快速换模技术在大中型客车行业冲压加工中的应用

快速换模技术在大中型客车行业冲压加工中的应用王洪广张丽丽摘要：以1030T压力机为例，对其在精益生产的推进过程中进行分析，应用了快速换模技术，通过使内换模和外换模分离、缩短内换模时间等步骤，使换模时间由原来的34min减少为13min，设备利用率由45.9%提高到75%。关键词：精益生产;快速换模;利用率在汽车整车制造的四大工艺中，冲压加工工艺占了相当大的比重。伴随着顾客多样化、个性化的需求，传统的大批量生产方式，已经无法满足顾客的需求；因此出产的汽车车身结构及车型大小会有很大的不同。在冲压件生产的过程中，免不了要频繁地更换模具。模具更换时间的长短，也就成了影响压力机生产效率的主要因素之一。为了提高模具更换的生产率，降低冲压件的生产成本，快速换模技术则应运而生。快速换模技术，在微型汽车和轿车行业的应用已比较成熟，但是在大型客车行业的应用还处于起步阶段。郑州宇通客车股份有限公司是亚洲生产规模最大、工艺技术条件最先进的大中型客车生产企业，同样也受到其他同行企业的竞争，存在着降成本的压力。公司制件车间冲压工段，长期受到多品种小批量生产模式与换模时间比较长的矛盾的困扰。经现场调查和记录显示，平均单次换模时间在34min左右。由于换模时间长，换模频次多，致使压力机设备大部分时间处于停止、等待状态。1个月的换模时间，相当于1台设备空转3天，造成了巨大的浪费。据统计，设备运转率不到50％，从而导致冲压模块成为生产系统的瓶颈部位。本文以冲压工段1030T的大型压力机为例，详细介绍如何利用快速换模技术，以降低换模时间，提高设备利用率。一、快速换模在精益生产中，可以将换模定义为：从前一品种最后一个合格产品，到下一品种第一个换模换模操作时间准备时间调整时间产品1产品2整理后外换模内换模前外换模图1换模示意图合格产品之间的时间间隔。从成本的角度讲，这部分时间是没有产出价值的时间，所以需要尽可能地缩短，以减少浪费。从图1可以看出，换模时间主要由4部分组成：准备时间，换模操作时间，调整时间，整理时间。换模作业，按其时间特性可以分为“内换模”和“外换模”。内换模，指那些必须将生产活动中断下来才可以完成的活动，生产只有在活动完成后才能继续，主要包括模具拆卸、顶杆调整、模具对准、模具固定、首件检验等工作；外换模，指那些不用使生产活动停止便可完成的活动，不影响正常的产出，主要包括：寻找模具、吊取模具、吊取材料、成品转移、模具归位等工作内容。外换模又分为“前外换模”和“后外换模”。快速换模是通过工业工程的方法，将模具的产品换模时间、生产启动时间或调整时间等尽可能减少的一种过程改进方法。二、原换模过程分析冲压工段的1030T压力机主要生产各种车型的保险杠、大顶和车身各部件，换模频率较高。项目组针对原换模过程进行现场观察，并对整个过程使用秒表进行记录，得到如表1所示各阶段的数据。表1换模时间分析（改进前）编号具体作业内容时间(s)作业分类内换模外换模1寻找工具20√2拆卸上、下模具65√3等待行车153√4将旧模具归位到模具区190√5寻找新模具102√6将新模具取出并吊到设备旁219√7将上下模具的位置对准84√8将模具吊放在工作台上48√9调整模具在工作台的位置100√10固定上下模具257√11调试压力，调整参数119√12吊运原材料55√13清理模具表面44√14操纵工作台试机66√15进行首件检查158√16寻找工具准备修理模具102√17打磨修理模具142√18重新试模检查120√正常生产合计11199252044经分析发现，原换模作业为串行作业，设备停机之后才开始寻找工具，存在严重的时间浪费，如闲置等待、相互干涉、反复调试的现象等。影响换模时间的问题主要有以下几个方面：（1）模具摆放混乱，寻找模具花费时间比较长；（2）作业人员分工不明，换模作业不规范；（3）内外换模没有分离，所有的作业都在停机之后完成，致使设备利用率不高；（4）作业场地布局不合理，如将新模具取出并吊到设备旁花费时间过长；（5）没有标准化管理，例如调试压力参数须反复进行，浪费工时；（6）没有目视化管理，例如调整模具在工作台的位置全凭经验反复进行。三、改善方法（一）内外换模分离，设置固定岗和移动岗原换模过程如表1所示，操作工负责整个换模工作，大量的准备工作在停机后才开始，在此过程中设备都是处于等待状态，整个换模过程设备停机2044s（约34min）。1个月的换模时间相当于1台设备空转3天，严重降低生产效率，内、外换模现状为串行作业如图2所示。