文／段志強(qiáng)·上汽通用五菱汽車股份有限公司

針對(duì)提升整車制造沖壓車間精益生產(chǎn)能力，有效的生產(chǎn)計(jì)劃組織和柔性生產(chǎn)運(yùn)行尤為重要。通過(guò)高效的生產(chǎn)計(jì)劃組織提升一個(gè)流連續(xù)生產(chǎn)能力，改進(jìn)過(guò)程生產(chǎn)瓶頸，提高生產(chǎn)率，提升精益生產(chǎn)輸出能力；通過(guò)柔性生產(chǎn)來(lái)滿足當(dāng)前汽車復(fù)雜巨變形勢(shì)下的更新迭代速度，加快所需求的多品種、小批量彈性生產(chǎn)模式，快速適應(yīng)生產(chǎn)變化需求，不斷提升沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)柔性加工能力。

市場(chǎng)需求變化快速，整車工廠生產(chǎn)計(jì)劃需實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整以滿足市場(chǎng)需求，作為整車制造頭道工序的沖壓車間需要快速有效組織生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)整生產(chǎn)模式、管理模式以滿足整車制造的需求。有效的生產(chǎn)計(jì)劃組織，一方面保證上下游工序的拉式生產(chǎn)，另一方面提升現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)、精益、精準(zhǔn)制造能力，降低生產(chǎn)制造成本。柔性生產(chǎn)加工能力改變車間傳統(tǒng)單一的生產(chǎn)模式，具有生產(chǎn)加工能力高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。

生產(chǎn)計(jì)劃組織

生產(chǎn)計(jì)劃組織，重點(diǎn)研究沖壓車間運(yùn)行的關(guān)鍵因子的生產(chǎn)計(jì)劃制定，其與上工序開(kāi)卷落料、下工序車身焊裝車間上線、后勤區(qū)域模具維修保養(yǎng)以及自制件下線、倉(cāng)儲(chǔ)管理和沖壓自動(dòng)線本身運(yùn)行節(jié)拍、經(jīng)濟(jì)批次、生產(chǎn)效率等交叉關(guān)聯(lián)、互相影響。

生產(chǎn)計(jì)劃關(guān)聯(lián)圖

生產(chǎn)計(jì)劃是聯(lián)動(dòng)上下游工序的樞紐，生產(chǎn)計(jì)劃長(zhǎng)周期精準(zhǔn)定義、動(dòng)態(tài)調(diào)整，不僅可以滿足下工序車身焊裝車間沖壓件上線需求，而且支持上工序開(kāi)卷落料線板料生產(chǎn)和卷料計(jì)劃拉動(dòng)，同時(shí)明確了模具維修、保養(yǎng)時(shí)間窗口，固化了沖壓自制件下線倉(cāng)儲(chǔ)資源的配置需求，如圖1 所示。

圖1 生產(chǎn)計(jì)劃關(guān)聯(lián)約束圖

生產(chǎn)計(jì)劃需求分析

根據(jù)車身上線計(jì)劃測(cè)算月度/周沖壓產(chǎn)能需求計(jì)劃，PA、PB、PC……為A 車型、B 車型、C 車型……對(duì)應(yīng)沖壓件沖次需求，具體如圖2 所示。

圖2 3 月份車身上線計(jì)劃

Ai×PAi+Bi×PBi+Ci×PCi+…=Si ⑴式中：i 為生產(chǎn)周期。

根據(jù)以上測(cè)算：

⑴月/周沖壓件沖次需求為Si；

⑵每日沖壓件沖次需求為Si÷i；

⑶沖壓生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)工時(shí)需求為T=Si÷i÷(SPH×生產(chǎn)效率）+計(jì)劃性停線時(shí)間。

由以上可知，沖壓車間按照每日沖次Si÷i、排產(chǎn)工時(shí)T，即可保證沖壓生產(chǎn)處于一個(gè)理想均衡的狀態(tài)，根據(jù)后工序需求拉動(dòng)前序生產(chǎn)，如圖3 所示。

圖3 后工序需求拉動(dòng)前序生產(chǎn)

生產(chǎn)計(jì)劃編排原則

制定沖壓生產(chǎn)計(jì)劃，具體可根據(jù)約束條件采用人工編排或搭建系統(tǒng)進(jìn)行編排，排產(chǎn)原則一致。

沖壓生產(chǎn)計(jì)劃編排的約束因素主要有車身上線計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)工時(shí)、每日沖壓件沖次需求數(shù)量、排產(chǎn)庫(kù)存、經(jīng)濟(jì)批次、空框包裝數(shù)量/經(jīng)濟(jì)批次、沖壓件生產(chǎn)節(jié)拍SPH、生產(chǎn)效率、計(jì)劃性停線時(shí)間、模具維修保養(yǎng)時(shí)間窗口、沖壓件下線周轉(zhuǎn)入庫(kù)時(shí)間等。

