沖壓降本增效策略

文/劉敬偉·上汽通用五菱汽車股份有限公司

沖壓降本增效策略

文/劉敬偉·上汽通用五菱汽車股份有限公司

“降本增效”是每個公司永恒不變的話題。隨著人工成本和材料價格的上漲，成品車價格的不斷下調以及越來越多新汽車工廠的加入，競爭前所未有的激烈。擺在公司面前最現實的問題是：要么退出該行業，要么通過“降本增效”來提高產品競爭力。當然，對于研發實力較強的公司來說，靠著強硬的研發實力，不斷開發出高質量、低成本、高認可度的車型也是提升產品競爭力的良好辦法，而“降本增效”也同樣適用。本文就簡單談談沖壓“降本增效”的策略方向。

沖壓速度的提升

隨著新技術的出現，沖壓線速度在不斷攀升，從以前完全手動到使用機器人，再到各式各樣的自動化沖壓線，效率越來越高，單件成本越來越低，產品質量越來越容易保證，投資門檻也越來越高。以下簡述各種沖壓線優缺點，公司可根據自身產品、產量、質量要求、發展前景、技術力量、投資風險等來確定。

手動沖壓線

手動線節拍比較慢，大約為3～6.7次/min，壓力機間距要求比較大，目前整機廠新項目較少建設該類線。本公司改造使用線頭上料平臺，該平臺一方面可以自動升降保持取料高度，解決了員工彎腰的人機工程問題；另一方面垛板料使用完時，另一個小車則處于等待狀態，由此節約了上料時間。手動沖壓線線頭上料系統如圖1所示。

圖1 手動沖壓線線頭上料系統

六軸機器人沖壓線

目前新項目也較少使用六軸機器人沖壓線。該沖壓線節拍一般為4～8次/min，對壓力機中心距要求一般在7m左右，難以實現整線封閉。而且，具有粉塵較大、停機擦模次數多、噪聲大等不足。本文介紹的是適合六軸機器人沖壓線的線尾裝框系統，如圖2所示，該系統利用最簡單的結構實現了空框和滿框之間的轉換，每班可以節約至少2名分配料框人員，同時可以避免叉車撞人的風險。該系統成本較低，預計50萬元左右，投資回收期不到一年。國內其他企業也有使用地鏈裝框系統，結構較復雜，成本大約250萬，適用高速機械手線生產一模雙件，兩框同時裝框，整線分成2套獨立的裝框系統（圖3），就可解決高速出框的問題。

圖2 簡易線尾裝框系統

圖3 地鏈裝框系統

七軸機器人沖壓線

七軸機器人（圖4）是近幾年才發展起來的技術，投資成本較低。由于其行走是直線運行（可避免晃動帶來的不利影響），節拍可大幅提高（可達10次/min左右），可與GUDEL單臂機械手相媲美，對壓力機的速度要求比較高。本公司使用的七軸機器人沖壓線（圖5）具有以下優點：⑴該沖壓線是將一側的工作臺穿過電柜平臺，可以開到模具維修及儲存庫，在現有場地不夠的情況下，便于模具維修和換模 ；⑵機器人端拾器可使用普通鋼管制作（圖6）；⑶取消了很多實用價值不高的附屬設備，如平衡缸旁邊的封閉及廢料槽的自動打開功能。在實際應用中，由于公司的換模頻次不高，且希望投資最低化，所以，簡化了一些配置，但還是能夠滿足公司需求的。

圖4 七軸機器人

圖5 七軸機器人沖壓線

圖6 采用普通鋼管制作端拾器

圖7 穿梭機械手和穿梭小車

穿梭機械手

穿梭機械手自動化形式（圖7）是比較老的方式，節拍和機器人類似，大約為7次/min。目前新項目不再使用該方式。不過目前德國和日本沖壓線還在使用類似結構，特點在于機械手不需要穿梭機構，就可以直接放件到下序壓機，配合伺服壓機節拍也可達到20次/min左右。

單臂機械手沖壓線

本公司目前使用最為普遍的是單臂機械手沖壓線，共有6條單臂斷續沖壓線。根據本公司實際生產節拍，2條單臂斷續機械手線產能等于3條六軸機器人線，投資可節約7000萬元以上，同時運行成本年可節約200萬元。斷續線改造為連續線需增壓力機行程和整線同步系統，可節能30%，節拍提高1次/min(斷續線為10次/min，連續線為11次/min)。改造投資增加600萬左右，年可多創造價值500萬元（主要包括節能及多生產零件），回收期不到2年。帶整線封閉和無整線封閉的單臂機械手沖壓線如圖8所示。單臂機械手工作示意圖如圖9所示，線尾部分如圖10所示。

圖8 單臂機械手沖壓線

圖9 單臂機械手工作示意圖

圖10 線尾部分

雙臂機械手沖壓線

雙臂機械手屬于高速連續線，目前上海通用使用比較多，如圖11所示。連續沖壓線節拍在14次/min左右，投資方面自動化部分約為4000萬，單臂為2000萬。一般情況下，雙臂都配有自動更換端拾器，如圖12所示。

