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          汽車沖壓高級排產_實踐經驗分享
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          •                                                                                                          

                                                                               一、行業綜述


            隨著國家對制造業的大力扶持,汽車、通信電子、新能源等行業得到快速發展,使得金屬沖壓等零部件的需求迅速增長,不少跨國企業在將整機的制造轉移至中國的同時,也將配套工廠轉移至中國,對華配件的采購量也逐年快速增加,帶動了國內相關行業的快速發展。在這種背景下,作為制造業基礎行業之一的中國沖壓行業也獲得了快速的發展。


            圖 1 沖壓車間生產區域


            沖壓生產是利用壓力機和模具實現對板材、帶材、管材和型材等施加外力,促成塑性變形或分離,從而獲得所需形狀、尺寸和性能的工件(沖壓件)的成形加工技術,是金屬塑性加工的主要方法之一,隸屬于材料成型工程技術。板料、模具和壓力設備是沖壓加工的三要素,不同的加工溫度適用于不同變形抗力和塑性的材料,薄板一般在室溫下進行;模具是沖壓批量生產和先進沖壓工藝實現的基礎。


            整車廠的沖壓生產均為批量生產,生產過程自動化程度較高,作為后工序材料供應部門,產能往往高于后工序,多出的時間用于設備的維護、新沖壓件的試生產等。沖壓車間的生產不同于焊、涂、總車間,生產批量大、節奏快,沖壓件品種多,需在保障后工序整車生產所需沖壓件物料齊套的基礎上,盡量增大批量以提高自動壓機線的生產效率,沖壓車間的生產計劃需考慮諸多因素,提前進行多次計算,耗費較多人力;異于計劃的實際狀況要求生產計劃持續滾動、隨時調整,而實際管理中存在多邊溝通,反復確認,無形中降低生產靈活性,降低生產效率。



            福州漢思自2013年起開始探索汽車沖壓生產的高級排產方案,經過多年積累,形成了較為成熟的高級排產解決方案,并在福特、廣汽、北汽、路虎的多個工廠進行了成功實踐。


            二、主要需求


              一輛汽車上的沖壓件成千上百,汽車主機廠一般只生產部分沖壓件,且往往是大件,而一些小的沖壓件則由其供應商供貨。整車廠的沖壓車間可以理解為一個獨立的部門,類似一個沖壓件供應商,只是這個特殊的“供應商”就設置在整車工廠內,且與焊裝車間相連,沖壓車間生產的成品沖壓件除滿足后工序整車生產裝配外,還可以用于備件、試制件、總成件等。主機廠劃分成立沖壓車間,是從成本和質量等多方面的考慮,“壓機一響、黃金萬兩”,由此可見一般。

              沖壓車間生產不同于整車焊裝、涂裝、總裝完全離散的生產方式,為大批量生產,這主要是由于壓機生產沖壓件類型切換,需要較長的模具準備時間,更換模具也需要一定的時間,如果頻繁小批量切換,則壓機線的生產效率會非常低,設備可用時間被模具準備和更換時間占用。理論上,沖壓生產沖壓件的批次量越大,則壓機的生產效率越高,產線的綜合效率越高。但沖壓車間需要生產多種后工序所需沖壓件,實際生產中1條線不可能只生產1種沖壓件,因此受限于壓機設備、模具、板料、空料架、人員以及后工序需求變化等因素,沖壓車間的計劃排產是一個較為復雜且持續滾動計算的過程。


              根據福州漢思的長期實踐總結,沖壓生產計劃排產考慮的需求主要包含以下四個方面:


