汽車配件行業數字化沖壓車間建設

楊鵬飛

摘要：汽車配件的沖壓制造環節隨著市場化、個性化的需求延伸，對零部件產品的制造要求也越來越高。一來產品需求趨向多品種小批量，二來整個供應鏈對于質量可靠性與產品可追溯性的要求也愈加迫切，三來沖壓制造企業對自身的制造柔性、管理透明化等也提出更高的要求。因此汽配行業沖壓制造智能化轉型刻不容緩，本文將從產線柔性改造、裝備導入、信息化建設與集成三個方面進行汽車配件行業數字化沖壓車間建設探討。

關鍵詞：沖壓行業;離散制造;柔性生產;智能制造

1 ?現狀及問題描述

汽車類鈑金加工件屬于國內汽車產業關鍵零部件，其研發及制造無論從質量、技術等角度對于終端產品研發、制造的重要性均起到十分關鍵的作用，對于下游供應鏈中的金屬加工行業來說鈑金加工件在自動化、信息化等方面的智能化升級勢在必行。

某公司是西南地區最大的汽車鈑金件制造商之一，擁有西南地區規模最大、最先進的金屬制品自動化生產線。當前該公司鈑金生產過程中主要存在以下問題：

①產品質量重、零件鋒利、工人勞動強度大、生產安全隱患高，急需通過生產智能化升級，降低對相應人員數量和技能的需求。

②傳統單工序的生產管理，存在信息傳遞不暢、效率低下、制造及管理成本高等問題，需要通過設備互聯、信息系統集成，實現整個生產過程的最優化管理。

③隨著產品多品種小批量轉變，產品交期大幅縮短，鈑金加工的生產批次切換大幅增加嚴重影響生產及管理效率，迫切需要通過柔性生產、智能化轉型實現快速準確交貨。

2 ?項目建設思路

基于以上問題及現狀分析，對該公司進行智能制造數字化轉型改造，具體思路包含以下三個方面：

2.1 基于柔性制造理念的生產布局優化與仿真分析

通過工藝流程分析與優化，結合沖壓制造特點進行生產線布局優化設計并通過數學建模及仿真優化，實現生產線布局設計結構最優化，系統性解決生產線布局對生產系統效率的影響，實現投入產出比最小化。

2.2 生產裝備智能化改造及自動化生產線建設

應用自動化、工業機器人等技術，在沖壓加工各工序環節，導入應用自動化智能裝備，解決沖壓制造關鍵工序存在的勞動強度大、危險性高以及產品多樣性提升后，切換次數增加影響生產效率等問題，實現生產裝備智能化升級以及設備使用率最大化。

2.3 信息系統建設與集成

建設制造執行系統（MES），實現生產狀況實時可視、可控;建設制造品質管理系統（QMS），加強產品質量控制;搭建企業服務總線，高效集成與協同ERP、MES、QMS等系統，實現企業信息集成。

3 ?項目建設內容

3.1 基于柔性制造理念的生產布局優化與仿真分析

針對沖壓產品離散型生產的工藝特點和特征，基于車間布局模型、離散制造模式等方面的研究基礎，構建基于沖壓分匯流的柔性離散型制造布局模型，運用數學理論方法為沖壓生產線布局優化設計提供理論和定量分析的依據，并通過仿真分析，評估與優化布局方案，最終實現生產布局和工藝流程的優化。

3.1.1 工藝流程分析

針對沖壓產品離散型生產的工藝特點和特征，分析產品的生產工藝流程（沖壓制造工藝流程如圖1所示），為沖壓制造的工藝流程優化及生產線布局研究打下基礎。

3.1.2 生產線布局優化

根據沖壓生產線體特點，基于離散型制造布局模型，充分結合工藝優化、行車、空中傳輸線、立體貨架、辦公區、潔凈房等區域需求，重新規劃沖壓鈑金產品生產模式和線體布局，構建高效、柔性的生產線體，滿足沖壓產品柔性智能制造需求。

3.1.3 柔性離散型制造布局仿真分析

借助AUTOMOD對布局方案進行系統仿真優化，實現生產線布局設計結構最優化，系統性解決生產線布局對生產系統效率的影響，實現多型號生產線以分匯流的思想與后段清洗線連接，達到不同型號產品的柔性混線生產。（圖2）

