汽車配件行業(yè)數(shù)字化沖壓車間建設(shè)

楊鵬飛

摘要：汽車配件的沖壓制造環(huán)節(jié)隨著市場(chǎng)化、個(gè)性化的需求延伸，對(duì)零部件產(chǎn)品的制造要求也越來(lái)越高。一來(lái)產(chǎn)品需求趨向多品種小批量，二來(lái)整個(gè)供應(yīng)鏈對(duì)于質(zhì)量可靠性與產(chǎn)品可追溯性的要求也愈加迫切，三來(lái)沖壓制造企業(yè)對(duì)自身的制造柔性、管理透明化等也提出更高的要求。因此汽配行業(yè)沖壓制造智能化轉(zhuǎn)型刻不容緩，本文將從產(chǎn)線柔性改造、裝備導(dǎo)入、信息化建設(shè)與集成三個(gè)方面進(jìn)行汽車配件行業(yè)數(shù)字化沖壓車間建設(shè)探討。

關(guān)鍵詞：沖壓行業(yè);離散制造;柔性生產(chǎn);智能制造

1 ?現(xiàn)狀及問(wèn)題描述

汽車類鈑金加工件屬于國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵零部件，其研發(fā)及制造無(wú)論從質(zhì)量、技術(shù)等角度對(duì)于終端產(chǎn)品研發(fā)、制造的重要性均起到十分關(guān)鍵的作用，對(duì)于下游供應(yīng)鏈中的金屬加工行業(yè)來(lái)說(shuō)鈑金加工件在自動(dòng)化、信息化等方面的智能化升級(jí)勢(shì)在必行。

某公司是西南地區(qū)最大的汽車鈑金件制造商之一，擁有西南地區(qū)規(guī)模最大、最先進(jìn)的金屬制品自動(dòng)化生產(chǎn)線。當(dāng)前該公司鈑金生產(chǎn)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：

①產(chǎn)品質(zhì)量重、零件鋒利、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)安全隱患高，急需通過(guò)生產(chǎn)智能化升級(jí)，降低對(duì)相應(yīng)人員數(shù)量和技能的需求。

②傳統(tǒng)單工序的生產(chǎn)管理，存在信息傳遞不暢、效率低下、制造及管理成本高等問(wèn)題，需要通過(guò)設(shè)備互聯(lián)、信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)化管理。

③隨著產(chǎn)品多品種小批量轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品交期大幅縮短，鈑金加工的生產(chǎn)批次切換大幅增加嚴(yán)重影響生產(chǎn)及管理效率，迫切需要通過(guò)柔性生產(chǎn)、智能化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確交貨。

2 ?項(xiàng)目建設(shè)思路

基于以上問(wèn)題及現(xiàn)狀分析，對(duì)該公司進(jìn)行智能制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型改造，具體思路包含以下三個(gè)方面：

2.1 基于柔性制造理念的生產(chǎn)布局優(yōu)化與仿真分析

通過(guò)工藝流程分析與優(yōu)化，結(jié)合沖壓制造特點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)并通過(guò)數(shù)學(xué)建模及仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線布局設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，系統(tǒng)性解決生產(chǎn)線布局對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)效率的影響，實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出比最小化。

2.2 生產(chǎn)裝備智能化改造及自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)

應(yīng)用自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)，在沖壓加工各工序環(huán)節(jié)，導(dǎo)入應(yīng)用自動(dòng)化智能裝備，解決沖壓制造關(guān)鍵工序存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高以及產(chǎn)品多樣性提升后，切換次數(shù)增加影響生產(chǎn)效率等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝備智能化升級(jí)以及設(shè)備使用率最大化。

2.3 信息系統(tǒng)建設(shè)與集成

建設(shè)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)可視、可控;建設(shè)制造品質(zhì)管理系統(tǒng)（QMS），加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量控制;搭建企業(yè)服務(wù)總線，高效集成與協(xié)同ERP、MES、QMS等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成。

3 ?項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

3.1 基于柔性制造理念的生產(chǎn)布局優(yōu)化與仿真分析

針對(duì)沖壓產(chǎn)品離散型生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)和特征，基于車間布局模型、離散制造模式等方面的研究基礎(chǔ)，構(gòu)建基于沖壓分匯流的柔性離散型制造布局模型，運(yùn)用數(shù)學(xué)理論方法為沖壓生產(chǎn)線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論和定量分析的依據(jù)，并通過(guò)仿真分析，評(píng)估與優(yōu)化布局方案，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)布局和工藝流程的優(yōu)化。

3.1.1 工藝流程分析

針對(duì)沖壓產(chǎn)品離散型生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)和特征，分析產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程（沖壓制造工藝流程如圖1所示），為沖壓制造的工藝流程優(yōu)化及生產(chǎn)線布局研究打下基礎(chǔ)。

3.1.2 生產(chǎn)線布局優(yōu)化

根據(jù)沖壓生產(chǎn)線體特點(diǎn)，基于離散型制造布局模型，充分結(jié)合工藝優(yōu)化、行車、空中傳輸線、立體貨架、辦公區(qū)、潔凈房等區(qū)域需求，重新規(guī)劃沖壓鈑金產(chǎn)品生產(chǎn)模式和線體布局，構(gòu)建高效、柔性的生產(chǎn)線體，滿足沖壓產(chǎn)品柔性智能制造需求。

3.1.3 柔性離散型制造布局仿真分析

借助AUTOMOD對(duì)布局方案進(jìn)行系統(tǒng)仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線布局設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，系統(tǒng)性解決生產(chǎn)線布局對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)效率的影響，實(shí)現(xiàn)多型號(hào)生產(chǎn)線以分匯流的思想與后段清洗線連接，達(dá)到不同型號(hào)產(chǎn)品的柔性混線生產(chǎn)。（圖2）

