汽車沖壓車間規劃與設計研討

文/吳明華,石增義,張秀花,郎慶東,高志純·一汽-大眾汽車有限公司

汽車沖壓車間規劃與設計研討

文/吳明華,石增義,張秀花,郎慶東,高志純·一汽-大眾汽車有限公司

吳明華，規劃工程師，主要從事沖壓車間規劃，平面圖設計，投資預算編制，可研報告編制，沖壓物流和IT系統規劃，沖壓線、開卷線、天車、廢料帶等設備選型與發包，沖壓車間建設的項目管理等工作。

“好的轎車從沖壓開始”，沖壓作為車企四大工藝的第一道工序，沖壓車間的規劃與設計至關重要。本文以新工廠沖壓車間建設的實際案例為依據，研討了沖壓車間的規劃準則。為實現高質高效的產出和精益化、柔性化生產，就沖壓車間規劃中的設備選型，布局設計進行了詳細闡述。

沖、焊、涂、總是現代汽車工業主要的四大生產工藝。沖壓作為第一道工序，沖壓工藝的制造水平、成本、質量，將直接影響整車的制造品質及成本控制。一汽-大眾建廠初期的沖壓生產車間多為手工線生產，生產節拍較低。伴隨著企業發展和技術進步，對產品質量、成本、適應市場變化提出了更高要求，先進的現代沖壓車間設計和研究，最終形成高效率、高品質、柔性化生產的沖壓車間生產模式，對于實現最終產品的產量和質量目標具有重要意義。本文以一汽-大眾新工廠沖壓車間建設為例，論述了汽車沖壓車間的規劃設計。

沖壓車間生產工藝流程

如圖1所示，從鋼廠采購卷料，通過開卷落料線或開卷剪切線進行開卷處理，按照產品制件下料卡要求生產出合格片料；或者通過鋼廠的加工中心直接配送片料，質量監控要求符合一汽-大眾標準。

圖1 沖壓車間生產工藝流程

片料料垛經過拆垛、清洗（根據零件要求）、涂油（根據零件要求）、對中，通過自動化傳輸裝置送入壓機進行沖壓，線尾設置檢件臺和檢測工位，合格件裝入專用或通用工位器具，不合格件根據制件情況判定進行返修處理或報廢處理。然后對合格沖壓件進行入庫處理。

規劃前提

康采恩生產體系是推導規劃前提的基礎，目標是建立以創造價值為導向的、協同的沖壓車間。

節拍方面，確保板料生產、設備和模具維護、物流、人員規劃等密切配合，生產時間、維護時間間隔（設備、模具）相互精確協調匹配。

流動方面，持續減少（預）換模時間，減少停機時間，小批量增加換模頻次，不斷優化現場模具和板料存放，持續的滿器具和空器具周轉，保證物流路線的順暢。

拉動方面，持續提高與用戶（焊裝）的協同程度；按照需求，而不是按照產能生產零件（壓機、板料、模具、空器具等）。

完美方面，通過全員效率維修和防誤防錯機制進行缺陷預防，通過持續減少浪費（借助于：生產數據采集系統、全員效率維修、解決問題過程、PDCA質量環）創造價值，通過現場管理和透明的過程控制實現以目標為導向的過程優化。

下面以一汽-大眾新工廠沖壓車間為例，介紹詳細規劃前提，如表1所示。

沖壓自制件加工深度包含外覆蓋件和重要內部結構件，如表2，采用一模雙件和一模四件的先進工藝，提高效率。

表1 沖壓車間規劃前提

沖壓車間平面布局及廠房設計

沖壓車間的布局設計遵循模塊化設計理念，如圖2所示，整個沖壓車間被分為模修區、模具存放區、生產沖壓線區、擺件區域、成品件庫、板料輸送、廢料排放、公共設施八大區域，實現物流無交叉，模具運輸及成品件運往焊裝車間路線最短。

圖2 模塊化布置

表2 自制件加工深度

沖壓廠房跨度根據沖壓線選型的寬度確定，同時考慮消防通道的預留，目前沖壓線主要有33m/35m/36m跨距，開卷落料線主要有30m/26m跨距。生產區域按照高跨設計，物流區域按照矮跨設計，以降低廠房建設成本。廠房照明采用LED，并可分區控制，節能環保。

