汽车冲压车间规划与设计研讨

文/吴明华,石增义,张秀花,郎庆东,高志纯·一汽-大众汽车有限公司

汽车冲压车间规划与设计研讨

文/吴明华,石增义,张秀花,郎庆东,高志纯·一汽-大众汽车有限公司

吴明华，规划工程师，主要从事冲压车间规划，平面图设计，投资预算编制，可研报告编制，冲压物流和IT系统规划，冲压线、开卷线、天车、废料带等设备选型与发包，冲压车间建设的项目管理等工作。

“好的轿车从冲压开始”，冲压作为车企四大工艺的第一道工序，冲压车间的规划与设计至关重要。本文以新工厂冲压车间建设的实际案例为依据，研讨了冲压车间的规划准则。为实现高质高效的产出和精益化、柔性化生产，就冲压车间规划中的设备选型，布局设计进行了详细阐述。

冲、焊、涂、总是现代汽车工业主要的四大生产工艺。冲压作为第一道工序，冲压工艺的制造水平、成本、质量，将直接影响整车的制造品质及成本控制。一汽-大众建厂初期的冲压生产车间多为手工线生产，生产节拍较低。伴随着企业发展和技术进步，对产品质量、成本、适应市场变化提出了更高要求，先进的现代冲压车间设计和研究，最终形成高效率、高品质、柔性化生产的冲压车间生产模式，对于实现最终产品的产量和质量目标具有重要意义。本文以一汽-大众新工厂冲压车间建设为例，论述了汽车冲压车间的规划设计。

冲压车间生产工艺流程

如图1所示，从钢厂采购卷料，通过开卷落料线或开卷剪切线进行开卷处理，按照产品制件下料卡要求生产出合格片料；或者通过钢厂的加工中心直接配送片料，质量监控要求符合一汽-大众标准。

图1 冲压车间生产工艺流程

片料料垛经过拆垛、清洗（根据零件要求）、涂油（根据零件要求）、对中，通过自动化传输装置送入压机进行冲压，线尾设置检件台和检测工位，合格件装入专用或通用工位器具，不合格件根据制件情况判定进行返修处理或报废处理。然后对合格冲压件进行入库处理。

规划前提

康采恩生产体系是推导规划前提的基础，目标是建立以创造价值为导向的、协同的冲压车间。

节拍方面，确保板料生产、设备和模具维护、物流、人员规划等密切配合，生产时间、维护时间间隔（设备、模具）相互精确协调匹配。

流动方面，持续减少（预）换模时间，减少停机时间，小批量增加换模频次，不断优化现场模具和板料存放，持续的满器具和空器具周转，保证物流路线的顺畅。

拉动方面，持续提高与用户（焊装）的协同程度；按照需求，而不是按照产能生产零件（压机、板料、模具、空器具等）。

完美方面，通过全员效率维修和防误防错机制进行缺陷预防，通过持续减少浪费（借助于：生产数据采集系统、全员效率维修、解决问题过程、PDCA质量环）创造价值，通过现场管理和透明的过程控制实现以目标为导向的过程优化。

下面以一汽-大众新工厂冲压车间为例，介绍详细规划前提，如表1所示。

冲压自制件加工深度包含外覆盖件和重要内部结构件，如表2，采用一模双件和一模四件的先进工艺，提高效率。

表1 冲压车间规划前提

冲压车间平面布局及厂房设计

冲压车间的布局设计遵循模块化设计理念，如图2所示，整个冲压车间被分为模修区、模具存放区、生产冲压线区、摆件区域、成品件库、板料输送、废料排放、公共设施八大区域，实现物流无交叉，模具运输及成品件运往焊装车间路线最短。

图2 模块化布置

表2 自制件加工深度

冲压厂房跨度根据冲压线选型的宽度确定，同时考虑消防通道的预留，目前冲压线主要有33m/35m/36m跨距，开卷落料线主要有30m/26m跨距。生产区域按照高跨设计，物流区域按照矮跨设计，以降低厂房建设成本。厂房照明采用LED，并可分区控制，节能环保。

