Hammaspyöräkotelon asennusvaiheen kehitys kokoonpanolinjassa

Abstract

Diesel-moottoreita valmistava yritys tuo uuden moottoriperheen tarjontaansa ja samanaikai-sesti lisää tuotantokapasiteettia. Tämän vuoksi moottoreiden kokoonpanolinjaan on tehtävä muutoksia, jotta se vastaa yrityksen tarpeisiin myös tulevaisuudessa. Tämä työ keskittyy yhteen kokoonpanolinjan alueeseen, hammaspyöräkotelon asennukseen.

Tavoitteena on muodostaa konseptitason kehityssuunnitelma tutkimusalueelle. Esitettävän kehityssuunnitelman tavoitteina ovat mahdollistaa uuden moottoriperheen etukannen automatisoitu liimaus sekä päästä kasvavan kapasiteetin myötä nopeampaan tahtiaikaan. Tarvittavien toimenpiteiden löytämiseksi selvitetään mitkä kokoonpanoalueen työvaiheet tulee automatisoida. Lisäksi selvitetään, kuinka alueen työvaiheet tulee jaotella kiristyvään tahtiaikaan pääsemiseksi ja minkälainen hammaspyöräkotelon asennusvaiheen layoutin tulisi olla.

Tutkimusongelman ratkaisun selvittämiseksi etsittiin kirjallisuuskatsauksen avulla Lean-valmistuksesta, systemaattisesta layout-suunnittelusta, tehdassimuloinnista ja -robotikasta. Tämän jälkeen tehtiin nykytilanteen tutkimus alueelle ja sen tueksi kerättiin työajoista tietoa tuotannon-ohjausjärjestelmän ja manuaalisen kellotuksen avulla. Jotta eri vaihtoehtoja pystyttiin vertailemaan tuotannon nopeuden kannalta, nykytila-analyysin ja kerättyjen työaikojen pohjalta tehtiin simulointimalli tarkasteltavasta kokoonpanolinjan osasta. Tämän avulla pystyttiin arvioimaan eri vaihtoehtojen vaikutuksia.

Työn perusteella hammaspyöräkotelon ja etukannen liimaus sekä pultitus tulee olla automa-tisoituja työvaiheita, kuten myös näiden kiristäminen. Liimaus ja pultitus voidaan toteuttaa nykyisestä muokatulla liimaussolulla ja hammaspyöräkotelon ja etukannen kiristys yhteistyörobotin avulla. Näiden automatisointien lisäksi induktiolämmitin tulee kahdentaa ja 7-sylinterisen moottorin kampiakselin kiilan kiinnitys yhtenäistää muiden mallien kanssa. Tuloksien mukaisesti tarkastelualueella tehtävä kokoonpano tulee olla jaoteltuna kahdelle vaiheelle ja kolmelle työpisteelle, jotta tavoitteisiin on mahdollista päästä. Samanlainen jaottelu on käytössä nykyiselläänkin, joten tähän ei ollut tarvetta tehdä muutoksia. Alueen layoutissa suurimmat muutokset ovat uudenlaista toimintaperiaatetta toteuttava liimaussolu, kokoonpanolinjan yläpuolelta roikkuva yhteistyörobotti hammaspyöräkotelon ja etukannen kiristämiseen sekä kokoonpanoalueelle keräiltävän ja toimitettavan osalaatikon jakaminen kahteen pienempään osalaatikkoon.

Tuloksien pohjalla olevaa aikadataa ei ollut uuden moottoriperheen osalta vielä saatavilla kokoonpanoalueelta keräyshetkellä, joten pohjana käytettiin pilottilinjalla saatua arviota työvaiheisiin kuluvista ajoista. Tämä on hyvä arvio todellisuudesta, mutta työajat voivat vakiintua kokoonpanopisteellä vielä näistä hieman eroavaksi. Lisäksi tuotannonohjausjärjestelmän keräämän datan trendissä havaittiin olevan joiltakin osin eroa manuaalisen kellotuksen kanssa tietyillä malleilla, ja tämä aiheuttaa osaltaan virheen mahdollisuutta tutkimuksessa.

Jatkokehitystoimenpiteinä tarkastelualueelle on valo-ohjausjärjestelmä tukemaan oikeiden korkeapainepumppujen ja kampiakselin hammaspyörien valintaa. Näin mahdolliset asennusvirheet ja myöhemmät korjaustarpeet myöhemmillä vaiheilla vähenisivät. Myös hammaspyöräkotelon ja etukannen asemointia voitaisiin parantaa suunnittelemalla käyttöön sopiva asemointijigi. Tällöin ergonomisesti hankalia vasarointeja saataisiin vähennettyä kokoonpanolinjan työvaiheilta.

The company that manufactures diesel engines brings a new engine family to its range. The aim is increases production capacity at the same time. Because of this, engine assembly line must go through some changes so that it meets the company's needs in the future. This work focuses on gear housing installation, which is one area of the engine assembly line.

The goal is to form a concept-level development plan for the research area. The goals of the presented development plan are to enable the automated glueing of the front cover of the new engine family, which is now executed manually, and to reach a faster pace with the increasing capacity. To reach that, the aim is to find out which work steps in the targeted assembly area should be automated. In addition, other goal is to find out how the work phases on the area should be divided to reach the tightening pace and which kind the layout of the gear housing installation area should be after evaluation process.

To achieve the solution to the research problem, a literature review was used to learn about Lean manufacturing, systematic layout design, factory simulation and robotics. After that, a study of the current situation in the area was carried out, and information of working hours was collected using the production control system and manual clocking. To be able to compare the different alternatives in terms of production speed, a simulation model was made from the researched part of the assembly line. It was made based on the current state analysis and collected working hours of gear house installation work area. In this model, it is possible to change the values according to the development options and monitor their effect on the result.

Based on the work, the glueing and bolting of the gear housing and the front cover should be automated work steps, as should be their tightening. Gluing and bolting can be done with a gluing cell modified from the current application and tightening of the gear case and front cover with the help of a collaboration robot. In addition to these automations, the induction heater has to be doubled and the setting of the crankshaft of the 7-cylinder engine have to be similarly with other models. According to the results, the assembly in the review area should be divided into two phases and three workstations, so that it is possible to reach the goals. A similar division is still in use today, so there was no need to make changes. The biggest changes in the layout of the area are a gluing cell implementing a new operating principle, a collaborative robot hanging above the assembly line for tightening the gear case and front cover and dividing the parts box that is collected and delivered to the assembly area into two smaller parts boxes.

For the new engine family, the time data was not yet available from the assembly line at the time of the data collection, so the estimate obtained on the pilot line was used as the basis for the times spent in the work phases. This is a good estimate of reality, but working hours may be established at the assembly point to differ slightly from these. In addition, the trend of the data collected by the production control system was found to differ in some respects with manual clocking on certain models, and this contributes to the possibility of an error in the study.

Further development measures for the review area could include a light-control system to support the selection of the right high-pressure pumps and crankshaft gears. In this way, possible installation errors and subsequent repair needs in later stages would be reduced. The positioning of the gear housing and the front cover could also be improved by designing a positioning jig suitable for use. In this case, ergonomically difficult hammering could be reduced from the work stages of the assembly line.