冲压车间生产线物流工位器具的改善设计分析.docx

冲压车间生产线物流工位器具的改善设计分析摘要国内汽车行业高速发展，汽车生产设备自动化率日益提高，但作为生 产辅助性工具-工位器具的发展明显滞后，影响汽车制造的生产效率及成本控制。 本文针对冲压车间工位器具转运效率低，安全性差，环境维护成本高，品种多， 通用性差等问题，从工位器具与生产线工位平台匹配、运输安全性、现场环境维 护、通用性四个方面，运用物流管理、现场管理以及人因工程学的理论与方法， 在新车型增设时，对冲压车间的工位器具进行了改善设计并实施。结果表明，与 改善前相比：在生产线工位平台匹配方面，加装气缸控制定位柱升降，增大地 脚尺寸，减少叉车放置工位器具时间，提升准确性和稳定性；在运输安全性方 面，设计专用叉铲铲道，大大提高物流转运过程中的安全性；在现场环境维护 成本方面，工位器具地脚嵌套在底部框架上安装，下部及四角安装聚氨酯垫，改 善器具与地面以及自身之间磕碰的情况，为车间每年节省现场环境维护费用； 通用性方面，将工位器具品种精简为15种大类，区分通用和专用部分，规范工 位器具标准化，提高通用性，降低改造成本。关键词工位器具；冲压件；物流管理；人因工程；成本绪论整车制造自动化生产在汽车生产企业车间的工位旁，摆放着各式各样的工位 器具，他们看起来没有庞大的冲压机和自动化的车身焊装设备那么引人注目，确 犹如人体的血管一样流通与车间的各个角落，是生产过程的重要构成部分。作为 整车工厂的第一道工序一冲压车间随着汽车工业自动化生产的快速发展，板料拆 垛，工序间的转运，均实现自动化生产，近两年，冲压制件也实现了自动码放。 但是作为生产辅助工具的工位器具的研究和发展确处于滞后状态。如图1所示，物流转运贯穿于整个冲压生产过程。冲压线生产出的单品制件 整齐码放到工位器具，并用叉车运输到库区，以及车身焊接生产线工位上。冲压 件工位器具是生产现场（冲压线、车身焊装线）或者以及库区储存冲压内外板件 的装置，如车门外板、侧围外板、前围中盖板、顶盖等，满足生产需求，便于生 产机器人与操作者操作而使用的一种辅助性装置。工位器具是冲压件物流运输的必要工具。工位器具在生产现场管理中，其设 计（结构强度、尺寸精度、分料定位合理、防磕碰措施、条形码识别、定位精度） 的是否合理、适用，也对保证产品质量、提高工作效率及工作质量、便于科学管 理、改善作业环境、促进生产、降低成本都具有一定的积极作用。目前，关于工位器具的研究相对较少。在理论研究方面，只是针对工位器具 的设计原则、作用以及实施要点等进行必要探讨；在实践应用方面，主要考虑工 位器具与冲压件的匹配性，能否合理进出工位器具，合理存放形状各异的冲压件， 根据产品结构形式不同，确保不因磕碰、挤压等情况损伤冲压件质量。但是对于 工位器具的转运过程经常出现的问题考虑较少，此方面的研究与应用更为少见， 因此，本文以冲压车间工位器具为研究对象，对生产线上物流工位器具在生产线 工位平台匹配、运输安全性、现场环境维护、通用性四个方面进行改善优化，以 达到安全生产、降低成本、定制化管理、提高工作效率的目的。1冲压车间工位器具的主要问题1.1生产线工位平台匹配生产线工位平台匹配度是指工位器具与冲压生产线尾平台以及焊装线头平 台的定位配合。定位的准确、牢固和时间是影响生产性的关键。在冲压车间，冲压生产线冲压制件后的码放主要有两种方式：人工码放， 工位器具放置于传送链平台上，冲压成品件从生产线流出由工人手动码放至工位 器具内。