自動沖壓生產線全局設備效率提升方法

文/李爽，李學斌，周維·一汽豐田生產制造技術部

整車廠投入一條自動化沖壓生產線的成本基本上都超過了1 億元人民幣，加上廠房建設、工位器具設置以及生產運營等方面的投入，使其成為整車制造環節重要的成本構成部分。怎樣提升生產線可動率和生產速度、提高沖壓產品質量，進而充分發揮自動生產線的制造能力，是沖壓車間管理人員須要面對的課題。

本文從介紹大型生產線綜合效率的評價指標著手，討論影響自動沖壓生產線生產能力的因素以及解決辦法，進一步探討如何將自動化沖壓生產線的產能發揮到極致，并能夠穩定維持在較高水平的措施和工作方法。

批量制造單位的生產組織

最具代表性的生產指示系統是豐田公司的“看板”(圖1)，它強調了整車生產線的要求，供應商須按時按量供給總裝配線需要的零部件，降低了裝配線側的庫存量，進而縮小廠房面積、降低資金占用以及避免產生大批量不良品。沖壓工程有時也會被認為是整車裝配線的供應商，它需要根據整車線下達的要貨看板，組織適宜的精益生產以期達到人財物效用的最大發揮這個目標。

根據后工程下達的要貨看板，綜合考慮板料在庫狀態、產品庫以及后工程線側在庫狀態和存儲面積、工位器具數量、沖壓機和模具近期維護保養狀態、產品質量波動情況等因素，制定合理的成階梯狀分布的排產計劃是沖壓工程實現“精益生產”的前提。這就要求排產計劃制定人員對生產情況十分熟悉，對現場的設備模具狀態、物流運轉、質量控制情況，甚至操作人員技能狀態都有較深入的理解。生產一線人員也要及時統計生產數據，尤其對有停機的時間段要分類統計并進行分析，將有參考意義的分析結果向設備/模具維護、物流和排產人員及時橫向展開。

更換模具造成的生產停機是避免不了的，不過是時間長短的問題。隨著壓力機自動化功能的增加、模具制造精度的提高以及操作工人技能的提升，目前換模的平均停機時間最短可以做到3 至5 分鐘，算上出合格品的時間可以控制在10 分鐘以內。下面介紹一些縮短換模停機時間的技術和方法。

⑴根據生產線自動化程度的不同，換模時需要的人工數也不盡相同，一般一個工作日更換模具的次數由幾次到十幾次，且時間也不能完全固定。所以要做到生產進度的可視化，讓相關人員提前知道換模時間。

⑵有條件的公司將模具的尺寸做到統一的高度，在模具高度不一致的情況下，銜接兩次生產的模具高度差要盡量小，否則會造成滑塊調整的時間過久，勢必造成停機時間的增長。

⑶兩次銜接生產沖壓件的板料尺寸要盡量相近。這樣，無論送料系統使用的是1 套全自動化的通用板料端拾器，還是幾套需要自動/人工轉換的半自動或部分通用的板料端拾器，調整量相對較小進而可以縮短調整時間。

⑷一般沖壓生產線的壓力機臺數以滿足所生產產品的最大工序數設置，生產少工序產品時使用空工位器具作為自動化搬運系統的臨時托盤。在對這些需要使用空工位器具的產品進行工序排布時，要統籌規劃空工位器具具體設置的工序，盡量排到同一工序，并做到盡可能的通用。自動化沖壓線工作臺如圖2 所示。

⑸雙工作臺已經成為自動化沖壓生產線的標配，合理的模具存放布局、吊運路線以及轉換順序的設計，對提高作業安全性和效率有很大裨益。生產計劃的制定要考慮線外模具吊運轉換的時間，避免造成因生產批量過小導致上一批次生產結束，而下一批次的模具還沒準備好造成的生產等待停機。

⑹首個合格件的判定也需要時間，產品不同需要的時間或長或短。諸如側圍、車門等沖壓件，進行面品質檢和開裂檢查等項目一般會占用10 分鐘以上的時間。在平時的生產中，將發生過品質問題的部位和工藝上需要重點檢查的部位在現場的《作業指導書》上標明，首件出來后由專檢人員根據產品品質履歷及《作業指導書》，快速判斷能否開始此批次產品的生產，也將縮短換模工作造成的停機時間。這里需要強調的是，在應該做的工作不漏項的前提下，合理安排工作順序和銜接流程，可以提高工作效率。

生產計劃的制定還需考慮設備和模具的檢修周期，設備的維護保養和一般檢修會安排在停產時間段。自動化沖壓生產線的構成復雜，需要保全人員嚴格按照《維護保養手冊》進行點檢和養護。尤其需要注意的是，不能因生產任務繁重或設備運行時“看起來沒有異常”等原因就放棄點檢維護，這樣將造成極大的故障隱患。