                 (1)長期和短期的計劃推算需求


                  長期計劃作為預示計劃,可在一定周期內調節每日的生產負荷,防止日負荷超出日產能。同時長期計劃,可以作為前工序開卷線計劃的推算根據,也可作為原料叫料配送計劃的依據。


                  短期計劃作為基本鎖定的生產計劃,作為實際的執行計劃。不斷周期性的推算和覆蓋,總是當前或第2天的計劃作為鎖定計劃。


                  同一天預示計劃和鎖定計劃差異,可能來自多個方面的原因,例如沖壓件或板料的質量異常、后工序計劃的調整、焊裝線邊庫存差異等。


            (2)沖壓件生產批次數量計算需求

            實際沖壓件生產批次的數量不可能無限大,受限于庫房大小、料架和板料的數量。批次數量分為兩種類型:


            定時不定量:定時的意思是根據后工序計劃消耗推算得到生產時間,后工序計劃時間是確定的,因此生產時間確定;但后工序計劃的需求數量是變化的,因此計算得到的生產批次數量也是變化的。


            生產批量根據庫存、未完計劃余量、焊裝需求計劃數量、空料架數量進行計算,實際庫存+未完計劃余量=沖壓件庫存,焊裝需求計劃數量作為虛擬的消耗,計算少于消耗部分的沖壓件數量作為批次數量;若出現某日生產負荷過大且無法提前的情況下,還會再次縮小生產批量。


            定量不定時:定量的意思是每次某種沖壓件的生產批次數量是固定數量,但時間是根據庫存實施消耗推算,由于實際什么時候消耗到拉動點不確定,因此叫“不定時”。


            每次排產的批次數量為固定設置的數量,一般叫做經濟批量,經濟批量需結合安全庫存使用,是量產過程中逐漸確認穩定的經驗值。


            無論是哪種批量確認方式,排產后均需要能夠人工進行調整,以滿足不同場景的需求。


            (3)沖壓件生產順序和時間的計算需求

            沖壓件需按緊急程度優先級順序進行生產,以保障不會造成后工序缺料的情況。沖壓件生產順序作為車間產線的指導信息,生產所需準備的板料、模具、空料架均以計劃為中心,而計算出較為詳細的生產計劃時間,則有助于過程中對計劃進度的跟蹤,以便可以進行及時的調整,應對生產過程中的異常。


            (4)原料計劃的推算需求

            原料的叫料配送或板料的開卷生產,要比沖壓件生產的計劃時間更提前,且原料作為沖壓件生產的必須條件,若缺料則沖壓件生產無法進行。但由于板料的存儲區大小和板料托盤容器有限,因此沖壓車間希望能提高板料托盤的周轉率,減少原料在存儲區的存放時間,理想狀態是配送的原料/生產出來的板料就是馬上要使用的板料。


            三、高級排產方案

            1.總體規劃


            沖壓車間計劃主要分為3類:沖壓件生產計劃、開卷/板料生產計劃、原料配送計劃。后工序生產計劃為虛擬消耗數據,進行庫存模擬消耗。



            首先根據月度消耗計劃,評估月度產能負荷關系:


            若負荷超出產能則進行報警提示,嘗試進行產能的調整,確認工作日歷,若負荷遠超出產能,無法滿足,則必須進行負荷的調整。月度計劃粗排,考慮人員操作和系統判斷相結合進行分析和調整。


            圖 2 產能負荷分析預警

                沖壓鎖定計劃和預示計劃的邏輯基本相同,不同點在于作為消耗的計劃是否鎖定。


            2. 沖壓件預示計劃


                系統自動排產的內容包含鎖定區間計劃和預示區間計劃,實際根據車間管理需求選擇其一,或者兩者都使用。預示計劃主要作為預示,用于推算前工序的計劃,如開卷或原料配送。



            預示計劃如上次所示,根據后工序的較長期計劃推算達到,只是“預示”計劃的原因是后工序長期計劃可能調整的概率較大(甚至未鎖定),后工序計劃若調整則沖壓件計劃也會受影響而調整,因此只作為預示。


            圖 3 工作日歷模板維護


            3. 沖壓件鎖定計劃


            鎖定區間計劃作為實際即將執行的計劃,按觸發方式可以分為:

