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1、工程机械变速箱体自动生产线的国内外现状及发展趋势1 概述十几年前，中国工程机械市场是小松、卡特彼勒、日立建机、利勃海尔这些国际品牌的天下。它们占据了90%的市场份额。但是近10年来，随着我国经济的飞速发展，全国各地大兴基础设施建设，尤其是一批国家重点大型基建项目的陆续上马，带动整个工程机械行业迅猛发展。据中国工程机械工业协会统计，2011年1-6月，全国工程机械行业主要产品销售同比增长28.9%，销售收入同比增长41.4%，工程机械重点联系的11家企业集团完成销售收入1966亿元，同比增长41.46%1。中国本土的企业不但分食了外资企业在中国的市场，还雄心勃勃地向全球市场发起进攻。当然，作为工
2、程机械行业主要机种-装载机也不例外。随着装载机市场生产总量的猛增，价格竞争越来越激烈，越来越低，但用户对产品质量的要求并没有随着其价格的下降而降低，相反对质量的要求却在不断地提高。作为工程机械的关键部件之一-变速箱，它的质量和制造水平就显得尤为重要。因此，目前国内几家大的装载机制造厂家如柳工、徐工、临工、厦工均先后将箱体技改规划作为近期的技改重头戏，成立变速箱制造分厂，增加变速箱的产量，以实现变速箱的完全自制配套，以实现提高质量、降低成本双收益。虽然这几年很多企业乘势而上，加大技术改造力度，引进了一些先进设备特别是关键设备，但原有基础薄弱，现有的装备水平离国外企业有不小差距，特别是试验设备差距
3、较大，国内的设备、装备和加工技术仍然落后国外2。与此同时，外资企业大量进入中国，抢滩中国市场。较早的1995年由广西柳工机械股份有限公司与德国采埃孚(ZF)集团股份公司共同投资建立的生产工程机械传动部件的合资企业；2003年DANA公司在无锡建立了中国制造基地，生产高档变速箱以及驱动桥；意大利carraro公司也在青岛投资设厂，主要以工程机械中高档的驱动桥为主；主机厂卡特并购山工；沃尔沃并购临工等等2。这将对工程机械传动零部件的发展产生巨大影响。2 国内工程机械变速箱自动生产线现状目前，同行业各厂家都比较重视变速箱的生产投入，徐工、柳工、厦工、临工均已先后建成独立的桥箱分厂,年生产能力均可实现
4、10000台左右。下面介绍国内各厂家的具体生产情况： 图1 工程机械变速箱体零件图上海龙工3：上海龙工是国内生产装载机主要厂家中唯一的一家民营企业，因其资金较为雄厚，分别于04年初投入较大的资金建成箱体加工分厂：龙工（上海）桥箱有限公司。该箱体分厂设计生产能力为月产1000台套。该箱体分厂机加工部份是一条柔性加工中心生产线，该生产线包括9台卧式加工中心、10余台数控车床和2台钻床，该生产线完成除齿轮件以外所有零部件的精加工。毛坯加工和粗加工均采取外部协作的生产组织形式。齿轮件成品采购进厂后直接进行装配。该箱体分厂的变速箱的装配大致过程为：零部件清洗-部装-总装磨合试验喷漆-转整机装配。总装线采
5、用的是地面回线流水装配线的形式，部装区域相对独立。箱体装配后经过短时间的磨合后进行喷漆。龙工的变速箱装配生产上总装、部装、喷漆均为较先进的流水线，生产效率较高，但其部装线与总装线相对独立，增加了周转的次数，对质量和效率都有一定的影响。龙工目前的这种箱体生产方案，虽然具有加工精度高、生产柔性大的优点,但技改资金投入较大，运作成本较高,且生产效率偏低。厦门工程机械厂：厦工已于03年完成变速箱分厂的技改增量规划工作并正式投产，技改后的变速箱分厂的设计生产能力为月产800台套，但由于技改规划中存在一些问题，目前箱的生产能力为月产500600台套左右。该箱体分厂机加工部份相对较为传统，缺乏新意，机加工设