沖壓生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)總體原則：

⑴按照排產(chǎn)計(jì)劃，Σ 沖壓件生產(chǎn)時(shí)間+計(jì)劃性停線時(shí)間＝?jīng)_壓生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)工時(shí)。

⑵排產(chǎn)庫(kù)存+經(jīng)濟(jì)批次≤最大庫(kù)存。

⑶按照排產(chǎn)系數(shù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排產(chǎn)，排產(chǎn)系數(shù)＝空框包裝數(shù)量／經(jīng)濟(jì)批次。

⑷沖壓件庫(kù)存-車身每日上線≥最小庫(kù)存。

⑸模具維修保養(yǎng)窗口時(shí)間≤生產(chǎn)排產(chǎn)間隔時(shí)間。⑹沖壓件下線周轉(zhuǎn)時(shí)間≤單批次生產(chǎn)時(shí)間。

⑺其他約束條件：物流入庫(kù)干涉和時(shí)間窗口干涉。

在排產(chǎn)工時(shí)、沖次數(shù)一定的情況下，沖壓生產(chǎn)計(jì)劃總體以經(jīng)濟(jì)批次和排產(chǎn)系數(shù)為主，同時(shí)要考慮其他約束因素。

經(jīng)濟(jì)批次設(shè)置

針對(duì)每一種沖壓件經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量L 的設(shè)置受生產(chǎn)理論節(jié)拍SPH、生產(chǎn)效率η、計(jì)劃性停線時(shí)間t、最大庫(kù)存max、最小庫(kù)存min、庫(kù)存安全系數(shù)K、工位器具單框包裝量P、外部切換準(zhǔn)備時(shí)間T、沖壓件周需求數(shù)Q 等約束因素影響。

經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量設(shè)置原則：

⑴經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量≥min[(外部切換時(shí)間-計(jì)劃性停線時(shí)間）×理論節(jié)拍×生產(chǎn)效率，沖壓件周需求數(shù)量]，即L=min[(T-t）×SPH×η，Q]。

⑵經(jīng)濟(jì)批次L ＝數(shù)量×整數(shù)倍單框工位器具包裝數(shù)，即L=n×P。

⑶排產(chǎn)庫(kù)存=(最小庫(kù)存～庫(kù)存安全系數(shù)×最小庫(kù)存）=(min ～K×min），K 為安全庫(kù)存系數(shù)，依據(jù)沖壓車間整體制造能力綜合考慮制定。

⑷最小庫(kù)存＝?jīng)_壓件緊急排產(chǎn)生產(chǎn)下線并配送至車身線旁所需時(shí)間×車身生產(chǎn)JPH。

⑸經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量決定了板料包裝數(shù)量，即L=n×板料單包包裝料。

外部切換時(shí)間，指下一個(gè)產(chǎn)品準(zhǔn)備至可切換狀態(tài)所需時(shí)間，通常包含模具、板料吊裝及其他生產(chǎn)準(zhǔn)備所需時(shí)間。外部切換時(shí)間是經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量設(shè)置的決定因素，若經(jīng)濟(jì)批次生產(chǎn)時(shí)間小于外部切換準(zhǔn)備時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)待模、待料等情況，導(dǎo)致停機(jī)損失；特殊情況如訂單車、配件補(bǔ)充等非常規(guī)生產(chǎn)無(wú)法避免以上情況，則盡量安排在計(jì)劃性停線、停機(jī)時(shí)間進(jìn)行。

精益生產(chǎn)計(jì)劃組織

沖壓生產(chǎn)計(jì)劃的編排直接影響車間生產(chǎn)制造成本，均衡生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)批次是生產(chǎn)計(jì)劃的主要影響因素。

⑴均衡生產(chǎn)。

均衡生產(chǎn)就是把產(chǎn)品流量的波動(dòng)盡可能控制到最小程度。既要控制總量均衡，連續(xù)兩個(gè)時(shí)間段之間的總生產(chǎn)量的波動(dòng)控制到最小程度，又要控制各品種的數(shù)量均衡。

