深度 | 基于MOM的汽車沖壓車間解決方案

沖壓生產(chǎn)是利用壓力機(jī)和模具實(shí)現(xiàn)對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力，促成塑性變形或分離，從而獲得所需形狀、尺寸和性能的工件（沖壓件）的成形加工技術(shù)，是金屬塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程技術(shù)。板料、模具和壓力設(shè)備是沖壓加工的三要素，不同的加工溫度適用于不同變形抗力和塑性的材料，薄板一般在室溫下進(jìn)行；模具是沖壓批量生產(chǎn)和先進(jìn)沖壓工藝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

汽車上的沖壓件品種繁多，如汽車減震器沖壓件彈簧托盤、彈簧座、彈簧托架、端蓋、封蓋、壓縮閥蓋、壓縮閥套、油封座、底蓋、防塵蓋、葉輪、油筒、支耳、支架等都屬于汽車沖壓件。大體上分為覆蓋件、梁架件和一般沖壓件，沖壓車間生產(chǎn)的沖壓件，能夠明顯表示汽車形象特征，屬于覆蓋件。覆蓋件分為外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件，具有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大且精度要求高，表面質(zhì)量高，不能一次成型等特點(diǎn)，因此汽車沖壓車間均使用壓機(jī)和模具進(jìn)行批量生產(chǎn)。

汽車沖壓行業(yè)屬于多品種、變批量的生產(chǎn)模式，一般企業(yè)均設(shè)置壓機(jī)線和模具進(jìn)行批量生產(chǎn)，具備自動(dòng)化程度高、流水線生產(chǎn)、生產(chǎn)節(jié)拍快、備庫存的生產(chǎn)特點(diǎn)。

沖壓車間的需求大體上與其它行業(yè)類似，涵蓋生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤、物料追溯、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析等常規(guī)MES功能。但基于沖壓行業(yè)生產(chǎn)模式的特征，在進(jìn)行沖壓車間MES系統(tǒng)的規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該特別針對(duì)以下需求特點(diǎn)進(jìn)行需求分析和功能設(shè)計(jì)：

基于沖壓行業(yè)以上生產(chǎn)特征和需求，福州漢思自2013年起開始探索汽車沖壓生產(chǎn)管理的信息化方案，經(jīng)過多年積累，形成了如下汽車沖壓整體解決方案，并在福特、廣汽、北汽、路虎的多個(gè)工廠進(jìn)行了成功實(shí)踐。

汽車沖壓整體解決方案包括：系統(tǒng)管理、主數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)過程跟蹤、物料管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、安燈呼叫、生產(chǎn)監(jiān)控8大模塊。

我們將針對(duì)汽車沖壓行業(yè)方案中的核心與特色展開介紹：

沖壓車間的排產(chǎn)計(jì)劃（文章《汽車沖壓高級(jí)排產(chǎn)-實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分享》已詳細(xì)描述）主要分為3類：沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃、開卷/板料生產(chǎn)計(jì)劃、原料配送計(jì)劃。后工序生產(chǎn)計(jì)劃作為虛擬的庫存消耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行庫存模擬消耗。

1、根據(jù)月度消耗計(jì)劃，評(píng)估月度產(chǎn)能負(fù)荷關(guān)系：

2、長期計(jì)劃推算。長期計(jì)劃作為預(yù)示計(jì)劃，可在一定周期內(nèi)調(diào)節(jié)每日的生產(chǎn)負(fù)荷，防止日負(fù)荷超出日產(chǎn)能。同時(shí)長期計(jì)劃，可以作為前工序開卷線計(jì)劃的推算根據(jù)，也可作為原料叫料配送計(jì)劃的依據(jù)。

3、預(yù)示計(jì)劃。預(yù)示計(jì)劃根據(jù)后工序的較長期計(jì)劃推算達(dá)到，只是“預(yù)示”計(jì)劃的原因是后工序長期計(jì)劃可能調(diào)整的概率較大（甚至未鎖定），后工序計(jì)劃若調(diào)整則沖壓件計(jì)劃也會(huì)受影響而調(diào)整，因此只作為預(yù)示。