机器人码放，工位器具放置旋转平台，成品冲压件从生产线流出由6 台机器人码放至工位器具，其定位主要靠工位器具的地脚和旋转平台的与该品种 对应的4个定位柱配合。在焊装车间，装满冲压件的工位器具运输至各焊装生产线工位平台，根据自 动化程度的不同，制件抓取的方式主要由两种：人工抓取，工位器具放置在平 坦的生产线平台，1名或者多名工人手动从工位器具中抓取冲压件，放置到工位， 进行后续焊接作业；机器人抓取，工位器具放置生产线平台，机器人抓取冲压 件，其定位主要靠工位器具的地脚和工位平台的4个定位柱配合定位。影响工位器具生产线工位平台匹配度的问题，主要是以下两种：冲压线尾 平台因为全部是机器人码放，而且只有一个线尾平台，这就使每个品目的定位柱 都需固定在有限空冏的上，平台表面定位柱太多，如图4所示，码放空器具时， 叉车工不容易快速准确找到正确的定位柱，往往需调整2次到3次才能找到正确 的定位柱；由于定位柱很多，平台面积有限，这样定位柱直径一般不会太大， 这样接触面积小，增加了放置时的难度。1.2运输安全性工位器具主要是由叉车工驾驶叉车运输转运，属于特种作业，容易发生人员 伤亡事故，对操作者本人、他人及周围设施的安全可能造成重大危害，因此安全 工作是重中之重。工位器具转运的特点是作区域大，路线复杂。冲压线生产出的单品制件整齐 码放到工位器具，叉车工控制叉距（左右叉铲的距离），叉起工位器具底部，将 工位器具运输到库区码放，以及车身焊接生产线工位上，在设计上不仅要考虑产 品存放码放多层时的稳定性，还要考虑车间内部之间转运工作，在叉车运输过程 中如何做到器具稳定不会散落制件等问题。影响工位器具运输安全性的问题，主要是以下两种：叉车叉铲直接托起工 位器具底部，转弯时靠工位器具与叉铲的摩擦力克服惯性，容易出现“溜筐”现象（工位器具滑出叉铲）；铲距是由叉车工的经验判定，叉车工长时间连续作业 疲劳或者人员的失误铲距过大或者过小，工位器具转运不稳，尤其是新车型的投 入初期，工人对工位器具处于适应期，此问题更加明显1。1.3现场环境维护工位器具的维护保养成本不仅包括器具自身定期的精度调整，同时还包括漆 面破损以及地面的维护。近年来车间5S管理要求逐步加强，工位器具的漆面完 整，车间地面的平整清洁，已成为考核5S管理的重要指标，车间环境的保持成 为一项让车间管理者苦恼的事情。车间年度费用预算中，此项修理成本每年持续 增长。造成工位器具运输磕碰严重的问题，主要是以下两种：冲压件运转节奏 快，工位器具从地面及工位平台上铲起铲落，接触时产生撞击。工位器具在库 区码放时，它们之间发生磕碰撞击。1.4工位器具通用情况的现状分析冲压工位器具属于专用辅助工具，每一个新车型的投入都需根据冲压件的形 状、结构新制工位器具。新车型投入，需新增相应的车门外板、侧围外板、前围 中盖板、顶盖等1315种工位器具，大约500个。每年随着新车型的投入都会 新增个工位器具。图6是某个冲压车间工位器具种类现况。车间库区的面积是一定的，库区首先要满足新车型，热销车型的需求，其次 生产量少或者即将停产车型。通用性差主要体现在以下两个方面：设计理念的落后，冲压生产的发展趋 势是自动化，手动码放制件的工位器具设计时，没有考虑与生产线工位平台的匹 配，旧的设计思路不适应当前新的生产线设备。没有建立统一规范性标准，与 标准化、系统化、通用化的发展趋势相悖。2冲压车间工位器具的改善设计2.1生产线工位平台匹配度通过在冲压生产线平台上加装气缸，控制定位柱升降，如图7所示，设置相 关生产数据，与生产线关联实现自动化，这样相应品目生产时只有四个定位柱升 起，叉车工放置工位器具时，一目了然，能够快速准确。