            • 后工序需求計劃模擬消耗觸發。

            • 優點:提前推算,可推算長期計劃,按庫存消耗零點提前生產,理論上庫房庫存維持在較低水平。

            • 缺點:始終是計劃推計劃,可能實際發生變化靈活性不足,每日推算確認。

            • 實際庫存消耗觸發。

            • 優點:根據實際情況推算,結合實時庫存可自動推算,面對日內情況變化調整靈活。

            • 缺點:無法推算長期預告計劃,且必須結合安全庫存、經濟批量使用,對庫房大小和后工序量產穩定性有一定要求。

                 實際根據福州漢思實施的汽車沖壓排產案例,存在兩種方式結合的情況,而單獨使用某一種方式的沖壓車間,沖壓件庫房庫存保持量基本相同(均在3天左右),沖壓車間生產多種沖壓件,齊套需求以及批次生產方式,決定其必須有一定量的庫存,才能滿足后工序的生產需求。


            圖 4 鎖定計劃拉動管理界面



            第1種推算方式,以后工序計劃虛擬消耗零點拉動,具體推算邏輯為:



            1. 根據后工序生產計劃,結合沖壓BOM,可計算得到每日需求的沖壓件數量和種類;


            2. 遍歷后工序需求計劃,結合期初沖壓件庫存數量,計算每種沖壓件庫存消耗到零點時間;


            3. 庫存消耗到零點時間前,則必須生產完成足夠的數量供后工序消耗,因此該沖壓件應該生成生產計劃。此時需考慮已生成的該沖壓件產品組的計劃,已生成未執行完的計劃作為虛擬的庫存并入期初庫存考慮,繼續輪訓后工序計劃作為虛擬消耗,直到完成所有后工序需求計劃的輪詢;


            4. 確認要生成生產計劃的沖壓件,需要確認數量和順序、生產時間。


            5. 批次數量P根據多個數據進行,其中空容器可裝箱的沖壓件數量為Q,板材能夠生產的沖壓件數量為M’,則當前沖壓件的生產批次數量P需滿足:當日需求-實時庫存≤P≤Q,并且PP≤M’;


            6. 生產時間必須早于庫存消耗零點的時間之前生產,并且滿足設置的前置周期T;


            7. 沖壓件生產計劃確認后,根據工作日歷和生產節拍,確認計劃的具體時間。其中工作日歷和節拍定義越詳細,則生產計劃的開始結束時間計算得越詳細,反之則越粗略;


            第2種推算方式,以實際庫存和安全庫存對比觸發拉動,具體推算邏輯為:



            1. 根據后工序消耗常量和沖壓BOM、結合安全庫存天數計算零件(沖壓件)安全庫存(這里的消耗常量只用于計算安全庫存數量,為了方便后續調整而設計,不作為虛擬消耗);

            2. 每間隔固定時間進行一次推算拉動計劃,實時輪訓各零件庫存和安全庫存設置的大小,低于安全庫存的零件在本次推算需要生成生產計劃,注意零件庫存=零件實時庫存+該零件未完計劃數量;

            3. 零件的生產批量使用設定的經濟批量,本輪生成的零件生產計劃排列在已有未完生產計劃的后面,按計劃狀態=未上線計劃篩選,根據優先級(可以根據庫存:安全庫存大小確認優先級,也可按其它方式定義優先級)重新排列未上線計劃的順序。已凍結生產順序的計劃,不納入本次推算排序中;

            4. 確認生產計劃后,可根據節拍和工作日歷,計算詳細的計劃開始結束時間;

            5. 空料架容量和板料數量作為計劃關聯數據進行展示和預警;

            6. 板料數量不足,則生成板料生產/配送計劃,并加入生產/配送前置周期的時間,作為板料生產/配送計劃的時間;配送計劃根據設定的窗口時間組單,組成統一的配送計劃進行叫料;

