Создание зверя | Выпуск 109

В начале 1986 года в Lotus Engineering в Хетеле, Англия, уже велась первоначальная разработка 5,7-литрового двигателя LT5 V-8 с двумя верхними распределительными валами для будущего суперкара Corvette. Тем временем в Техническом центре Уоррена General Motors в Мичигане лица, принимающие решения, искали лучший способ построить высокотехнологичную силовую установку.

Рой Миджели, главный инженер по 90-градусным V-образным двигателям; Расс Джи, директор отдела разработки силовых агрегатов Chevrolet, и Дик Доннелли, руководитель производства двигателей Chevrolet, быстро отказались от использования завода по производству двигателей GM по нескольким причинам. Во-первых, эти заводы уже с трудом удовлетворяли спрос. Во-вторых, LT5 будет малообъемным проектом, не подходящим для крупномасштабных объектов. В-третьих, заводы GM не могли производить сложные алюминиевые отливки двигателя. И, наконец, не смогли добиться необходимого уровня качества.

Короче говоря, для проекта потребуется внешний подрядчик. Команда решила нацелиться на американского производителя, с которым у GM уже были рабочие отношения: MerCruiser в Стиллуотере, штат Оклахома, который десятилетиями «маринизовал» двигатели Chevy. Являясь мировым лидером в области обработки сложных алюминиевых отливок с числовым программным управлением (ЧПУ), компания MerCruiser идеально подходила для мелкосерийных, высококачественных и высокопроизводительных программ двигателей. 20 марта 1986 года две корпорации заключили сделку по производству LT5. Всего 21 месяц спустя, 24 декабря 19 г.87, первый построенный MerCruiser LT5 работал на динамометрическом стенде на заводе в Стилуотере.

В июне следующего года двигатель дебютировал во время предварительного просмотра модели Chevy 1989 года, проходившего на гоночной трассе Riverside International Raceway в Калифорнии. Во время вводной пресс-конференции в пятницу вечером в конференц-центре Riverside Мидгли провел брифинг по LT5, в то время как менеджер по сборке MerCruiser Крис Аллен и техник Chevrolet Рон Опшински собрали один из двигателей на сцене справа. Когда Миджли закончил, Опшински запустил двигатель и дал ему поработать на холостом ходу. Естественно, эта демонстрация станет притчей во языцех превью-сезона 88-го.

На следующий день представителям СМИ разрешили осмотреть детали двигателя LT5 на гоночной трассе. Я был впечатлен качеством обработки и решил, что мне нужно посетить завод, где был изготовлен двигатель.

Точность

В декабре следующего года я посетил завод MerCruiser в Стилвотере в рамках статьи для Road & Track. По яркому освещению, низкому уровню шума и безупречной чистоте рабочих зон сразу было видно, что это не типичный моторный завод. 21 000 квадратных футов площади LT5 были разделены на механическую обработку и сборку. Механические операции выполнялись в помещении с регулируемой температурой, заполненном трехосевыми обрабатывающими центрами Cincinnati Milacron T10, кулачковым станком, раздвижным фрезерным станком и другим оборудованием. Все это управлялось ЧПУ, а компьютер контролировал как режущий инструмент (инструменты), так и то, как детали располагались во время процесса.

ЧПУ было использовано, потому что это значительно увеличивает как производительность, так и качество деталей. T10 были современными станками с автоматической сменой инструмента и возможностью позиционирования деталей с точностью до 0,0004 дюйма в пределах 26-дюймового куба. Затем каждый этап обработки повторялся с точностью до 0,0001 дюйма от предыдущей отметки. Блоки двигателей

LT5 состояли из двух частей: алюминиевого корпуса цилиндра и алюминиевой лестничной рамы с литым железным поясом крышки коренных подшипников. Два были сериализованы перед обработкой и рассматривались как единое целое. После того, как они были установлены в T10, машине потребовалось около 45 минут, чтобы просверлить все отверстия и масляные каналы, нарезать резьбу в отверстиях для болтов, отшлифовать поверхности блоков, просверлить места расположения гильз цилиндров и обработать оставшиеся плоские поверхности. На двух последующих этапах использовались различные автоматизированные инструменты для обработки блока коленчатого вала с противовесом и линейной расточки отверстий коренных подшипников.

Процесс сборки LT5 был настолько технически сложен, что MerCruiser был вынужден разработать новые технологии производства. Самым впечатляющим примером был инструмент, изобретенный менеджером проекта LT5 Терри Стинсоном для обработки неортодоксальных (для отечественного V-8) отверстий распределительного вала двигателя. Создание Стинсона имело допуск менее 0,001 дюйма и стоило 750 000 долларов (около 1,5 миллиона долларов в долларах 2016 года) — удивительная сумма для станка, выполняющего одну операцию. окружающей среде, был первым в отрасли, получившим Стинсону награду Общества инженеров-технологов (SME) «Молодой инженер-технолог года» в 1989.

