冲压车间生产线物流工位器具的改善设计分析

冲压车间生产线物流工位器具的改善设计分析

摘要国内汽车行业高速发展，汽车生产设备自动化率日益提高，但作为生产辅助性工具-工位器具的发展明显滞后，影响汽车制造的生产效率及成本控制。本文针对冲压车间工位器具转运效率低，安全性差，环境维护成本高，品种多，通用性差等问题，从工位器具与生产线工位平台匹配、运输安全性、现场环境维护、通用性四个方面，运用物流管理、现场管理以及人因工程学的理论与方法，在新车型增设时，对冲压车间的工位器具进行了改善设计并实施。结果表明，与改善前相比：①在生产线工位平台匹配方面，加装气缸控制定位柱升降，增大地脚尺寸，减少叉车放置工位器具时间，提升准确性和稳定性；②在运输安全性方面，设计专用叉铲铲道，大大提高物流转运过程中的安全性；③在现场环境维护成本方面，工位器具地脚嵌套在底部框架上安装，下部及四角安装聚氨酯垫，改善器具与地面以及自身之间磕碰的情况，为车间每年节省现场环境维护费用；④通用性方面，将工位器具品种精简为15种大类，区分通用和专用部分，规范工位器具标准化，提高通用性，降低改造成本。

关键词工位器具；冲压件；物流管理；人因工程；成本

绪论

整车制造自动化生产在汽车生产企业车间的工位旁，摆放着各式各样的工位器具，他们看起来没有庞大的冲压机和自动化的车身焊装设备那么引人注目，确犹如人体的血管一样流通与车间的各个角落，是生产过程的重要构成部分。作为整车工厂的第一道工序—冲压车间随着汽车工业自动化生产的快速发展，板料拆垛，工序间的转运，均实现自动化生产，近两年，冲压制件也实现了自动码放。但是作为生产辅助工具的工位器具的研究和发展确处于滞后状态。

如图1所示，物流转运贯穿于整个冲压生产过程。冲压线生产出的单品制件整齐码放到工位器具，并用叉车运输到库区，以及车身焊接生产线工位上。冲压件工位器具是生产现场（冲压线、车身焊装线）或者以及库区储存冲压内外板件的装置，如车门外板、侧围外板、前围中盖板、顶盖等，满足生产需求，便于生产机器人与操作者操作而使用的一种辅助性装置。

工位器具是冲压件物流运输的必要工具。工位器具在生产现场管理中，其设计（结构强度、尺寸精度、分料定位合理、防磕碰措施、条形码识别、定位精度）的是否合理、适用，也对保证产品质量、提高工作效率及工作质量、便于科学管理、改善作业环境、促进生产、降低成本都具有一定的积极作用。

目前，关于工位器具的研究相对较少。在理论研究方面，只是针对工位器具的设计原则、作用以及实施要点等进行必要探讨；在实践应用方面，主要考虑工位器具与冲压件的匹配性，能否合理进出工位器具，合理存放形状各异的冲压件，根据产品结构形式不同，确保不因磕碰、挤压等情况损伤冲压件质量。但是对于工位器具的转运过程经常出现的问题考虑较少，此方面的研究与应用更为少见，

因此，本文以冲压车间工位器具为研究对象，对生产线上物流工位器具在生产线工位平台匹配、运输安全性、现场环境维护、通用性四个方面进行改善优化，以达到安全生产、降低成本、定制化管理、提高工作效率的目的。

1 冲压车间工位器具的主要问题

1.1 生产线工位平台匹配

生产线工位平台匹配度是指工位器具与冲压生产线尾平台以及焊装线头平台的定位配合。定位的准确、牢固和时间是影响生产性的关键。

在冲压车间，冲压生产线冲压制件后的码放主要有两种方式：①人工码放，工位器具放置于传送链平台上，冲压成品件从生产线流出由工人手动码放至工位器具内。②机器人码放，工位器具放置旋转平台，成品冲压件从生产线流出由6台机器人码放至工位器具，其定位主要靠工位器具的地脚和旋转平台的与该品种对应的4个定位柱配合。

