中小鈑金企業(yè)自動化改造研究

程澤宇

【摘 要】當前，全球汽車行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的變化，中小鈑金企業(yè)同樣受到很大的沖擊。為了更好地生存與發(fā)展，中小鈑金企業(yè)需要改變。文章從沖壓自動化、焊接自動化、現(xiàn)有模具改造等方面進行探討，并分析這幾個改造升級項目的優(yōu)勢及經(jīng)濟效益，為中小鈑金企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供思路。

【關(guān)鍵詞】自動化;中小鈑金企業(yè);改造

1 中小鈑金企業(yè)的現(xiàn)狀

疫情給全球經(jīng)濟帶來巨大的沖擊，汽車行業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，在可預(yù)見的未來，這一挑戰(zhàn)只會更加嚴峻，汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級將會加速進行。作為汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游的鈑金零部件廠商，特別是產(chǎn)值不高、利潤率更低的中小鈑金零部件廠商，也受到了很大的沖擊，訂單急劇下降，庫存積壓，大量生產(chǎn)線停產(chǎn)。為了生存，中小鈑金企業(yè)需要改變。本文將從沖壓自動化、焊接自動化、現(xiàn)有模具改造等方面進行探討，并分析這幾個改造升級項目的優(yōu)勢及經(jīng)濟效益，為中小鈑金零部件廠商的轉(zhuǎn)型升級提供思路。

2 沖壓自動化改造

當前，中小鈑金企業(yè)的沖壓生產(chǎn)線大多是人工沖壓線，人工沖壓線需要投入大量的操作工，人力成本居高不下，同時人工生產(chǎn)效率低于機器人生產(chǎn)效率且存在安全隱患，已經(jīng)越來越偏離未來的發(fā)展趨勢?；诮档腿斯こ杀?、提高生產(chǎn)效率的目的，必須對沖壓線進行自動化改造。中小鈑金零部件廠商承接的零件尺寸不大，可以從“多工位并序模+單臺機床自動化沖壓”的方案入手進行改造。投入設(shè)備：1臺雙工位片料機+1臺沖床（機械壓力機的沖壓速度比油壓機快，建議采用）+1臺懸臂式模內(nèi)三次元機械手（單邊）+1條輸送帶。送料方式：物料傳遞采取單邊走向，從左到右或從右到左。沖壓自動化改造如圖1所示。

該自動化改造對零件結(jié)構(gòu)要求不高，只要滿足以下條件即可：型面相對平整簡單、使用并序模、工序單邊走向、零件擺放角度小于15°、工序間零件無須翻轉(zhuǎn)。目前的頂梁類零件、前艙的大部分零件都適用于這類改造。需要注意的是，如果現(xiàn)有的零件沒有采用并序模的模具工藝，那么就需要對現(xiàn)有模具進行可行性改造，同時后續(xù)新車型需要按照并序模的模具工藝進行開發(fā)，以提高該自動化設(shè)備的稼動率。以某零件為例，對該自動化方案的成本及效益進行對比分析可知，人工沖壓節(jié)拍為240 JPH，自動化沖壓節(jié)拍為420 JPH，生產(chǎn)效率提高75%;人工沖壓需要投入操作工4人/班，自動化沖壓需要投入操作工1人/班，單班可以減少3人，人工薪酬按6.6萬元/年計算，可以節(jié)約人工成本3×6.6=19.8萬元/班/年。該自動化方案的改造投資為70萬元，按單班計算，投資回報周期為3.5年，按兩班計算，投資回報周期為1.8年，具體見表1。

3 現(xiàn)有模具并序改造

大部分現(xiàn)有零件都是采用單工序模的模具工藝，這種模具工藝需要使用多臺機床及相當數(shù)量的操作工。如果我們對這部分零件進行模具并序改造，就能夠降低人工成本，減少機床使用數(shù)量，同時降低沖壓半成品周轉(zhuǎn)成本。改造方案就是把單工序模具合并成多工序模，以某零件為例，把成型工序與沖孔工序合并為一套模具，這里存在2個問題：一是兩個模具的高度不一致，通過模具加底板至等高的方式解決;二是模具上的壓板槽與工作臺的“T”形槽不匹配，通過加工模具壓板槽，使之位置與工作臺“T”形槽位置一致的方式解決，具體如圖2所示。

以某供應(yīng)商為例，對該改造方案的成本及效益進行分析。該供應(yīng)商計劃把26套單工序模改造成8套并序模，需要投入底板2套，總價為1萬元;數(shù)控加工需1 600元，改造費用合計11 600元。改造前生產(chǎn)節(jié)拍為1 800件/班，改造后生產(chǎn)節(jié)拍為2 600件/班，生產(chǎn)效率提升44%;改造前投入機床7臺，改造后投入機床1臺，機床投入減少6臺;改造前投入操作工8人/班，改造后投入操作工3人/班，改造前人均產(chǎn)出225件/人/班，改造后人均產(chǎn)出867件/人/班，相同產(chǎn)能下改造前需投入11.6人，改造后需投入3人，人工薪酬按6.6萬元/年計算，可以節(jié)約人工成本（11.6-3）×6.6=56.76萬元/年。具體見表2和表3。