總量均衡，如果產(chǎn)品的流量出現(xiàn)了波動(dòng)，相應(yīng)的設(shè)備、人員、庫(kù)存以及其他各種必要的生產(chǎn)要素必然要按滿足生產(chǎn)量的高峰期做準(zhǔn)備，特別是人員和庫(kù)存方面。在生產(chǎn)量減少的時(shí)間段，與高峰期相比就容易產(chǎn)生人員和庫(kù)存等浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)造成上下序準(zhǔn)備的浪費(fèi)。

品種數(shù)量均衡，如果品種數(shù)量出現(xiàn)了波動(dòng)，部分產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)低于最小庫(kù)存，需協(xié)調(diào)額外資源緊急組織生產(chǎn)以避免下工序車間停機(jī)停線；部分產(chǎn)品會(huì)高于最大庫(kù)存或按照非經(jīng)濟(jì)批次生產(chǎn)等，會(huì)造成溢庫(kù)、待模待料等問(wèn)題。

⑵經(jīng)濟(jì)批次。

多品種小批量的生產(chǎn)模式，促使產(chǎn)品交貨期縮短、庫(kù)存更精益。原則上分析，經(jīng)濟(jì)批次越精益，板料、沖壓件的庫(kù)存會(huì)越精益，占用資本會(huì)減少。同時(shí)，板料、沖壓件庫(kù)存的精益會(huì)有利于管理幅度更小、工裝器具、倉(cāng)儲(chǔ)空間等導(dǎo)入減少，推進(jìn)車間運(yùn)行制造成本降低。但縮小經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量，就會(huì)增加產(chǎn)品切換頻次，增加切換時(shí)間，影響設(shè)備開(kāi)動(dòng)率，最終影響生產(chǎn)率輸出，導(dǎo)致車間制造成本增加，同時(shí)會(huì)增加沖壓件無(wú)法滿足下工序車身上線需求的風(fēng)險(xiǎn)：

①?gòu)纳a(chǎn)率輸出上分析，作業(yè)批量規(guī)?？s小至原來(lái)的百分之幾，作業(yè)切換時(shí)間就應(yīng)該相應(yīng)縮短至原來(lái)的百分之幾，則生產(chǎn)率輸出不變。

②從切換損失上分析，內(nèi)部切換時(shí)間盡可能轉(zhuǎn)換成外部切換時(shí)間，提升設(shè)備開(kāi)動(dòng)率，提高生產(chǎn)率輸出。

③節(jié)拍越高，生產(chǎn)效率越高，制造成本越低，批量生產(chǎn)時(shí)間也會(huì)越短，但要求外部切換時(shí)間更快，否則會(huì)引起待模待料及停線損失。

④動(dòng)平衡關(guān)系。

經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量與產(chǎn)品切換頻次之間存在一定的成本平衡關(guān)系：

降低經(jīng)濟(jì)批次數(shù)量減少的生產(chǎn)制造成本≥增加產(chǎn)品切換頻次增高的生產(chǎn)制造成本。

柔性生產(chǎn)

針對(duì)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線而言，柔性生產(chǎn)是一種柔性制造技術(shù)，引入生產(chǎn)、人員、模具、工位器具、端拾器等柔性可快速調(diào)整生產(chǎn)組織，進(jìn)一步提升車間精益、精準(zhǔn)制造能力。

⑴人員柔性。

①結(jié)構(gòu)柔性。

為降低沖壓生產(chǎn)制造成本，按照車間主體業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)差異性劃分為外包業(yè)務(wù)和內(nèi)控業(yè)務(wù)。針對(duì)內(nèi)控業(yè)務(wù)，按照人員結(jié)構(gòu)劃分為實(shí)習(xí)生、派遣工和合同工，差異化開(kāi)展相應(yīng)工作。

②生產(chǎn)線柔性。

生產(chǎn)線設(shè)備、產(chǎn)品存在差異，不同生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)員工操作技能有差異，面對(duì)多品種、小批量生產(chǎn)常態(tài)化趨勢(shì)，為快速實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)切換和達(dá)到敏捷制造，開(kāi)展人員生產(chǎn)線柔性培訓(xùn)。

③崗位及技能柔性。

為保證生產(chǎn)穩(wěn)定性，開(kāi)展一崗三人和一人三崗柔性工作，提升崗位柔性工作能力。

⑵模具柔性。

模具柔性就是模具線除滿足母線生產(chǎn)外，同時(shí)滿足備用生產(chǎn)線生產(chǎn)條件。滿足生產(chǎn)線全柔性，可在設(shè)備大的故障時(shí)快速組織生產(chǎn)轉(zhuǎn)線，降低產(chǎn)能不足風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可根據(jù)產(chǎn)能動(dòng)態(tài)調(diào)整模具線布置，提升生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)制造成本。

