沖壓工廠基于數(shù)字化的模具差異化預(yù)防性維護(hù)體系的建立(上)

文/嚴(yán)榮俊，楊成，陳文貴，楊帥軍，沈鐳·北京奔馳汽車有限公司

北京奔馳汽車有限公司成立于2005 年8 月8日，是北京汽車股份有限公司與戴姆勒股份公司、戴姆勒大中華區(qū)投資有限公司共同組建的，集研發(fā)、發(fā)動(dòng)機(jī)與整車生產(chǎn)、銷售和售后服務(wù)為一體的中德合資企業(yè)，也是戴姆勒全球同時(shí)擁有前驅(qū)車、后驅(qū)車、電動(dòng)車三大車型平臺(tái)，集發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電池工廠為一體的首家海外工廠。

公司秉承“客戶至上、責(zé)任感、誠(chéng)信”的核心價(jià)值觀和“行則致極”的企業(yè)精神，肩負(fù)起“奔馳車、中國(guó)造”的使命，以“星徽閃耀@BBAC”為愿景，將“數(shù)字化、柔性化、綠色”全面貫徹到生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，持續(xù)向高精尖方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，相繼榮獲“全球卓越運(yùn)營(yíng)工廠”、“綠色示范工廠”、“北京市智能制造標(biāo)桿企業(yè)”及“中德智能制造合作試點(diǎn)示范”等榮譽(yù)稱號(hào)。

隨著汽車市場(chǎng)需求迎來(lái)數(shù)十年的拐點(diǎn)，汽車用戶對(duì)產(chǎn)品多樣化和質(zhì)量近乎挑剔的需求，企業(yè)面對(duì)勞動(dòng)力和原材料、國(guó)際貿(mào)易的不穩(wěn)定性等帶來(lái)的成本壓力，無(wú)不考驗(yàn)著汽車主機(jī)廠整個(gè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)。沖壓作為汽車制造的首道工序，如何應(yīng)用現(xiàn)代的數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，建立一套科學(xué)有效的沖壓模具管理維護(hù)體系，防控非計(jì)劃停機(jī)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提高沖壓生產(chǎn)效率，將是一項(xiàng)很具挑戰(zhàn)性的工作，也具有重要的理論意義和十分廣闊的應(yīng)用前景。

項(xiàng)目背景

作為國(guó)內(nèi)豪華品牌汽車制造的標(biāo)桿企業(yè)，北京奔馳擁有國(guó)內(nèi)頂級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，最先進(jìn)的沖壓生產(chǎn)工藝和沖壓模具。汽車沖壓生產(chǎn)包含模具、設(shè)備和板料三大要素，沖壓模具作為沖壓的三要素之一，承擔(dān)著為汽車車身和后工序供應(yīng)零件的核心作用。沖壓件的質(zhì)量好壞與生產(chǎn)穩(wěn)定性直接關(guān)系著汽車外觀產(chǎn)品質(zhì)量、直接影響著沖壓工廠的精益生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)水平。因此，建立一套沖壓模具管理的模型和數(shù)字輔助管理支持系統(tǒng)顯得越發(fā)重要。

隨著環(huán)保排放政策的實(shí)施和汽車輕量化的發(fā)展需要，越來(lái)越多的先進(jìn)汽車板材產(chǎn)品應(yīng)用于沖壓生產(chǎn)和車身產(chǎn)品，基于車身沖壓零件功能及成本考慮，同一款車型產(chǎn)品上可能同時(shí)應(yīng)用多種沖壓材料，這樣模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝也不相同。以北京奔馳E-Class 為例，沖壓板材涉及當(dāng)前應(yīng)用于高端轎車的電鍍鋅、熱鍍鋅板材、普通的冷軋鋼板、高強(qiáng)度鋼板、激光拼焊鋼板、不等厚鋼板，特別是現(xiàn)在越來(lái)越廣泛使用的鋁合金板材，這些不同類型板材的應(yīng)用，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、后期維護(hù)的要求也不盡相同、方法各異。

