文/劉玉東·浙江吉利汽車有限公司沖壓廠

沖壓自動化線換模提速的研討與實(shí)施

文/劉玉東·浙江吉利汽車有限公司沖壓廠

伴隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)競爭越來越激烈，消費(fèi)者對汽車消費(fèi)的要求也發(fā)生了顯著的變化，從一開始作為簡單的代步工具，到現(xiàn)在更加注重安全性、環(huán)保性、舒適性以及經(jīng)濟(jì)性。作為整車四大工藝之首的沖壓工藝也面臨產(chǎn)業(yè)升級換代的要求，大型的自動化生產(chǎn)工藝逐步取代了過去傳統(tǒng)的手工作業(yè)生產(chǎn)模式。多品種、小批次的生產(chǎn)要求，以及降低沖壓件在庫庫存時間成為行業(yè)研究的一個主要方向。

沖壓自動化線換模提速的必要性

隨著生產(chǎn)方式從手工生產(chǎn)變?yōu)樽詣踊a(chǎn)，自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到了大幅度的提升，生產(chǎn)成本明顯降低。但傳統(tǒng)的換模方式對生產(chǎn)影響越來越大，提升換模速度就成為了生產(chǎn)效率提升的重要因素。在精益生產(chǎn)理論應(yīng)用日益廣泛的今天，隨著“多批次、小批量”生產(chǎn)方式的逐漸實(shí)施，企業(yè)對換模時間的要求也越來越高。原有“單車型、大批量”的生產(chǎn)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。本廠生產(chǎn)MR7130、MR7181、MR7181B1共3種車型，平均700件/批次，每天平均需換模8次。按照傳統(tǒng)手工換模方式計(jì)算，換模時間需要8（次）×30（min/次）＝240min，即4h，這對生產(chǎn)效率影響很大。自動化線在前期規(guī)劃時，我們就在這方面做了大量工作，但換模時間仍然在10min以上，如何在少投入甚至不投入的情況下實(shí)現(xiàn)換模提速呢？本文根據(jù)筆者在韓國、日本及國內(nèi)先進(jìn)合資企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流的收獲，借鑒先進(jìn)企業(yè)的方法并進(jìn)行改善，取得了顯著的成效，在此與大家分享。

換模提速的優(yōu)勢

⑴換模時間的縮短，可增加有效作業(yè)時間。同等情況下，換模時間越短，有效作業(yè)時間就越長，生產(chǎn)效率就會得到有效提升，單位時間內(nèi)生產(chǎn)的零件越多，生產(chǎn)成本就會越低，同等生產(chǎn)量情況下工人的作業(yè)時間就會縮短。

⑵換模時間的縮短，更有利于多批次、小批量生產(chǎn)模式的推行。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式由于換模時間過長，通常為了減少換模次數(shù)都會盡量增大每批次生產(chǎn)量。隨著精益生產(chǎn)方式的推行，傳統(tǒng)的“7＋1”（7天生產(chǎn)量加1天安全庫存）的生產(chǎn)模式，逐漸向“2＋1”甚至“1＋0.5”的生產(chǎn)模式過渡，沖壓件每批次的生產(chǎn)量也由過去的3000～3500件向600～800件過渡，這樣換模的次數(shù)就由過去一班（8h）換1次模變?yōu)橐话鄵Q3～4次模。傳統(tǒng)的換模時間30min/次，分?jǐn)偟揭粋€批次上單件分?jǐn)?000～3500件/30min，但是如果按現(xiàn)在的生產(chǎn)模式，對整個生產(chǎn)效率的影響就會很大，不利于多批次、小批量的生產(chǎn)，所以必須要進(jìn)行換模提速。

⑶由于對模具凹模及壓邊圈進(jìn)行了鍍鉻或TD處理，減少批次生產(chǎn)量、增加換模頻次不僅有利于模具維護(hù)保養(yǎng)，也有利于模具使用壽命的提升。

⑷換模提速有利于減少庫存，降低在庫時間，提高資金有效利用率。

⑸傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式在同等情況下，每批次生產(chǎn)3000～3500件，在庫時間正常情況下為8天左右，即倉庫內(nèi)平均有3000～3500臺套沖壓件在庫，對倉庫面積要求很大，同時加大工位器具等資源的不必要占用。

圖1 優(yōu)化步驟

換模速度提升后，平均在庫量可以減少到600～800件，甚至可以做到450～600件。這樣沖壓件倉庫面積可以同比減少80％以上，在庫沖壓件也可以大幅下降，資源的占用明顯減少，同時工位器具周轉(zhuǎn)效率亦將明顯提升。