Качество

Контроль качества MerCruiser был на шаг впереди того, что было принято на моторных заводах того времени. В заводском отделе метрологии с контролируемой температурой и влажностью находились два настольных цифровых микрометра с точностью до одной миллионной доли дюйма, а также другие метрологические устройства, такие как рентгеновские/видеоконтроллеры в режиме реального времени и волоконно-оптические эндоскопы. Все измерительные инструменты LT5 периодически проверялись на точность на этом оборудовании.

Периодически готовые детали настраивались на координатно-измерительной машине (КИМ). На стальной платформе площадью шесть квадратных футов был установлен движущийся портал, оснащенный управляемой компьютером рукой, которая могла двигаться вертикально. На конце руки находился зонд, который вращался на 360 градусов по горизонтали и двигался по дуге в 105 градусов по вертикали, позволяя наконечнику касаться любой точки исследуемой части. Координаты каждой точки, с которой контактировал зонд, передавались на компьютер и сравнивались с «идеальной моделью», хранящейся в памяти. Всего за 45 минут КИМ MerCruiser может проверить весь блок LT5 — всего 823 точки данных. Выполненная вручную задача заняла 60 человеко-часов.

«Статистический контроль процессов» (SPC) объединил все усилия по контролю качества. Джо Кэрролл, генеральный менеджер по контролю качества в MerCruiser, Стиллуотер, определил SPC как «…использование статистики, генерируемой процессом, для контроля процесса и обеспечения его стабильности».

В то время как GM изучала использование SPC на своих объектах, эта практика была полностью внедрена в MerCruiser. Каждая операция обработки LT5 и деятельность по контролю качества генерировали данные, которые передавались на центральный компьютер, который производил информацию, используемую для контроля качества поштучно. Это позволяло обнаруживать неприемлемые тенденции качества до того, как они стали вредными для процесса.

Во время моей поездки средний диапазон контроля качества операции LT5 составлял 70 процентов от допустимого допуска. Например, это означало, что, хотя допуск отверстия коренного подшипника в блоке составлял 0,0004 дюйма, на практике он удерживался в пределах 0,00028 дюйма. Конечной целью MerCruiser было 30 процентов допустимого допуска.

Человеческий фактор

За исключением некоторых задач по сборке головы и балансировке двигателя, составные части LT5 собирались вручную. Следовательно, люди были ключом к успеху проекта. Сотрудники MerCruiser, работавшие над двигателем, были известны как «Банда LT5». Их средний возраст составлял 28,5 лет, и 40 процентов составляли женщины. В отличие от техников, занимающихся сборкой автомобилей, высокий процент из них имел высшее образование благодаря близости к Технологическому центру Меридиан государственного университета Оклахомы.

Нельзя просто положить профсоюзный билет на стол директора по персоналу и сказать: «Я хочу работать над LT5». Во-первых, в MerCruiser не было профсоюза. Квалификация и опыт диктовали, попадет ли кто-нибудь в этот специальный отдел. Все должности LT5 были желательными и доставались людям, уже работавшим в Stillwater. Один работник так сильно хотел получить работу LT5, что получил понижение должности на два уровня и оплату.

Кандидаты должны были пройти 40 часов занятий SPC. Те, кто претендовал на роль станка, также должны были пройти 80-часовой курс CNC. Все, кто работал на кроссе линии LT5, были обучены другим задачам. По словам Джима Каннингема, руководителя проекта MerCruiser LT5, «таким образом каждый рабочий сможет построить двигатель. Это способствует лучшему пониманию продукта и того, как отдельные операции сборочной линии взаимодействуют друг с другом».

При сборке использовалась система рабочей станции. Уникальные стенды для двигателей, разработанные местным поставщиком RK Machine, позволили техническим специалистам легко поворачивать двигатели на 360 градусов, а также удерживать их на месте. Первые две станции собрали шорт-блок. Следующие несколько собирали головки, что потребовало еще одной инновации MerCruiser: машины, разработанной инженером Брайаном Уайтом и изготовленной собственными силами, которая позволяла одному человеку одновременно устанавливать на головку все 16 клапанов, пружины клапанов, фиксаторы и замки клапанов.

Головки и кулачки были добавлены к двигателю в середине работы. Еще одним интересным решением производственной задачи стал процесс нанесения анаэробного герметика на крышки кулачков. Этот герметик нужно было наносить определенной постоянной толщиной. Решение пришло из швейной промышленности: MerCruiser использовал технику, которую производители футболок использовали для нанесения рисунков на ткань методом шелкографии. Он работал безупречно для нанесения герметика точно нужной толщины.

На последних станциях установлено оборудование зажигания, индукционная система и аксессуары. Затем двигатель был подключен к компьютеру, который выявлял любые электрические аномалии.

