工程机械工艺流程建立及生产能力管理模型的研究分析

工程机械工艺流程建立及生产能力管理模型的研究分析

张寅寅

徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司  江苏省徐州市     221000

【摘要】装备制造业能够为我国经济和国防建设提供“工作母机”，它是制造业的核心和基础，是推动我国工业化和经济发展的主要力量，也是国民经济现代化和信息化的主要支撑。在国际市场的竞争中，高度发达的制造业，特别是装备制造业和先进的制造技术，已成为衡量一个国家国际竞争能力的重要标志和关键因素。本文主要从工程机械制造工艺流程建立、生产线能力分析研究等方面深入说明并探讨，旨在为相关研究提供参考资料。

【关键词】 工程机械；工艺流程；生产能力；管理模型

近年来，工程机械行业创新体系建设有序推进、创新能力显著提升。重大工程机械装备国产化及核心部件国产化方面取得显著进展。其中不少新型产品填补了国内空白，主要技术参数和性能指标达到国际同类产品先进水平，助推工程机械国产化发展。如今，全球经济放缓、行业调整和疫情影响，经济周期、行业周期和疫情周期交织在一起，行业下滑趋势已经明朗，企业必须苦炼内功，优化制造流程，降低制造成本。

一、工艺流程建立

工程机械制造工艺流程建立是一个具有复杂性的系统工程，需要针对多种因素进行考虑，工艺流程基础数据的计算作为建立的第一步，需要进一步对工艺流程产品的特点和加工工艺进行分析，因为数据繁多容易出现错误，本文以零部件加工工艺为例，通过具有较强离散功能的方式进行后台运算，进而实现对工艺流程建立和资源需求的整体性分析[1]。

1.1工序分布图

将前车架焊接生产工艺流程进行说明，主要是根据ERP系统中并行工艺路线，对产品数据信息进行参照，在前车架加工中存在的一个理论化工艺模型，系统能够进行自动生成。如下图所示能够看出，将5T铰接架焊接单做一个可以独立进行加工的流程，需要5个工序进行支持，分别是：铆、焊、铆、镗、钻，在工程分布图中和系统内部之间都是相互对应的。

   1.2工序运行信息

确定工序分布图后，对不同工序中代表的结构信息和加工信息进行明确，这些信息主要来源于并行工艺流程使用的ERP系统产品P-BOM、原材料库，工时库、工艺路线库、工序资源库和工序辅料库 [2]。

1.3生产线原始数据

生产线预设工位和设备能够在ERP系统中并行对工艺路线中的零件进行加工。

   1.4运算过程信息

针对生产线中不同工序预设工程资源，需要运用到大量的生产数据作为支撑，将人工工时和设备工时输入到工序能力模型中，核对实际资源满足需求方面的程度。

二、生产线工艺布局

生产线工艺布局的方式主要由产品的生产规模及制造过程标准化程度决定，当产品单一，标准化程度高，大批量生产时，易采用流水线的生产方式；当产品生产规模小，品种多时，易选择工艺专业化的工艺布局方式；当产品达到了一定规模，并且生产一定数量品种时，易采用成组技术进行工艺布局。根据整机ABC分类，大多数工厂采用两种或两种以上的工艺布局相结合。

2.1生产任务

装载机智能化制造基地主要承担年产4万台3-12t整机，结构件车间主要负责前车架总成、后车架总成、动臂总成、铲斗总成以及小总成件等结构件组对、焊接、校形及机加工等任务。

2.2工作班次

根据生产任务和生产纲领，结构件焊接车间的工作班次为三班制生产，相应的设备和人员将按此进行配备。

2.3整机PQ分析

根据实际产量结合市场预测，制定年产4万台装载机产品类型及数量，并进行PQ分析，结果如下图所示：5H、5F、3F、3K和6K为A类产品，4F和7H为B类产品，8K、9K、10K、11K和12K为C类产品。

2.4产线工艺布局

根据分析及车间区域面积限制，A类产品采用大批量自动化流水线生产方式，B类产品和C类产品采用多品种小批量专业化的工艺布局生产方式。以前车架总成生产为例，具体工艺布局如下。