換模提速相應(yīng)措施

部分技術(shù)人員對當(dāng)前換模速度的現(xiàn)狀已經(jīng)很滿足，認(rèn)為過去換一次模要30min，現(xiàn)在自動化線只需要10～15min就可以完成，提升已經(jīng)很大。即便再提升，每個步驟也就差那么8～10s，意義并不大。針對這一情況，本廠對各步驟進(jìn)行了細(xì)致的剖析，并對每一個細(xì)節(jié)進(jìn)行分解，最終認(rèn)為對每項(xiàng)可提升的模塊改進(jìn)后，再將每一步的小提升進(jìn)行集中匯總，提升效果仍然是很可觀的。以下內(nèi)容為本廠采取的相應(yīng)措施。

換模流程標(biāo)準(zhǔn)化

將沖壓換模流程標(biāo)準(zhǔn)化，確定換模的每個步驟，把所需的所有動作進(jìn)行規(guī)范分類，形成標(biāo)準(zhǔn)的換模程序，以A1（2000t壓機(jī)）作為參考對象，共計(jì)16個步驟，見圖1。

各步驟時間精確化

單機(jī)臺換模時間需375.29s，即6.25min；裝模結(jié)束后全序需擦模，耗時1min左右；在各機(jī)臺換模時可同步進(jìn)行線首材料對中操作、各序端拾器（除RB11）拆換等工作；RB11端拾器更換額外需5min左右；待全序裝調(diào)模結(jié)束關(guān)門復(fù)位后開始首件走線，均需2min左右的時間。所以，總換模時間需要14min左右，見表1。

對每個步驟進(jìn)行梳理

⑴更改壓機(jī)柵欄門，降低柵欄門高度，同時將柵欄門限位開關(guān)的位置降低，改進(jìn)后柵欄門升降單次行程的時間由原來的20.6s降低到11.6s，節(jié)省了9s。具體操作如圖2所示。

表1 各步驟時間精確化

圖2 降低柵欄門高度

⑵減少移動工作臺開出行程近1000mm，減少工作臺移動時間。改進(jìn)后單個工作臺移動到位的時間節(jié)省了近10s，如圖3所示。

圖3 更改工作臺位置

⑶對部分模具增加二級頂桿，降低模具頂桿頂出高度差值，減少換模時氣墊行程調(diào)整時間，原先氣墊調(diào)整的速率約為69mm/50"41=1.37mm/s，現(xiàn)在對幾個差值較大的模具進(jìn)行更改，平均可減少時間58×1.37≈80s。自動線模具增加二級頂桿見表2。1050mm和1250mm，若在同一條生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，換模時兩種零件的滑塊高度調(diào)整值太大，等待時間會很長?，F(xiàn)已規(guī)定，所有的1250mm模具全部在自動化A線進(jìn)行生產(chǎn)，1050mm的模具在自動化B線進(jìn)行生產(chǎn)。

表2 自動線模具增加二級頂桿

⑸增加換模輔助性文件，如線首行車工上料時的材料堆垛方向示意圖，同時將各零件各序夾緊器編號編入工藝卡片內(nèi)，換模輔助性文件見表3。

表3 換模輔助性文件

⑹對沖壓材料進(jìn)行分類，分類后材料按生產(chǎn)線存放，前文已提根據(jù)模具閉合高度對零件進(jìn)行分線，本項(xiàng)改進(jìn)針對各零件所在生產(chǎn)線，將該零件的模具及材料全部放在同一側(cè)，減少裝模準(zhǔn)備時間。

⑺設(shè)置端拾器準(zhǔn)備工位（圖4），減少換模時員工搬運(yùn)端拾器的時間，降低換?？倳r間。

⑻更改RB11端拾器更換方式。原先每次更換RB11機(jī)器人端拾器時，工人需要等2000t壓機(jī)上批

圖4 端拾器準(zhǔn)備工位

⑷針對不同模具不同的閉合高度，對零件進(jìn)行分線，MR7181、MR7181B1模具共兩種裝模高度次模具開出才能進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)時，先由一人爬上1.6m高的對中臺，再由另一名員工站在地面?zhèn)魉投耸捌?，對RB11程序重新編輯，增加端拾器的更換子程序?，F(xiàn)在員工在更換端拾器時可直接調(diào)用子程序，機(jī)器人按照設(shè)定的程序自動移到對中臺的另一側(cè)地面更換區(qū)，可在各機(jī)臺換模時同步更換所有端拾器，節(jié)省大約5min，如圖5所示。

