文／段志強(qiáng)·上汽通用五菱汽車股份有限公司

針對提升整車制造沖壓車間精益生產(chǎn)能力，有效的生產(chǎn)計劃組織和柔性生產(chǎn)運(yùn)行尤為重要。通過高效的生產(chǎn)計劃組織提升一個流連續(xù)生產(chǎn)能力，改進(jìn)過程生產(chǎn)瓶頸，提高生產(chǎn)率，提升精益生產(chǎn)輸出能力；通過柔性生產(chǎn)來滿足當(dāng)前汽車復(fù)雜巨變形勢下的更新迭代速度，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，不斷提升沖壓自動化生產(chǎn)柔性加工能力。

市場需求變化快速，整車工廠生產(chǎn)計劃需實時動態(tài)調(diào)整以滿足市場需求，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)計劃組織

生產(chǎn)計劃組織，重點(diǎn)研究沖壓車間運(yùn)行的關(guān)鍵因子的生產(chǎn)計劃制定，其與上工序開卷落料、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、倉儲管理和沖壓自動線本身運(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)計劃關(guān)聯(lián)圖

生產(chǎn)計劃是聯(lián)動上下游工序的樞紐，生產(chǎn)計劃長周期精準(zhǔn)定義、動態(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，而且支持上工序開卷落料線板料生產(chǎn)和卷料計劃拉動，同時明確了模具維修、保養(yǎng)時間窗口，固化了沖壓自制件下線倉儲資源的配置需求，如圖1 所示。

圖1 生產(chǎn)計劃關(guān)聯(lián)約束圖

生產(chǎn)計劃需求分析

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

圖2 3 月份車身上線計劃

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

根據(jù)以上測算：

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)計劃排產(chǎn)工時需求為T=Si÷i÷(SPH×生產(chǎn)效率）+計劃性停線時間。

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

圖3 后工序需求拉動前序生產(chǎn)

生產(chǎn)計劃編排原則

制定沖壓生產(chǎn)計劃，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)計劃編排的約束因素主要有車身上線計劃、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)工時、每日沖壓件沖次需求數(shù)量、排產(chǎn)庫存、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、計劃性停線時間、模具維修保養(yǎng)時間窗口、沖壓件下線周轉(zhuǎn)入庫時間等。

沖壓生產(chǎn)計劃排產(chǎn)總體原則：

⑴按照排產(chǎn)計劃，Σ 沖壓件生產(chǎn)時間+計劃性停線時間＝?jīng)_壓生產(chǎn)計劃排產(chǎn)工時。

⑵排產(chǎn)庫存+經(jīng)濟(jì)批次≤最大庫存。

⑶按照排產(chǎn)系數(shù)優(yōu)先級進(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沖壓件庫存-車身每日上線≥最小庫存。

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

⑺其他約束條件：物流入庫干涉和時間窗口干涉。

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

經(jīng)濟(jì)批次設(shè)置

針對每一種沖壓件經(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、計劃性停線時間t、最大庫存max、最小庫存min、庫存安全系數(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[(外部切換時間-計劃性停線時間）×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)庫存=(最小庫存～庫存安全系數(shù)×最小庫存）=(min ～K×min），K 為安全庫存系數(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。

外部切換時間，指下一個產(chǎn)品準(zhǔn)備至可切換狀態(tài)所需時間，通常包含模具、板料吊裝及其他生產(chǎn)準(zhǔn)備所需時間。外部切換時間是經(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)時間小于外部切換準(zhǔn)備時間就會出現(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)無法避免以上情況，則盡量安排在計劃性停線、停機(jī)時間進(jìn)行。

精益生產(chǎn)計劃組織

沖壓生產(chǎn)計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)品流量的波動盡可能控制到最小程度。既要控制總量均衡，連續(xù)兩個時間段之間的總生產(chǎn)量的波動控制到最小程度，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，相應(yīng)的設(shè)備、人員、庫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，特別是人員和庫存方面。在生產(chǎn)量減少的時間段，與高峰期相比就容易產(chǎn)生人員和庫存等浪費(fèi)，同時會造成上下序準(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，部分產(chǎn)品會出現(xiàn)低于最小庫存，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)品會高于最大庫存或按照非經(jīng)濟(jì)批次生產(chǎn)等，會造成溢庫、待模待料等問題。

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、沖壓件的庫存會越精益，占用資本會減少。同時，板料、沖壓件庫存的精益會有利于管理幅度更小、工裝器具、倉儲空間等導(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，就會增加產(chǎn)品切換頻次，增加切換時間，影響設(shè)備開動率，最終影響生產(chǎn)率輸出，導(dǎo)致車間制造成本增加，同時會增加沖壓件無法滿足下工序車身上線需求的風(fēng)險：

①從生產(chǎn)率輸出上分析，作業(yè)批量規(guī)模縮小至原來的百分之幾，作業(yè)切換時間就應(yīng)該相應(yīng)縮短至原來的百分之幾，則生產(chǎn)率輸出不變。

②從切換損失上分析，內(nèi)部切換時間盡可能轉(zhuǎn)換成外部切換時間，提升設(shè)備開動率，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)時間也會越短，但要求外部切換時間更快，否則會引起待模待料及停線損失。

④動平衡關(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)

針對沖壓自動化生產(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)。針對內(nèi)控業(yè)務(wù)，按照人員結(jié)構(gòu)劃分為實習(xí)生、派遣工和合同工，差異化開展相應(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)線對應(yīng)員工操作技能有差異，面對多品種、小批量生產(chǎn)常態(tài)化趨勢，為快速實現(xiàn)生產(chǎn)切換和達(dá)到敏捷制造，開展人員生產(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)備大的故障時快速組織生產(chǎn)轉(zhuǎn)線，降低產(chǎn)能不足風(fēng)險，同時可根據(jù)產(chǎn)能動態(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，庫房倉儲空間的需求較大，庫房管理幅度大，且存在產(chǎn)品更迭時改造難度大、成本高、周期長等問題。建立統(tǒng)一的自制件工位器具平臺化，實現(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。

實現(xiàn)手段：設(shè)計階段按照產(chǎn)品數(shù)模比對零件尺寸、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房倉儲面積：

n 種沖壓件專用：測算總包裝量=n×(排產(chǎn)庫存+經(jīng)濟(jì)批次）=n×(R+L）=n×R+n×L；

n 種沖壓件柔性共用：測算總包裝量＝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 四個車型，當(dāng)A 車型產(chǎn)量降低和其他某車型產(chǎn)量增加時，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 萬元左右，一個新車型項目中端拾器投入的成本需百萬元左右。多車型不同模具線共用端拾器一定程度上可降低成本，并針對手工更換端拾器，亦可縮短模具切換時間和降低員工勞動強(qiáng)度。

實現(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)模查找布置吸盤時可利用的共用型面，然后在可共用型面處現(xiàn)場布置吸盤，通過吸盤位置調(diào)整、彈性桿布置、路徑調(diào)試、安全點(diǎn)設(shè)置、低速試運(yùn)行測試等，最終通過現(xiàn)場驗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施，當(dāng)生產(chǎn)計劃動態(tài)調(diào)整時，基于車身上線需求變化和沖壓生產(chǎn)飽和度變化，動態(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化的生產(chǎn)計劃組織和生產(chǎn)柔性，通過有效實施推進(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、無人化、數(shù)字化等應(yīng)用場景以嶄新角色融入現(xiàn)場，我們一方面要做深、做細(xì)基礎(chǔ)主體業(yè)務(wù)，同時要不斷創(chuàng)新創(chuàng)造，持續(xù)探究沖壓生產(chǎn)新模式。