4 焊接自動化改造

焊接自動化既指各種自動化焊接方法的應(yīng)用，也包括提高焊接自動化水平的過程，因此各種機械化、半自動化焊接方法的推廣應(yīng)用都屬于這一范疇。低成本含義包括2個方面：一是以較少的投資實現(xiàn)焊接自動化;二是焊接自動化程度提高后，生產(chǎn)成本顯著低于改進前的人工焊接[1]。為了降低自動化改造的成本，企業(yè)需要改變固有觀念，不斷學習、不斷創(chuàng)新。焊接自動化的改造涉及整個焊接生產(chǎn)環(huán)節(jié)，除了焊接機器人的投入外，還有許多配套工作要進行。為了降低改造成本，筆者認為，可以從焊接工裝的快速切換改造入手。將人工焊接工裝改造成適用于自動化焊接線生產(chǎn)的工裝，需要在工裝底部加裝快換座及增加信號裝置，實現(xiàn)工裝的快速切換。鈑金企業(yè)可以通過內(nèi)部技術(shù)創(chuàng)新、自主加工制作完成這部分工作。快換底座的增加，廠商報價為2 000元/個，自主加工安裝為800元/個，節(jié)約1 200元/個;對于I/O箱的增加，廠商提供的方案是1套工裝配置1個I/O箱，通過技術(shù)創(chuàng)新，可以實現(xiàn)一個I/O箱可配對多套工裝的功能。以某焊接生產(chǎn)線自動化改造為例，機器人廠家最初設(shè)計是一個I/O箱只能配一套夾具工裝，通過企業(yè)自主研發(fā)，增加了I/O箱的夾具識別端口，實現(xiàn)一個I/O箱可配對多套夾具工裝的功能，再把I/O箱安裝在每個工位的固定底座上，實現(xiàn)1個固定底座對應(yīng)多套夾具的功能，將I/O箱的需求從94套減少到12套，改造成本降低了364 000元;快換座通過自主設(shè)計、自主采購、自主加工、自主安裝的方式完成了改造，降低改造成本49 200元。通過引入“機器人焊接線+自主改造”的方式，可以以較低的成本實現(xiàn)焊接自動化的改造。具體見表4和表5。

5 中小鈑金企業(yè)的自動化發(fā)展趨勢

未來3～5年是汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要時期，伴隨著產(chǎn)能、市場、技術(shù)、成本等多方壓力，這段時期將決定國內(nèi)汽車行業(yè)未來10～20年的走向[2]。因此，汽車整車廠的轉(zhuǎn)型升級步伐必將加快，零部件廠商的生產(chǎn)能力及零件質(zhì)量也將迎來更大的挑戰(zhàn)。筆者認為，在這種行業(yè)環(huán)境下，中小鈑金企業(yè)自動化的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。

（1）自動化生產(chǎn)線的高速發(fā)展。當前，汽車行業(yè)下行已成定局，過剩的產(chǎn)能伴隨越發(fā)高漲的人力成本，使得鈑金企業(yè)面臨很大的資金壓力，為了降低成本，對生產(chǎn)自動化的需求量將會更大，而自動化設(shè)備的采購將在未來幾年內(nèi)迎來大發(fā)展。

（2）自動化生產(chǎn)線的柔性化發(fā)展。隨著整車廠的轉(zhuǎn)型升級，多個車型多個平臺的情況將轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€車型共用一個平臺，目前中小鈑金企業(yè)都是采用單一生產(chǎn)線生產(chǎn)單一車型零件的模式，隨著產(chǎn)能的剩余和零部件平臺化的進一步發(fā)展，生產(chǎn)模式必將轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝曰a(chǎn)的模式，以提高設(shè)備利用率，降低人工成本和設(shè)備維護成本。

（3）自動化生產(chǎn)線的智能化發(fā)展。通過計算機軟件的開發(fā)、控制系統(tǒng)的改進、探測技術(shù)的提升、傳感技術(shù)的提升，發(fā)展能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、識別環(huán)境、動態(tài)跟蹤焊接軌跡、實時調(diào)整焊接參數(shù)的智能化、可視化自動生產(chǎn)線，將是未來發(fā)展的主要方向之一。

6 結(jié)語

綜上所述，在汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級過程中，為了降低成本、提高競爭力，自動化的應(yīng)用將越來越被中小鈑金企業(yè)重視，而在進行自動化改造的同時要充分發(fā)掘企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)力量，進行自主創(chuàng)新，從而降低改造成本，提高改造的投資回報率，為今后的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參 考 文 獻

[1]劉華松.貨車生產(chǎn)中的低成本焊接自動化[J].機車車輛工藝，1998（4）：1-3，45.

[2]王治富.汽車行業(yè)焊接自動化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].汽車工藝與材料，2012（5）：11-13，18.