4、鎖定計(jì)劃。鎖定區(qū)間計(jì)劃作為實(shí)際即將執(zhí)行的計(jì)劃，按觸發(fā)方式可以分為：“后工序需求計(jì)劃模擬消耗觸發(fā)”與“實(shí)際庫存消耗觸發(fā)”兩種，實(shí)際存在只使用單一方式或兩種方式結(jié)合的情況。

圖  計(jì)劃主界面

5、開卷/板料計(jì)劃。開卷/板料生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃反推，時(shí)間上提前設(shè)定的前置周期。排產(chǎn)過程中確認(rèn)順序需根據(jù)實(shí)際開卷工序特點(diǎn)進(jìn)行判斷。

6、原料配送計(jì)劃。一般根據(jù)沖壓件計(jì)劃倒推，根據(jù)月度需求按批次叫料送貨，對(duì)于生產(chǎn)與配送效率高的原料供貨商，也可以實(shí)時(shí)根據(jù)沖壓件生產(chǎn)預(yù)示計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)推算后再叫料。原料配送需考慮原料叫料供應(yīng)商后，供應(yīng)商準(zhǔn)備-送貨-收貨的處理時(shí)間，若需車間內(nèi)開卷，還需考慮開卷的前置周期。

沖壓車間生產(chǎn)物流跟蹤包括原料、沖壓件、料架、模具等實(shí)物物流跟蹤。

1.原料。供應(yīng)商送貨到卸貨平臺(tái)后，開始進(jìn)行原料的物流跟蹤，直到壓機(jī)線首投料消耗結(jié)束。具體包括原料收貨、原料入庫、原料出庫、（板材入庫、板材出庫）、投料等物流跟蹤節(jié)點(diǎn)。通過原料的物流跟蹤，自動(dòng)更新維護(hù)原料在倉庫或其它緩存區(qū)（線邊庫）的庫存狀態(tài)和數(shù)量，并為生產(chǎn)過程追溯提供原料的詳細(xì)批次信息，包括原料的生產(chǎn)日期、批號(hào)、卷號(hào)、爐號(hào)等。

圖  原料收貨工作站

圖  板料投料/退料跟蹤

2.沖壓件。原料投入產(chǎn)線后，生產(chǎn)線尾產(chǎn)出沖壓車間成品——沖壓件。沖壓件從產(chǎn)線末尾裝載至料架中，隨料架一起進(jìn)入倉庫、返修、出庫（焊裝），則沖壓件庫存從產(chǎn)出，流轉(zhuǎn)到后工序（焊裝車間）結(jié)束。過程中追溯沖壓件的類型、生產(chǎn)批次、庫存數(shù)量、狀態(tài)（質(zhì)量/物流）等信息，并自動(dòng)維護(hù)個(gè)狀態(tài)、區(qū)域的沖壓件實(shí)時(shí)庫存，提高庫存管理效率的同時(shí)，也為沖壓高級(jí)自動(dòng)排產(chǎn)提供了必須的動(dòng)態(tài)庫存數(shù)據(jù)。

圖  線尾工作站

圖  壓機(jī)線尾沖壓件裝載區(qū)

3.料架。料架（也叫料車、臺(tái)車等）作為沖壓生產(chǎn)要素之一，裝載零件時(shí)跟蹤作為沖壓件的跟蹤載體，空料架時(shí)物流跟蹤統(tǒng)計(jì)可用空料架數(shù)量，空料架數(shù)量也作為生產(chǎn)是否可執(zhí)行的因素之一。一般通過紙質(zhì)看板或RFID進(jìn)行信息化跟蹤。

圖  尾箱料架數(shù)量修改

原料和沖壓件、料架的物流跟蹤路線如下圖展示：

圖  沖壓車間主要物流路線

其中1~2為原料跟蹤，3~6為沖壓件跟蹤，3~9為料架/料車跟蹤。

4.模具。壓機(jī)換模時(shí)，一般是手動(dòng)輸入模具程序號(hào)進(jìn)行沖壓件生產(chǎn)。跟蹤模具物流位置，可進(jìn)行實(shí)際校驗(yàn)，如模具是否試模、實(shí)際換入壓機(jī)模具ID是否與批次生產(chǎn)計(jì)劃匹配、模具TPM操作是否對(duì)應(yīng)正確的模具等。模具在上一批次生產(chǎn)過程中，使用車間行車（模具很重）運(yùn)輸?shù)綁簷C(jī)一側(cè)，等待切換。一般模具從模具存放區(qū)吊到目標(biāo)位置，需要40分鐘左右，因此沖壓生產(chǎn)方式為批次生產(chǎn)且批次量不小，無法與焊裝等后工序一樣進(jìn)行單件生產(chǎn)。

