汽车配件行业数字化冲压车间建设

杨鹏飞

摘要：汽车配件的冲压制造环节随着市场化、个性化的需求延伸，对零部件产品的制造要求也越来越高。一来产品需求趋向多品种小批量，二来整个供应链对于质量可靠性与产品可追溯性的要求也愈加迫切，三来冲压制造企业对自身的制造柔性、管理透明化等也提出更高的要求。因此汽配行业冲压制造智能化转型刻不容缓，本文将从产线柔性改造、装备导入、信息化建设与集成三个方面进行汽车配件行业数字化冲压车间建设探讨。

关键词：冲压行业;离散制造;柔性生产;智能制造

1  现状及问题描述

汽车类钣金加工件属于国内汽车产业关键零部件，其研发及制造无论从质量、技术等角度对于终端产品研发、制造的重要性均起到十分关键的作用，对于下游供应链中的金属加工行业来说钣金加工件在自动化、信息化等方面的智能化升级势在必行。

某公司是西南地区最大的汽车钣金件制造商之一，拥有西南地区规模最大、最先进的金属制品自动化生产线。当前该公司钣金生产过程中主要存在以下问题：

①产品质量重、零件锋利、工人劳动强度大、生产安全隐患高，急需通过生产智能化升级，降低对相应人员数量和技能的需求。

②传统单工序的生产管理，存在信息传递不畅、效率低下、制造及管理成本高等问题，需要通过设备互联、信息系统集成，实现整个生产过程的最优化管理。

③随着产品多品种小批量转变，产品交期大幅缩短，钣金加工的生产批次切换大幅增加严重影响生产及管理效率，迫切需要通过柔性生产、智能化转型实现快速准确交货。

2  项目建设思路

基于以上问题及现状分析，对该公司进行智能制造数字化转型改造，具体思路包含以下三个方面：

2.1 基于柔性制造理念的生产布局优化与仿真分析

通过工艺流程分析与优化，结合冲压制造特点进行生产线布局优化设计并通过数学建模及仿真优化，实现生产线布局设计结构最优化，系统性解决生产线布局对生产系统效率的影响，实现投入产出比最小化。

2.2 生产装备智能化改造及自动化生产线建设

应用自动化、工业机器人等技术，在冲压加工各工序环节，导入应用自动化智能装备，解决冲压制造关键工序存在的劳动强度大、危险性高以及产品多样性提升后，切换次数增加影响生产效率等问题，实现生产装备智能化升级以及设备使用率最大化。

2.3 信息系统建设与集成

建设制造执行系统（MES），实现生产状况实时可视、可控;建设制造品质管理系统（QMS），加强产品质量控制;搭建企业服务总线，高效集成与协同ERP、MES、QMS等系统，实现企业信息集成。

3  项目建设内容

3.1 基于柔性制造理念的生产布局优化与仿真分析

针对冲压产品离散型生产的工艺特点和特征，基于车间布局模型、离散制造模式等方面的研究基础，构建基于冲压分汇流的柔性离散型制造布局模型，运用数学理论方法为冲压生产线布局优化设计提供理论和定量分析的依据，并通过仿真分析，评估与优化布局方案，最终实现生产布局和工艺流程的优化。

3.1.1 工艺流程分析

针对冲压产品离散型生产的工艺特点和特征，分析产品的生产工艺流程（冲压制造工艺流程如图1所示），为冲压制造的工艺流程优化及生产线布局研究打下基础。

3.1.2 生产线布局优化

根据冲压生产线体特点，基于离散型制造布局模型，充分结合工艺优化、行车、空中传输线、立体货架、办公区、洁净房等区域需求，重新规划冲压钣金产品生产模式和线体布局，构建高效、柔性的生产线体，满足冲压产品柔性智能制造需求。

3.1.3 柔性离散型制造布局仿真分析

借助AUTOMOD对布局方案进行系统仿真优化，实现生产线布局设计结构最优化，系统性解决生产线布局对生产系统效率的影响，实现多型号生产线以分汇流的思想与后段清洗线连接，达到不同型号产品的柔性混线生产。（图2）

