文|马国礼  夏咪咪  崔礼春·安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心

本文针对冲压车间从原材料入库后的自动分配、自动更换，模具标准化制造后行车实现自动识别、抓取、运输、更换，线尾工件质量自动检测、自动定位、分拣、装箱，AGV 输送至自动化仓库（或返修区），库区自动识别、存储、先进先出，整个冲压主生产过程的无人化的规划建设的现状和难点进行分析。

本文所述无人化，指车间主要生产、输送过程自动化运行，如车间管理、工件返修、设备工装的维护和保养等不在此范围。无人化冲压车间，即从原材料入库后的自动分配、自动更换，模具标准化制造后行车实现自动识别、抓取、运输、更换，线尾工件质量自动检测、自动定位、分拣、装箱，AGV 输送至自动化仓库（或返修区），库区自动识别、存储、先进先出，到自动输送至焊装生产线。

相对于其余三大专业焊接、涂装、总装，冲压的无人化难度较高，从自动化程度对比，目前国内汽车主机厂新建冲压车间基本全面实现了自动化，但无人化的差距还较远，目前相对来讲，合资品牌的工厂无人化走在了国产品牌的前面。本文将从无人化的实现形式、现状及存在问题等方面进行分析。

设备自动化

要实现无人化，车间所有设备必须实现自动化。对于我公司冲压车间来说，表1中列出了主要设备目前是否实现自动化和采用形式。从表1不难看出，除了主要生产线外，其余过程都有人员操作，相较于以往冲压车间有一定的进步，但与无人化工厂差距较大。以我公司某一冲压车间为例，年产双班 8 万辆，一条线单班生产车间人员总数 45 人，生产线为机器人自动化，与手工生产线比较，主要人员在线尾检测、装箱、辅助维修、设备操作等方面，人员节省可以忽略不计。

如果表 1 中所有设备均实现自动化，冲压车间主要人员将大幅度减少，只有车间管理、工件返修、设备工装的维护和保养等方面需要人员介入，以上岗位为辅助岗位，主要生产岗位将实现无人化。

冲压车间全部实现无人化目前技术手段来说还存在差距，但主要作业部分实现无人化较为现实。从生产前的原材料存储、转运，到生产线生产、模具更换，再到生产后成品检测、装箱、运输，按照正常冲压流程，正在逐步实现无人化。至于模具维修、瑕疵产品返修、设备维修等属于非正常的辅助工序，目前必须人工介入，也许不久的将来可以采用新技术替换人工。设备自动化是无人化的前提，但不是无人化的全部。

设计仿真化

再完美的车间，也是从规划设计开始。有了自动化的设备，规划设计中合理的布局、应用，仿真化的运行检验，是无人化工厂的基石。

随着计算机的发展，各种软件的推陈出新，三维仿真设计，在各个行业应用较广，尤其在设备的设计领域。可以通过三维仿真模拟，检查各自动化设备的占用面积、运行轨迹、消耗时间、节拍匹配等。其次，目前模具设计全面实现了三维设计，模具相关参数对整线自动化的节拍影响非常大，所以三维仿真设计可以加入模具部分，更好的检验生产线的各项性能指标，特别是生产节拍。再次，随着模具的加入，端拾器也可以实现三维设计，这样就可以提前设计制造，缩短现场制作调试的周期。

设计仿真化，不仅可以直观的规划生产线设备布局，还可以做成动画，作为车间或公司的宣传材料，也可以整体提升公司形象。所以，设计仿真化既是无人化工厂的基石，又是未来发展的趋势。

 有了自动化的设备，完美的仿真设计，还缺少系统的管理，我称之为管理数据化。对于冲压车间生产，首先要有任务来源，根据不同的任务转化为冲压专用的数据信息，传达至自动化设备，由设备自动执行，完成任务。

管理数据化

 把冲压车间生产和其余三大工艺车间对比分析，你会发现其余三大工艺车间属于流水线生产模式，而冲压车间属于单品种批量生产，虽然对于某一种产品件来说也属于流水线（多工序）生产，整体来看区别较大。其余三大工艺可以按照台为单位安排生产计划，冲压车间要分解为件为单位，对应于某一最佳周期的最佳批量，涉及到的信息量大，包含原材料、产品件、模具、工位器具等不同组合，要实现合理的管理，必须要实现数据化，才能更好的分解、转换、调配。

