自动冲压生产线全局设备效率提升方法--资讯--中国冲压网

自动冲压生产线全局设备效率提升方法

整车厂投入一条自动化冲压生产线的成本基本上都超过了1 亿元人民币，加上厂房建设、工位器具设置以及生产运营等方面的投入，使其成为整车制造环节重要的成本构成部分。怎样提升生产线可动率和生产速度、提高冲压产品质量，进而充分发挥自动生产线的制造能力，是冲压车间管理人员须要面对的课题。

文/李爽，李学斌，周维·一汽丰田生产制造技术部

本文从介绍大型生产线综合效率的评价指标着手，讨论影响自动冲压生产线生产能力的因素以及解决办法，进一步探讨如何将自动化冲压生产线的产能发挥到极致，并能够稳定维持在较高水平的措施和工作方法。

批量制造单位的生产组织

最具代表性的生产指示系统是丰田公司的“看板”(图1)，它强调了整车生产线的要求，供应商须按时按量供给总装配线需要的零部件，降低了装配线侧的库存量，进而缩小厂房面积、降低资金占用以及避免产生大批量不良品。冲压工程有时也会被认为是整车装配线的供应商，它需要根据整车线下达的要货看板，组织适宜的精益生产以期达到人财物效用的最大发挥这个目标。

图1 生产指示系统

根据后工程下达的要货看板，综合考虑板料在库状态、产品库以及后工程线侧在库状态和存储面积、工位器具数量、冲压机和模具近期维护保养状态、产品质量波动情况等因素，制定合理的成阶梯状分布的排产计划是冲压工程实现“精益生产”的前提。这就要求排产计划制定人员对生产情况十分熟悉，对现场的设备模具状态、物流运转、质量控制情况，甚至操作人员技能状态都有较深入的理解。生产一线人员也要及时统计生产数据，尤其对有停机的时间段要分类统计并进行分析，将有参考意义的分析结果向设备/模具维护、物流和排产人员及时横向展开。

更换模具造成的生产停机是避免不了的，不过是时间长短的问题。随着压力机自动化功能的增加、模具制造精度的提高以及操作工人技能的提升，目前换模的平均停机时间最短可以做到3 至5 分钟，算上出合格品的时间可以控制在10 分钟以内。下面介绍一些缩短换模停机时间的技术和方法。

⑴根据生产线自动化程度的不同，换模时需要的人工数也不尽相同，一般一个工作日更换模具的次数由几次到十几次，且时间也不能完全固定。所以要做到生产进度的可视化，让相关人员提前知道换模时间。

⑵有条件的公司将模具的尺寸做到统一的高度，在模具高度不一致的情况下，衔接两次生产的模具高度差要尽量小，否则会造成滑块调整的时间过久，势必造成停机时间的增长。

⑶两次衔接生产冲压件的板料尺寸要尽量相近。这样，无论送料系统使用的是1 套全自动化的通用板料端拾器，还是几套需要自动/人工转换的半自动或部分通用的板料端拾器，调整量相对较小进而可以缩短调整时间。

⑷一般冲压生产线的压力机台数以满足所生产产品的最大工序数设置，生产少工序产品时使用空工位器具作为自动化搬运系统的临时托盘。在对这些需要使用空工位器具的产品进行工序排布时，要统筹规划空工位器具具体设置的工序，尽量排到同一工序，并做到尽可能的通用。自动化冲压线工作台如图2 所示。

⑸双工作台已经成为自动化冲压生产线的标配，合理的模具存放布局、吊运路线以及转换顺序的设计，对提高作业安全性和效率有很大裨益。生产计划的制定要考虑线外模具吊运转换的时间，避免造成因生产批量过小导致上一批次生产结束，而下一批次的模具还没准备好造成的生产等待停机。

图2 自动化冲压线工作台

⑹首个合格件的判定也需要时间，产品不同需要的时间或长或短。诸如侧围、车门等冲压件，进行面品质检和开裂检查等项目一般会占用10 分钟以上的时间。在平时的生产中，将发生过品质问题的部位和工艺上需要重点检查的部位在现场的《作业指导书》上标明，首件出来后由专检人员根据产品品质履历及《作业指导书》，快速判断能否开始此批次产品的生产，也将缩短换模工作造成的停机时间。这里需要强调的是，在应该做的工作不漏项的前提下，合理安排工作顺序和衔接流程，可以提高工作效率。

