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?dú)w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(biāo)，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(jì)南)輕卡有限公司引進(jìn)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(jìn)這條生產(chǎn)線的時候采用了拆分單元的模式進(jìn)行，分別采購了濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司的壓力機(jī)、ABB 公司的沖壓搬運(yùn)機(jī)器人及清洗涂油機(jī)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(qiáng)項，揉合他們的先進(jìn)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(dǎo)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(diǎn)；⑶各個設(shè)備之間只是用相互之間的聯(lián)鎖信號進(jìn)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(jī)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(jī)修人員，不斷地為提高生產(chǎn)效率而進(jìn)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(jī)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(dāng)各設(shè)備以最大的速度運(yùn)行，并且各臺壓力機(jī)同步?jīng)_壓、各臺機(jī)器人同步搬運(yùn)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(jī)的速度通常是不會變化的；而機(jī)器人運(yùn)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(jī)器人的運(yùn)動速度與機(jī)器人的動作特征是密切關(guān)聯(lián)的，實際的運(yùn)動速度除了與設(shè)定的數(shù)值大小有關(guān)系外，還與運(yùn)動過程中的姿勢變化和運(yùn)動方式有關(guān)系。機(jī)器人動作的特點(diǎn)如下：⑴運(yùn)動過程中姿勢變化越少運(yùn)動速度越快。在保證安全的條件下，盡可能減少機(jī)器人運(yùn)動過程中姿勢的變化。⑵機(jī)器人運(yùn)動速度的特征是兩個點(diǎn)之間的運(yùn)動：MOVJ 弧線運(yùn)動速度＞ MOVL 直線運(yùn)動速度。當(dāng)選擇MOVEJ 命令，機(jī)器人會自動計算運(yùn)動最快的弧線軌跡。
熟悉了機(jī)器人動作的特點(diǎn)后，我們就可以將各個零件的機(jī)器人軌跡標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人的搬運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(diǎn)；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(jī)器人能夠同步搬運(yùn)，壓力機(jī)能夠同步?jīng)_壓。機(jī)器人上完料開始后退時，壓力機(jī)滑塊開始啟動，并且模具差點(diǎn)與機(jī)器人相撞；滑塊開始上升時，機(jī)器人立即進(jìn)去抓料，并且差點(diǎn)與模具相撞。各設(shè)備以自身最大的速度運(yùn)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(yùn)動。
生產(chǎn)節(jié)拍的優(yōu)化
使用機(jī)器人的沖壓自動線，機(jī)器人的動作與其前后壓力機(jī)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(yùn)動的單元進(jìn)行分析，其各自最佳狀態(tài)下運(yùn)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(jī)單元(壓力機(jī)與壓力機(jī)后面的機(jī)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(dú)自測量、優(yōu)化。拆垛上料單元，機(jī)器人從拆垛小車上抓料放料，板料經(jīng)清洗涂油、對中，機(jī)器人從對中臺上抓起板料送進(jìn)模具，機(jī)器人再抓下一張料。壓力機(jī)單元，滑塊下行至下死點(diǎn)完成沖壓、從下死點(diǎn)升起，機(jī)器人進(jìn)模、抓料、出模，送料進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)單元。四個壓力機(jī)單元的動作時間是決定整線SPM 的基本因素。壓力機(jī)單元的動作時間是指壓力機(jī)沖壓、機(jī)器人下料、機(jī)器人上料、機(jī)器人回到下料等待點(diǎn)整個過程的時間。壓力機(jī)單元時間T= t1(壓力機(jī)沖壓)＋t2(機(jī)器人下料)＋t3(機(jī)器人上料)＋t4(機(jī)器人回到下料等待點(diǎn))。
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(jìn)一步使生產(chǎn)線的單元動作協(xié)調(diào)，達(dá)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(jī)器人提前啟動上料機(jī)器人。沒有優(yōu)化前，下料機(jī)器人到達(dá)退出下料點(diǎn)OU 之后，才允許前面的機(jī)器人上料。優(yōu)化之后下料機(jī)器人在到達(dá)OU 之前一段距離，就允許前面的機(jī)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(jī)器人速度達(dá)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(dá)慢慢增加，并且不能超過最大值，同時觀察上料機(jī)器人和下料機(jī)器人之間的相對位置，保證前后機(jī)器人攜帶板料時，最小距離大于300mm。
⑵上料機(jī)器人提前啟動壓力機(jī)。機(jī)器人的優(yōu)化參數(shù)里有一項可以調(diào)整機(jī)器人上料后往后退時與干涉點(diǎn)的間隔數(shù)值，從而改變啟動壓力機(jī)沖壓的快慢。機(jī)器人上料后啟動壓力機(jī)沖壓最快的時機(jī)在機(jī)器人放料完畢開始后退時，立即發(fā)出啟動壓力機(jī)信號。
沒有優(yōu)化前，上料機(jī)器人到達(dá)退出上料點(diǎn)OL之后才允許壓力機(jī)沖壓。優(yōu)化之后，上料機(jī)器人到達(dá)OL 點(diǎn)之前就允許壓力機(jī)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(jī)器人速度達(dá)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(jī)是否會出現(xiàn)模具保護(hù)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(jī)器人及端拾器干涉，需要設(shè)置壓力機(jī)模具保護(hù)角度。當(dāng)壓力機(jī)超過該角度時，機(jī)器人及端拾器還在壓力機(jī)范圍內(nèi)，壓力機(jī)會立即制動停止。
⑶壓力機(jī)提前啟動下料機(jī)器人。有兩個方法可以加快壓力機(jī)沖壓后機(jī)器人下料。一是使軌跡中的WL 點(diǎn)靠近壓力機(jī)，二是減小壓力機(jī)啟動機(jī)器人下料的角度。
壓力機(jī)是用電子凸輪角度信號啟動機(jī)器人下料的。機(jī)器人定位精確，先將WL 點(diǎn)盡可能接近壓力機(jī)，再減少啟動角度，是比較好的做法。下料機(jī)器人到達(dá)等待下料點(diǎn)WU 后，等待下料授權(quán)信號，當(dāng)這個信號變?yōu)? 時，機(jī)器人進(jìn)入取料。沒有優(yōu)化前，壓力機(jī)到達(dá)上死點(diǎn)之后才發(fā)送下料授權(quán)信號。優(yōu)化之后壓力機(jī)在返程途中到達(dá)下料機(jī)器人取料設(shè)定角度(該參數(shù)需要在壓力機(jī)人機(jī)界面上設(shè)置)，就會給機(jī)器人發(fā)送下料授權(quán)信號。
當(dāng)各個單元的動作時間達(dá)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(dá)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(diǎn)，才能使生產(chǎn)線保持一起沖壓一起搬運(yùn)的同節(jié)拍，所有機(jī)器人只有一個等待點(diǎn)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(yùn)的同節(jié)拍最優(yōu)狀態(tài)。機(jī)器人有兩個等待點(diǎn)，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(dāng)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(jī)時間做其他事情，比如模具調(diào)試、設(shè)備日常維護(hù)等，得到的經(jīng)濟(jì)效益是非�？捎^的。
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