中國重汽HOWO 輕卡2020 年產銷量屢創新高，各生產線承受了巨大的生產壓力。沖壓自動化生產線沒有成為瓶頸工序，要歸功于生產節拍優化。生產節拍是衡量生產線產能的重要指標，節拍優化后的生產效率大幅提高，在相同的時間內可以生產更多的沖壓件，從而降低沖壓件的生產成本。
重汽(濟南)輕卡有限公司引進了一條沖壓自動化生產線，主要生產重汽HOWO 輕卡駕駛室的外觀覆蓋件。引進這條生產線的時候采用了拆分單元的模式進行，分別采購了濟南二機床集團有限公司的壓力機、ABB 公司的沖壓搬運機器人及清洗涂油機等設備。以ABB 公司的整線集成方案協同各廠家集成整線，充分利用各廠家在各自領域內的強項，揉合他們的先進技術建立了一條沖壓自動化生產線。
投產后碰到的難題
生產線的投產初期，我們在生產速度優化方面碰到很多困難，具體有：⑴設備與設備之間的控制邏輯存在很多不一致的地方，直接的結果就是導致生產線生產節拍慢；⑵不同廠家設備之間的聯鎖信號缺乏正確性，提高生產速度的同時，也增加了設備發生相互碰撞的概率，難以找到生產效率與設備、模具安全之間的平衡點；⑶各個設備之間只是用相互之間的聯鎖信號進行優化，沒有整線控制生產速度的模式與專用控制器；⑷沒有機器人的同步系統，硬件上增加了優化的難度，并且在一定范圍內約束了生產節拍。
影響生產速度的要素
沖壓線的設備管理員、操作人員和機修人員，不斷地為提高生產效率而進行生產線的節拍優化作業。在現場中應用持續改善的思想來降低零件生產的CT值，總結出一套優化生產線生產節拍的有效方法。沖壓機器人自動生產線中，有兩個與生產速度相關的要素，即各設備的動作速度和動作協調性。
動作速度
在實踐中我們發現，當各設備以最大的速度運行，并且各臺壓力機同步沖壓、各臺機器人同步搬運的時候，生產線生產速度最快。對于各設備速度來說，拆垛上料單元和壓力機的速度通常是不會變化的；而機器人運動速度調整的柔性非常大，成為影響生產線速度的主要因素。
機器人的運動速度與機器人的動作特征是密切關聯的，實際的運動速度除了與設定的數值大小有關系外，還與運動過程中的姿勢變化和運動方式有關系。機器人動作的特點如下：⑴運動過程中姿勢變化越少運動速度越快。在保證安全的條件下，盡可能減少機器人運動過程中姿勢的變化。⑵機器人運動速度的特征是兩個點之間的運動：MOVJ 弧線運動速度＞ MOVL 直線運動速度。當選擇MOVEJ 命令，機器人會自動計算運動最快的弧線軌跡。
熟悉了機器人動作的特點后，我們就可以將各個零件的機器人軌跡標準化。新建零件時，復制以前相似的零件軌跡，做簡單的改動后就能得到理想的軌跡。完成這一步后，就可以將單臺機器人的搬運速度調到最快，滿足要素中的第一個條件。
動作協調性
如何將各臺設備以其最大運動速度揉合在一起，組成一條生產速度快的生產線？簡而言之就是如何調節設備之間動作的協調性呢？
沖壓生產線理想的優化狀態應該是各設備以其最大的速度運行，以最短時間完成單個動作循環，各設備的每個動作循環中只有一個等待點；在安全的條件下，前一臺設備以最短時間啟動下一臺設備。站在整線的角度來看，機器人能夠同步搬運，壓力機能夠同步沖壓。機器人上完料開始后退時，壓力機滑塊開始啟動，并且模具差點與機器人相撞；滑塊開始上升時，機器人立即進去抓料，并且差點與模具相撞。各設備以自身最大的速度運行，相互之間的啟動參數設置到最大值，并且能夠協調一致運動。
生產節拍的優化
使用機器人的沖壓自動線，機器人的動作與其前后壓力機相關而將整線連成一個互相牽連的整體。我們可將整線分為N 個周期性運動的單元進行分析，其各自最佳狀態下運動周期Tmin 的最大值決定了整線的速度SPM。
⑴四工序沖壓線可拆分為五個單元(圖1)：拆垛上料單元、四個壓力機單元(壓力機與壓力機后面的機器人)。⑵各單元在最佳狀態下無等待的動作循環周期Tmin 均可獨自測量、優化。拆垛上料單元，機器人從拆垛小車上抓料放料，板料經清洗涂油、對中，機器人從對中臺上抓起板料送進模具，機器人再抓下一張料。壓力機單元，滑塊下行至下死點完成沖壓、從下死點升起，機器人進模、抓料、出模，送料進模、放料、出模，滑塊再次沖壓。