生产计划的制定还需考虑设备和模具的检修周期，设备的维护保养和一般检修会安排在停产时间段。自动化冲压生产线的构成复杂，需要保全人员严格按照《维护保养手册》进行点检和养护。尤其需要注意的是，不能因生产任务繁重或设备运行时“看起来没有异常”等原因就放弃点检维护，这样将造成极大的故障隐患。

生产数据的记录和统计是一项繁琐的工作，一般需要整月甚至整年的数据积累和分析才能呈现出自动冲压生产线在某一方面的表现规律。生产看板的下达、设备模具的维护保养、产品质量的提升等工作都要从以上数据中找到能够反映设备模具工作状态、产品质量波动等方面的规律有重点的开展工作，这样也许可以实现事半功倍的效果。

设备工装性能的充分发挥

冲压生产是生产线和模具相互配合完成的一系列复杂而连贯的制造过程，单独讨论生产线或模具的SPM 都不能全面有效的描述制造某个冲压产品的生产速度。生产线的SPM 根据客户的要求和行业水平，基本上在其制造安装后就固定了。而模具却受到更多因素的影响，如产品形状复杂程度、自动化搬运曲线幅度、车型迭代周期等等。在此着重介绍如何提高自动化冲压生产线整体SPM 水平的运作方法。

假设自动化冲压生产线Ω 的SPM 为4 ～12，负责A、B、C 三种(一般1 条冲压生产线负责10 ～20种甚至更多冲压件的生产，这里为了便于描述暂且举例三种)冲压件的生产，其设计SPM 分别为8、10 和12。那么，根据生产计划的不同Ω 的SPM 应为8 ～12 间的某个值，假设为10。但在实际生产中往往以低于设计SPM 值运行，这里假定A、B、C 的实际SPM 分别为6、8 和10。此时Ω 的表现指数为80%，低于我们的预期目标。

这种现象在冲压车间很常见，很多生产停滞的原因都和生产速度有着直接或者间接的关联，如抓取投放工程品的稳定性、废料排放的顺畅程度、各种传感器信号的连续性等等，降低生产速度后即能够应付生产。因此，组建一个包括多专业人员的问题解决小组（包含工艺、机械和电气保全、模具保全、物流、生产计划、生产线操作及品质检查等专业的人员），针对停机或者产品生产速度下降等问题，定期组织集体讨论，分析停机现象、检讨各方面诱发因素、判断隐患倾向程度、制定解决措施、协调在线调试时间等。

通过讨论，针对A、B、C 产品分别制定了方案α、β 和γ，线下的整改工作和准备工作也都得到了较好的实施，在近一轮的生产周期内进行调试，调试过程主要分三步。⑴在线调试中，α 实施得较顺利，生产A 产品的速度成功由6 恢复至8；⑵在实施β时发现之前的调查不够全面，发现了新情况需要考虑，当生产速度提至10 时还是停机不断，调试人员详细记录好发现的新现象后果断停止调试，将生产速度降至8 以维持生产；⑶γ 实施后取得了一定的效果，将生产速度提升至11 时能够维持稳定生产，但是当速度提至12 时还是出现停机，调试人员将C 产品生产速度设置为11，做好调试记录并结束了调试。

此时A、B、C 产品的生产速度分别为8、8、11，假设综合SPM 为9，通过此轮调试Ω 表现指数提升了10%。此时小组有以下4 个工作需要做：⑴将新的产品生产速率更新到生产作业文件中去；⑵跟踪A 产品和C 产品是否因速度变化导致生产中产生新的问题；⑶总结α 方案，制作总结报告等资料便于经验传承，同时检讨α 方案中好的经验是否可以横展到β 和γ 方案中；⑷根据新掌握的信息继续检讨完善β 和γ 方案，为新一轮的调试做好准备。

经过几个周期的调试，将各个产品的生产速率稳定在较高的水平上，目前部分设备的表现指数可以达到95%。以上是开展SPM 提升工作的一般流程，有5 点需要强调：⑴工作小组包含的专业要全，涉及到生产线运营的各个方面。⑵物流人员必须要参与。当自动化冲压生产线设备运行状态较稳定时，我们只需考虑如何及时将板料送上去并将成品运下来。⑶不要希冀一次就能将所有产品的生产速度提到最高，这是一个漫长而反复的过程。每一轮调试都要经过充分的方案论证和大量的线下工作，需要时时度量生产和调试的平衡，不断地搜集线索为下一次调试制定更加完美的方案。⑷成功案例的经验要及时总结并进行横展。⑸从其他单位对标来的经验和数据在本单位实施效果有限，毕竟存在产品外形的差异、生产线规格的差异和模具制造风格的差异等因素，需要工作小组自主开展工作积累经验。

