中國重汽HOWO 輕卡2020 年產(chǎn)銷量屢創(chuàng)新高，各生產(chǎn)線承受了巨大的生產(chǎn)壓力。沖壓自動化生產(chǎn)線沒有成為瓶頸工序，要歸功于生產(chǎn)節(jié)拍優(yōu)化。生產(chǎn)節(jié)拍是衡量生產(chǎn)線產(chǎn)能的重要指標，節(jié)拍優(yōu)化后的生產(chǎn)效率大幅提高，在相同的時間內(nèi)可以生產(chǎn)更多的沖壓件，從而降低沖壓件的生產(chǎn)成本。

重汽(濟南)輕卡有限公司引進了一條沖壓自動化生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)重汽HOWO 輕卡駕駛室的外觀覆蓋件。引進這條生產(chǎn)線的時候采用了拆分單元的模式進行，分別采購了濟南二機床集團有限公司的壓力機、ABB 公司的沖壓搬運機器人及清洗涂油機等設(shè)備。以ABB 公司的整線集成方案協(xié)同各廠家集成整線，充分利用各廠家在各自領(lǐng)域內(nèi)的強項，揉合他們的先進技術(shù)建立了一條沖壓自動化生產(chǎn)線。

投產(chǎn)后碰到的難題

生產(chǎn)線的投產(chǎn)初期，我們在生產(chǎn)速度優(yōu)化方面碰到很多困難，具體有：⑴設(shè)備與設(shè)備之間的控制邏輯存在很多不一致的地方，直接的結(jié)果就是導致生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍慢；⑵不同廠家設(shè)備之間的聯(lián)鎖信號缺乏正確性，提高生產(chǎn)速度的同時，也增加了設(shè)備發(fā)生相互碰撞的概率，難以找到生產(chǎn)效率與設(shè)備、模具安全之間的平衡點；⑶各個設(shè)備之間只是用相互之間的聯(lián)鎖信號進行優(yōu)化，沒有整線控制生產(chǎn)速度的模式與專用控制器；⑷沒有機器人的同步系統(tǒng)，硬件上增加了優(yōu)化的難度，并且在一定范圍內(nèi)約束了生產(chǎn)節(jié)拍。

影響生產(chǎn)速度的要素

沖壓線的設(shè)備管理員、操作人員和機修人員，不斷地為提高生產(chǎn)效率而進行生產(chǎn)線的節(jié)拍優(yōu)化作業(yè)。在現(xiàn)場中應(yīng)用持續(xù)改善的思想來降低零件生產(chǎn)的CT值，總結(jié)出一套優(yōu)化生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的有效方法。沖壓機器人自動生產(chǎn)線中，有兩個與生產(chǎn)速度相關(guān)的要素，即各設(shè)備的動作速度和動作協(xié)調(diào)性。

動作速度

在實踐中我們發(fā)現(xiàn)，當各設(shè)備以最大的速度運行，并且各臺壓力機同步?jīng)_壓、各臺機器人同步搬運的時候，生產(chǎn)線生產(chǎn)速度最快。對于各設(shè)備速度來說，拆垛上料單元和壓力機的速度通常是不會變化的；而機器人運動速度調(diào)整的柔性非常大，成為影響生產(chǎn)線速度的主要因素。

機器人的運動速度與機器人的動作特征是密切關(guān)聯(lián)的，實際的運動速度除了與設(shè)定的數(shù)值大小有關(guān)系外，還與運動過程中的姿勢變化和運動方式有關(guān)系。機器人動作的特點如下：⑴運動過程中姿勢變化越少運動速度越快。在保證安全的條件下，盡可能減少機器人運動過程中姿勢的變化。⑵機器人運動速度的特征是兩個點之間的運動：MOVJ 弧線運動速度＞ MOVL 直線運動速度。當選擇MOVEJ 命令，機器人會自動計算運動最快的弧線軌跡。

熟悉了機器人動作的特點后，我們就可以將各個零件的機器人軌跡標準化。新建零件時，復(fù)制以前相似的零件軌跡，做簡單的改動后就能得到理想的軌跡。完成這一步后，就可以將單臺機器人的搬運速度調(diào)到最快，滿足要素中的第一個條件。

