沖壓車間模庫擴(kuò)容要點分析

文/于明湖·上汽通用汽車有限公司

自改革開放以來，汽車工業(yè)進(jìn)入全面發(fā)展階段，汽車產(chǎn)品多品質(zhì)、短周期爆發(fā)式增長。原沖壓車間平均分?jǐn)偭N車型，模具數(shù)量成倍增長。初期創(chuàng)建的沖壓車間逐步出現(xiàn)模庫容量不足的窘態(tài)，各大早期投建的沖壓廠均在研究模庫擴(kuò)容方案，但相應(yīng)的擴(kuò)容方案對原有生產(chǎn)模式又產(chǎn)生新的系統(tǒng)性變化和影響。同時新工廠規(guī)劃也在不斷導(dǎo)入新技術(shù)、新裝備，在有限的空間上提升庫容能力。

隨著車型越來越多，產(chǎn)品更新越來越快，小改款、中期改款越來越頻繁，加上車型設(shè)計越來越突出個性化、高顏值方向。汽車產(chǎn)品小批量、多品種的高效率生產(chǎn)已成為各汽車制造企業(yè)沖壓系統(tǒng)提升自身競爭力的關(guān)鍵。沖壓車間的產(chǎn)品特點，決定了在生產(chǎn)過程中必須頻繁更換模具。新建沖壓工廠的模庫容量也已提升為一個關(guān)鍵指標(biāo)，是工廠建設(shè)初期設(shè)計評審的一項重要指標(biāo)。從精益化生產(chǎn)的角度，在沖壓過程中把沖壓模具盡量安排在生產(chǎn)線的頂端或者末端，并進(jìn)行一定的計算盡量對生產(chǎn)線的面積利用率達(dá)到最大化。在計算存放面積時，要充分考慮模具定置擺放所需的附加面積，避免因面積不足，導(dǎo)致日后無法對沖壓模具進(jìn)行定置管理而造成的搬運(yùn)浪費(fèi)。

面對日益激烈的市場競爭，老工廠如何在有限的模庫面積上充分利用空間布局提升庫容能力，同時協(xié)調(diào)生產(chǎn)模式進(jìn)行對應(yīng)的改善，減少模庫擴(kuò)容后對現(xiàn)有生產(chǎn)模式的沖擊和影響，是提高老沖壓工廠核心競爭力的重要任務(wù)。

老工廠模庫擴(kuò)容的關(guān)鍵點分析

存放功能轉(zhuǎn)換

模具存放與板料存放均對地面承載能力有相同的要求(常規(guī)不低于10t/m2)，如果能夠?qū)辶蠋焱庖浦淋囬g外或者穿插至行車盲區(qū)位置(非模具存放區(qū))，也可以通過立體料架的形式將板料立體化存放(圖1)，減少板料存放區(qū)面積。原板料存放區(qū)可以直接置換為模具存放區(qū)，這種方法較為簡單經(jīng)濟(jì)。

圖1 立體板料存放區(qū)域

由叉車上料調(diào)整為行車上料

叉車上料因效率高、人機(jī)工程好等優(yōu)點被眾多沖壓廠當(dāng)成板料上線、下線的主流配置方案。但是由于大型叉車的轉(zhuǎn)彎半徑大(以12 噸叉車為例，常規(guī)回轉(zhuǎn)半徑約9m)，生產(chǎn)線前大面積區(qū)域被用作叉車物流通道，存在嚴(yán)重的面積浪費(fèi)。通過將叉車上料，切換為行車上料，由叉車替代行車，將節(jié)約下來的叉車通道轉(zhuǎn)換為模具存放區(qū)域，從而減少模庫不足的窘態(tài)是主機(jī)廠可以考量的一個方案。但此方案也會觸發(fā)車間運(yùn)作的很多細(xì)節(jié)調(diào)整。

⑴料架形式變更。原始叉車上下料，料架只需要配套預(yù)留鏟齒通道就可以了。但是通過行車起吊上下料就需要對原有板料托盤進(jìn)行改造(增加吊耳)，如圖2 所示。

圖2 行車起吊板料托盤

⑵上下料節(jié)拍影響因素。通過行車起吊進(jìn)行上下料，由于多了拆掛鋼絲繩的工序，效率會有所降低，同時原本行車的作用主要是上下模具起吊，勢必增加行車工作量，影響換模效率。如果需要保證最小經(jīng)濟(jì)批次不變(常規(guī)為1 小時)，則需要考慮是否新增沖壓行車。如果需要進(jìn)一步減少人工拆掛鋼絲繩時間，則需要進(jìn)一步開發(fā)研究料架起升吊具改造方案。

