基于V5 PLS模擬軟件的沖壓生產節拍提升方法

文/陳劍鴻，丘志維·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

基于V5 PLS模擬軟件的沖壓生產節拍提升方法

文/陳劍鴻，丘志維·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

陳劍鴻，生產維修工程師，主要負責Schuler壓機線整線及壓力容器特種設備維護保養及日常故障處理工作，同時負責車間所有車型的生產節拍提升工作。

隨著汽車需求的不斷增長，對汽車生產的效率也提出了更高的要求，沖壓生產線已由過去的人工送料的流水生產線發展為目前的自動沖壓生產線。柔性化、自動化的沖壓生產線不僅能提高沖壓件的生產效率，還能保障其生產的可靠性、安全性，在降低產品的不良率下極大地改善勞動條件。

整線連續生產模式是自動化沖壓生產線的一種生產模式，由于壓機在此運行過程中不用等待機械手上下料，因此是目前自動化沖壓生產線最高效的一種生產模式，同時在此生產模式下會帶來機械手上下料與模具碰撞風險。因此，壓機生產廠商均會提供一套模擬軟件，便于設備使用方在規避風險的同時，獲得最高的生產節拍。本文所論述的即為基于Crossbar Feeder（簡稱CBF）機械手的大型Schuler機械壓機自動化沖壓生產線在生產提速過程所涉及的V5 PLS模擬軟件。

Schuler機械壓機線

Schuler機械壓機線在整線連續運行模式下，其最高節拍可達15次/min，采用Schuler自行研發的CBF機械手自動上下料，如圖1所示。此機械手最高沖次可達18次/min，然而在實際整線連續運行節拍提升過程中，程序設定其最高節拍為17次/min，同時為了CBF機械手的安全，在整線連續運行模式下，CBF機械手的沖次要高于壓機沖次1次及以上，方可進行整線連續運行的節拍優化提升。

圖1 CBF機械手

V5 PLS軟件及整線連續模擬方式

V5 PLS模擬軟件

V5 PLS模擬軟件通過建立Schuler壓機線的三維簡易模型，并在插入所需模擬的模具、零件及端拾器數模的基礎上，針對拉延工序（OP20）輸入模具的拉伸深度及取件高度后即可通過優化曲線的節拍、壓機提前啟動CBF的角度（簡稱提前角）及CBF之間的相位差，并在確保CBF與模具之間可通過性的前提下，完成整線連續運行的模擬工作。

圖2 V5 PLS模擬軟件

模具等相關數模的組裝匹配

V5 PLS模擬軟件可直接通過圖3中PLDM功能項的新建項目建立一條Schuler壓機線的三維簡易模型。然而需要針對某車型零件的整線連續生產節拍進行模擬，需通過圖3中PLDM功能項的資源模板建立一個含拆垛區域、壓機1至壓機X（若為5序壓機則建立至壓機5）的資源模板，并依序將各序板料、模具、零件及端拾器的三維模型依據圖4所示的現場設備的坐標系進行三維組裝。

圖3 V5 PLS模擬軟件各功能項

在圖4所示的坐標系中，其中的坐標系原點，對于拆垛區域的資源模板而言為板料的中心，而對于壓機的資源模板而言為移動工作臺表面的中心；其中X的正方向（DLR）即為零件在壓機間傳輸的物流方向，而A、B和C軸的旋轉則反映出CBF在取件及放件時沿各軸的旋轉調整量，具體可調整范圍分別為：±7.5°、±25°和±7.5°。如圖5所示，在各序資源模板中完成了板料、模具、零件及端拾器的三維模型的組裝后，通過圖3左數第二功能項將組裝好的各序資源模板插入所建立項目后，通過圖3左數第三功能項將各資源模板與項目進行匹配，則整個模擬項目已建立完畢。此時模具上模與壓機滑塊貼合，隨壓機運行，模具下模固定在工作臺上，端拾器則固定在CBF上，板料及零件隨CBF曲線運行。同時通過進一步完成壓機1參數中的制件拉延深度及取件高度設置后即可進行下一步優化工作。