圖5 RB11端拾器更換方式改變

⑼優(yōu)化空工位，ABB提供的零件空工位由底座和空工位支架組成，每個零件空工位都需制作空工位支架，優(yōu)化改進(jìn)后的通用空工位只需要制作兩個即可完成所有零件的過渡傳遞工作，見圖6。

圖6 優(yōu)化空工位

圖7 優(yōu)化裝模輔助工具

⑾分析換模步驟后合并部分工序，調(diào)整壓機(jī)的PLC。根據(jù)原先的換模流程，必須要等待柵欄門升起到位后才能開始放松工作臺，且第一、二工作臺只能單動，同時在工作臺移動過程中不能進(jìn)行其他任何操作。通過對設(shè)備運(yùn)動部件的動作分析及壓機(jī)PLC程序的改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)壓機(jī)柵欄門上升、下降與工作臺的放松、夾緊同步，第一、二工作臺聯(lián)動的運(yùn)動方式，并在工作臺移動過程中可同時調(diào)整氣墊行程值，該項(xiàng)改進(jìn)可節(jié)省時間約2min。換模程序優(yōu)化見圖8。

圖8 程序優(yōu)化

表4 優(yōu)化后的耗時

⑽優(yōu)化裝模輔助工具，原先裝模需要的工裝位置比較遠(yuǎn)，裝模時存在大量動作浪費(fèi)?，F(xiàn)在優(yōu)化裝模需要的工裝位置，如圖7所示。

以上改進(jìn)完成后，重新對各步驟作業(yè)時間進(jìn)行測量，并精確到秒以后。單機(jī)換模的步驟由原先的16個減少到現(xiàn)在的9個，總時間由原先的6.25min減少到現(xiàn)在的4.2min，見表4，同時RB11端拾器可實(shí)現(xiàn)與各機(jī)臺換模同步，該步驟減少5min，故當(dāng)前換?？倳r間只需約7min。

換模提速思路的進(jìn)一步研討

根據(jù)當(dāng)前裝調(diào)模及零件運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的各種影響換模提速的問題，經(jīng)過與專業(yè)人士共同研討，提出了可進(jìn)一步整改的相關(guān)思路，具體內(nèi)容如下：

⑴線首板料拍打式機(jī)械對中方式更改為自動定位視覺對中方式，提高首張料一次對中到位的成功率。

⑵手工更換端拾器改為自動更換端拾器，減少端拾器搬運(yùn)過程中由于不必要碰撞等因素造成的變形，降低零件掉件概率。

⑶對于當(dāng)前換模中存在的移動工作臺放松頂起時間較長的問題，后期對工作臺電動齒輪泵進(jìn)行分析和改良。

⑷當(dāng)前換模時主電機(jī)速度均采用7速，生產(chǎn)時卻均采用至少14速，故擬在以后嘗試采用12速或14速換模。

⑸降低壓機(jī)夾緊器的夾緊、放松時間，也已列入今后的研究課題。

結(jié)束語

經(jīng)過廣大員工集思廣益，換模時間大大減少，不僅提升了生產(chǎn)效率、產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時可減少庫存和資源占用，節(jié)約倉庫面積，第一階段的換模提速取得了階段性成果。將來，本廠計(jì)劃通過對設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的改造，最終實(shí)現(xiàn)換模時間控制在4～6min的目標(biāo)，達(dá)到甚至超越先進(jìn)的合資企業(yè)。

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劉玉東，浙江吉利汽車有限公司北侖工廠沖壓廠廠長兼杭州灣工廠沖壓廠廠長，模具工高級技師。1999年進(jìn)入吉利，先后帶隊(duì)完成了MR6370吉利美日輕型客車整車模具的驗(yàn)收、調(diào)試、整改工作；MR7130優(yōu)利歐轎車整車模具的驗(yàn)收、調(diào)試、整改工作；MR7151自由艦?zāi)＞叩恼{(diào)試、整改工作，獨(dú)立帶隊(duì)僅用四十天、十多萬元完成了韓國大宇公司認(rèn)為需要一百天、三十五萬美元才能完成的頂蓋視線相關(guān)模具問題的改進(jìn)；獨(dú)立帶隊(duì)完成了吉利FC-1遠(yuǎn)景轎車所有外覆蓋件模具的強(qiáng)制收回整改工作；帶隊(duì)完成了吉利FE-1/2帝豪轎車日本富士制作模具的驗(yàn)收工作。