伺服機(jī)械混合自動(dòng)化沖壓線(xiàn)生產(chǎn)效率提升

文/蘇喜,方鎮(zhèn)斌·廣汽乘用車(chē)有限公司

伺服機(jī)械混合自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線(xiàn)第一工序采用伺服壓力機(jī)，后4序采用機(jī)械壓力機(jī)，利用直線(xiàn)七軸搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行各工序之間板件的傳遞，輔以在線(xiàn)清洗機(jī)設(shè)備和線(xiàn)尾搬運(yùn)皮帶機(jī)，并采用整線(xiàn)自動(dòng)化集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能伺服機(jī)械混合的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線(xiàn)。

目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，生產(chǎn)效率越來(lái)越受到人們的重視。生產(chǎn)效率是評(píng)價(jià)一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)效率的主要綜合指標(biāo)，也是企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間綜合能力的表現(xiàn)。因此研究生產(chǎn)效率，掌握提高生產(chǎn)效率的精髓，對(duì)企業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)非常重要。

影響生產(chǎn)效率的因素

GSPH值，即每小時(shí)完成沖壓的零件數(shù)，該數(shù)值是衡量沖壓行業(yè)生產(chǎn)效率的核心指標(biāo)。GSPH =SPM×綜合開(kāi)動(dòng)率×60，SPM為沖壓線(xiàn)每分鐘完成的沖壓零件數(shù)，是反映沖壓線(xiàn)生產(chǎn)效率的最直接數(shù)值，綜合開(kāi)動(dòng)率則是反映設(shè)備的綜合開(kāi)動(dòng)情況，反映工廠(chǎng)對(duì)時(shí)間利用效率的重要指標(biāo)。從GSPH計(jì)算公式看出，影響沖壓線(xiàn)生產(chǎn)效率包括生產(chǎn)節(jié)拍SPM和綜合開(kāi)動(dòng)率兩大主要因素。

綜合開(kāi)動(dòng)率

綜合開(kāi)動(dòng)率=100%-不可開(kāi)動(dòng)率，在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，不可開(kāi)動(dòng)率一般包括設(shè)備故障率、模具故障率、工藝損失、品質(zhì)異常和作業(yè)異常五大部分。綜合開(kāi)動(dòng)率的提升需要做好設(shè)備和模具的維護(hù)保養(yǎng)，預(yù)防保全，形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，杜絕作業(yè)異常和品質(zhì)異常，合理規(guī)劃生產(chǎn)計(jì)劃，消除工藝損失，將不可開(kāi)動(dòng)率降低，追求100%開(kāi)動(dòng)率。

SPM值

SPM是在沖壓線(xiàn)整線(xiàn)聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)情況下，每分鐘完成沖壓的零件數(shù)。SPM值是體現(xiàn)沖壓線(xiàn)生產(chǎn)效率的最直觀(guān)數(shù)據(jù)。自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)提高生產(chǎn)節(jié)拍SPM值，需要整線(xiàn)各工序設(shè)備速度最優(yōu)化，同時(shí)各設(shè)備之間協(xié)同性?xún)?yōu)化，各生產(chǎn)工序之間沒(méi)有等待時(shí)間浪費(fèi)。因此伺服機(jī)械混合自動(dòng)化沖壓線(xiàn)生產(chǎn)效率的提高關(guān)鍵在于如何優(yōu)化伺服壓機(jī)、機(jī)械壓機(jī)和搬運(yùn)機(jī)器人之間的協(xié)同性。

提高沖壓線(xiàn)設(shè)備協(xié)同性

伺服機(jī)械混合自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線(xiàn)包括線(xiàn)首清洗機(jī)、伺服壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)、搬運(yùn)機(jī)器人和線(xiàn)尾皮帶機(jī)，可以大致將整線(xiàn)分成線(xiàn)首、線(xiàn)尾、各壓機(jī)單元，共計(jì)7個(gè)工位，如圖1所示。在伺服機(jī)械混合自動(dòng)化沖壓線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量并記錄各工位是否存在等待浪費(fèi)，來(lái)突破沖壓線(xiàn)生產(chǎn)效率的瓶頸。

圖1 伺服機(jī)械混合沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)布局圖

線(xiàn)首清洗機(jī)和線(xiàn)尾皮帶機(jī)

表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1號(hào)和7號(hào)工位平均工時(shí)為3.5s、3.6s，在七大工位中處于較高水平，說(shuō)明線(xiàn)首清洗機(jī)清洗速度和線(xiàn)首皮帶搬運(yùn)速度要比伺服壓力機(jī)沖壓速度快，即清洗完成的板件總是在等待第2工序伺服壓機(jī)的上料機(jī)器人。而線(xiàn)尾搬運(yùn)機(jī)器人總是在等待抓取沖壓完成的零件。

壓力機(jī)和搬運(yùn)機(jī)器人協(xié)同性

表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2號(hào)至6號(hào)工位工時(shí)較長(zhǎng)，且壓力機(jī)和搬運(yùn)機(jī)器人存在等待時(shí)間浪費(fèi)，反映出壓力機(jī)與機(jī)器人協(xié)同性差。壓力機(jī)和搬運(yùn)機(jī)器人的協(xié)同性，是指每一工位壓機(jī)與其上料、下料搬運(yùn)機(jī)器人的配合程度。當(dāng)每一工位壓力機(jī)與搬運(yùn)機(jī)器人都不存在相互等待浪費(fèi)時(shí)間，即為最優(yōu)協(xié)同性。而現(xiàn)實(shí)情況中，經(jīng)常出現(xiàn)壓力機(jī)等待時(shí)間浪費(fèi)，如圖2所示。