串行作业，设备停机约34min外内外外外外外内内内内外内内内外内内图2内、外换模现状作业图针对这种浪费，我们对员工岗位分工进行调整。在班组内设置固定岗和移动岗，移动岗负责外换模工作，固定岗只负责内换模工作，使内、外换模分离如图3所示。这样进行调整，整个换模时间其实就是固定岗工作的内换模时间，这样就使每次换模停机时间缩短到1119s（约18.7min），大大提高了压力机的利用率。并行作业，设备停机约18.7min图3内、外换模分离作业图（二）缩短外换模时间的改进方法1.管理目视化。对模具采用目视化管理的方法，按照产品类型对模具分区编号，按照就近原则对模具重新调整，并用标示牌和颜色识别，绘制模具定置图，寻找时一目了然，节省了时间提高了效率。2.信息准确化。班组负责人对设备编写《生产计划排产表》，分别交给移动岗负责人、下料班组负责人，移动岗员工根据排产的顺序和时间及时准确的准备相应的物料和模具，下料班组根据计划安排准确的准备相应的物料，从而使各环节信息流畅，节省了时间，也保证了设备切换的顺利进行。3.现场布局合理化。工作区域现场布局的合理调整使物料、成品定点定置分类摆放并制作了专用工装。减少产品和物料的转移、搬运、等待的时间，减少了换模时间。从而提高了设备的运转率。（三）缩短内换模时间的改进方法1.模具定位目视化。采用十字定位的目视化方法，在工作台和每套模具上都做好标记，这样将模具放置到工作台上时一步到位，避免反复起吊调整位置造成的时间浪费。2.工艺参数标准化。每套模具所需的压力、顶杆位置、操作顺序等参数基本都不一样，因此制订《换模条件表》，把所有参数记录下来，形成标准，采用目视化管理。班组长可根据排产计划把《换模条件表》放在管理看板上，操作人员根据看板参数直接进行调整，有效地控制了反复调试模具的情况，减少了因参数不当造成修理模具的次数，减少了内换模时间。通过以上几种方法的改进，得到的换模时间如表2所示。表2换模时间分析（改进后）编号具体作业内容时间(s)停机时间属性1将新模具吊至工作台旁暂放区1800外换模时间2拆卸上、下模具并移出工作台5555内换模时间3将旧模具吊下工作台放到暂放区6060内换模时间4调整工作台顶杆的位置8080内换模时间5将新模具吊上工作台并调整好位置4545内换模时间6将新模具固定在压力机上200200内换模时间7移动岗转移工作台上的半成品，并确定其数量1720外换模时间8调试压力，调整参数9090内换模时间9移动岗将原材料调运至物料台上1000外换模时间10清理模具表面4040内换模时间外外外外外外外外移动岗内内内内内内内内内内固定岗11操纵工作台试机6666内换模时间12进行首件检查140140内换模时间13正常生产合计1228776对比表1和表2可以看出，改进前设备的停机时间约34min，通过内外换模分离、设备的停机时间减少到18.7min，通过进一步缩短内换模时间和缩短外换模时间等措施，得到改进后设备的停机时间仅仅为内换模时间776s（约13min），停机时间缩短，那么设备的利用率就有了很大的提高。通过分周记录数据，得到改善前设备的利用率仅为45.9%，改善后设备的利用率达到了75%左右。43.4%47.3%46.9%50.4%55.2%63.1%60.6%53.4%73.3%76.7%0%20%40%60%80%100%1周2周3周4周5周6周7周8周9周10周改进前：45.9%改进中：56.6%改进后：75%图4改进前后的设备利用率四、结束语1.通过内外换模分离，设置了移动岗和固定岗，使换模时间由34min减少为18.7min。2.通过目视化、规范化和标准化管理等，优化了现场布局，现场更加安全、合理有序，进一步降低了内换模和外换模时间。使换模时间进一步降低到13min左右；设备的利用率由改善前的45.9%提高到了75%左右。参考文献：[1]虞苓，于银水.汽车行业冲压加工生产率的研究与分析[J].工业工程，2004（3）：58-64.[2]路士利，鲁建厦，蒋敏芳.精益生产中的快速换模技术研究[J].轻工机械，2006（4）：91-93.[3]王卫刚，周炳海.快速换模技术的实践研究[J].机床与液压，2007（5）：4-6.[4]解育男，王春梅，张冠武.压力机快速换模装置[J].锻压机械，2000（3）：16-18.[5]钟恩仁.精益生产方式（JIT）与工程造价控制[J].建设监理，2008（4）：25-27.（原刊于《装备制造技术》2009年4月）