（包括TL，F(xiàn)TL，AFTL）工藝特點是工序分散型，每臺機(jī)床原則上只執(zhí)行一道工序。工件在全線“流完”，才完成全部加工；設(shè)備排列特點是串聯(lián)式。優(yōu)點是效率高——工序分散，等價于單件多工序同時加工。即，每一生產(chǎn)節(jié)拍（以分鐘計算）都會生產(chǎn)出來一個零件，目前是大批量生產(chǎn)的唯一方式。缺點是投資大，并且全線機(jī)床不能獨立工作，一臺機(jī)床故障，生產(chǎn)線全線停產(chǎn)。 MSM生產(chǎn)線工藝特點是工序集中型，一臺機(jī)床“獨立”完成全部加工，在生產(chǎn)批量加大時增加機(jī)床，并配備物料存儲和傳送裝置。設(shè)備排列特點是并聯(lián)式，一臺機(jī)床故障，生產(chǎn)線照常運行。因此，MSM生產(chǎn)線的突出特點是《雙柔性》——設(shè)備和生產(chǎn)線。但是效率很低。 為提高效率和緩解一臺機(jī)床故障對生產(chǎn)線的影響，目前國外已經(jīng)有發(fā)動機(jī)工廠應(yīng)用并串聯(lián)混合式。 （3）幾點結(jié)論性意見 結(jié)合我國實際，筆者認(rèn)為：提倡但不盲目追求使用高速柔性生產(chǎn)線FTL。應(yīng)該在充分考慮到產(chǎn)品生命周期、科學(xué)預(yù)測產(chǎn)品更新期前提下，結(jié)合企業(yè)投資能力和回收周期，因工件而異選擇不同類型生產(chǎn)線。 對于生產(chǎn)批量大且產(chǎn)品生命周期長，相對穩(wěn)定的工件，如發(fā)動機(jī)缸體、變速箱殼體、離合器殼體等，優(yōu)先選用組合專機(jī)生產(chǎn)線TL。 對于更新速度快的產(chǎn)品，如發(fā)動機(jī)缸蓋，采用高速柔性生產(chǎn)線FTL。 大力發(fā)展具有敏捷思想的混合型柔性生產(chǎn)線AFTL，其中注意選擇國內(nèi)能夠提供的組合/專用機(jī)床；大力發(fā)展三坐標(biāo)模塊式高速加工中心。 雖然預(yù)言RMS或MSM成為發(fā)動機(jī)制造技術(shù)第三次革命的標(biāo)志為時尚早，但我國立志于成為世界汽車強(qiáng)國，要求我們研制自己的發(fā)動機(jī)，自然必須密切注意國際上RMS、MSM技術(shù)發(fā)展，并且發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的RMS和MSM。 高效專用機(jī)床 機(jī)床的高效專用性，是汽車制造裝備的又一大特徵。如，汽車齒輪加工，應(yīng)用高速滾齒機(jī)，高速插齒機(jī)，高速磨齒機(jī)。英國LANDIS公司生產(chǎn)的曲軸磨床，磨削速度高達(dá)120 m/s，用“扒皮法”一次裝夾從毛坯到精磨完畢，耗時僅幾分鐘。 “高效專用”，對機(jī)床的基本要求是高剛度、高速度、大功率。一律配備超硬刀具。如，上述高