圖  上下開合的模具

以上所有物流跟蹤在沒有納入車間級(jí)的MOM中前，均采用人工登記的管理方式，采用信息化手段進(jìn)行跟蹤，以上物流跟蹤對(duì)象均可以采用以下跟蹤方式：

常用的方式是打印紙質(zhì)的條碼，粘貼于跟蹤對(duì)象上進(jìn)行跟蹤，其中原料和沖壓件常常將條碼置于托盤或料架上。物流跟蹤對(duì)象在經(jīng)過設(shè)定的物流節(jié)點(diǎn)時(shí)，采用人工或手工的方式，掃描物流跟蹤條碼，從而感知通過的跟蹤對(duì)象，系統(tǒng)自動(dòng)更新其物流狀態(tài)或庫存信息。在沖壓車間內(nèi)，采用條碼+掃描方式時(shí)，更常見的方式時(shí)人工掃描。例如板料收貨、出入庫或上料時(shí)，人工掃描置于板料托盤上的紙質(zhì)標(biāo)簽條碼，進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的物流狀態(tài)更新。

圖  線尾標(biāo)簽打印

圖  打印標(biāo)簽樣例

RFID跟蹤的優(yōu)勢(shì)在于物流跟蹤節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)感應(yīng)，無需投入額外的人工掃描操作，缺點(diǎn)是存在一定的漏讀和誤讀。通過在固定的物流感知區(qū)域安裝RFID天線和必要的傳感器，即可完成信息系統(tǒng)對(duì)托盤、料架的自動(dòng)感應(yīng)。需要注意的是，由于料架在各個(gè)物流流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)感應(yīng)區(qū)的形態(tài)不同，因此在RFID天線安裝時(shí)，應(yīng)充分考慮有效區(qū)域并結(jié)合實(shí)際物理位置進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)，并反復(fù)驗(yàn)證最佳安裝方案，車間管理執(zhí)行也需提供必要的規(guī)范支持。另外，料架上安裝多個(gè)RFID標(biāo)簽（對(duì)應(yīng)同一個(gè)料架或托盤）也是提高采集讀取正確率的一種有效方式。

圖  板料托盤RFID與上料口天線

圖  入庫門洞RFID天線及位置示意圖

圖  出庫門洞RFID天線及位置示意圖

圖  門洞RFID天線與塔燈安裝

針對(duì)RFID自動(dòng)讀取漏讀或誤讀的情況，一種行之有效的系統(tǒng)自我調(diào)整方案是：利用物流跟蹤狀態(tài)的連續(xù)變化事實(shí)，進(jìn)行中間狀態(tài)的自動(dòng)補(bǔ)錄和庫存更新，具體場(chǎng)景可參考下表：

對(duì)于乘用車沖壓車間，一般都采用模具進(jìn)行大規(guī)模量化生產(chǎn)，主要生產(chǎn)設(shè)備為壓力機(jī)，壓力機(jī)設(shè)備的效率和生產(chǎn)良率基本可以代表整個(gè)車間的生產(chǎn)效率和良率，因此壓機(jī)設(shè)備的效率對(duì)整個(gè)沖壓車間極其重要，需要對(duì)壓力機(jī)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，用于各類效率KPI的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以發(fā)現(xiàn)改進(jìn)機(jī)會(huì)。

通過對(duì)壓力機(jī)PLC的信息對(duì)接，可以采集到壓力機(jī)的狀態(tài)、當(dāng)前模具程序號(hào)、沖次數(shù)變化以及設(shè)備報(bào)警信息。一般用于生產(chǎn)管理的壓機(jī)狀態(tài)如下表所示：

采集壓機(jī)數(shù)據(jù)后可生成實(shí)時(shí)的壓機(jī)運(yùn)行監(jiān)控畫面如下，可懸停鼠標(biāo)指針用于查看每個(gè)色塊的詳細(xì)信息或每個(gè)批次的實(shí)施KPI統(tǒng)計(jì)。