根據詳細規劃前提，核算沖壓車間負荷，導出沖壓線和開卷線的數量需求。

負荷=年需求沖程數/沖壓線能力=（日產量*模具套數*年工作日）/（有效沖程次數*年工作日*BNZ）

根據一汽-大眾新工廠沖壓車間60JPH的產量需求，通過負荷核算，需要配備兩條高速自動化沖壓線和一條開卷落料線，平面布局根據模塊化設計理念推導而出，如圖3所示。

圖3 新工廠沖壓車間平面圖

模修區：用于模具調試維修，配備機械調試壓機，壓機曲線與沖壓線頭臺壓機保持一致，以保證模具功能（如著色率）在調試壓機和沖壓線上的一致性。考慮經濟性要求，模具大修采用外包的形式，在新工廠附近尋找合適的加工資源。配備小型鉆床、磨床、電源、氣源，滿足模具日常維護維修的需求。

模具存放區：模具采用鋼軌存放，三層堆垛，節約模具存放面積，如圖4所示。打開模具采用鋁方存放。空工位支架存放于模具上方。模具吊運采用帶三層模具吊的天車，天車運行路線和禁區可編程控制。模具存放間距滿足圖4要求。

圖4 模具三層堆放示意圖

生產沖壓線區：為實現高質高效的產出和精益化、柔性化生產，配備全自動高速沖壓線，全自動換模。沖壓線間的端拾器接口通用，以便在轉線時實現快速切換，同時節約機械化輔具的投資。沖壓線配備3D動態仿真模擬軟件，在模具設計前期就進行通過性模擬，并對模具設計提供了指導意見，以便后期模具上線調試實現節拍最優化。

擺件區域：皮帶設計及布置充分考慮人機工程，設有在線專檢工位和線下抽檢工位。擺件區域踏臺的設計高度與工位器具的底部高度需有效銜接。成品件從擺件區域運往成品件庫有兩種方式：通過叉車或AGV轉運車。

成品件庫：介于擺件區與焊裝車間之間，保證物流路線最短，設有物流中轉站點，焊裝取貨制，沖壓車間根據焊裝需求及時供件。通過小批量生產及質量優化管控，不斷優化成品件庫面積。

板料供應：目前一汽-大眾板料供應有通過自身車間開卷落料線生產進行供給的，也有通過合作供應商的加工中心統一準時化配送的。兩種方式的選擇在建廠初期需通過戰略委員會的決策，需綜合考慮質量，效率，經濟性要求。板料的過跨轉運通過上料叉車或轉運車實現。

物流通道：沖壓車間物資運輸的通道，運輸設備部件、卷料、板料、模具、輔助設備等。車間生產期間，卷料的運輸最為頻繁，為實現沖壓車間防塵要求，模修區旁物流通道要求同生產區域設置隔墻。

廢料排放：通過地坑內的廢料輸送帶將廢料輸送到廢料排放間，廢料排放間采用封閉式設計，減少廢料排放時的噪聲外泄。廢料采用卡車轉運的方式。廢料輸送帶設計遵循鋼鋁分開的原則，并可與沖壓線實現聯鎖。

公共設施及機械化輔具：公共設施包括沖壓辦公區、更衣淋浴區、KVP活動室、備件庫等。機械化輔具采用立體庫的存放方式，減少占地面積。

沖壓設備選型

一汽-大眾建廠初期，沖壓線以手動線為主，后續部分沖壓線在手工線基礎上進行了自動化改造，但生產效率很低，這與當時的技術水平和市場需求都是分不開的。

進入21世紀，一汽-大眾第一次裝備了以50線為代表的全自動沖壓線，但當時工作臺還是T形布置，自動化采用Feeder的方式，手動更換端拾器，有效沖程次數不高。

伴隨長春地區第二工廠的建立以及后續異地工廠的蓬勃發展，為進一步適應市場需求，沖壓設備選型逐步向全自動高效，柔性化方向發展，如圖5所示。

為統一一汽-大眾內部標準，并同大眾全球具備協同效應，在設備選型和參數方面盡量具備通用性和互換性，如圖6所示。

沖壓線自動化主要有Speedbar、Robobeam和Crossbar三種形式，如圖7所示，模具設計時需考慮各種自動化之間的柔性互換。

圖5 沖壓線發展概況

圖6 沖壓線選型重要參數

圖7 自動化形式

結束語

沖壓車間合理的規劃設計是確保實現沖壓車間高效產出的前提。平面布局的最優化，物流的順暢性，設備選型的合理性，先進的IT技術應用，廠房和設備節能環保措施等諸多方面確保了效率、成本、質量。在一汽-大眾建廠過程中，我們也在不斷探索如何實現完美的汽車沖壓車間規劃，并進行相關的標準化工作。