其次，為適應(yīng)匹配以伺服技術(shù)為代表的先進(jìn)生產(chǎn)線設(shè)備，集機(jī)、電、氣、液于一體的集成化、智能化、復(fù)雜化的裝備技術(shù)應(yīng)用在模具結(jié)構(gòu)上，例如：監(jiān)測(cè)板料和各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)；驅(qū)動(dòng)和控制斜楔運(yùn)動(dòng)以成形復(fù)雜形狀的電路氣路系統(tǒng)，用于模具壓料的氮?dú)飧住⒁簤合到y(tǒng)等，這些在日常生產(chǎn)的維護(hù)保養(yǎng)難度很大，不僅需要扎實(shí)的知識(shí)技能，而且需要豐富的經(jīng)驗(yàn)積累。此外，為迎合汽車用戶的審美需求，汽車外觀越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品的拉延成形復(fù)雜程度提高，模具工藝和結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，這為量產(chǎn)后的模具維護(hù)保養(yǎng)提出了更多挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，面對(duì)日趨激烈的高端豪華轎車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，北京奔馳提出了“走向卓越”的戰(zhàn)略目標(biāo)，全面貫徹實(shí)施精益生產(chǎn)—梅賽德斯生產(chǎn)制造體系，打造自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)降本增效。其中精益管理理念作為核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，要求通過(guò)提升沖壓模具的管理能力和日常維護(hù)保養(yǎng)水平降低維護(hù)成本，從而實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，達(dá)到公司精益管理、降本增效的要求，更好地為沖壓生產(chǎn)保駕護(hù)航，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與利潤(rùn)的雙豐收。

在這種情況下，傳統(tǒng)的沖壓模具維護(hù)保養(yǎng)體系很難克服模具本身技術(shù)要求各異和降低模具停機(jī)維護(hù)成本之間的矛盾。沖壓工廠需要加強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)改善管理模式，構(gòu)建精益管理體系，以結(jié)果為導(dǎo)向，通過(guò)加強(qiáng)維護(hù)過(guò)程管控，變被動(dòng)維修為主動(dòng)預(yù)防，保證沖壓工廠高產(chǎn)能運(yùn)營(yíng)及新項(xiàng)目調(diào)試工作的順利進(jìn)行。

項(xiàng)目?jī)?nèi)容

北京奔馳沖壓工廠在立足精益管理的基礎(chǔ)上，首先從健全管理體系方面入手，創(chuàng)新地提出了基于數(shù)字化和智能化手段，實(shí)現(xiàn)模具差異化預(yù)防性維護(hù)的工作理念，為提升技術(shù)團(tuán)隊(duì)的能力，落實(shí)維修工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在這樣的理念指導(dǎo)下，模具以沖壓生產(chǎn)頻次(數(shù)量)為依據(jù)，結(jié)合模具各類故障停機(jī)發(fā)生的經(jīng)驗(yàn)值，通過(guò)模具所生產(chǎn)的板材類型、板料涂層類型、覆蓋件類型、工序工作內(nèi)容、拉延深度以及模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，差異化的設(shè)置不同維護(hù)保養(yǎng)周期頻次，利用數(shù)字化和大數(shù)據(jù)手段實(shí)現(xiàn)模具差異化維護(hù)管理，確保模具在生產(chǎn)中具有良好的生產(chǎn)表現(xiàn)。此外在保障模具正常運(yùn)營(yíng)的前提下，沖壓工廠以持續(xù)改進(jìn)、持續(xù)創(chuàng)新為理念，不斷發(fā)現(xiàn)總結(jié)模具生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，并且立項(xiàng)跟蹤改進(jìn)，使得模具在接下來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程中更加穩(wěn)定，為沖壓工廠的精益生產(chǎn)和提高效益提供了有力保障。

模具差異化預(yù)防性維護(hù)模型內(nèi)涵

轉(zhuǎn)變?nèi)珕T維護(hù)理念，以“緊急維修好問(wèn)題模具是能力，維護(hù)好模具不出問(wèn)題是本事”為導(dǎo)向，變被動(dòng)維修為主動(dòng)維護(hù)，避免突發(fā)性模具問(wèn)題發(fā)生，確保生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)有序。模具差異化預(yù)防性維護(hù)內(nèi)涵(圖1)主要有三方面含義。⑴差異化預(yù)防性維護(hù)體現(xiàn)在以模具生產(chǎn)沖次數(shù)為依據(jù)的差異化(圖2)，基于模具經(jīng)常出現(xiàn)故障的所生產(chǎn)的沖次數(shù)，將模具通過(guò)板材類型、板料涂層類型、覆蓋件類型、工序工作內(nèi)容、拉延深度以及模具結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)不同的數(shù)值，用于觸發(fā)維護(hù)作業(yè)工單，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。