圖  壓機(jī)運(yùn)行監(jiān)控-事件明細(xì)

圖  壓機(jī)運(yùn)行監(jiān)控-批次實(shí)時(shí)KPI

需要特別注意的是在工作時(shí)間之外的壓機(jī)事件，如何閉環(huán)，具體邏輯需結(jié)合管理需求進(jìn)行配置或定制。基于各類壓機(jī)監(jiān)控事件，仍然可以人工進(jìn)行事件等級(jí)和原因的錄入，便于多樣維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

事件原因錄入：

事件拆分：

沖壓的質(zhì)量返修區(qū)一般設(shè)置在沖壓件庫房內(nèi)或很近的位置，便于返修和返修后再入庫。

沖壓質(zhì)量管理與整車質(zhì)量管理類似，不同點(diǎn)在于不良基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成品圖片的不同。整體流程為：不良基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置、不良數(shù)據(jù)錄入、返修確認(rèn)、不良返修。質(zhì)檢人員通過可視化的錄入方式，直接點(diǎn)擊不良位置，選擇不良類型與等級(jí)即可完成錄入；返修人員掃描料框條碼后，展示缺陷信息進(jìn)行確認(rèn)與逐項(xiàng)返修。不管是采用點(diǎn)或者宮格的方式（根據(jù)標(biāo)記管理精度需求與習(xí)慣選擇），目的都是為了對(duì)質(zhì)量問題位置進(jìn)行標(biāo)記，提高后續(xù)確認(rèn)和返修工作的效率。

質(zhì)量管理的功能界面均可以再移動(dòng)端進(jìn)行操作，建議的方式是采用平板或PAD（圖片查看方便）。

模具預(yù)防性維護(hù)與設(shè)備預(yù)防性維護(hù)基本類似，模具的PM工單生成更多采用沖壓次數(shù)累計(jì)，達(dá)到設(shè)定值后，自動(dòng)生成PM工單后執(zhí)行。模具的維護(hù)行為主要分為4類：清洗、點(diǎn)檢、保養(yǎng)、維修，PM工單均可手動(dòng)插入，其中除維修外，其它3類均可配置為自動(dòng)生成。

每個(gè)編號(hào)的模具均需單獨(dú)維護(hù)PM頻次，結(jié)合壓機(jī)數(shù)據(jù)采集可自動(dòng)累計(jì)實(shí)際沖次數(shù)，到達(dá)設(shè)定的PM頻次后，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的PM工單，工單生成后，該模具的對(duì)應(yīng)當(dāng)輪沖刺累計(jì)清零，再次重新累計(jì)。同時(shí)，模具狀態(tài)根據(jù)工單執(zhí)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，若存在未關(guān)閉的工單，根據(jù)類型確認(rèn)模具狀態(tài)，模具狀態(tài)確定模具組狀態(tài)，若存在維修工單未關(guān)閉，則模具不可用，生產(chǎn)準(zhǔn)備確認(rèn)時(shí)調(diào)取模具組狀態(tài)，作為判斷是否可以生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。

PM工單生成后，按配置流程又對(duì)應(yīng)人員執(zhí)行，執(zhí)行過程中需錄入問題類型、描述、處理措施、是否試模等，可以自由采用文字、照片、語音、視頻等信息進(jìn)行描述。PM工單執(zhí)行后，需由對(duì)應(yīng)的確認(rèn)和關(guān)閉人員進(jìn)行問題閉環(huán)處理，最終可形成PM知識(shí)庫，用于指導(dǎo)后續(xù)PM工作。

針對(duì)PM工單的實(shí)際執(zhí)行，可統(tǒng)計(jì)PM工單關(guān)閉率和及時(shí)率，按執(zhí)行部門和人員也可統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)長與效率。

主要的沖壓車間報(bào)表如下圖所示，實(shí)際各家工廠管理方式略有差異，例如生產(chǎn)潛力、保供率等。

部分常見報(bào)表樣式如下

通過各類真實(shí)數(shù)據(jù)KPI統(tǒng)計(jì)分析，識(shí)別生產(chǎn)過程管理的主要問題，幫助企業(yè)更有針對(duì)性的提升效率。

各類實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)看板，也有助于把握車間整體情況，例如車間ANDON看板

工藝指示看板

模具看板

沖壓車間管理概括描述分為3條主線：