文／連杰，張旭，韓偉奇，胡紹翔·一汽-大眾汽車有限公司天津分公司

低成本自動化

低成本自動化也稱簡自動化，主要在日系企業(yè)中應(yīng)用和推廣，通過研究大量案例可以嘗試從四個方面進行定義：⑴以低成本理念消除或減少各種浪費。⑵運用杠桿、連桿、斜面、滑輪等八大基本機構(gòu)組合成各種運動機構(gòu)單元。⑶將運動機構(gòu)單元與運動副以特定的方式組合，利用動力產(chǎn)生一個確定可預(yù)期的運動。⑷以機架為支撐與其他運動機構(gòu)單元結(jié)合而形成的構(gòu)件系統(tǒng)。

低成本自動化的特點

⑴裝置簡單、安全可靠(構(gòu)造簡單，故障少)。

⑵成本低，投資少(有金錢的限制能激發(fā)出好的點子)。

⑶柔性強(拆裝容易，更改快)。

⑷易維護(結(jié)構(gòu)簡單，普通員工都可以維護)。

⑸節(jié)能環(huán)保(優(yōu)先考慮無動力，能耗低，材料循環(huán)再利用)。

⑹開發(fā)周期短(由內(nèi)部員工容易地制作，快速響應(yīng))。

⑺員工參與度高(一線員工就可以制作，實現(xiàn)自我價值)。

沖壓車間低成本自動化開發(fā)

沖壓車間在日系原有的低成本自動化理念上做了拓展和延伸，可稱為“廣義的低成本自動化”，一方面堅持了傳統(tǒng)低成本自動化的特點，另一方面增加了兩個新的方向：將原有設(shè)備上自動化程度低的環(huán)節(jié)進行自主設(shè)計和改造，實現(xiàn)全自動或半自動。在動力源方面，除了應(yīng)用斜面、杠桿、重力等原生動力源，還引入了電動和氣動，以獲得精度更高的持續(xù)運動。

沖壓車間研究低成本自動化的意義

從低成本自動化機構(gòu)的功能上看，能夠改善人機工程，提升員工滿意度，甚至完全代替人進行工作，從長遠來看，低成本自動化能夠為智能制造鋪墊機械基礎(chǔ)，搭建基本框架，加持一定的技術(shù)，例如智能傳感、智能測量等，即可以實現(xiàn)由自動化向智能化的升級。

沖壓車間低成本自動化的應(yīng)用場景

低成本自動化的應(yīng)用極其廣泛，只要有人的地方就有機會應(yīng)用，通過對現(xiàn)場應(yīng)用場景的調(diào)研，第一期主要有幾個方面的應(yīng)用：

⑴沖壓件裝箱。當前采用人工擺件的方式，動作重復(fù)性高、規(guī)律性強，存在用機構(gòu)替代的可能性，主要的難點在于根據(jù)不同造型的零件設(shè)計適用的機構(gòu)和動作以及保障質(zhì)量。裝箱機構(gòu)的形式會影響動作節(jié)拍，進而影響效率。

⑵余料回收。部分零件沖裁下的整片余料需要單獨回收，以產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益，余料和沖壓件一起從皮帶機傳送至線尾，與沖壓件不同，余料的回收不關(guān)注磕碰等質(zhì)量風險，并且形狀簡單，不用定位，因此完全可以使用低成本自動化代替人工作業(yè)。

⑶大面積油坑造成沖壓件返修。針對油坑，傳統(tǒng)的修復(fù)方式為打磨，需要消耗大量打磨片，投入大量工時，同時打磨現(xiàn)場產(chǎn)生大量粉塵和極高噪聲，人機工程環(huán)境極差，可以通過低成本自動化將有坑的部位反向沖壓，避免打磨。

⑷開卷線校直盒更換。開卷線每周至少需要更換一次校直盒，整個工作過程需要2 ～3 人參與，連續(xù)作業(yè)40min 以上，并且需要占用天車資源。投入資源多，工作量大，可以通過設(shè)計專用的更換工裝，能夠?qū)崿F(xiàn)自動更換，省人省力。

沖壓車間低成本自動化的實踐案例

沖壓件自動裝箱

針對沖壓件自動裝箱，沖壓車間結(jié)合行業(yè)已有案例，進行了比較深入的探索。第一期將適合實現(xiàn)低成本自動化的沖壓件根據(jù)其與器具的結(jié)構(gòu)特點劃分為三類：第一類為大型雙人擺件的零件，具有自重大，質(zhì)量敏感，定位精度高的特點，如側(cè)圍、發(fā)罩；第二類為“懸掛式”零件，依靠孔洞掛在器具內(nèi)，例如門內(nèi)板、后蓋內(nèi)板、窗框等；第三類為小型結(jié)構(gòu)件，例如后輪罩。

針對前兩類零件，開發(fā)了兩種類型的低成本自動化：

⑴完全依靠重力和慣性的傳統(tǒng)低成本自動化，主要應(yīng)用于后蓋內(nèi)板，利用皮帶機和零件慣性將零件傳送至機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)力矩變化點，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)動作，將零件送入器具，再利用機構(gòu)自重回程，如圖1 所示。

圖1 完全依靠重力和慣性的傳統(tǒng)低成本自動化

⑵引入部分氣動和電控的新型低成本自動化，主要應(yīng)用于門內(nèi)板和側(cè)圍。零件到達指定位置后，通過自動或半自動的方式觸發(fā)機構(gòu)動作，包括直線動作和翻轉(zhuǎn)動作，通過傳感器精確識別位置，動作執(zhí)行結(jié)束后在氣動或電動的控制下回程，如圖2 所示。

圖2 引入部分氣動和電控的新型低成本自動化

余料自動回收

利用零件在皮帶上的慣性、沖壓件自重作為動力源，同時利用斜面和滾輪作為傳送機構(gòu)實現(xiàn)余料入箱。為了實現(xiàn)無等待切換，制作了2 套機構(gòu)，并且通過翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)切換，消除等待時間，如圖3 所示。

圖3 利用斜面和滾輪作為傳送機構(gòu)

大面積油坑鈑金返修

在傳統(tǒng)的低成本自動化機構(gòu)上增加真空機構(gòu)，將油坑部位通過真空反向沖壓修復(fù)，如圖4 所示。

圖4 增加真空機構(gòu)

開卷線校直盒更換

設(shè)計制造專用工裝，增加軌道，將校直盒放置于工裝上，需要更換時僅需1 人推入即可完成，既節(jié)約了資源，又能夠保障設(shè)備對中和精度，如圖5 所示。

圖5 校直盒放置于工裝上

結(jié)束語

沖壓車間第一期開展的低成本自動化探索產(chǎn)生了較好的效果，人員優(yōu)化8 人，降低勞動負荷60%，節(jié)約其他生產(chǎn)資料10 萬余元。下一步將會進一步深入挖掘應(yīng)用場景，并且引入視覺、AI 等技術(shù)，輔助以自動物流，在低成本自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)全面自動化和智能化。