⑶工位器具柔性。

工位器具由于專用性導(dǎo)致數(shù)量多，制作成本高，庫(kù)房倉(cāng)儲(chǔ)空間的需求較大，庫(kù)房管理幅度大，且存在產(chǎn)品更迭時(shí)改造難度大、成本高、周期長(zhǎng)等問(wèn)題。建立統(tǒng)一的自制件工位器具平臺(tái)化，實(shí)現(xiàn)工位器具柔性亟待解決。

柔性工位器具：不同沖壓件共用料架或通過(guò)調(diào)整局部料架結(jié)構(gòu)以滿足不同沖壓件裝框要求的料架。

實(shí)現(xiàn)手段：設(shè)計(jì)階段按照產(chǎn)品數(shù)模比對(duì)零件尺寸、輪廓尋求共同點(diǎn)，確定包裝最優(yōu)位置和結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)為快速可調(diào)、可換的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通常按照系列化和模塊化實(shí)施。

系列化：沖壓件工位器具按零件裝框方式，優(yōu)化為懸掛類、擺放類、抽拉類、堆垛式等系列。

模塊化：工位器具上的柔性部件，按結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊制作，縮短料架的制造周期和降低制造成本。

工位器具柔性滿足不同沖壓件包裝共用，可實(shí)現(xiàn)：

①降低工位器具導(dǎo)入數(shù)量，相應(yīng)的減少制造成本和庫(kù)房倉(cāng)儲(chǔ)面積：

n 種沖壓件專用：測(cè)算總包裝量=n×(排產(chǎn)庫(kù)存+經(jīng)濟(jì)批次）=n×(R+L）=n×R+n×L；

n 種沖壓件柔性共用：測(cè)算總包裝量＝n×Ri+L×(n+1）/2；

可知，柔性后工位器具包裝量導(dǎo)入可減少=n×Ri+n×L-[n×Ri+L×(n+1）/2]=n×L/2-L/2。

②沖壓件彈性包裝量，如A、B、C、D 四個(gè)車型，當(dāng)A 車型產(chǎn)量降低和其他某車型產(chǎn)量增加時(shí)，那么A 車型工位器具可直接移交其他產(chǎn)量增加車型使用，不需額外制作工位器具即可滿足包裝需求。

⑷端拾器柔性。

新車型研發(fā)和換代周期不斷縮短，每條模具線配套端拾器的成本在10 萬(wàn)元左右，一個(gè)新車型項(xiàng)目中端拾器投入的成本需百萬(wàn)元左右。多車型不同模具線共用端拾器一定程度上可降低成本，并針對(duì)手工更換端拾器，亦可縮短模具切換時(shí)間和降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

實(shí)現(xiàn)不同模具線端拾器共用的方法，可應(yīng)用于型面較為相似的模具線。首先對(duì)端拾器共用可能性進(jìn)行分析，根據(jù)模具及產(chǎn)品數(shù)模查找布置吸盤時(shí)可利用的共用型面，然后在可共用型面處現(xiàn)場(chǎng)布置吸盤，通過(guò)吸盤位置調(diào)整、彈性桿布置、路徑調(diào)試、安全點(diǎn)設(shè)置、低速試運(yùn)行測(cè)試等，最終通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證以滿足不同模具線正常生產(chǎn)節(jié)拍下使用要求。

⑸生產(chǎn)柔性。

基于以上柔性手段的實(shí)施，當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)，基于車身上線需求變化和沖壓生產(chǎn)飽和度變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)班次組織，最大化降低沖壓生產(chǎn)制造成本。

本文初步探究了沖壓自動(dòng)化的生產(chǎn)計(jì)劃組織和生產(chǎn)柔性，通過(guò)有效實(shí)施推進(jìn)沖壓精準(zhǔn)、精細(xì)、精益制造能力不斷提升，降低沖壓生產(chǎn)制造成本，并提高沖壓生產(chǎn)柔性能力。隨著汽車行業(yè)發(fā)展，沖壓智能化、無(wú)人化、數(shù)字化等應(yīng)用場(chǎng)景以嶄新角色融入現(xiàn)場(chǎng)，我們一方面要做深、做細(xì)基礎(chǔ)主體業(yè)務(wù)，同時(shí)要不斷創(chuàng)新創(chuàng)造，持續(xù)探究沖壓生產(chǎn)新模式。