Последним этапом контроля качества было испытание на динамометрическом стенде, состоящее из графиков начального розжига, окончательной балансировки и обкатки, за которым следовал запуск на полном газу для проверки того, что каждый LT5 выдает свою номинальную мощность. В топливо и масло добавляли флуоресцентный краситель, чтобы УФ-свет мог обнаруживать утечки жидкости.

Во время моего визита MerCruiser строил один «пилотный двигатель» в день, хотя система была рассчитана максимум на 25 в день. (Фактическое число достигло бы 22 на пике производства LT5.) Производство было полностью запущено 13 июля 19 г.89, а всего за следующие несколько лет было изготовлено 6939 серийных двигателей LT5. Это включало 17 «двигателей в ящиках» для гарантийной замены и продажи без рецепта. Подсчет не включает примерно 80 опытных двигателей, построенных Lotus, а также каких-либо экспериментальных или экспериментальных двигателей, произведенных MerCruiser. Общее количество построенных LT5 неизвестно, но может достигать 7020 штук.

Legacy

GM объяснила кончину LT5 в 1995 году неспособностью двигателя соответствовать будущим стандартам OBD-II, но это было не совсем так. Так называемое «третье поколение» LT5 (вслед за ’90-92 мощностью 375 л.с. и ’93-95 мощностью 405 л.с.) уже находился в разработке в середине 1991 года и предназначался для ZR-1 1995 года. Эта новая мельница мощностью 475 л.с., оснащенная системой изменения фаз газораспределения и другими мерами по сокращению выбросов, должна была соответствовать новым федеральным стандартам.

Но примерно в то же время колода начала складываться против LT5 по другим причинам. Двигатель был дорогим и тяжелым, весом 592 фунта. В 1991 году GM модернизировала заднюю панель всех Corvettes, чтобы она соответствовала ранее эксклюзивному внешнему виду ZR-1, из-за чего стало трудно отличить базовую модель от ее более дорогих собратьев. Впоследствии продажи ZR-1 резко упали, а экономическое обоснование двигателя стало слабым.

Более того, даже LT5, совместимый с OBD-II, не поместился бы под капотом грядущего C5 без модификации автомобиля. И, наконец, политика, вероятно, сыграла роль в кончине LT5. Некоторые внутри GM были смущены тем, что инженеры Lotus и качество MerCruiser отодвинули их на задний план. Самый простой способ смягчить это смущение — закрыть программу. В сентябре 1991 года разработка Lotus LT5 третьего поколения была остановлена; Тем временем производство MerCruiser закончилось 23 ноября 19 г.93. Хотя LT5 вошел в историю Corvette с выпуском последнего C4 ZR-1 28 апреля 1995 года, его влияние на производство двигателей GM неоспоримо.

Например, Джеймс Чен (James Chen) из MerCruiser разработал «технологические листы с изображениями», чтобы повысить согласованность обработки и сборки. «PPS» были на каждой станции, чтобы показать оператору или технику, как выполнять каждую задачу; это позволило всем работать по одним и тем же инструкциям. Начиная с 1994 года, GM внедрила PPS на своих собственных моторных заводах.

Когда в середине 90-х GM выпустила совершенно новое семейство двигателей «Gen III», в том числе LS1 для C5 Corvette, она использовала для этого производственные идеи LT5. Некоторые из станков с ЧПУ от Stillwater были отправлены на завод GM в Ромулусе, штат Мичиган, для использования на ранних LS1, в то время как для нового двигателя были построены постоянные производственные линии. Станки и процессы, используемые для установки направляющих и седел клапанов в головки в MerCruiser, позже использовались для производства головок поколения III в Romulus; они использовались в течение 20 лет.

SPC, частично ответственный за впечатляющие пакеты контроля качества MerCruiser, постепенно внедрялся на заводах по производству двигателей GM. В дальнейшем это станет ключевым фактором в превращении GM Global Propulsions Systems в лидера в области технологий двигателей 21 века.

Когда началось производство LT5, в GM не было координатно-измерительных машин. Отметив, как они использовались в MerCruiser, отдел инспекции GM начал их устанавливать в начале 1990-х годов. К 2000-м годам они были на моторных заводах GM по всему миру.

Ранее я говорил о людях, имеющих непосредственное отношение к качеству LT5. После окончания производства в MerCruiser несколько членов банды LT5 перешли на работу в GM. Одним из них был Гэри Клайн, последний руководитель проекта LT5 в MerCruiser. В 1995 году он начал 13-летнюю карьеру в GM, уйдя на пенсию в 2008 году с должности менеджера по интеграции производства блоков, коленчатых валов и головок цилиндров в Romulus; Святой Екатерины, Онтарио; и Силао, Мексика, заводы по производству двигателей. То, чему Клайн научился за годы работы в MerCruiser, создавая LT5, повлияло на то, что он делал, создавая детали для двигателей V-8 Gen III и Gen IV. Позже, возможно, опасаясь, что на пенсии ему будет скучно, он вернулся к производству двигателей в качестве консультанта GM, работая над малыми блоками LT1 и LT4 Gen V, используемыми в C7.