動作協(xié)調(diào)性

如何將各臺設(shè)備以其最大運動速度揉合在一起，組成一條生產(chǎn)速度快的生產(chǎn)線？簡而言之就是如何調(diào)節(jié)設(shè)備之間動作的協(xié)調(diào)性呢？

沖壓生產(chǎn)線理想的優(yōu)化狀態(tài)應(yīng)該是各設(shè)備以其最大的速度運行，以最短時間完成單個動作循環(huán)，各設(shè)備的每個動作循環(huán)中只有一個等待點；在安全的條件下，前一臺設(shè)備以最短時間啟動下一臺設(shè)備。站在整線的角度來看，機器人能夠同步搬運，壓力機能夠同步?jīng)_壓。機器人上完料開始后退時，壓力機滑塊開始啟動，并且模具差點與機器人相撞；滑塊開始上升時，機器人立即進去抓料，并且差點與模具相撞。各設(shè)備以自身最大的速度運行，相互之間的啟動參數(shù)設(shè)置到最大值，并且能夠協(xié)調(diào)一致運動。

生產(chǎn)節(jié)拍的優(yōu)化

使用機器人的沖壓自動線，機器人的動作與其前后壓力機相關(guān)而將整線連成一個互相牽連的整體。我們可將整線分為N 個周期性運動的單元進行分析，其各自最佳狀態(tài)下運動周期Tmin 的最大值決定了整線的速度SPM。

⑴四工序沖壓線可拆分為五個單元(圖1)：拆垛上料單元、四個壓力機單元(壓力機與壓力機后面的機器人)。⑵各單元在最佳狀態(tài)下無等待的動作循環(huán)周期Tmin 均可獨自測量、優(yōu)化。 拆垛上料單元，機器人從拆垛小車上抓料放料，板料經(jīng)清洗涂油、對中，機器人從對中臺上抓起板料送進模具，機器人再抓下一張料。壓力機單元，滑塊下行至下死點完成沖壓、從下死點升起，機器人進模、抓料、出模，送料進模、放料、出模，滑塊再次沖壓。

各單元的優(yōu)化內(nèi)容與措施

⑴ 拆垛單元。板料在拆垛小車上以中心定位，所有料架在拆垛小車上以中心定位，這樣所有板料的拆垛程序統(tǒng)一為一個。機器人各步動作速度在程序里合理調(diào)整確定。經(jīng)測量，拆垛單元的動作循環(huán)時間比壓力機單元的循環(huán)時間要快，拆垛單元不是整線的瓶頸單元。

⑵壓力機單元。四個壓力機單元的動作時間是決定整線SPM 的基本因素。壓力機單元的動作時間是指壓力機沖壓、機器人下料、機器人上料、機器人回到下料等待點整個過程的時間。壓力機單元時間T= t1(壓力機沖壓)＋t2(機器人下料)＋t3(機器人上料)＋t4(機器人回到下料等待點)。

圖1 沖壓生產(chǎn)線布局

調(diào)整單元設(shè)備時間

單元是生產(chǎn)線最重要的元素，首先我們將單元內(nèi)的設(shè)備動作協(xié)調(diào)，使單元的動作時間最少，才能進一步使生產(chǎn)線的單元動作協(xié)調(diào)，達到生產(chǎn)線優(yōu)化的效果。如何將單元的設(shè)備動作時間調(diào)整到最少呢？主要有以下三個方法：

⑴下料機器人提前啟動上料機器人。沒有優(yōu)化前，下料機器人到達退出下料點OU 之后，才允許前面的機器人上料。優(yōu)化之后下料機器人在到達OU 之前一段距離，就允許前面的機器人上料(圖2)。這段提前的距離就是提前上料許可距離LA，界面參數(shù)為“Load Authorization Dev1 Phase1”。這個參數(shù)只有在自動模式下才能設(shè)定，并且在機器人速度達到100%時，才能生效。