3.2 生产装备智能化改造及自动化生产线建设

3.2.1 上下料自动化装备开发

基于冲压制造工藝特点开发及投入上下料智能装备、非标重载独立式机械手及附属机构，机器人为5轴，可直接实现翻转功能，产线之间增加简易平台进行连线生产。

3.2.2 多工位机器人气体保护焊接工作站

多工位机器人焊接工作站以组件螺栓和支架气焊为切入点，方案兼顾工装夹具的扩展性，为后期其他产品的气焊提供兼容考虑。设备采用双工位设置，避免出现人机等待和人机干涉问题。

3.2.3 油压机机器人上下料

采用后端上料+前端出料的方式进行布局，800T油压机采用双料位自动进出上料，630T设备采用单料位自动进出上料。既能实现单台油压机自动化生产，也可完成两台压机连线自动化生产。

3.3 信息系统建设与集成

信息系统建设内容主要包含制造执行系统（MES）与品质管理系统（QMS），通过MES系统建设实现生产状况实时可视、可控;通过品质管理系统（QMS）建设加强产品质量控制。并通过信息系统集成实现新建系统与已建系统的数据与业务集成，实现全业务链、价值链的数字化。

3.3.1 制造执行系统（MES）建设

MES系统覆盖所有设备和生产全制程，包括下料、冲压、焊铆及后处理等多个工序环节。MES系统对接ERP主生产计划。通过实时数据采集使各线上库位、WIP状态、计划达成情况、零件组件追溯、质量追溯方面均能进准查询与监控。系统集成OPE分析模型，可以对设备效率进行持续监督。系统可实时获取ERP一级库库存，并对工位库关键物料进行库位和先进先出管理。

对产品的进行生产信息关联，跟踪产品生产状态，实现计划下达、投入产出、返工、异常下线等信息的查询。快速准确定位质量问题的确定、原因、波及的范围，高效追溯和分析产品隐患，对工艺过程的稳定性，产品良率、不良缺陷分布的波动率进行实时监控并预警，对于可能有潜在质量问题的工序、物料、人员等工位进行了相应的硬件防呆。管理者只需在办公室就可以实时查看生产现状和生成相关报表，车间现场管理者也能通过电子看板实时查看生产进度及设备状态。

3.3.2 品质管理系统（QMS）建设

QMS系统建设的核心思想是实现冲压生产过程的感知、控制、管理、计划。

①通过关键业务数据信息及管理目标数据采集，实现质量工作状况的感知;

②通过对质量管理核心业务流程的标准化梳理、固化，进而实现质量管理工作流程优化，并实现质量过程管理的控制;

③通过对质量管理计划、质量目标的层层分解、达成率统计、监控，及重大质量问题整改的监控管理等，实现质量管理工作的全面管理;

④通过对企业质量目标业绩指标的全面量化，为管理层决策提供量化的数据支持，实现质量管理计划。

最终实现隐性质量问题的显性化、可视化，帮助企业管理人员实现企业运营状况的快速了解，为企业管理人员高效决策提供支撑。

3.3.3 系统集成方案

在系统集成方面，通过搭建企业服务总线，利用ESB进行ERP、MES、QMS等企业系统集成。解决目前应用系统集成时面临的主要问题如数据库环境不一致，缺乏统一的数据格式和传递的统一机制，难以支持分布式和灵活动态的连接方式，建立互联互通网络架构与信息模型，高效集成与协同信息化系统，实现企业生产业务流程智能化整合。

4  结语

本项目建设冲压行业柔性制造数字化车间，探索冲压行业离散型智能制造新模式，在实践中应用并逐步改进，实现冲压柔性智能制造。本项目的离散型智能制造新模式成功应用将带动相关制造业的管理创新和跨越式发展，具有很重要的研究、应用价值和示范意义。

参考文献：

[1]童群.数字化车间生产现场数据采集与智能管理研究[J].软件，2018（08）.

[2]戴绍祥，孙立岩，王志恒，朱登海.车架冲压工艺规划浅析[J].模具制造，2020（01）.

[3]周东红.传统自动化企业在智能制造中的机遇和实践[J].信息技术与标准化，2018（11）.

[4]王宝林，吕兴宇，刘宝振.汽车冲压件制造工艺[J].山东工业技术，2016（02）.