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    深度 | 基于MOM的汽车冲压车间解决方案
    点击数:  1455

    • 01
      什么是冲压件


      冲压生产是利用压力机和模具实现对板材、带材、管材和型材等施加外力,促成塑性变形或分离,从而获得所需形状、尺寸和性能的工件(冲压件)的成形加工技术,是金属塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程技术。板料、模具和压力设备是冲压加工的三要素,不同的加工温度适用于不同变形抗力和塑性的材料,薄板一般在室温下进行;模具是冲压批量生产和先进冲压工艺实现的基础。




      汽车上的冲压件品种繁多,如汽车减震器冲压件弹簧托盘、弹簧座、弹簧托架、端盖、封盖、压缩阀盖、压缩阀套、油封座、底盖、防尘盖、叶轮、油筒、支耳、支架等都属于汽车冲压件。大体上分为覆盖件、梁架件和一般冲压件,冲压车间生产的冲压件,能够明显表示汽车形象特征,属于覆盖件。覆盖件分为外覆盖件和内覆盖件,具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大且精度要求高,表面质量高,不能一次成型等特点,因此汽车冲压车间均使用压机和模具进行批量生产。



      02
      行业特点与需求分析


      汽车冲压行业属于多品种、变批量的生产模式,一般企业均设置压机线和模具进行批量生产,具备自动化程度高、流水线生产、生产节拍快、备库存的生产特点。


      冲压车间的需求大体上与其它行业类似,涵盖生产计划、生产执行跟踪、物料追溯、质量管理、设备管理、统计报表分析等常规MES功能。但基于冲压行业生产模式的特征,在进行冲压车间MES系统的规划时,应该特别针对以下需求特点进行需求分析和功能设计:

      1.车间计划编排:开卷钢材得到板料,板料加工得到冲压件。车间计划包含冲压件生产计划、板料加工计划、原料采购计划,考虑后工序消耗需求和实时库存信息,根据设置的冲压件原料消耗比例、空容器数量、设备可用状态等条件,滚动制定车间日计划。先制定冲压件加工计划,再反推板料加工计划和原料采购计划,系统自动推算车间计划,减少人工排产计算工作量。


      2.生产过程跟踪:自动化生产过程,需生产计划、线尾料架、板料、模具、加工程序号全部匹配才能够生产,对于生产批次切换时更需要注意匹配关系,否则生产出现故障,或对冲压件、原料库存数据产生偏差。


      3.物料管理:原料配送收货,原料、板材与冲压件的仓库管理均通过信息化手段进行真实数据采集,进而得到真实有效的物料关联追溯数据和准确的实时库存,保障计划编排的有效性,也能减少人工盘点工作量。


      4.设备管理:主要设备的集成只在设备端查看,无法为压机、模具的预防性维护提供数据,设备TPM管理依赖人工记录管理,事后历史数据统计分析人工操作繁琐。


      5.质量管理:人工记录质量问题和返修记录,同步仓库数据滞后,不利于分析关键质量问题,例如按长周期统计或按车型统计。


      6.生产监控:实时监控主要依赖车间对讲机或电话进行沟通,设备运行统计或计划达成均由班组长在班次切换时上报记录,严重滞后。


      03
      汽车冲压解决方案


      基于冲压行业以上生产特征和需求,福州汉思自2013年起开始探索汽车冲压生产管理的信息化方案,经过多年积累,形成了如下汽车冲压整体解决方案,并在福特、广汽、北汽、路虎的多个工厂进行了成功实践。



      汽车冲压整体解决方案包括:系统管理、主数据管理、生产计划管理、生产过程跟踪、物料管理、设备管理、质量管理、安灯呼叫、生产监控8大模块。


      我们将针对汽车冲压行业方案中的核心与特色展开介绍:


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      3.1.生产计划高级排产


      冲压车间的排产计划(文章《汽车冲压高级排产-实践经验分享》已详细描述)主要分为3类:冲压件生产计划、开卷/板料生产计划、原料配送计划。后工序生产计划作为虚拟的库存消耗数据,进行库存模拟消耗。



      1、根据月度消耗计划,评估月度产能负荷关系:



      2、长期计划推算。长期计划作为预示计划,可在一定周期内调节每日的生产负荷,防止日负荷超出日产能。同时长期计划,可以作为前工序开卷线计划的推算根据,也可作为原料叫料配送计划的依据。


      3、预示计划。预示计划根据后工序的较长期计划推算达到,只是“预示”计划的原因是后工序长期计划可能调整的概率较大(甚至未锁定),后工序计划若调整则冲压件计划也会受影响而调整,因此只作为预示。


      4、锁定计划。锁定区间计划作为实际即将执行的计划,按触发方式可以分为:“后工序需求计划模拟消耗触发”与“实际库存消耗触发”两种,实际存在只使用单一方式或两种方式结合的情况。