出現(xiàn)壓機(jī)等待時(shí)間浪費(fèi)主要是由于搬運(yùn)機(jī)器人上下料速度偏慢。圖3是直線(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人在沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)軌跡點(diǎn)。

搬運(yùn)機(jī)器人之所以速度偏慢，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)部門(mén)技術(shù)員工和生產(chǎn)員工的認(rèn)真分析，得出主要原因是機(jī)器人軌跡參數(shù)設(shè)置不合理、各個(gè)軌跡點(diǎn)設(shè)置不合理，兩者綜合作用導(dǎo)致搬運(yùn)機(jī)器人存在動(dòng)作等待浪費(fèi)，如圖4所示。

表1 各工位工時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表

通過(guò)控制變量，研究分析搬運(yùn)機(jī)器人各軌跡點(diǎn)參數(shù)H/L/K值與生產(chǎn)節(jié)拍SPM的關(guān)系，并繪制關(guān)系曲線(xiàn)，得出以下結(jié)論：搬運(yùn)機(jī)器人H/L/K值與SPM值存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，H/L/K值越小，搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)速度越快，生產(chǎn)節(jié)拍SPM值越高，如圖5所示。

協(xié)同性的外部影響因素

在沖壓線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中，最終抓起板件的是搬運(yùn)機(jī)器人上安裝的外部工裝——端拾器。端拾器是影響壓力機(jī)和搬運(yùn)機(jī)器人協(xié)同性的外部影響因素。端拾器的

厚度直接影響到下料安全保護(hù)角度和機(jī)器人提前啟動(dòng)位置這兩個(gè)重要生產(chǎn)參數(shù)。統(tǒng)計(jì)某車(chē)型零件端拾器厚度，如圖6所示，平均厚度達(dá)到48cm，處于較高水平。通過(guò)統(tǒng)計(jì)同行業(yè)端拾器厚度與生產(chǎn)節(jié)拍的關(guān)系，如圖7所示，證實(shí)端拾器厚度是影響生產(chǎn)節(jié)拍SPM值的因素之一，且厚度越大，SPM值越低，生產(chǎn)效率越低。

圖2 壓力機(jī)和搬運(yùn)機(jī)器人時(shí)序圖

圖3 直線(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人軌跡點(diǎn)示意圖

圖4 搬運(yùn)機(jī)器人各軌跡點(diǎn)實(shí)際示意圖

圖5 搬運(yùn)機(jī)器人H/L/K值與SPM關(guān)系折線(xiàn)圖

圖6 某車(chē)型零件端拾器厚度柱狀統(tǒng)計(jì)圖

圖7 端拾器厚度-生產(chǎn)節(jié)拍關(guān)系圖

下料安全保護(hù)角度是指壓機(jī)沖壓后，壓機(jī)上行到安全位置時(shí)，發(fā)送信號(hào)給下料機(jī)器人進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)取料的角度。通過(guò)設(shè)置不同安全保護(hù)角度，試驗(yàn)獲取對(duì)應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍參數(shù)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：下料安全保護(hù)角度越小，生產(chǎn)節(jié)拍SPM值越大。

機(jī)器人上料提前啟動(dòng)位置，是指機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到某一安全位置時(shí)，發(fā)送啟動(dòng)命令給壓機(jī)，無(wú)需等待機(jī)器人完全跑出壓機(jī)范圍。通過(guò)設(shè)置提前啟動(dòng)位置試驗(yàn)，獲取對(duì)應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍參數(shù)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：提前啟動(dòng)位置越小，生產(chǎn)節(jié)拍SPM值越大。

下料安全保護(hù)角度和機(jī)器人上料提前啟動(dòng)位置的共同影響因素即為端拾器的厚度（圖8），端拾器厚度越大，下料安全保護(hù)角度越大，提前啟動(dòng)位置也越大，這樣會(huì)降低生產(chǎn)效率。

圖8 搬運(yùn)機(jī)器人端拾器厚度示意圖

結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)下汽車(chē)市場(chǎng)不景氣的大環(huán)境下，各個(gè)汽車(chē)企業(yè)更應(yīng)該重視提高生產(chǎn)效率。伺服機(jī)械混合沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)提高生產(chǎn)效率的重點(diǎn)在于，提高壓力機(jī)與機(jī)器人的協(xié)同性，提高兩者配合程度，消除壓力機(jī)和機(jī)器人的等待浪費(fèi)時(shí)間，主要從以下兩個(gè)大方向著手：1）通過(guò)測(cè)量各工位工時(shí)，找到生產(chǎn)效率瓶頸，針對(duì)存在等待時(shí)間的情況進(jìn)行研究分析，優(yōu)化搬運(yùn)機(jī)器人軌跡點(diǎn)參數(shù)；2）分析端拾器結(jié)構(gòu)，對(duì)標(biāo)行業(yè)先進(jìn)水平，優(yōu)化搬運(yùn)機(jī)器人端拾器結(jié)構(gòu)，降低端拾器厚度，以獲得更小的下料安全保護(hù)角度和提前啟動(dòng)位置，提高沖壓線(xiàn)的生產(chǎn)效率。