文/于明湖·上汽通用汽車有限公司

自改革開放以來，汽車工業(yè)進入全面發(fā)展階段，汽車產品多品質、短周期爆發(fā)式增長。原沖壓車間平均分攤六種車型，模具數量成倍增長。初期創(chuàng)建的沖壓車間逐步出現模庫容量不足的窘態(tài)，各大早期投建的沖壓廠均在研究模庫擴容方案，但相應的擴容方案對原有生產模式又產生新的系統(tǒng)性變化和影響。同時新工廠規(guī)劃也在不斷導入新技術、新裝備，在有限的空間上提升庫容能力。

隨著車型越來越多，產品更新越來越快，小改款、中期改款越來越頻繁，加上車型設計越來越突出個性化、高顏值方向。汽車產品小批量、多品種的高效率生產已成為各汽車制造企業(yè)沖壓系統(tǒng)提升自身競爭力的關鍵。沖壓車間的產品特點，決定了在生產過程中必須頻繁更換模具。新建沖壓工廠的模庫容量也已提升為一個關鍵指標，是工廠建設初期設計評審的一項重要指標。從精益化生產的角度，在沖壓過程中把沖壓模具盡量安排在生產線的頂端或者末端，并進行一定的計算盡量對生產線的面積利用率達到最大化。在計算存放面積時，要充分考慮模具定置擺放所需的附加面積，避免因面積不足，導致日后無法對沖壓模具進行定置管理而造成的搬運浪費。

面對日益激烈的市場競爭，老工廠如何在有限的模庫面積上充分利用空間布局提升庫容能力，同時協調生產模式進行對應的改善，減少模庫擴容后對現有生產模式的沖擊和影響，是提高老沖壓工廠核心競爭力的重要任務。

老工廠模庫擴容的關鍵點分析

存放功能轉換

模具存放與板料存放均對地面承載能力有相同的要求(常規(guī)不低于10t/m2)，如果能夠將板料庫外移至車間外或者穿插至行車盲區(qū)位置(非模具存放區(qū))，也可以通過立體料架的形式將板料立體化存放(圖1)，減少板料存放區(qū)面積。原板料存放區(qū)可以直接置換為模具存放區(qū)，這種方法較為簡單經濟。

圖1 立體板料存放區(qū)域

由叉車上料調整為行車上料

叉車上料因效率高、人機工程好等優(yōu)點被眾多沖壓廠當成板料上線、下線的主流配置方案。但是由于大型叉車的轉彎半徑大(以12 噸叉車為例，常規(guī)回轉半徑約9m)，生產線前大面積區(qū)域被用作叉車物流通道，存在嚴重的面積浪費。通過將叉車上料，切換為行車上料，由叉車替代行車，將節(jié)約下來的叉車通道轉換為模具存放區(qū)域，從而減少模庫不足的窘態(tài)是主機廠可以考量的一個方案。但此方案也會觸發(fā)車間運作的很多細節(jié)調整。

⑴料架形式變更。原始叉車上下料，料架只需要配套預留鏟齒通道就可以了。但是通過行車起吊上下料就需要對原有板料托盤進行改造(增加吊耳)，如圖2 所示。

圖2 行車起吊板料托盤

⑵上下料節(jié)拍影響因素。通過行車起吊進行上下料，由于多了拆掛鋼絲繩的工序，效率會有所降低，同時原本行車的作用主要是上下模具起吊，勢必增加行車工作量，影響換模效率。如果需要保證最小經濟批次不變(常規(guī)為1 小時)，則需要考慮是否新增沖壓行車。如果需要進一步減少人工拆掛鋼絲繩時間，則需要進一步開發(fā)研究料架起升吊具改造方案。

⑶一模多件上線效率優(yōu)化。隨時沖壓模具高度集成化的發(fā)展，一模多件的模具比例越來越大。例如四個門的內外板，翼子板、發(fā)動機蓋內外板等等，常規(guī)需要分批次上兩垛材料?？梢钥紤]集成到一大料架上合并上線。由于部分板料在開卷線下線時是分開下線的，必須有一套能夠將兩垛板料合并集成到一垛板料的工裝。如圖3 所示，我們可以通過翻轉機自身的上料工位增加板料托起和合并功能，實現小料架板料合并移轉至大料架功能。通過小料垛整合上料，會大大降低上料頻次和上料時間。

