沖壓專業低成本自動化應用研究

文／連杰，張旭，韓偉奇，胡紹翔·一汽-大眾汽車有限公司天津分公司

低成本自動化

低成本自動化也稱簡自動化，主要在日系企業中應用和推廣，通過研究大量案例可以嘗試從四個方面進行定義：⑴以低成本理念消除或減少各種浪費。⑵運用杠桿、連桿、斜面、滑輪等八大基本機構組合成各種運動機構單元。⑶將運動機構單元與運動副以特定的方式組合，利用動力產生一個確定可預期的運動。⑷以機架為支撐與其他運動機構單元結合而形成的構件系統。

低成本自動化的特點

⑴裝置簡單、安全可靠(構造簡單，故障少)。

⑵成本低，投資少(有金錢的限制能激發出好的點子)。

⑶柔性強(拆裝容易，更改快)。

⑷易維護(結構簡單，普通員工都可以維護)。

⑸節能環保(優先考慮無動力，能耗低，材料循環再利用)。

⑹開發周期短(由內部員工容易地制作，快速響應)。

⑺員工參與度高(一線員工就可以制作，實現自我價值)。

沖壓車間低成本自動化開發

沖壓車間在日系原有的低成本自動化理念上做了拓展和延伸，可稱為“廣義的低成本自動化”，一方面堅持了傳統低成本自動化的特點，另一方面增加了兩個新的方向：將原有設備上自動化程度低的環節進行自主設計和改造，實現全自動或半自動。在動力源方面，除了應用斜面、杠桿、重力等原生動力源，還引入了電動和氣動，以獲得精度更高的持續運動。

沖壓車間研究低成本自動化的意義

從低成本自動化機構的功能上看，能夠改善人機工程，提升員工滿意度，甚至完全代替人進行工作，從長遠來看，低成本自動化能夠為智能制造鋪墊機械基礎，搭建基本框架，加持一定的技術，例如智能傳感、智能測量等，即可以實現由自動化向智能化的升級。

沖壓車間低成本自動化的應用場景

低成本自動化的應用極其廣泛，只要有人的地方就有機會應用，通過對現場應用場景的調研，第一期主要有幾個方面的應用：

⑴沖壓件裝箱。當前采用人工擺件的方式，動作重復性高、規律性強，存在用機構替代的可能性，主要的難點在于根據不同造型的零件設計適用的機構和動作以及保障質量。裝箱機構的形式會影響動作節拍，進而影響效率。

⑵余料回收。部分零件沖裁下的整片余料需要單獨回收，以產生更大的經濟效益，余料和沖壓件一起從皮帶機傳送至線尾，與沖壓件不同，余料的回收不關注磕碰等質量風險，并且形狀簡單，不用定位，因此完全可以使用低成本自動化代替人工作業。

⑶大面積油坑造成沖壓件返修。針對油坑，傳統的修復方式為打磨，需要消耗大量打磨片，投入大量工時，同時打磨現場產生大量粉塵和極高噪聲，人機工程環境極差，可以通過低成本自動化將有坑的部位反向沖壓，避免打磨。

⑷開卷線校直盒更換。開卷線每周至少需要更換一次校直盒，整個工作過程需要2 ～3 人參與，連續作業40min 以上，并且需要占用天車資源。投入資源多，工作量大，可以通過設計專用的更換工裝，能夠實現自動更換，省人省力。

沖壓車間低成本自動化的實踐案例

沖壓件自動裝箱

針對沖壓件自動裝箱，沖壓車間結合行業已有案例，進行了比較深入的探索。第一期將適合實現低成本自動化的沖壓件根據其與器具的結構特點劃分為三類：第一類為大型雙人擺件的零件，具有自重大，質量敏感，定位精度高的特點，如側圍、發罩；第二類為“懸掛式”零件，依靠孔洞掛在器具內，例如門內板、后蓋內板、窗框等；第三類為小型結構件，例如后輪罩。

針對前兩類零件，開發了兩種類型的低成本自動化：

⑴完全依靠重力和慣性的傳統低成本自動化，主要應用于后蓋內板，利用皮帶機和零件慣性將零件傳送至機構的翻轉力矩變化點，實現翻轉動作，將零件送入器具，再利用機構自重回程，如圖1 所示。

圖1 完全依靠重力和慣性的傳統低成本自動化

⑵引入部分氣動和電控的新型低成本自動化，主要應用于門內板和側圍。零件到達指定位置后，通過自動或半自動的方式觸發機構動作，包括直線動作和翻轉動作，通過傳感器精確識別位置，動作執行結束后在氣動或電動的控制下回程，如圖2 所示。

圖2 引入部分氣動和電控的新型低成本自動化

余料自動回收

利用零件在皮帶上的慣性、沖壓件自重作為動力源，同時利用斜面和滾輪作為傳送機構實現余料入箱。為了實現無等待切換，制作了2 套機構，并且通過翻轉實現切換，消除等待時間，如圖3 所示。

圖3 利用斜面和滾輪作為傳送機構

大面積油坑鈑金返修

在傳統的低成本自動化機構上增加真空機構，將油坑部位通過真空反向沖壓修復，如圖4 所示。

圖4 增加真空機構

開卷線校直盒更換

設計制造專用工裝，增加軌道，將校直盒放置于工裝上，需要更換時僅需1 人推入即可完成，既節約了資源，又能夠保障設備對中和精度，如圖5 所示。

圖5 校直盒放置于工裝上

結束語

沖壓車間第一期開展的低成本自動化探索產生了較好的效果，人員優化8 人，降低勞動負荷60%，節約其他生產資料10 萬余元。下一步將會進一步深入挖掘應用場景，并且引入視覺、AI 等技術，輔助以自動物流，在低成本自動化的基礎上實現全面自動化和智能化。