提前上料許可距離LA 需要在生產(chǎn)中設(shè)置。該參數(shù)應(yīng)從小到達慢慢增加，并且不能超過最大值，同時觀察上料機器人和下料機器人之間的相對位置，保證前后機器人攜帶板料時，最小距離大于300mm。

⑵上料機器人提前啟動壓力機。機器人的優(yōu)化參數(shù)里有一項可以調(diào)整機器人上料后往后退時與干涉點的間隔數(shù)值，從而改變啟動壓力機沖壓的快慢。機器人上料后啟動壓力機沖壓最快的時機在機器人放料完畢開始后退時，立即發(fā)出啟動壓力機信號。

圖2 機器人運動軌跡圖

沒有優(yōu)化前，上料機器人到達退出上料點OL之后才允許壓力機沖壓。優(yōu)化之后，上料機器人到達OL 點之前就允許壓力機沖壓，這段提前的距離就是提前沖壓許可距離LC，界面參數(shù)為“Load Conformation Dev2 Phase1”。這個參數(shù)只能在自動模式下才能設(shè)定，并且在機器人速度達到100%時，才能生效。

提前沖壓許可距離LC 需要在生產(chǎn)中設(shè)置。該參數(shù)應(yīng)從小到大慢慢增加，并且不能超過最大值，同時觀察壓力機是否會出現(xiàn)模具保護角度報警。如果出現(xiàn)該報警，那么需要減小LC 值(比如減小10mm)。

另外，為了保證上模具不與機器人及端拾器干涉，需要設(shè)置壓力機模具保護角度。當壓力機超過該角度時，機器人及端拾器還在壓力機范圍內(nèi)，壓力機會立即制動停止。

⑶壓力機提前啟動下料機器人。有兩個方法可以加快壓力機沖壓后機器人下料。一是使軌跡中的WL 點靠近壓力機，二是減小壓力機啟動機器人下料的角度。

壓力機是用電子凸輪角度信號啟動機器人下料的。機器人定位精確，先將WL 點盡可能接近壓力機，再減少啟動角度，是比較好的做法。下料機器人到達等待下料點WU 后，等待下料授權(quán)信號，當這個信號變?yōu)? 時，機器人進入取料。沒有優(yōu)化前，壓力機到達上死點之后才發(fā)送下料授權(quán)信號。優(yōu)化之后壓力機在返程途中到達下料機器人取料設(shè)定角度(該參數(shù)需要在壓力機人機界面上設(shè)置)，就會給機器人發(fā)送下料授權(quán)信號。

當各個單元的動作時間達到最小后，只要把生產(chǎn)線的五個單元協(xié)調(diào)起來，生產(chǎn)線就可以達到優(yōu)化的理想狀態(tài)了。生產(chǎn)線上各個單元協(xié)調(diào)生產(chǎn)的時候，他們的動作時間是很相近的。同時，后單元比前單元要快點，才能使生產(chǎn)線保持一起沖壓一起搬運的同節(jié)拍，所有機器人只有一個等待點狀態(tài)。假如前單元比后單元要快，生產(chǎn)線就不能出現(xiàn)一起沖壓一起搬運的同節(jié)拍最優(yōu)狀態(tài)。機器人有兩個等待點，等待下料和等待上料，CT 值下降0.2 ～0.3s。

結(jié)束語

沖壓自動化生產(chǎn)線優(yōu)化后，每天可以生產(chǎn)更多的沖壓件；或者在產(chǎn)量不變的情況下提前完成當天的生產(chǎn)任務(wù)。為此，我們可以安排生產(chǎn)線一定的計劃停機時間做其他事情，比如模具調(diào)試、設(shè)備日常維護等，得到的經(jīng)濟效益是非?？捎^的。

魏守利

主要從事沖壓設(shè)備的管理、維護和維修工作。參與了沖壓自動化生產(chǎn)線導入工作，沖壓自動化生產(chǎn)線獲得了中國重汽集團公司科技進步二等獎，沖壓車間設(shè)備管理工作達到中國重汽集團公司設(shè)備管理 “四星級”標準。