圖3 小料架板料二合一功能實現過程示意圖

模具多層碼放策略

基于行車操作員掛鋼絲繩的高度人機工程限制及GB 8176-2012 沖壓安全生產通則的相關要求，當前汽車主機廠主要采用2 層模具碼放策略。針對產能需求不大的部分模具，可以考慮增加移動踏臺使模具多層碼放的相關方案來增加模庫容量。該方案的優(yōu)勢是成本低，立竿見影。劣勢也非常明顯：高度容易超標準，最上層模具需要人工拆掛鋼絲繩作業(yè)，人機工程差。

新工廠規(guī)劃新技術導入

模具半自動吊技術

通過引入模具半自動吊技術，利用吊具對模具進行抓取，不僅省去了人工拆掛鋼絲繩的工作量、而且可以充分利用車間高度空間，實施真正的多層碼放(從當前收集到的信息看，目前已經有六層碼放)，如圖4、圖5 所示。

圖4 半自動模具吊具

相顧無相識，長歌懷采薇?！镜涔省肯鄠髦芪渫鯗缟毯?，伯夷、叔齊不愿做周的臣子，在首陽山上采薇而食，最后餓死。古時“采薇”代指隱居生活。

圖5 模具多層碼放圖

半自動模具吊具已在國內成熟應用(代表有佛山大眾等)，當前項目投資比較大，市場投資約合傳統(tǒng)行車投資的3 倍左右。而且該方案對模具與半自動吊之間的接口有很多嚴苛的要求，如：吊耳設計在模具前后側(非側面)、下模吊耳對應的模具上模無干涉、模吊耳中心距離下模底面至少250mm、吊耳間距140mm、重心偏載最大150mm、自動吊具與模具至少20mm 的安全量。這些新增的吊具對模具接口的要求勢必會出現老車間眾多老模具不滿足對接條件的情況，只能通過新模具按新標準實施，老模具逐步淘汰的形式進行逐步替代。

由于半自動吊具自重在13 噸左右，對應的行車負載能力就需要由原始最大50 噸額定負載，調整為額定65 噸負載。該項調整基本阻礙了老車間導入半自動吊行車的可行性(老車間廠房承載梁因行車自重的增加存在超出設計標準的潛在風險)。另外行車半自動吊運通常配置精準導軌，才能實現行車自動定位功能，老車間行車導軌采用傳統(tǒng)導軌無法達到半自動行車吊具精準定位需求。這也是阻礙老車間采用該技術導入的另一個重要條件。

模具立體庫技術

模具立體庫的導入有眾多優(yōu)點：垂直存儲，可以更好地利用廠房空間；減少模具存儲時的磕碰損壞；倉儲管理，方便模具識別及調取，提升效率；通過減少操作程序提高安全性。但是模庫立體庫也存在諸多缺點：對地面承載要求極高，需要在工廠建設初期便準確規(guī)劃立體庫樁基基礎，進行立體庫存放基礎打樁強化設計；由于模具重量大(主機廠模具30～50噸)，模具存放架和碼垛機造價高昂，總體投資額度巨大；可靠性要求極高，維修涉及高空作業(yè)，難度大。

正是由于以上鮮明的優(yōu)缺點限制，目前模具立體庫(圖6)主要應用在小模具存儲上，主機廠模具普遍都在30 ～50 噸之間，大型模具應用的實際案例非常少。

圖6 模具立體庫

結束語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進步，各汽車廠家對模庫容量的需求越來越迫切。充分用足模庫柔性，發(fā)揮沖壓車間潛在的模庫提升空間，確保沖壓車間在有限的模庫空間實現更高的模庫容量，支持多車型短周期汽車升級策略，將是未來沖壓領域不懈努力的方向。這就需要新工廠規(guī)劃前期人員和老工廠運營規(guī)劃人員不斷進行改善和深入研究。