质量是开展工作的工具

上文介绍的提高生产线可用率和生产速度的一些方法和措施，是在生产线的统计数据已经显现出问题或者生产已经停滞无法继续的情况下开展的，那么怎样保持生产线的效率维持在一定的水平、又怎样将生产线的效率在一个较高的水平上再次提高呢？产品在生产过程中的质量波动（图3）是我们开展工作的有效工具。下面将举例介绍如何以质量为工具开展生产效率提升工作的方法。

通过几轮努力，制件A、B、C 的综合SPM 达到了9.6，生产线Ω 的GSPH 也维持在518 左右，即表现指数和可用率分别为96%和90%。但是，在生产中或多或少都会出现一些制件质量方面的波动，如修边毛刺增长、翻边不足、硌痕、拉痕等，有些可以通过手修工位修复，有些造成产品报废。产品质量的波动往往是整线OEE 的风向标，如果对这种变化放任不管极可能造成更大的隐患。

图3 产品示例试图

假设产品A 在生产中手修率增加了0.1%，小组人员通过调查，发现在生产产品A 时铁屑增多落到模具及产品表面，造成了硌痕缺陷。通过在线观察及调试，发现修边模个别镶块刃口有崩口现象，在生产时产生了过多的铁屑。将模具镶块刃口进行修复后的生产中铁屑明显减少，产品A 硌痕基本消除，避免了模具状态继续恶化造成长时间停机的隐患。

同样，制件B 因硌痕手修率也出现上升。调查未发现模具镶块刃口损坏痕迹，通过对生产过程进行更加细致的观察，发现工件被送入修边工序时不能完全落到底，修边时镶块刃口与板材形成一定的角度产生过多的铁屑；发现拉延工序件在修边处附近的成形情况较样件有较小的减轻，但是在后续折弯整形工序得以改善，所以在成品上没有被发现。再调查分析拉延工序成形不充分的原因，排除了模具拉延筋磨损、板料尺寸超差、上料位置偏等因素后，最终发现压力机液压垫的下料右侧，在成形过程中提供的作用力较设定值小，设备保全人员发现是液压泵单向控制阀存在渗漏问题，更换后恢复正常。此次整改工作虽然是因某个产品质量波动引起，最后却发现是由生产线设备存在隐患造成的。

假设产品C 也出现了因硌痕导致手修率上升的问题，根据经验我们检查了修边模镶块刃口的状态、设备工作参数和设定值是否存在差异等，均没有异常现象。通过显微镜分析发现导致产品产生硌痕的异物不是修边时产生的毛刺状铁屑，而是在拉延或成形时产生的片状的板料表面脱落物，拉延模具本体或镶块上也出现了积聚瘤。模具保全人员检修时发现积聚瘤也及时进行了打磨作业，但是生产几个批次下来就又会反复产生。结合以上调查，小组人员分析问题点可能出现在材料上。对板料的规格尺寸和表面质量调查发现，来料尺寸符合技术要求，板料表面也未见灰尘等异物。接下来，小组内物流人员分析了近期C 产品的要料计划和材料收入记录，也没有发现异常点。通过联络调查板料供应单位，发现本应在库计划1～3天的板料在库量却达到了1 个月，导致供给冲压车间的板料经长期存放表面油膜挥发，在产品成形过程中增加了板料和模具间的摩擦力，进而导致局部表面镀锌层脱落。通过和板料供应单位协商，降低了产品C等产品板料的在库时间，同时建立了异常信息联络渠道，最终基本消除了C 产品表面硌痕的质量缺陷。

A、B、C 三个产品的改进过程，说明了如何通过解决质量问题进而提升整线可动性，同样是制件表面硌痕导致手修率上升，最后却从三个不同的角度解决了问题，从中我们可以总结以下3 点：⑴要重视冲压产品的质量波动，这往往是整线运行出现隐患和问题的表现；⑵在解决问题时要全面考虑模具、设备、材料、物流及操作等多方面因素；⑶查找真因时要追究得深入一些，要多问几个为什么。产品A 模具镶块刃口损坏是否是个案？镶块损坏的原因是什么？如果压力机液压垫故障也是导致产品A 产生质量问题的根源，通过小组工作就有可能避免产品B 质量问题的发生。