      图  计划主界面


      5、开卷/板料计划。开卷/板料生产计划,根据冲压件生产计划反推,时间上提前设定的前置周期。排产过程中确认顺序需根据实际开卷工序特点进行判断。


      6、原料配送计划。一般根据冲压件计划倒推,根据月度需求按批次叫料送货,对于生产与配送效率高的原料供货商,也可以实时根据冲压件生产预示计划进行详细推算后再叫料。原料配送需考虑原料叫料供应商后,供应商准备-送货-收货的处理时间,若需车间内开卷,还需考虑开卷的前置周期。


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      3.2.物流全过程跟踪


      冲压车间生产物流跟踪包括原料、冲压件、料架、模具等实物物流跟踪。


      1.原料。供应商送货到卸货平台后,开始进行原料的物流跟踪,直到压机线首投料消耗结束。具体包括原料收货、原料入库、原料出库、(板材入库、板材出库)、投料等物流跟踪节点。通过原料的物流跟踪,自动更新维护原料在仓库或其它缓存区(线边库)的库存状态和数量,并为生产过程追溯提供原料的详细批次信息,包括原料的生产日期、批号、卷号、炉号等。


      图  原料收货工作站


      图  板料投料/退料跟踪


      2.冲压件。原料投入产线后,生产线尾产出冲压车间成品——冲压件。冲压件从产线末尾装载至料架中,随料架一起进入仓库、返修、出库(焊装),则冲压件库存从产出,流转到后工序(焊装车间)结束。过程中追溯冲压件的类型、生产批次、库存数量、状态(质量/物流)等信息,并自动维护个状态、区域的冲压件实时库存,提高库存管理效率的同时,也为冲压高级自动排产提供了必须的动态库存数据。


      图  线尾工作站


      图  压机线尾冲压件装载区


      3.料架。料架(也叫料车、台车等)作为冲压生产要素之一,装载零件时跟踪作为冲压件的跟踪载体,空料架时物流跟踪统计可用空料架数量,空料架数量也作为生产是否可执行的因素之一。一般通过纸质看板或RFID进行信息化跟踪。


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      图  尾箱料架数量修改


      原料和冲压件、料架的物流跟踪路线如下图展示:


      图  冲压车间主要物流路线


      其中1~2为原料跟踪,3~6为冲压件跟踪,3~9为料架/料车跟踪。



      (1)板料收货、送检与入库,若不接收,则进行退料处理。

      (2)板料出库后,压机线首上料,未使用完的板料退回板料仓库;

      (3)板料经压机几道工序加工后,产出成品冲压件,冲压件下线装载到料架上;

      (4)料架/料车冲压件装满或冲压件切换时,使用叉车将料架运送到冲压件成品库房中;

      (5)若入库时漏扫,则进行异常处理;若冲压件零件状态异常,则进行冲压件返修后再入库;

      (6)后工序(焊装)生产需拉动零件时,根据物料配送需求,使用运输车(叉车或拖车)运输冲压件到焊装线边;

      (7)焊装生产消耗冲压件,直到料架内的冲压件消耗完毕,或发现质量异常;

      (8)将料架(空料架/异常料架)运输返回冲压件成品库房,对异常料架的冲压件进行返修再入库或报废处理,更新料架的物流状态。还有冲压件的料架,后续可能与其它未满的料架合并,或再次出库到焊装进行生产使用;

      (9)下一次料架可装载冲压件生产时,运送空料架到冲压线尾,等待冲压件成品装载。


      4.模具。压机换模时,一般是手动输入模具程序号进行冲压件生产。跟踪模具物流位置,可进行实际校验,如模具是否试模、实际换入压机模具ID是否与批次生产计划匹配、模具TPM操作是否对应正确的模具等。模具在上一批次生产过程中,使用车间行车(模具很重)运输到压机一侧,等待切换。一般模具从模具存放区吊到目标位置,需要40分钟左右,因此冲压生产方式为批次生产且批次量不小,无法与焊装等后工序一样进行单件生产。


      图  上下开合的模具


      以上所有物流跟踪在没有纳入车间级的MOM中前,均采用人工登记的管理方式,采用信息化手段进行跟踪,以上物流跟踪对象均可以采用以下跟踪方式:


      条码+扫描


      常用的方式是打印纸质的条码,粘贴于跟踪对象上进行跟踪,其中原料和冲压件常常将条码置于托盘或料架上。物流跟踪对象在经过设定的物流节点时,采用人工或手工的方式,扫描物流跟踪条码,从而感知通过的跟踪对象,系统自动更新其物流状态或库存信息。在冲压车间内,采用条码+扫描方式时,更常见的方式时人工扫描。例如板料收货、出入库或上料时,人工扫描置于板料托盘上的纸质标签条码,进行系统内的物流状态更新。


      图  线尾标签打印


      图  打印标签样例


      RFID

      RFID跟踪的优势在于物流跟踪节点的自动感应,无需投入额外的人工扫描操作,缺点是存在一定的漏读和误读。通过在固定的物流感知区域安装RFID天线和必要的传感器,即可完成信息系统对托盘、料架的自动感应。需要注意的是,由于料架在各个物流流转节点感应区的形态不同,因此在RFID天线安装时,应充分考虑有效区域并结合实际物理位置进行安装设计,并反复验证最佳安装方案,车间管理执行也需提供必要的规范支持。另外,料架上安装多个RFID标签(对应同一个料架或托盘)也是提高采集读取正确率的一种有效方式。