6、备大部份是龙门铣、立车、镗床等通用机床。完成从划线开始粗、精加工全部加工内容，毛坯采取外部协作的生产组织形式，总厂下设专门的齿轮分厂为其配套加工齿轮件。该箱体分厂的变速箱的装配大致过程为：零部件清洗-部装-总装磨合组装三组合转整机装配。总装线采用的是单线流水线的形式，部装线与总装线并排布置。装配后的箱体进行磨合试验并配有所有数据的在线监测。其特点是磨合后的变速箱不喷漆，直接与变矩器和发动机组装成三组合后直接运至整机装配线。厦工目前的这种箱体生产方案，具有设备投资成本较低,生产较灵活的优点，但加工精度不易保证，且生产效率较低3。厦工桥箱公司于09年组建了两条新的箱体生产线。该生产线采用柔性加工方
7、案，以加工中心为主，可实现多型号产品共线生产。新的生产线采用柔性加工方案，设备以加工中心为主，由于箱体有深孔和斜孔加工中心加工困难，该部分加工内容由车间原有的摇臂钻和万向摇臂钻承担。箱体柔性生产线以进口设备为主，线上单机生产人工上下料，液压夹紧，自动加工，工序问采用摇臂吊输送。厦工箱体的柔性加工单元由一台立式加工中心、一台卧式加工中心、一台龙门型立式加工中心组成，具体型号分别是福裕FALCON3072VMC立式加工中心(以下简称立加)，马扎克FI-I8800卧式加工中心(以下简称卧加)、台湾亚威VP2012龙门型立式加工中心(以下简称龙门立加)。目前，这条生产线已投入批量生产，加工产品质量稳定
8、，生产线顺利通过了实际生产使用的考验，箱体柔性加工单元已成为厦工先进加工线的成功案例4。柳州工程机械厂3:柳工装载机的变速箱多年来一直是采取自制的方式，故其变速箱的装配实力和质量一直处于行业领先位置。该箱体分厂机加工部份是一条专机生产线，该生产线除2台立车是普通设备外，其它设备均为专用机床。该生产线完成从毛坯粗加工开始的全部机加工工序内容，且配有专门的毛坯生产车间。该箱体分厂的变速箱的装配大致过程为：零部件清洗-部装-总装磨合喷漆转整机装配。但柳工变速箱的装配没采用流水线形式，而是采用地摊式的装配台架进行装配，部装区域相对独立，相对于装配流水线这种装配形相对效率偏低。柳工的这种生产组织方式，具
9、有加工精度高,生产效率高等较明显的优点，但专机生产线缺乏柔性，一旦产品改型，专机就必须改动或作废。柳工变速箱装配线改造项目从2005年12月启动，历时一年多总投资280万元。该项目系统科学地运用了装配线设计的理论并有机结合了工业工程的知识， 同时吸收了国内汽车生产厂商的成功经验，借鉴采用了一些先进技术，如时间动作研究、线平衡等等。装配线模式充分体现了占地面积小、物流数量少时间短、生产管理容易、装配现场整洁和投资少的优点。为了体现改造的先进性，装配线还大量采用保证装配质量、提高劳动生产率和降低劳动强度的先进生产工艺及设备。装配线投产后，日均衡一班制可装配变速箱85台，技术居国内领先水平，接近国际
10、先进水平5。临沂工程机械厂3：目前临工变速箱的生产能力较低，月产300台左右，其箱体的加工设备也大多是龙门铣、立车、镗床等通用机床。加工范围包括从划线开始的全部加工内容。该箱体分厂的变速箱的装配过程大致为：零部件清洗-部装-总装磨合喷漆三组合装配转整机装配。相较与该厂的变速箱加工能力，其变速箱装配能力较强，该厂的变速箱的总装线是地下回线自动流水线。部装线与总装线并排布置。可以看出该厂在变速箱装配上已具备较强的实力，但在变速箱加工方面实力较差，生产能力较低，正是出于要改变这一现状的考虑，该厂目前正在进行技术改造，提高箱体加工方面的能力，并且该技改项目已进入实际操作阶段。杭州齿轮厂3：杭州齿轮厂是