圖4 設備坐標系

圖5 完成組裝的資源模板

CBF曲線的優化

由于新建立的項目其所生成的CBF曲線均為Schuler提供的基礎曲線，并不適用于所有的模具，不可避免的會發生抓件起來時刮模具型面或運行過程中板料刮模具定位的問題。因此需要通過圖6所示的界面來對CBF的運行曲線在各運行方向及對應方向的旋轉角度進行調整。而在不同坐標方向及相應轉角，CBF曲線提供了不同數量的點可由用戶用于調整優化。然而不同方向及角度的曲線優化中，S、P及D點的含義均相同，S點為CBF運行過程中的起始點，P點和D點分別為取件點和放件點。通過曲線各點的調整，在不存在任何干涉的前提下盡量將曲線運行沖次優化至17次以上。然而由于模具結構不同，部分結構復雜的模具如側圍等的CBF曲線僅能優化至16次左右。優化完畢的曲線可直接導入現場設備直接進行運行測試。

圖6 CBF曲線優化界面

圖7 各角度優化界面

圖8 提前角優化

壓機提前啟動CBF角度的優化

在完成CBF曲線優化后，可如圖7右側處的line及Feeder設定整線沖次及CBF沖次以對壓機提前啟動CBF角度（簡稱提前角）及CBF間的相位差進行優化。一般而言，針對前地板、小頂蓋等可通過性較好的淺拉延件，則可在CBF沖次為16次/min的情況下獲得整線15次/min的節拍。而像后蓋內板、門內板等的沖壓件則一般需CBF沖次為17次/min的情況下方可獲得整線15次/min的節拍。而像側圍等的大型復雜沖壓件，則一般僅能在CBF沖次為16次/ min的情況下，整線節拍最高到13次/min左右。通過圖7所示的S1～S6處優化各序壓機的提前角，為提升整線節拍，在CBF不與模具上模干涉的情況下，提前角越大越好。在模擬中最極端情況下亦會如圖8 (a)在CBF與上模最近點處預留50mm以上的安全距離。而現場實際提速過程中會如圖8 (b)在CBF對應的地方貼上50mm的泡沫以加強目視效果，保證采用模擬的提前角進行現場實際優化時，不刮泡沫即可。

CBF間相位差的優化

CBF間的相位差主要用于控制上下料兩臺CBF間的距離，主要通過圖7所示的F1～F6處進行數值優化。由圖可見，模擬中調整的為CBF之間的距離，而最終生成的模擬報告為CBF之間的角度差，而現場設備輸入的優化參數亦為角度差，其中模擬優化的距離越小，生成報告中的角度差越大。而為了獲得高的整線節拍，CBF之間的相位差越大越好。為了獲得大的相位差，在保證前后工序制件之間及制件與CBF之間沒有干涉的前提下，可如圖9所示通過前后工序制件之間的疊料優化來獲得大的相位差。

圖9 前后工序制件間的疊料優化

優化完畢后，可檢查在此CBF及整線沖次下，各序CBF放件后離開其后序壓機時（如CBF0放件后離開壓機1）與上模是否存在干涉。在模擬中最極端情況下亦會如圖10(a)在CBF與上模最近點處預留100mm以上的安全距離。而現場實際提速過程中會如圖10(b)在CBF對應的地方貼上100mm的泡沫以加強目視效果，保證采用模擬的相位差進行現場實際優化時，不刮泡沫即可。如若某序CBF與上模最近點的空間不足100mm時，則需查看可否進一步優化相位差來獲得大的通過空間。若不行則需通過提高CBF沖次或降低壓機沖次再進行新的一輪優化模擬，直至在獲得高的模擬節拍的同時保證CBF的安全可通過空間。

圖10 相位差優化

模擬軟件在現場提速中的應用

在使用V5 PLS模擬軟件之前，各模具上線時所采用的曲線均為Schuler提供的基礎曲線在現場進行優化，然而現場對曲線的優化十分耗時耗精力。在優化提前角時由于沒有任何的指導與參考，僅能將壓機沖次均設定為最高的15次/min沖次來優化。在優化相位差的時候，若想優化出大的相位差，則需采取疊料的形式，然而要在現場做疊料，就要不斷去嘗試優化前后兩序CBF的曲線及相位差，不僅耗時耗精力，同時此優化過程由于零件之間的碰撞難免會造成板料報廢而帶來成本浪費。V5 PLS模擬軟件的使用不僅能避免上述問題，同時此軟件的使用使每套模具上線優化由之前4人耗時、4～5個班次降低至目前的2人耗時、2～3個班次，節省了大量的人力與工時。同時在模擬軟件的應用下，目前生產的4大車型的68組模具中，有46組模具生產節拍為最高的整線連續生產節拍15次/ min。此軟件的應用，在大力提升生產效率的同時節省了大量的人力與工時，對現場整線連續生產的節拍提升具有重大意義。