      图  板料托盘RFID与上料口天线


      图  入库门洞RFID天线及位置示意图


      图  出库门洞RFID天线及位置示意图


      图  门洞RFID天线与塔灯安装


      针对RFID自动读取漏读或误读的情况,一种行之有效的系统自我调整方案是:利用物流跟踪状态的连续变化事实,进行中间状态的自动补录和库存更新,具体场景可参考下表:



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      3.3. 压力机秒级运行监控


      对于乘用车冲压车间,一般都采用模具进行大规模量化生产,主要生产设备为压力机,压力机设备的效率和生产良率基本可以代表整个车间的生产效率和良率,因此压机设备的效率对整个冲压车间极其重要,需要对压力机设备进行详细的状态数据采集,用于各类效率KPI的统计计算,以发现改进机会。


      通过对压力机PLC的信息对接,可以采集到压力机的状态、当前模具程序号、冲次数变化以及设备报警信息。一般用于生产管理的压机状态如下表所示:



      采集压机数据后可生成实时的压机运行监控画面如下,可悬停鼠标指针用于查看每个色块的详细信息或每个批次的实施KPI统计。


      图  压机运行监控-事件明细


      图  压机运行监控-批次实时KPI


      需要特别注意的是在工作时间之外的压机事件,如何闭环,具体逻辑需结合管理需求进行配置或定制。基于各类压机监控事件,仍然可以人工进行事件等级和原因的录入,便于多样维度数据统计分析。


      事件原因录入:



      事件拆分:



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      3.4.图形化的质量管理


      冲压的质量返修区一般设置在冲压件库房内或很近的位置,便于返修和返修后再入库。



      冲压质量管理与整车质量管理类似,不同点在于不良基础数据和成品图片的不同。整体流程为:不良基础数据配置、不良数据录入、返修确认、不良返修。质检人员通过可视化的录入方式,直接点击不良位置,选择不良类型与等级即可完成录入;返修人员扫描料框条码后,展示缺陷信息进行确认与逐项返修。不管是采用点或者宫格的方式(根据标记管理精度需求与习惯选择),目的都是为了对质量问题位置进行标记,提高后续确认和返修工作的效率。



      质量管理的功能界面均可以再移动端进行操作,建议的方式是采用平板或PAD(图片查看方便)。



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      3.5.模具预防性维护


      模具预防性维护与设备预防性维护基本类似,模具的PM工单生成更多采用冲压次数累计,达到设定值后,自动生成PM工单后执行。模具的维护行为主要分为4类:清洗、点检、保养、维修,PM工单均可手动插入,其中除维修外,其它3类均可配置为自动生成。



      每个编号的模具均需单独维护PM频次,结合压机数据采集可自动累计实际冲次数,到达设定的PM频次后,自动生成对应的PM工单,工单生成后,该模具的对应当轮冲刺累计清零,再次重新累计。同时,模具状态根据工单执行状态统计,若存在未关闭的工单,根据类型确认模具状态,模具状态确定模具组状态,若存在维修工单未关闭,则模具不可用,生产准备确认时调取模具组状态,作为判断是否可以生产的关键因素之一。



      PM工单生成后,按配置流程又对应人员执行,执行过程中需录入问题类型、描述、处理措施、是否试模等,可以自由采用文字、照片、语音、视频等信息进行描述。PM工单执行后,需由对应的确认和关闭人员进行问题闭环处理,最终可形成PM知识库,用于指导后续PM工作。



      针对PM工单的实际执行,可统计PM工单关闭率和及时率,按执行部门和人员也可统计执行时长与效率。


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      3.6.丰富的监控与报表展示


      主要的冲压车间报表如下图所示,实际各家工厂管理方式略有差异,例如生产潜力、保供率等。



      部分常见报表样式如下




      通过各类真实数据KPI统计分析,识别生产过程管理的主要问题,帮助企业更有针对性的提升效率。


      各类实时统计看板,也有助于把握车间整体情况,例如车间ANDON看板





      工艺指示看板


      模具看板


      04
      总结


      冲压车间管理概括描述分为3条主线:


      1.计划-物流线:从计划到执行跟踪,包括原料板料采购收货入库,原料、冲压件、空料架的物流流转跟踪,过程中采集到计划完工和实时库存数据;


      2.设备监控-管理线:主要设备包括压机、模具、检具等,基本的设备TPM管理,结合冲压车间最主要生产设备压力机的集成采集数据,支撑设备的预防性维护任务的自动生成,并能够统计得出大部分节拍和效率相关的数据,即各类KPI的计算。


      3.质量线:原料、冲压件的质量检查和跟踪,也包括返修和报废管理。三坐标测量与实验室管理可纳入到LIMS管理的范畴。




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