伺服機械混合自動化沖壓線生產效率提升

文/蘇喜,方鎮斌·廣汽乘用車有限公司

伺服機械混合自動化沖壓生產線第一工序采用伺服壓力機，后4序采用機械壓力機，利用直線七軸搬運機器人進行各工序之間板件的傳遞，輔以在線清洗機設備和線尾搬運皮帶機，并采用整線自動化集成技術，實現智能伺服機械混合的自動化沖壓生產線。

目前，國內汽車行業競爭愈發激烈，生產效率越來越受到人們的重視。生產效率是評價一個企業生產經營活動效率的主要綜合指標，也是企業生產車間綜合能力的表現。因此研究生產效率，掌握提高生產效率的精髓，對企業的發展來說非常重要。

影響生產效率的因素

GSPH值，即每小時完成沖壓的零件數，該數值是衡量沖壓行業生產效率的核心指標。GSPH =SPM×綜合開動率×60，SPM為沖壓線每分鐘完成的沖壓零件數，是反映沖壓線生產效率的最直接數值，綜合開動率則是反映設備的綜合開動情況，反映工廠對時間利用效率的重要指標。從GSPH計算公式看出，影響沖壓線生產效率包括生產節拍SPM和綜合開動率兩大主要因素。

綜合開動率

綜合開動率=100%-不可開動率，在沖壓自動化生產線，不可開動率一般包括設備故障率、模具故障率、工藝損失、品質異常和作業異常五大部分。綜合開動率的提升需要做好設備和模具的維護保養，預防保全，形成標準化作業，杜絕作業異常和品質異常，合理規劃生產計劃，消除工藝損失，將不可開動率降低，追求100%開動率。

SPM值

SPM是在沖壓線整線聯動生產情況下，每分鐘完成沖壓的零件數。SPM值是體現沖壓線生產效率的最直觀數據。自動沖壓生產線提高生產節拍SPM值，需要整線各工序設備速度最優化，同時各設備之間協同性優化，各生產工序之間沒有等待時間浪費。因此伺服機械混合自動化沖壓線生產效率的提高關鍵在于如何優化伺服壓機、機械壓機和搬運機器人之間的協同性。

提高沖壓線設備協同性

伺服機械混合自動化沖壓生產線包括線首清洗機、伺服壓力機、機械壓力機、搬運機器人和線尾皮帶機，可以大致將整線分成線首、線尾、各壓機單元，共計7個工位，如圖1所示。在伺服機械混合自動化沖壓線生產過程中，通過測量并記錄各工位是否存在等待浪費，來突破沖壓線生產效率的瓶頸。

圖1 伺服機械混合沖壓自動化生產線布局圖

線首清洗機和線尾皮帶機

表1的統計數據顯示，1號和7號工位平均工時為3.5s、3.6s，在七大工位中處于較高水平，說明線首清洗機清洗速度和線首皮帶搬運速度要比伺服壓力機沖壓速度快，即清洗完成的板件總是在等待第2工序伺服壓機的上料機器人。而線尾搬運機器人總是在等待抓取沖壓完成的零件。

壓力機和搬運機器人協同性

表1統計數據顯示，2號至6號工位工時較長，且壓力機和搬運機器人存在等待時間浪費，反映出壓力機與機器人協同性差。壓力機和搬運機器人的協同性，是指每一工位壓機與其上料、下料搬運機器人的配合程度。當每一工位壓力機與搬運機器人都不存在相互等待浪費時間，即為最優協同性。而現實情況中，經常出現壓力機等待時間浪費，如圖2所示。

出現壓機等待時間浪費主要是由于搬運機器人上下料速度偏慢。圖3是直線搬運機器人在沖壓聯動生產過程中的各個軌跡點。

搬運機器人之所以速度偏慢，經過生產部門技術員工和生產員工的認真分析，得出主要原因是機器人軌跡參數設置不合理、各個軌跡點設置不合理，兩者綜合作用導致搬運機器人存在動作等待浪費，如圖4所示。

表1 各工位工時統計數據表

通過控制變量，研究分析搬運機器人各軌跡點參數H/L/K值與生產節拍SPM的關系，并繪制關系曲線，得出以下結論：搬運機器人H/L/K值與SPM值存在負相關關系，H/L/K值越小，搬運機器人搬運速度越快，生產節拍SPM值越高，如圖5所示。

協同性的外部影響因素

在沖壓線生產過程中，最終抓起板件的是搬運機器人上安裝的外部工裝——端拾器。端拾器是影響壓力機和搬運機器人協同性的外部影響因素。端拾器的

厚度直接影響到下料安全保護角度和機器人提前啟動位置這兩個重要生產參數。統計某車型零件端拾器厚度，如圖6所示，平均厚度達到48cm，處于較高水平。通過統計同行業端拾器厚度與生產節拍的關系，如圖7所示，證實端拾器厚度是影響生產節拍SPM值的因素之一，且厚度越大，SPM值越低，生產效率越低。

圖2 壓力機和搬運機器人時序圖

圖3 直線搬運機器人軌跡點示意圖

圖4 搬運機器人各軌跡點實際示意圖

圖5 搬運機器人H/L/K值與SPM關系折線圖

圖6 某車型零件端拾器厚度柱狀統計圖

圖7 端拾器厚度-生產節拍關系圖

下料安全保護角度是指壓機沖壓后，壓機上行到安全位置時，發送信號給下料機器人進入壓機內取料的角度。通過設置不同安全保護角度，試驗獲取對應生產節拍參數，統計試驗數據分析發現：下料安全保護角度越小，生產節拍SPM值越大。

機器人上料提前啟動位置，是指機器人運動到某一安全位置時，發送啟動命令給壓機，無需等待機器人完全跑出壓機范圍。通過設置提前啟動位置試驗，獲取對應生產節拍參數，統計試驗數據并進行分析后發現：提前啟動位置越小，生產節拍SPM值越大。

下料安全保護角度和機器人上料提前啟動位置的共同影響因素即為端拾器的厚度（圖8），端拾器厚度越大，下料安全保護角度越大，提前啟動位置也越大，這樣會降低生產效率。

圖8 搬運機器人端拾器厚度示意圖

結束語

在當下汽車市場不景氣的大環境下，各個汽車企業更應該重視提高生產效率。伺服機械混合沖壓自動化生產線提高生產效率的重點在于，提高壓力機與機器人的協同性，提高兩者配合程度，消除壓力機和機器人的等待浪費時間，主要從以下兩個大方向著手：1）通過測量各工位工時，找到生產效率瓶頸，針對存在等待時間的情況進行研究分析，優化搬運機器人軌跡點參數；2）分析端拾器結構，對標行業先進水平，優化搬運機器人端拾器結構，降低端拾器厚度，以獲得更小的下料安全保護角度和提前啟動位置，提高沖壓線的生產效率。