各單元的優化內容與措施
⑴ 拆垛單元。板料在拆垛小車上以中心定位，所有料架在拆垛小車上以中心定位，這樣所有板料的拆垛程序統一為一個。機器人各步動作速度在程序里合理調整確定。經測量，拆垛單元的動作循環時間比壓力機單元的循環時間要快，拆垛單元不是整線的瓶頸單元。
⑵壓力機單元。四個壓力機單元的動作時間是決定整線SPM 的基本因素。壓力機單元的動作時間是指壓力機沖壓、機器人下料、機器人上料、機器人回到下料等待點整個過程的時間。壓力機單元時間T= t1(壓力機沖壓)＋t2(機器人下料)＋t3(機器人上料)＋t4(機器人回到下料等待點)。
調整單元設備時間
單元是生產線最重要的元素，首先我們將單元內的設備動作協調，使單元的動作時間最少，才能進一步使生產線的單元動作協調，達到生產線優化的效果。如何將單元的設備動作時間調整到最少呢？主要有以下三個方法：
⑴下料機器人提前啟動上料機器人。沒有優化前，下料機器人到達退出下料點OU 之后，才允許前面的機器人上料。優化之后下料機器人在到達OU 之前一段距離，就允許前面的機器人上料(圖2)。這段提前的距離就是提前上料許可距離LA，界面參數為“Load Authorization Dev1 Phase1”。這個參數只有在自動模式下才能設定，并且在機器人速度達到100%時，才能生效。
提前上料許可距離LA 需要在生產中設置。該參數應從小到達慢慢增加，并且不能超過最大值，同時觀察上料機器人和下料機器人之間的相對位置，保證前后機器人攜帶板料時，最小距離大于300mm。
⑵上料機器人提前啟動壓力機。機器人的優化參數里有一項可以調整機器人上料后往后退時與干涉點的間隔數值，從而改變啟動壓力機沖壓的快慢。機器人上料后啟動壓力機沖壓最快的時機在機器人放料完畢開始后退時，立即發出啟動壓力機信號。
沒有優化前，上料機器人到達退出上料點OL之后才允許壓力機沖壓。優化之后，上料機器人到達OL 點之前就允許壓力機沖壓，這段提前的距離就是提前沖壓許可距離LC，界面參數為“Load Conformation Dev2 Phase1”。這個參數只能在自動模式下才能設定，并且在機器人速度達到100%時，才能生效。
提前沖壓許可距離LC 需要在生產中設置。該參數應從小到大慢慢增加，并且不能超過最大值，同時觀察壓力機是否會出現模具保護角度報警。如果出現該報警，那么需要減小LC 值(比如減小10mm)。
另外，為了保證上模具不與機器人及端拾器干涉，需要設置壓力機模具保護角度。當壓力機超過該角度時，機器人及端拾器還在壓力機范圍內，壓力機會立即制動停止。
⑶壓力機提前啟動下料機器人。有兩個方法可以加快壓力機沖壓后機器人下料。一是使軌跡中的WL 點靠近壓力機，二是減小壓力機啟動機器人下料的角度。
壓力機是用電子凸輪角度信號啟動機器人下料的。機器人定位精確，先將WL 點盡可能接近壓力機，再減少啟動角度，是比較好的做法。下料機器人到達等待下料點WU 后，等待下料授權信號，當這個信號變為1 時，機器人進入取料。沒有優化前，壓力機到達上死點之后才發送下料授權信號。優化之后壓力機在返程途中到達下料機器人取料設定角度(該參數需要在壓力機人機界面上設置)，就會給機器人發送下料授權信號。
當各個單元的動作時間達到最小后，只要把生產線的五個單元協調起來，生產線就可以達到優化的理想狀態了。生產線上各個單元協調生產的時候，他們的動作時間是很相近的。同時，后單元比前單元要快點，才能使生產線保持一起沖壓一起搬運的同節拍，所有機器人只有一個等待點狀態。假如前單元比后單元要快，生產線就不能出現一起沖壓一起搬運的同節拍最優狀態。機器人有兩個等待點，等待下料和等待上料，CT 值下降0.2 ～0.3s。
結束語
沖壓自動化生產線優化后，每天可以生產更多的沖壓件；或者在產量不變的情況下提前完成當天的生產任務。為此，我們可以安排生產線一定的計劃停機時間做其他事情，比如模具調試、設備日常維護等，得到的經濟效益是非常可觀的。
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