冲压车间数据包含以下四个方面：

人员信息

姓名、职务、年龄、生日、班次、岗位状态（在岗、出差、休假、夜班等）。

设备信息

 设备编号、名称、已运行时间、故障时间、设备状态（生产、故障、待机等）、检修提醒等。

生产件信息

 产品号、名称、原材料库存、成品库存、已生产数、待生产数等。

工装信息  

工装号、名称、生产累计数、上次维修时间、预防性维修时间提醒等。

以上信息数据为基本需求，需要在实际设计过程不断优化、完 善有了自动化的设备、仿真化的设计、数据化的管理，一个无人化的冲压车间基本可以呈现在你面前。说起来容易，但真正在实现过程却存在很多问题。仿真化的设计和数据化的管理目前应用较多，下面主要从设备的自动化方面进行分析存在的问题。

表 1 中的 9 种设备，目前除了第1 条冲压自动化线和第 9条废料收集输送线外，其余在我公司都未实现自动化。

其中第 2、8 条属于一类设备，即仓库，目前国内应用较多，如图 2所示。主要包含识别、存放、取货、管理等部分，随着智能化的普及，完成可以实现无人化管理的仓库部分。

第 3、4、7 条也属于同一类，即运输类。运输分为空中、地面和地下三部分，目前地下废料输送线已经实现自动化，主要分析空中和地面运输设备。

空中运输主要为模具、板料等质量较大的物品，目前常用设备为行车（起重机），常用操作方式为驾驶室（俗称空操）和手柄（俗称地操）两种，手柄又分为有线和无线两种。目前空中运输，即行车实现自动化是冲压车间的难点，主要为精确定位和精确抓取两方面。目前常用的行车采用变频电机驱动，钢制滚轮行走，因为滚动摩擦及惯性的作用，精确定位难度高。虽然采用激光测距等技术手段在提高定位精度，但应用在冲压车间无人化，还需要实验检验。目前国内汽车冲压行业已经开始研究开发精确定位的行车。除了定位问题，就是精确抓取。模具、原材料等被抓取件存在不同的尺寸、抓取位置等问题，一个通用的抓取工具，是实现自动化的关键。解决以上问题，首先可以分区处理。冲压车间的结构决定，原材料和模具不在同一跨厂房内，使用不同的行车抓取。仅模具尺寸和抓取位置的不同来说，设计专用的抓取工具就较为简单了，可以对模具进行分两到三种类型进行标准化设计制造，可以解决模具的抓取工具问题。板料也可以采用以上方式分类标准化，本人相信以上问题会很快解决。

地面运输来说，目前已经有大量的应用，如总装工艺采用的 AGV，意即“自动导引运输车”。目前在某公司冲压车间得到应用，如图 4 所示。AGV 的应用，可以和自动化仓库实现无缝对接，为冲压车间无人化的物流系统提供了完美的解决方案。

线尾检测，目前国内各主机厂还是以人工检测为主，通过视觉和触觉来判断产品件质量是否存在缺陷，该作业人员要求经验丰富、认真仔细，在目前高速冲压线普及的情况下，需要加大线尾皮带机输送距离，增加检验人员数量，无疑给冲压成本带来了很大压力，同时也难以实现自动化。检测自动化是目前实现无人化的一个难点，虽然近几年国际市场出现各种扫描、拍照等检测设备，但对于冲压所生产复杂的立体产品件，除了外观，还有暗伤、变形等各种缺陷，以上设备无法直观的判断出相应的缺陷，还需要技术升级和发展的过程。

线尾装箱，即产品件装到专用工位器具中，输送到冲压件仓库，供焊装使用。目前国内某些主机厂已经开始使用机器人进行自动化装箱，但经过了解，还是存在某些形状复杂的产品件无法实现自动化装箱，造成自动化装箱难以实现的主要原因是冲压件的负责形状和单件低强度。但是部分产品的实现，为我们带来了希望，随着机器人技术的不断发展，不远的将来肯定能够实现全面自动化装箱。换一个说法，如果个别产品难以实现，可以暂时考虑外协生产，待成熟后再转移回主机厂。

通过以上对 9 种设备的分析，目前主要难点在行车和检测设备这两方面，分别处于研发和部分应用阶段。随着科技的进步，不远的将来都将实现。

汽车公司自己生产几乎所有Class-A 表面外壳；有一些例外（比如 Porsche Macan），但是绝大多数可视车体都是在厂内冲压车间冲压而成，不论是钢材还是铝材。

基于以上分析，要全部实现，还需要工装、辅助设备等标准化、智能化的配合。作为一名冲压工艺规划工程师，自从入职以来，经历过公司多个新建、扩建、改造、搬迁等项目，但忙于项目工作，疏于对本职工作的思考。经过近期对《中国制造 2025》的学习，结合以往项目经验，简要分析了汽车主机厂冲压车间无人化的规划建设，希望通过冲压行业从业或相关人员的努力，早日实现无人化冲压车间，为实现安全、高效、节能、环保的汽车生产做出贡献。又是一年美好的秋天。

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