加大工位器具地脚和工位平台定位柱的尺寸，由直径15.5cm增至18.5cm， 工位器具地脚尺寸，提升了放置时的效率和稳定性2。2.2运输安全性为解决叉车运转的稳定性，从人因元素出发，考虑空载以及满载状态下不同 特点，在工位器具的底部框架的基础上设计叉铲专用铲道。冲压车间制件转运的 叉车的载重是2.5T,叉铲的横截面尺寸是120mm*40mm,通过对4个工厂50名 叉车工的调研实践确定铲道孔横截面尺寸为 240mm*90mm，两叉中心距离 950mm，图8为叉车通过铲道叉起工位器具的情况。同时增大地脚的尺寸，提高了在码放多层时器具之间的接触面积，提升了安 全性。2.3现场环境维护工位器具的四个地脚呈碗状，地脚既起存放时的支撑作用，又要承担与生产 线工位平台的匹配，如图10所示，将地脚设计嵌套型，工位器具由底部框架进 行承重，在工位器具底部加装硬度为90的聚氨酯（地脚硬度的一半），有效的缓 冲了工位器具和地面接触时的撞击。同时在工位器具四个角也加装聚氨酯，在库 区码放时缓冲工位器具之间的磕碰，通过一年的实际生产证明，此改善设计大大 提高现场环境，同时较上一年度节省现场环境维护费用。2.4工位器具通用的改善设计对工位器具模块设计，将工位器具划分为主体以及组成部品两大类，其中每 一类的拆解成6部分，区分通用部件和专用部件。主体部分：支撑框架：冲压件码放时支撑的主体；底部框架：整个工位 器具的基座，支撑整个工位器具的主体；外围框架：工位器具四面的防护，以 及码放不同层高时的支撑；导向杆：器具限位，配合支撑框架对制件进行限位， 确保在工位器具运输时制件的稳定性，避免“出槽”；地脚：地面的接触、与生 产线工作台的匹配，定位工位器具；条形码盒：工位器具的识别码，记录品种， 框号，冲压线与车身线工位平台识别的主要载体。部品式样：保护地面的聚氨酯：时与地面直接接触，考虑其特性主要是保 护地面；防止撞击聚氨酯：器具之间的保护；制件挂钩：承载每一个制件， 属于精密部件，也是工位器具不良的主要因素；挂钩支撑：固定并承载挂钩的 支撑件；聚氨酯分隔条：制件的隔离作用，一般10cm ；车型识别杆：用于 车身生产线平台识别不同品目的感应件3。图12为各部件的通用以及定制情况，通用部件与定制部件之间采用螺栓连 接，实现了可替换性。根据冲压车间生产品种，划分15大类，即三厢车左/右侧围、两厢车左/右侧 围、左/右翼子板、顶盖、左/右前门、左/右后门、前机盖外板、前机盖内板、后 备厢外板、后备箱内板、SUV及两厢车后备厢外板、后备厢内板。此种设计不 考虑车型，限定15个品种的框架尺寸，精简工位器具的大类。通过改善设计，随着车型的投入，只会增加工位器具的总数，但大的种类不 变，后续进行工位器具的改造，只需对之前定制部分进行变更，降低改造成本，同时库区面积不会有明显增加。3结束语此次冲压车间工位器具设计的项目，从生产线工位平台匹配、运输安全性、 现场环境维护、通用性四个方面提出了改善措施，新款工位器具正式投入使用以 来，达到了安全生产、降低成本、定制化管理、提高工作效率的目的。参考文献1 肖景荣，姜奎华主编.冲压工艺学M.北京：机械工业出版社，1999： 97.2 宋晓东，包强，刘健.冲压生产工艺与质量管理J.科技创新与应用，2012, （22）： 90.3 范家春，高晖.汽车冲压D.北京：机械工业出版社，2015.图I冲压生产流程示意图图2改善前冲压车间工位器具情况图M改善启冲压车间工位器具现况囹3冲压线白劫码放装置图聃压线自劫码放茉置旋转平台定值柱分布