大功率柴油发动机缸体生产线运行仿真与优化

发布时间：2020-05-28 06:21

【摘要】：大功率柴油机在船舶、发电、车辆等行业得到了大量的应用,尤其是作为重载汽车的动力时具有明显的优势,车辆动力在国际上已经形成了“柴油化”趋向。缸体作为发动机的主要零部件之一,是发动机安装所有零部件的基础。市场对汽车的巨量需求决定了缸体一般采用生产线进行大批量生产,而市场需求的增长,使国内大多数生产线面临设备使用率低、产能不足的问题。因此开展生产线优化工作,利用较低成本来提高生产线的设备使用率及生产效率是十分有必要的。本文针对柴油机缸体生产线的运行仿真与优化,主要研究工作如下:(1)利用虚拟加工仿真技术验证了柴油机缸体采用了工序分散原则的加工工艺流程及相关设备在大批量生产下的合理性。首先,本文结合柴油机缸体的技术要求、工艺等,对缸体的结构及其典型加工工序进行了分析。其次,使用UG NX加工模块对典型工序进行编程,获得了典型工序的数控(Numerical Control,NC)程序。最后,借助VERICUT仿真环境建立了数控机床DMU125FD的虚拟机床,将典型工序集中在一起进行虚拟加工仿真并将其与生产线实际状况进行对比。研究表明,柴油机缸体的大批量生产过程中,当前生产线所采用的分散加工工序并配合高效率的组合机床的加工方式是合理的。(2)利用Plant Simulation软件创建了面向对象的生产线运行仿真模型,并优化了生产线的配置。首先,根据生产线的现场布置及缸体的加工工艺,构建了面向对象的生产线运行仿真模型。其次,针对生产线各工序之间不平衡的问题,采用为各工位配置缓冲区的方式进行调整,并利用遗传算法求解得到了最佳的缓冲区配置位置。最后,通过仿真配置并联系生产实际,选择了合适的缓冲区配置方法:为第一和第二瓶颈工序分别配置容量为19和3的缓冲区,并安排线外机床定期清理缓冲区的积压工件。(3)建立了基于排队论的生产线数学模型,通过该模型获得了生产线的优化配置结果,并与仿真模型进行了对比与分析,提高了模型及优化方案的可信性。首先,分析了M/M/1/N排队系统,并获得了其状态概率方程。其次,通过分解法将含有N道工序的串联生产线分解为N-1组含有双工序单缓冲区的单元,建立了缸体生产线的数学模型。最后,通过改进的遗传算法得到了缓冲区的优化配置方案,该方案与仿真模型获得的结果基本一致,说明优化结果及所建立的两种模型具有较高的可靠性。本研究通过虚拟加工仿真验证了缸体生产加工流程及生产设备的合理性,创建了基于面向对象方法的缸体生产线运行仿真模型和基于排队理论的生产线的数学模型,并分别进行了缓冲区的配置优化,二者所得的优化结果基本一致,说明两种模型及优化结果具有较高的可靠性,为生产线的改造和优化提供了技术上的支持。
【图文】：

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用于安装发动机的配气机构，在发动机的运行过程中控制气门的开启逡逑与闭合。此外，，缸体还预留有柴油机供油、润滑以及冷却结构所需的孔道，因此逡逑柴油机缸体具有十分复杂的孔系、油路等结构。如图２－１所示，柴油机缸体六个逡逑面均具有大量待加工结构，其中尤以待加工孔系居多。逡逑图２－１柴油机缸体模型逡逑缸体各个平面的加工一般采用铣削加工，而孔的加工则采用钻、扩、铰、镗逡逑和攻丝等加工方式。其主要加工特征如下：逡逑（１）缸体表面的加工逡逑主要工艺流程：粗铣一半精铣一精铣。逡逑１５逡逑

车铣,机床技术,复合加工,参数

由于上述典型工序在生产线中由多台不同类型的专用机床或组合机床进行逡逑加工，为了验证这种分散的工艺流程及加工设备的合理性，本文使用一台先进的逡逑ＤＭＵ１２５ＦＤ五轴车铣复合加工中心（图２－２）作为虚拟机床进行上述典型工序的逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG659;TK423

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