3.2 生產裝備智能化改造及自動化生產線建設

3.2.1 上下料自動化裝備開發

基于沖壓制造工藝特點開發及投入上下料智能裝備、非標重載獨立式機械手及附屬機構，機器人為5軸，可直接實現翻轉功能，產線之間增加簡易平臺進行連線生產。

3.2.2 多工位機器人氣體保護焊接工作站

多工位機器人焊接工作站以組件螺栓和支架氣焊為切入點，方案兼顧工裝夾具的擴展性，為后期其他產品的氣焊提供兼容考慮。設備采用雙工位設置，避免出現人機等待和人機干涉問題。

3.2.3 油壓機機器人上下料

采用后端上料+前端出料的方式進行布局，800T油壓機采用雙料位自動進出上料，630T設備采用單料位自動進出上料。既能實現單臺油壓機自動化生產，也可完成兩臺壓機連線自動化生產。

3.3 信息系統建設與集成

信息系統建設內容主要包含制造執行系統（MES）與品質管理系統（QMS），通過MES系統建設實現生產狀況實時可視、可控;通過品質管理系統（QMS）建設加強產品質量控制。并通過信息系統集成實現新建系統與已建系統的數據與業務集成，實現全業務鏈、價值鏈的數字化。

3.3.1 制造執行系統（MES）建設

MES系統覆蓋所有設備和生產全制程，包括下料、沖壓、焊鉚及后處理等多個工序環節。MES系統對接ERP主生產計劃。通過實時數據采集使各線上庫位、WIP狀態、計劃達成情況、零件組件追溯、質量追溯方面均能進準查詢與監控。系統集成OPE分析模型，可以對設備效率進行持續監督。系統可實時獲取ERP一級庫庫存，并對工位庫關鍵物料進行庫位和先進先出管理。

對產品的進行生產信息關聯，跟蹤產品生產狀態，實現計劃下達、投入產出、返工、異常下線等信息的查詢。快速準確定位質量問題的確定、原因、波及的范圍，高效追溯和分析產品隱患，對工藝過程的穩定性，產品良率、不良缺陷分布的波動率進行實時監控并預警，對于可能有潛在質量問題的工序、物料、人員等工位進行了相應的硬件防呆。管理者只需在辦公室就可以實時查看生產現狀和生成相關報表，車間現場管理者也能通過電子看板實時查看生產進度及設備狀態。

3.3.2 品質管理系統（QMS）建設

QMS系統建設的核心思想是實現沖壓生產過程的感知、控制、管理、計劃。

①通過關鍵業務數據信息及管理目標數據采集，實現質量工作狀況的感知;

②通過對質量管理核心業務流程的標準化梳理、固化，進而實現質量管理工作流程優化，并實現質量過程管理的控制;

③通過對質量管理計劃、質量目標的層層分解、達成率統計、監控，及重大質量問題整改的監控管理等，實現質量管理工作的全面管理;

④通過對企業質量目標業績指標的全面量化，為管理層決策提供量化的數據支持，實現質量管理計劃。

最終實現隱性質量問題的顯性化、可視化，幫助企業管理人員實現企業運營狀況的快速了解，為企業管理人員高效決策提供支撐。

3.3.3 系統集成方案

在系統集成方面，通過搭建企業服務總線，利用ESB進行ERP、MES、QMS等企業系統集成。解決目前應用系統集成時面臨的主要問題如數據庫環境不一致，缺乏統一的數據格式和傳遞的統一機制，難以支持分布式和靈活動態的連接方式，建立互聯互通網絡架構與信息模型，高效集成與協同信息化系統，實現企業生產業務流程智能化整合。

4 ?結語

本項目建設沖壓行業柔性制造數字化車間，探索沖壓行業離散型智能制造新模式，在實踐中應用并逐步改進，實現沖壓柔性智能制造。本項目的離散型智能制造新模式成功應用將帶動相關制造業的管理創新和跨越式發展，具有很重要的研究、應用價值和示范意義。

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