11、变速箱的专业生产厂家，多年来徐工机械上一直配套杭齿的变速箱，但工程机械用变速箱并不是该厂的主要产品，（杭齿主要产品是船舶用变速箱）除齿轮件的加工能力较强外，用于工程机械变速箱加工的加工设备和加工能力都显不足，除少数关键工序在加工中心上加工外，其余工序均在对铣、立车、摇臂钻床等通用机床上加工。变速箱装配采用环形装配流水线的形式，但环形装配流水线的使用状况较差。装配后有相应的磨合和喷漆工序。杭齿的这种生产组织方式，决定了其工程机械变速箱的产品质量和生产能力都不太理想。3 国外工程机械变速箱自动生产线现状国内工程机械变速箱的生产线虽然近几年得到大幅度的技术改造，但相对于日本和欧美的技术水平来说还是相
12、当落后。上个世纪60年代末至70年代初，欧美、日本等发达国家就先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作，并逐渐采用了柔性制造系统来生产变速箱。例如，通用汽车公司的传动系部门于1993年开始作同样的准备，采用FMS，以满足变速箱类壳体零件多品种的制造要求6；美国著名的工程机械生产商卡特彼勒公司东皮奥里亚工厂在1990年就从Cincinnati Milacron公司引进柔性加工单元促进箱体零件生产率的提高7。柔性制造系统在国外发达国家已经得到广泛应用，目前，柔性制造线在我国还处于开发阶段，与国际先进水平仍有较大差距。图2 加工变速箱体的柔性自动线4 工程机械变速箱自动生产线发展趋势随着科学技术的飞
13、速发展和社会的不断进步，先进的生产模式对自动生产线及技术提出了多种不同的要求，这些要求也同时代表了自动生产线的发展趋势。自动生产线的柔性化柔性自动线（FTL）是柔性制造系统(FMS)类型之一。80年代以来，在工业化国家中，柔性制造生产线作为迈向工厂自动化的第一步，已获得了实际的应用。它的应用，圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾8。随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛
14、盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益：反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。90年代后，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点口10。美国MAG集团的witzig&Frank公
15、司开发了占地面积很小的紧凑型柔性自动流水线TRIFLE；日本多家公司推出紧凑型柔性生产线的用于解决汽车等大批量生产行业加工小型复杂件；德国Chiron公司由高速加工中心组成的柔性制造系统和日本Mazak公司由车铣复合中心组成的柔性制造系统，是适合小型复杂零件多品种大批量生产的柔性制造系统11。为了进一步提高FTL生产效率，更快适应市场，发展了敏捷柔性自动线AFTL。目标是对变化的市场需求快速做出反映；满足零部件“多品种、大批量、高效率、低成本”的需要；符合“精益生产”原则，即用最小投资赢得最大经济效益。AFTL主要有四个特点：由通用高速加工中心和专用/组合机床（HSMC+SPM/TM）组成混合
16、型自动线，按照工序流程排列设备并由自动输送装置连接；采用敏捷夹具（柔性夹具可控、可调夹具）；采用“智能刀具（Smart Tools）”专用高效刀具，具有机电液一体化特征；生产效率高，同时又具有相当的柔性，能够适合大批量生产和变型产品开发，同时投资较小9。自动生产线的敏捷性敏捷制造是指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性12。先进生产模式下的制造自动化系统面对的是无法预测的外部环境，无法在规划系统时预先设定系统的有效范围。但由于系统具有智能且采用了多种新技术（如模块化技术和标准化技术），因此不管外部环境如何变化，系统都可以通过改变自身的结构与之适应。智能制造系统的这种“敏捷性”比“柔性”具有更广泛的适应性。