⑵差異化預(yù)防性維護(hù)體現(xiàn)在作業(yè)方式(圖3)上，建立了短周期“小保養(yǎng)”的線下點(diǎn)檢、長(zhǎng)周期“大保養(yǎng)”的PM、生產(chǎn)過(guò)程中的TPM 和巡檢制度。

⑶差異化預(yù)防性維護(hù)體現(xiàn)在維護(hù)保養(yǎng)的作業(yè)內(nèi)容上，針對(duì)每一模具的特點(diǎn)，針對(duì)性的創(chuàng)建了個(gè)性化的檢查清單(圖4)，確保日常經(jīng)常出現(xiàn)故障的地方和風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)都能得到維護(hù)。

建立配套的“兩維修、兩維護(hù)、一改進(jìn)”的工作機(jī)制

“兩維修、兩維護(hù)、一改進(jìn)”的體系架構(gòu)模型如圖5 所示，通過(guò)基于緊急維修的故障倒查機(jī)制，分析模具故障根本原因并有效辨識(shí)模具停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化糾正性維修策略。在此基礎(chǔ)上通過(guò)總結(jié)模具故障問(wèn)題發(fā)生的原因和維修經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)跟蹤模具日常的生產(chǎn)表現(xiàn)，對(duì)模具生產(chǎn)周期性表現(xiàn)和零件質(zhì)量進(jìn)行合理分析，針對(duì)可能出現(xiàn)的失效模式制定模具預(yù)見維護(hù)策略，避免繁重與低效的搶修和緊急維修。同時(shí)提煉統(tǒng)計(jì)共性規(guī)律，總結(jié)單點(diǎn)課程和Lesson Learned 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，變被動(dòng)維修為主動(dòng)預(yù)防，尋求模具最優(yōu)的預(yù)防性維護(hù)策略，更加合理有效的調(diào)配資源和利用成本，將模具故障停機(jī)所帶來(lái)的損失降至最低，達(dá)到資源利用最優(yōu)化和效益最大化。對(duì)于長(zhǎng)期無(wú)法有效根除的故障，模修相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)行總結(jié)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)，同時(shí)在未來(lái)新車型的模具開發(fā)設(shè)計(jì)上做到優(yōu)化設(shè)計(jì)。

三個(gè)環(huán)節(jié)在縱向上逐級(jí)支撐、共同作用。三項(xiàng)基本工作均貫徹實(shí)施模具差異化維護(hù)理念，以降低模具停機(jī)率、提高模具生產(chǎn)表現(xiàn)和零件質(zhì)量為根本目標(biāo)，緊密圍繞核心展開。每一項(xiàng)維護(hù)工作都需根據(jù)其與根本目標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行評(píng)估，從而保證維護(hù)工作的有效性與可實(shí)現(xiàn)性，做到模具維護(hù)管理工作有的放矢，力求實(shí)現(xiàn)維護(hù)工作的持久有效性。

數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)模具差異化預(yù)防性維護(hù)的辦法手段

基于差異化的內(nèi)涵和配套的“兩維修、兩維護(hù)、一改進(jìn)”的工作機(jī)制，北京奔馳沖壓工廠利用BDE 生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(圖6)，將生產(chǎn)線每個(gè)零件模具的生產(chǎn)沖次實(shí)時(shí)傳入模具數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)在差異化維護(hù)管理體系中設(shè)置不同模具觸發(fā)頻次，申請(qǐng)差異化模具維護(hù)單，根據(jù)設(shè)定的相關(guān)觸發(fā)條件，到達(dá)觸發(fā)條件自動(dòng)生成模具維護(hù)單。現(xiàn)場(chǎng)模修人員根據(jù)維護(hù)工單，執(zhí)行相關(guān)模具維護(hù)工作，根據(jù)檢查結(jié)果，錄入體系進(jìn)行留檔，恢復(fù)模具正常狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)重大模具問(wèn)題，則及時(shí)調(diào)整模具重點(diǎn)維護(hù)內(nèi)容，適時(shí)調(diào)整維保頻次，確保模具生產(chǎn)的穩(wěn)定性。