结构件焊接车间与备料车间、涂装车间垂直布置，完全遵循精益生产“一个流”的设计理念，无论是零件从备料车间到结构件焊接车间组对区，还是经组对、焊接、加工的结构件到涂装件缓存区，物流无交叉、倒流显现，且物流路线最短，提高了结构件的生产效率。

三、生产线能力分析

生产能力是车间设备和人员，在一定制作工艺流程条件下，经综合平衡后所具有生产产品的最大数量。对于生产系统而言，前工序的产出能够满足后工序的实际需求，为整个生产系统能够顺利进行提供支持。生产线平衡能够促使整个工序更加平衡化，进而对不同工序和工位承担的作业负荷进行调整，保证作业时间能够相近，避免出现一些等待浪费情况，实现生产效率的提升 [3]。

3.1生产能力分析方法

车间是由多个不同效能的设备和生产线构成，且每一条生产线的生产能力都存在一定程度的不平衡性，车间综合生产能力计算主要分为两种方式：一种是通过瓶颈工序和生产线评定生产能力，因为瓶颈工序为生产能力的限制环节；第二种是关键设备作为基准评定生产能力，因为关键设备是车间主导生产环节。

3.2前车架生产能力分析

随着工程机械市场回暖，装载机产量急剧提升，结构件生产线瓶颈显现，产能提升受限，无法满足市场需求。根据日产能以5T前车架为例进行瓶颈分析，识别耳座小总成机器人通焊工序、前车架总成机器人通焊工序和前车架总成二道镗工序为制造瓶颈，制约前车架产能提升。

3.3前车架产线平衡措施

3.3.1大熔深焊接技术应用

利用工业大数据对焊接机器人的运行状态进行切片细分，通过增加焊机的寻位电压提升寻位效率、利用旋转电弧提升焊接熔深、利用大功率逆变实现焊丝的高效熔敷，较现有焊接工艺生产效率提升15%以上，有效焊缝厚度增加1.8mm，具备10mm以下坡口取消能力。同时，利用工业大数据对国产焊丝的使用性能进行评价，指导焊丝厂家及设备送丝系统进行精准改善，机器人故障率降低80%以上。通过改善前车架总成机器人通焊满足产能需求。

3.3.2焊接机器人通用化改造

现场实际情况为500HV耳座小总成机器人焊接为瓶颈，3吨和6吨耳座焊接机器人利用率不足70%，将耳座小总成机器人焊接专用工装进行3-6吨产品通用化焊接工装改造，使的所有机器人能够焊接所有耳座小总成，解决耳座机器人焊接瓶颈。

3.3.3通用设备专用化改造

按前车架制造工艺流程，前车架总成二道镗为专机加工，现需将通用设备专用化改造满足前车架加工需求。将2台TH6513/2双交换数控镗铣床中的1台进行专用化改造，配置500HV前车架总成二道镗加工专用工装，专业加工500HV前车架总成，同时在一台前车架正在加工的时候，进行第二台前车架的装夹；第二台前车架加工时进行第一台前车架的拆卸；降低前车架加工节拍，提高生产效率，解决瓶颈。
  综上所述，文章从生产线建立和优化生产等方面对文章进行阐述，从制造业企业如今存在的生产模式入手，将装载机械前车架焊接生产线为例子，对生产能力分析方法进行介绍，最后提出生产线平衡检验和优化方法，进而为机械零部件的发展奠定基础。
【参考文献】

[1]麦海峰.零件机械加工工艺的设计分析[J].南方农机,2020,51(1):1-2.

[2]王野,马晓薇.机械类零件加工的工艺设计改进分析[J].环球市场,2020,21(3):15-16.

[3]郭建宇,张刚.机械加工工艺对零件加工精度的影响分析[J].中国设备工程,2021,(2):2-3.

[4]刘金鹏,武利兵,张磊,等.机械加工工艺技术误差问题及对策探讨[J].中国设备工程,2020,(2):3-4.

[5]范兴劲.机械零件设计及加工工艺分析[J].中国设备工程,2021,(2):3-4.