生產數據的記錄和統計是一項繁瑣的工作，一般需要整月甚至整年的數據積累和分析才能呈現出自動沖壓生產線在某一方面的表現規律。生產看板的下達、設備模具的維護保養、產品質量的提升等工作都要從以上數據中找到能夠反映設備模具工作狀態、產品質量波動等方面的規律有重點的開展工作，這樣也許可以實現事半功倍的效果。

設備工裝性能的充分發揮

沖壓生產是生產線和模具相互配合完成的一系列復雜而連貫的制造過程，單獨討論生產線或模具的SPM 都不能全面有效的描述制造某個沖壓產品的生產速度。生產線的SPM 根據客戶的要求和行業水平，基本上在其制造安裝后就固定了。而模具卻受到更多因素的影響，如產品形狀復雜程度、自動化搬運曲線幅度、車型迭代周期等等。在此著重介紹如何提高自動化沖壓生產線整體SPM 水平的運作方法。

假設自動化沖壓生產線Ω 的SPM 為4 ～12，負責A、B、C 三種(一般1 條沖壓生產線負責10 ～20種甚至更多沖壓件的生產，這里為了便于描述暫且舉例三種)沖壓件的生產，其設計SPM 分別為8、10 和12。那么，根據生產計劃的不同Ω 的SPM 應為8 ～12 間的某個值，假設為10。但在實際生產中往往以低于設計SPM 值運行，這里假定A、B、C 的實際SPM 分別為6、8 和10。此時Ω 的表現指數為80%，低于我們的預期目標。

這種現象在沖壓車間很常見，很多生產停滯的原因都和生產速度有著直接或者間接的關聯，如抓取投放工程品的穩定性、廢料排放的順暢程度、各種傳感器信號的連續性等等，降低生產速度后即能夠應付生產。因此，組建一個包括多專業人員的問題解決小組（包含工藝、機械和電氣保全、模具保全、物流、生產計劃、生產線操作及品質檢查等專業的人員），針對停機或者產品生產速度下降等問題，定期組織集體討論，分析停機現象、檢討各方面誘發因素、判斷隱患傾向程度、制定解決措施、協調在線調試時間等。

通過討論，針對A、B、C 產品分別制定了方案α、β 和γ，線下的整改工作和準備工作也都得到了較好的實施，在近一輪的生產周期內進行調試，調試過程主要分三步。⑴在線調試中，α 實施得較順利，生產A 產品的速度成功由6 恢復至8；⑵在實施β時發現之前的調查不夠全面，發現了新情況需要考慮，當生產速度提至10 時還是停機不斷，調試人員詳細記錄好發現的新現象后果斷停止調試，將生產速度降至8 以維持生產；⑶γ 實施后取得了一定的效果，將生產速度提升至11 時能夠維持穩定生產，但是當速度提至12 時還是出現停機，調試人員將C 產品生產速度設置為11，做好調試記錄并結束了調試。

此時A、B、C 產品的生產速度分別為8、8、11，假設綜合SPM 為9，通過此輪調試Ω 表現指數提升了10%。此時小組有以下4 個工作需要做：⑴將新的產品生產速率更新到生產作業文件中去；⑵跟蹤A 產品和C 產品是否因速度變化導致生產中產生新的問題；⑶總結α 方案，制作總結報告等資料便于經驗傳承，同時檢討α 方案中好的經驗是否可以橫展到β 和γ 方案中；⑷根據新掌握的信息繼續檢討完善β 和γ 方案，為新一輪的調試做好準備。

經過幾個周期的調試，將各個產品的生產速率穩定在較高的水平上，目前部分設備的表現指數可以達到95%。以上是開展SPM 提升工作的一般流程，有5 點需要強調：⑴工作小組包含的專業要全，涉及到生產線運營的各個方面。⑵物流人員必須要參與。當自動化沖壓生產線設備運行狀態較穩定時，我們只需考慮如何及時將板料送上去并將成品運下來。⑶不要希冀一次就能將所有產品的生產速度提到最高，這是一個漫長而反復的過程。每一輪調試都要經過充分的方案論證和大量的線下工作，需要時時度量生產和調試的平衡，不斷地搜集線索為下一次調試制定更加完美的方案。⑷成功案例的經驗要及時總結并進行橫展。⑸從其他單位對標來的經驗和數據在本單位實施效果有限，畢竟存在產品外形的差異、生產線規格的差異和模具制造風格的差異等因素，需要工作小組自主開展工作積累經驗。