⑶一模多件上線效率優(yōu)化。隨時沖壓模具高度集成化的發(fā)展，一模多件的模具比例越來越大。例如四個門的內(nèi)外板，翼子板、發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)外板等等，常規(guī)需要分批次上兩垛材料?？梢钥紤]集成到一大料架上合并上線。由于部分板料在開卷線下線時是分開下線的，必須有一套能夠?qū)啥獍辶虾喜⒓傻揭欢獍辶系墓ぱb。如圖3 所示，我們可以通過翻轉(zhuǎn)機(jī)自身的上料工位增加板料托起和合并功能，實現(xiàn)小料架板料合并移轉(zhuǎn)至大料架功能。通過小料垛整合上料，會大大降低上料頻次和上料時間。

圖3 小料架板料二合一功能實現(xiàn)過程示意圖

模具多層碼放策略

基于行車操作員掛鋼絲繩的高度人機(jī)工程限制及GB 8176-2012 沖壓安全生產(chǎn)通則的相關(guān)要求，當(dāng)前汽車主機(jī)廠主要采用2 層模具碼放策略。針對產(chǎn)能需求不大的部分模具，可以考慮增加移動踏臺使模具多層碼放的相關(guān)方案來增加模庫容量。該方案的優(yōu)勢是成本低，立竿見影。劣勢也非常明顯：高度容易超標(biāo)準(zhǔn)，最上層模具需要人工拆掛鋼絲繩作業(yè)，人機(jī)工程差。

新工廠規(guī)劃新技術(shù)導(dǎo)入

模具半自動吊技術(shù)

通過引入模具半自動吊技術(shù)，利用吊具對模具進(jìn)行抓取，不僅省去了人工拆掛鋼絲繩的工作量、而且可以充分利用車間高度空間，實施真正的多層碼放(從當(dāng)前收集到的信息看，目前已經(jīng)有六層碼放)，如圖4、圖5 所示。

圖4 半自動模具吊具

相顧無相識，長歌懷采薇。【典故】相傳周武王滅商后 ，伯夷、叔齊不愿做周的臣子，在首陽山上采薇而食，最后餓死。古時“采薇”代指隱居生活。

圖5 模具多層碼放圖

半自動模具吊具已在國內(nèi)成熟應(yīng)用(代表有佛山大眾等)，當(dāng)前項目投資比較大，市場投資約合傳統(tǒng)行車投資的3 倍左右。而且該方案對模具與半自動吊之間的接口有很多嚴(yán)苛的要求，如：吊耳設(shè)計在模具前后側(cè)(非側(cè)面)、下模吊耳對應(yīng)的模具上模無干涉、模吊耳中心距離下模底面至少250mm、吊耳間距140mm、重心偏載最大150mm、自動吊具與模具至少20mm 的安全量。這些新增的吊具對模具接口的要求勢必會出現(xiàn)老車間眾多老模具不滿足對接條件的情況，只能通過新模具按新標(biāo)準(zhǔn)實施，老模具逐步淘汰的形式進(jìn)行逐步替代。

由于半自動吊具自重在13 噸左右，對應(yīng)的行車負(fù)載能力就需要由原始最大50 噸額定負(fù)載，調(diào)整為額定65 噸負(fù)載。該項調(diào)整基本阻礙了老車間導(dǎo)入半自動吊行車的可行性(老車間廠房承載梁因行車自重的增加存在超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的潛在風(fēng)險)。另外行車半自動吊運(yùn)通常配置精準(zhǔn)導(dǎo)軌，才能實現(xiàn)行車自動定位功能，老車間行車導(dǎo)軌采用傳統(tǒng)導(dǎo)軌無法達(dá)到半自動行車吊具精準(zhǔn)定位需求。這也是阻礙老車間采用該技術(shù)導(dǎo)入的另一個重要條件。

模具立體庫技術(shù)

模具立體庫的導(dǎo)入有眾多優(yōu)點：垂直存儲，可以更好地利用廠房空間；減少模具存儲時的磕碰損壞；倉儲管理，方便模具識別及調(diào)取，提升效率；通過減少操作程序提高安全性。但是模庫立體庫也存在諸多缺點：對地面承載要求極高，需要在工廠建設(shè)初期便準(zhǔn)確規(guī)劃立體庫樁基基礎(chǔ)，進(jìn)行立體庫存放基礎(chǔ)打樁強(qiáng)化設(shè)計；由于模具重量大(主機(jī)廠模具30～50噸)，模具存放架和碼垛機(jī)造價高昂，總體投資額度巨大；可靠性要求極高，維修涉及高空作業(yè)，難度大。

正是由于以上鮮明的優(yōu)缺點限制，目前模具立體庫(圖6)主要應(yīng)用在小模具存儲上，主機(jī)廠模具普遍都在30 ～50 噸之間，大型模具應(yīng)用的實際案例非常少。

圖6 模具立體庫

結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，各汽車廠家對模庫容量的需求越來越迫切。充分用足模庫柔性，發(fā)揮沖壓車間潛在的模庫提升空間，確保沖壓車間在有限的模庫空間實現(xiàn)更高的模庫容量，支持多車型短周期汽車升級策略，將是未來沖壓領(lǐng)域不懈努力的方向。這就需要新工廠規(guī)劃前期人員和老工廠運(yùn)營規(guī)劃人員不斷進(jìn)行改善和深入研究。