在焊装车间，装满冲压件的工位器具运输至各焊装生产线工位平台，根据自动化程度的不同，制件抓取的方式主要由两种：①人工抓取，工位器具放置在平坦的生产线平台，1名或者多名工人手动从工位器具中抓取冲压件，放置到工位，进行后续焊接作业；②机器人抓取，工位器具放置生产线平台，机器人抓取冲压件，其定位主要靠工位器具的地脚和工位平台的4个定位柱配合定位。

影响工位器具生产线工位平台匹配度的问题，主要是以下两种：①冲压线尾平台因为全部是机器人码放，而且只有一个线尾平台，这就使每个品目的定位柱都需固定在有限空間的上，平台表面定位柱太多，如图4所示，码放空器具时，叉车工不容易快速准确找到正确的定位柱，往往需调整2次到3次才能找到正确的定位柱；②由于定位柱很多，平台面积有限，这样定位柱直径一般不会太大，这样接触面积小，增加了放置时的难度。

1.2 运输安全性

工位器具主要是由叉车工驾驶叉车运输转运，属于特种作业，容易发生人员伤亡事故，对操作者本人、他人及周围设施的安全可能造成重大危害，因此安全工作是重中之重。

工位器具转运的特点是作区域大，路线复杂。冲压线生产出的单品制件整齐码放到工位器具，叉车工控制叉距（左右叉铲的距离），叉起工位器具底部，将工位器具运输到库区码放，以及车身焊接生产线工位上，在设计上不仅要考虑产品存放码放多层时的稳定性，还要考虑车间内部之间转运工作，在叉车运输过程中如何做到器具稳定不会散落制件等问题。

影响工位器具运输安全性的问题，主要是以下两种：①叉车叉铲直接托起工位器具底部，转弯时靠工位器具与叉铲的摩擦力克服惯性，容易出现“溜筐”现象

（工位器具滑出叉铲）；②铲距是由叉车工的经验判定，叉车工长时间连续作业疲劳或者人员的失误铲距过大或者过小，工位器具转运不稳，尤其是新车型的投入初期，工人对工位器具处于适应期，此问题更加明显[1]。

1.3 现场环境维护

工位器具的维护保养成本不仅包括器具自身定期的精度调整，同时还包括漆面破损以及地面的维护。近年来车间5S管理要求逐步加强，工位器具的漆面完整，车间地面的平整清洁，已成为考核5S管理的重要指标，车间环境的保持成为一项让车间管理者苦恼的事情。车间年度费用预算中，此项修理成本每年持续增长。造成工位器具运输磕碰严重的问题，主要是以下两种：①冲压件运转节奏快，工位器具从地面及工位平台上铲起铲落，接触时产生撞击。②工位器具在库区码放时，它们之间发生磕碰撞击。

1.4 工位器具通用情况的现状分析

冲压工位器具属于专用辅助工具，每一个新车型的投入都需根据冲压件的形状、结构新制工位器具。新车型投入，需新增相应的车门外板、侧围外板、前围中盖板、顶盖等13～15种工位器具，大约500个。每年随着新车型的投入都会新增个工位器具。图6是某个冲压车间工位器具种类现况。

车间库区的面积是一定的，库区首先要满足新车型，热销车型的需求，其次生产量少或者即将停产车型。

通用性差主要体现在以下两个方面：①设计理念的落后，冲压生产的发展趋势是自动化，手动码放制件的工位器具设计时，没有考虑与生产线工位平台的匹配，旧的设计思路不适应当前新的生产线设备。②没有建立统一规范性标准，与标准化、系统化、通用化的发展趋势相悖。

2 冲压车间工位器具的改善设计

2.1 生产线工位平台匹配度

通过在冲压生产线平台上加装气缸，控制定位柱升降，如图7所示，设置相关生产数据，与生产线关联实现自动化，这样相应品目生产时只有四个定位柱升起，叉车工放置工位器具时，一目了然，能够快速准确。

加大工位器具地脚和工位平台定位柱的尺寸，由直径15.5cm增至18.5cm，工位器具地脚尺寸，提升了放置时的效率和稳定性[2]。

2.2 运输安全性

为解决叉车运转的稳定性，从人因元素出发，考虑空载以及满载状态下不同特点，在工位器具的底部框架的基础上设计叉铲专用铲道。冲压车间制件转运的