3.2 生產(chǎn)裝備智能化改造及自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)

3.2.1 上下料自動(dòng)化裝備開(kāi)發(fā)

基于沖壓制造工藝特點(diǎn)開(kāi)發(fā)及投入上下料智能裝備、非標(biāo)重載獨(dú)立式機(jī)械手及附屬機(jī)構(gòu)，機(jī)器人為5軸，可直接實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，產(chǎn)線之間增加簡(jiǎn)易平臺(tái)進(jìn)行連線生產(chǎn)。

3.2.2 多工位機(jī)器人氣體保護(hù)焊接工作站

多工位機(jī)器人焊接工作站以組件螺栓和支架氣焊為切入點(diǎn)，方案兼顧工裝夾具的擴(kuò)展性，為后期其他產(chǎn)品的氣焊提供兼容考慮。設(shè)備采用雙工位設(shè)置，避免出現(xiàn)人機(jī)等待和人機(jī)干涉問(wèn)題。

3.2.3 油壓機(jī)機(jī)器人上下料

采用后端上料+前端出料的方式進(jìn)行布局，800T油壓機(jī)采用雙料位自動(dòng)進(jìn)出上料，630T設(shè)備采用單料位自動(dòng)進(jìn)出上料。既能實(shí)現(xiàn)單臺(tái)油壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)，也可完成兩臺(tái)壓機(jī)連線自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.3 信息系統(tǒng)建設(shè)與集成

信息系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容主要包含制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與品質(zhì)管理系統(tǒng)（QMS），通過(guò)MES系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)可視、可控;通過(guò)品質(zhì)管理系統(tǒng)（QMS）建設(shè)加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量控制。并通過(guò)信息系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)新建系統(tǒng)與已建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)集成，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)鏈、價(jià)值鏈的數(shù)字化。

3.3.1 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）建設(shè)

MES系統(tǒng)覆蓋所有設(shè)備和生產(chǎn)全制程，包括下料、沖壓、焊鉚及后處理等多個(gè)工序環(huán)節(jié)。MES系統(tǒng)對(duì)接ERP主生產(chǎn)計(jì)劃。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集使各線上庫(kù)位、WIP狀態(tài)、計(jì)劃達(dá)成情況、零件組件追溯、質(zhì)量追溯方面均能進(jìn)準(zhǔn)查詢與監(jiān)控。系統(tǒng)集成OPE分析模型，可以對(duì)設(shè)備效率進(jìn)行持續(xù)監(jiān)督。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取ERP一級(jí)庫(kù)庫(kù)存，并對(duì)工位庫(kù)關(guān)鍵物料進(jìn)行庫(kù)位和先進(jìn)先出管理。

對(duì)產(chǎn)品的進(jìn)行生產(chǎn)信息關(guān)聯(lián)，跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃下達(dá)、投入產(chǎn)出、返工、異常下線等信息的查詢?？焖贉?zhǔn)確定位質(zhì)量問(wèn)題的確定、原因、波及的范圍，高效追溯和分析產(chǎn)品隱患，對(duì)工藝過(guò)程的穩(wěn)定性，產(chǎn)品良率、不良缺陷分布的波動(dòng)率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并預(yù)警，對(duì)于可能有潛在質(zhì)量問(wèn)題的工序、物料、人員等工位進(jìn)行了相應(yīng)的硬件防呆。管理者只需在辦公室就可以實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)現(xiàn)狀和生成相關(guān)報(bào)表，車間現(xiàn)場(chǎng)管理者也能通過(guò)電子看板實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)進(jìn)度及設(shè)備狀態(tài)。

3.3.2 品質(zhì)管理系統(tǒng)（QMS）建設(shè)

QMS系統(tǒng)建設(shè)的核心思想是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)過(guò)程的感知、控制、管理、計(jì)劃。

①通過(guò)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息及管理目標(biāo)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量工作狀況的感知;

②通過(guò)對(duì)質(zhì)量管理核心業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化梳理、固化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理工作流程優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)質(zhì)量過(guò)程管理的控制;

③通過(guò)對(duì)質(zhì)量管理計(jì)劃、質(zhì)量目標(biāo)的層層分解、達(dá)成率統(tǒng)計(jì)、監(jiān)控，及重大質(zhì)量問(wèn)題整改的監(jiān)控管理等，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理工作的全面管理;

④通過(guò)對(duì)企業(yè)質(zhì)量目標(biāo)業(yè)績(jī)指標(biāo)的全面量化，為管理層決策提供量化的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理計(jì)劃。

最終實(shí)現(xiàn)隱性質(zhì)量問(wèn)題的顯性化、可視化，幫助企業(yè)管理人員實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況的快速了解，為企業(yè)管理人員高效決策提供支撐。

3.3.3 系統(tǒng)集成方案

在系統(tǒng)集成方面，通過(guò)搭建企業(yè)服務(wù)總線，利用ESB進(jìn)行ERP、MES、QMS等企業(yè)系統(tǒng)集成。解決目前應(yīng)用系統(tǒng)集成時(shí)面臨的主要問(wèn)題如數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境不一致，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和傳遞的統(tǒng)一機(jī)制，難以支持分布式和靈活動(dòng)態(tài)的連接方式，建立互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與信息模型，高效集成與協(xié)同信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程智能化整合。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目建設(shè)沖壓行業(yè)柔性制造數(shù)字化車間，探索沖壓行業(yè)離散型智能制造新模式，在實(shí)踐中應(yīng)用并逐步改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)沖壓柔性智能制造。本項(xiàng)目的離散型智能制造新模式成功應(yīng)用將帶動(dòng)相關(guān)制造業(yè)的管理創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，具有很重要的研究、應(yīng)用價(jià)值和示范意義。

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