根据详细规划前提，核算冲压车间负荷，导出冲压线和开卷线的数量需求。

负荷=年需求冲程数/冲压线能力=（日产量*模具套数*年工作日）/（有效冲程次数*年工作日*BNZ）

根据一汽-大众新工厂冲压车间60JPH的产量需求，通过负荷核算，需要配备两条高速自动化冲压线和一条开卷落料线，平面布局根据模块化设计理念推导而出，如图3所示。

图3 新工厂冲压车间平面图

模修区：用于模具调试维修，配备机械调试压机，压机曲线与冲压线头台压机保持一致，以保证模具功能（如着色率）在调试压机和冲压线上的一致性。考虑经济性要求，模具大修采用外包的形式，在新工厂附近寻找合适的加工资源。配备小型钻床、磨床、电源、气源，满足模具日常维护维修的需求。

模具存放区：模具采用钢轨存放，三层堆垛，节约模具存放面积，如图4所示。打开模具采用铝方存放。空工位支架存放于模具上方。模具吊运采用带三层模具吊的天车，天车运行路线和禁区可编程控制。模具存放间距满足图4要求。

图4 模具三层堆放示意图

生产冲压线区：为实现高质高效的产出和精益化、柔性化生产，配备全自动高速冲压线，全自动换模。冲压线间的端拾器接口通用，以便在转线时实现快速切换，同时节约机械化辅具的投资。冲压线配备3D动态仿真模拟软件，在模具设计前期就进行通过性模拟，并对模具设计提供了指导意见，以便后期模具上线调试实现节拍最优化。

摆件区域：皮带设计及布置充分考虑人机工程，设有在线专检工位和线下抽检工位。摆件区域踏台的设计高度与工位器具的底部高度需有效衔接。成品件从摆件区域运往成品件库有两种方式：通过叉车或AGV转运车。

成品件库：介于摆件区与焊装车间之间，保证物流路线最短，设有物流中转站点，焊装取货制，冲压车间根据焊装需求及时供件。通过小批量生产及质量优化管控，不断优化成品件库面积。

板料供应：目前一汽-大众板料供应有通过自身车间开卷落料线生产进行供给的，也有通过合作供应商的加工中心统一准时化配送的。两种方式的选择在建厂初期需通过战略委员会的决策，需综合考虑质量，效率，经济性要求。板料的过跨转运通过上料叉车或转运车实现。

物流通道：冲压车间物资运输的通道，运输设备部件、卷料、板料、模具、辅助设备等。车间生产期间，卷料的运输最为频繁，为实现冲压车间防尘要求，模修区旁物流通道要求同生产区域设置隔墙。

废料排放：通过地坑内的废料输送带将废料输送到废料排放间，废料排放间采用封闭式设计，减少废料排放时的噪声外泄。废料采用卡车转运的方式。废料输送带设计遵循钢铝分开的原则，并可与冲压线实现联锁。

公共设施及机械化辅具：公共设施包括冲压办公区、更衣淋浴区、KVP活动室、备件库等。机械化辅具采用立体库的存放方式，减少占地面积。

冲压设备选型

一汽-大众建厂初期，冲压线以手动线为主，后续部分冲压线在手工线基础上进行了自动化改造，但生产效率很低，这与当时的技术水平和市场需求都是分不开的。

进入21世纪，一汽-大众第一次装备了以50线为代表的全自动冲压线，但当时工作台还是T形布置，自动化采用Feeder的方式，手动更换端拾器，有效冲程次数不高。

伴随长春地区第二工厂的建立以及后续异地工厂的蓬勃发展，为进一步适应市场需求，冲压设备选型逐步向全自动高效，柔性化方向发展，如图5所示。

为统一一汽-大众内部标准，并同大众全球具备协同效应，在设备选型和参数方面尽量具备通用性和互换性，如图6所示。

冲压线自动化主要有Speedbar、Robobeam和Crossbar三种形式，如图7所示，模具设计时需考虑各种自动化之间的柔性互换。

图5 冲压线发展概况

图6 冲压线选型重要参数

图7 自动化形式

结束语

冲压车间合理的规划设计是确保实现冲压车间高效产出的前提。平面布局的最优化，物流的顺畅性，设备选型的合理性，先进的IT技术应用，厂房和设备节能环保措施等诸多方面确保了效率、成本、质量。在一汽-大众建厂过程中，我们也在不断探索如何实现完美的汽车冲压车间规划，并进行相关的标准化工作。