質量是開展工作的工具

上文介紹的提高生產線可用率和生產速度的一些方法和措施，是在生產線的統計數據已經顯現出問題或者生產已經停滯無法繼續的情況下開展的，那么怎樣保持生產線的效率維持在一定的水平、又怎樣將生產線的效率在一個較高的水平上再次提高呢？產品在生產過程中的質量波動（圖3）是我們開展工作的有效工具。下面將舉例介紹如何以質量為工具開展生產效率提升工作的方法。

通過幾輪努力，制件A、B、C 的綜合SPM 達到了9.6，生產線Ω 的GSPH 也維持在518 左右，即表現指數和可用率分別為96%和90%。但是，在生產中或多或少都會出現一些制件質量方面的波動，如修邊毛刺增長、翻邊不足、硌痕、拉痕等，有些可以通過手修工位修復，有些造成產品報廢。產品質量的波動往往是整線OEE 的風向標，如果對這種變化放任不管極可能造成更大的隱患。

假設產品A 在生產中手修率增加了0.1%，小組人員通過調查，發現在生產產品A 時鐵屑增多落到模具及產品表面，造成了硌痕缺陷。通過在線觀察及調試，發現修邊模個別鑲塊刃口有崩口現象，在生產時產生了過多的鐵屑。將模具鑲塊刃口進行修復后的生產中鐵屑明顯減少，產品A 硌痕基本消除，避免了模具狀態繼續惡化造成長時間停機的隱患。

同樣，制件B 因硌痕手修率也出現上升。調查未發現模具鑲塊刃口損壞痕跡，通過對生產過程進行更加細致的觀察，發現工件被送入修邊工序時不能完全落到底，修邊時鑲塊刃口與板材形成一定的角度產生過多的鐵屑；發現拉延工序件在修邊處附近的成形情況較樣件有較小的減輕，但是在后續折彎整形工序得以改善，所以在成品上沒有被發現。再調查分析拉延工序成形不充分的原因，排除了模具拉延筋磨損、板料尺寸超差、上料位置偏等因素后，最終發現壓力機液壓墊的下料右側，在成形過程中提供的作用力較設定值小，設備保全人員發現是液壓泵單向控制閥存在滲漏問題，更換后恢復正常。此次整改工作雖然是因某個產品質量波動引起，最后卻發現是由生產線設備存在隱患造成的。

假設產品C 也出現了因硌痕導致手修率上升的問題，根據經驗我們檢查了修邊模鑲塊刃口的狀態、設備工作參數和設定值是否存在差異等，均沒有異常現象。通過顯微鏡分析發現導致產品產生硌痕的異物不是修邊時產生的毛刺狀鐵屑，而是在拉延或成形時產生的片狀的板料表面脫落物，拉延模具本體或鑲塊上也出現了積聚瘤。模具保全人員檢修時發現積聚瘤也及時進行了打磨作業，但是生產幾個批次下來就又會反復產生。結合以上調查，小組人員分析問題點可能出現在材料上。對板料的規格尺寸和表面質量調查發現，來料尺寸符合技術要求，板料表面也未見灰塵等異物。接下來，小組內物流人員分析了近期C 產品的要料計劃和材料收入記錄，也沒有發現異常點。通過聯絡調查板料供應單位，發現本應在庫計劃1～3天的板料在庫量卻達到了1 個月，導致供給沖壓車間的板料經長期存放表面油膜揮發，在產品成形過程中增加了板料和模具間的摩擦力，進而導致局部表面鍍鋅層脫落。通過和板料供應單位協商，降低了產品C等產品板料的在庫時間，同時建立了異常信息聯絡渠道，最終基本消除了C 產品表面硌痕的質量缺陷。

A、B、C 三個產品的改進過程，說明了如何通過解決質量問題進而提升整線可動性，同樣是制件表面硌痕導致手修率上升，最后卻從三個不同的角度解決了問題，從中我們可以總結以下3 點：⑴要重視沖壓產品的質量波動，這往往是整線運行出現隱患和問題的表現；⑵在解決問題時要全面考慮模具、設備、材料、物流及操作等多方面因素；⑶查找真因時要追究得深入一些，要多問幾個為什么。產品A 模具鑲塊刃口損壞是否是個案？鑲塊損壞的原因是什么？如果壓力機液壓墊故障也是導致產品A 產生質量問題的根源，通過小組工作就有可能避免產品B 質量問題的發生。

結束語

自動化沖壓生產線綜合效率的提升工作涉及到產品管理、設備工裝管理、原材料管理、物流管理以及安全環境管理等多方面業務，從單一維度開展工作可能收效甚微，取得的效果維持性也較差。成立工作小組的根本目的是通過一段時間的共同工作，能夠使全部成員互相學習和熟悉沖壓生產要素，最終培養出一批掌握全面技能的沖壓人才。