伺服沖壓線

圖11 雙臂機械手工作示意圖

圖12 自動更換端拾器系統

沖壓線都是在自動化方面出現變化，而伺服壓力機則是壓力機的革命，其出現實現了壓機速度曲線可調，同時簡化了機械結構，配置伺服拉深墊和高速機械手效果更佳。與機械壓機相比，伺服壓力機投資巨大（一般3億元左右），對應模具也投資較大，其具有以下優點：生產效率提高（節拍大約為18次/min）；節能35%；降低噪聲20%；維修時間可縮短75%；零件質量容易保證。伺服壓力機有兩種形式，一種形式是幾臺電機帶動同一個高速軸，然后通過機械機構分配到四個導柱，并由此實現四個導柱同步，如舒勒伺服壓機；另一種形式是四臺電機分別帶動四個導柱，由此實現四個導柱同步，如小松伺服壓機。傳統機械壓力機與伺服壓力機驅動部機械結構的對比如圖13所示。

多工位壓力機

多工位壓力機可以同時安裝多套模具，生產節拍一般在22次/min左右，適合生產小件。

窗口料的回收利用

目前多數汽車廠家處理側圍及后門外板的窗口料都是報廢處理，然后廢料集中擠壓成塊狀運輸回收到鋼材廠。為了大的窗口料不在廢料收集槽出現卡料等現象，落料模具增加了刀口，把完整的窗口料剪切成小的廢料。其實，這類窗口料完全可以回收再利用，沖壓小的工件。因此，無論從開卷落料線（圖14）或單獨的落料自動化單元進行落料時，都可以通過改進模具設計來回收窗口料，變廢為寶。

圖14 落料開卷線直接落料

適當增加自制件數量

很多汽車廠商在近年市場強力的拉動下，沖壓線建設的速度跟不上產能的需求，同時為了避免投資風險，很多汽車廠商把內板件或非核心的零件外協生產。一般情況下，配件廠商不管是從設備性能、人員管理等方面都不及整車工廠。外協也在無形中增加了零件成本，所以主機廠在適當的時候有必要擴充產能，增加自制件數量，從而降低制造、物流成本。適當增加自制件數量，主要考慮以下幾點：⑴如果整車廠在確定投資風險的前提下，多投資一條沖壓線來生產內板件，整車廠有能力建設大噸位高速自動化沖壓線，工人的減少和一模雙件策略的實施都會帶來制造成本的大幅下降；⑵同時增加相對比較大的零件自制，車身配套自制大總成件，可以在大大減少制造成本的同時，減少物流成本；⑶自制零件數量的增加可以加強質量的控制和計劃的靈活性；⑷針對小型零件，整車廠投資建設多工位壓力機，節拍可以達到22次/min，比起手動沖壓線，人員可以減少到1/4，效率可以提高5倍左右,可以大大降低制造成本。

零件的自制也并非越多越好，這個需要根據公司的實際情況量力而行。

建立開卷落料線

建立開卷落料線的必要性有以下幾點：⑴建立該線的目的是實現板料的擺剪或套裁，從而提高材料利用率；⑵降低外包加工費用支出；⑶一次完成落料（非人工線切方料再落料）能夠確保外觀板件的表面質量；⑷可方便沖壓模具工藝的實現；⑸消除了多余的運輸、存放環節的浪費，生產環節緊湊流暢；⑹落料線效率比機器人送取料自動化落料高很多，是手工落料6倍。據計算，開卷落料線單沖次運行成本是1.35元/沖次，年運行成本946萬元；平均節拍22次/min，剪切節拍29次/min, 落料節拍11次/min，剪切與落料比例為6∶4；產能為703.05萬沖次/年。開卷落料線投資為5760萬元，年收益為4640萬元，投資回收期為1.24年。

車間規劃布局

年代較長的車間布置很多不盡合理，主要原因：⑴規劃建設時考慮的JPH較低，在擴產情況下，使車間較擁擠，物流也不合理；⑵規劃建設時新技術和方式還未出現；⑶企業經驗不足或者發展不成熟；⑷各個企業的整廠布置不盡相同，沖壓車間的工藝的布置與庫房、車身車間以及資源再生中心（廢料分撿處）的距離和位置都相關。

在車間規劃布局方面應考慮以下幾個方面因素：⑴優先規劃生產的產品和自制件數量；⑵物流方向流暢，盡量不重疊；⑶充分考慮規劃生產車型的種類及發展，盡量做到板料、模具存儲區域經濟實用；⑷做新基地規劃時提前考慮好分幾期建設、總公司策略及沖壓策略；⑸盡量考慮使用新能源或利用自然采光，建設綠色工廠；⑹各個方案都要進行投資、運行成本及擴展性分析，通過比較選擇最優方案。

結束語

綜合實際的生產情況，沖壓“降本增效”有很多措施，各公司需要根據自身的特點來應用。除此之外，“降本增效”未來還可研究以下幾個方向：⑴板材熱成形技術的應用；⑵鋁板和高性能板的使用；⑶通過改變造型或成形工藝來改變材料強度，從而降低對材料本身的需求；⑷擴大一模雙件的使用頻率；⑸改變沖壓件到車身門蓋線或大總成線的物流方式。