            7. 結合壓力機的設備數據采集,可跟蹤展示的實際沖程數,計算更新生產節拍數據。這個功能依賴壓機數據采集,反沖板材的消耗數量可根據需要選擇。若不進行板材反沖消耗,則以板料上線和退料功能進行跟蹤;


            圖 5 壓力機運行監控


            8. 零件出入庫跟蹤管理,是零件實時庫存數據的依據;具體實現方式可以采用人工錄入、人工掃描條碼、自動條碼掃描/RFID等方式。


            4. 沖壓件計劃切換


                  沖壓車間生產為批次生產,因此批次切換時,模具、壓機設備、料架種類、板料數量必須與生產計劃的產品組對應,否則生產無法進行;而實際生產過程中,可能由于以上因素或其它異常(如臨時插單、突發零件質量不良等)導致生產計劃種類、順序、數量調整,且執行臨時計劃后需要再返回到正常的計劃執行,因此沖壓件計劃的批次切換需要進行嚴格的管理,福州漢思在實踐中發現,計劃推算排產完成后,如何結合實際執行計劃,并能感知實際生產過程中的各類信息,靈活調整,是沖壓車間計劃能否順利執行的關鍵。



            1. 生產第1個批次時,則開始準備下一個批次的模具,模具準備比較耗費時間,一般需借助車間行車調撥模具位置,一般需要40分鐘左右,因此臨時切換計劃最晚必須在第1個批次結束前40分鐘;


            2. 下一批次計劃未開始前,需確認可用板料庫存數量、模具狀態和空料架可用庫存;板料數量根據板料管理的收貨和出庫、退料或者反沖實時計算更新,模具可用狀態根據模具的PM單據統計(有未關閉維修單則模具不可用),空料架可用庫存=料架總庫存-零件庫存占用數量;


            圖 6 庫房中的沖壓件料架

            3. 計劃批次切換需完成4個動作:

            (1)更換模具,一般從壓機的一側開出模具組各工序模具,另一側開進下一批次模具組各序模具;

            (2)壓機程序號設置,設置下一批次加工程序號;

            (3)線尾零件料架搬移,在換模期間,將上一批次料架全部搬離線尾區域,將切換后批次的料架防止線尾裝載區域;

            (4)上一批次未消耗完板料的退料,新批次板料的出庫和上料;


            圖 7 壓機線尾清線


            4. 計劃批次切換時(換模),可根據壓機下一程序號與下一批次計劃程序號對比,若不匹配則進行異常提示。出現模具組程序號不同異常時,一般是臨時調整計劃,系統根據程序號自動匹配未上線計劃;若無法匹配,則可根據程序號自動臨時插入該產品組的計劃,批量按經濟批量即可;


            5. 一模多件(多個模穴)高低配(換型,不同時下線)的情況,可進行零件切換的操作,而一模多件是同時產出的沖壓件,則不需要進行換型調整。換型的概念:同一組模具可以生產多種物料號的零件,但需要對模具做細節上的調整,例如沖孔的數量。有的產品組生產時換型只需要幾分鐘,而又的模具換型時需要幾十分鐘,因此對于換型時間較長的模具,在換型調整模具時會開出壓機進行換型調整,先讓后一批次模具生產完,再將換型調整完成的模具開回壓機繼續生產。


            圖 8 零件切換確認


            6. 換模操作完成后,即進行切換后的批次的生產工作。一般在換模期間,車間管理系統會進行看板等醒目提示,同時結合車間廣播系統提醒各區域人員的工作;


            圖 9 計劃切換確認


            5. 開卷/板料計劃


            開卷/板料生產計劃,根據沖壓件生產計劃反推,時間上提前設定的前置周期。排產過程中確認順序需根據實際開卷工序特點進行判斷,例如


            • 考慮不同卷料開卷使用刀口,盡量安排同樣刀口的卷料在一起生產
            • 考慮不同類型模具的生產,同類型盡量安排在一起生產,如自動模、開卷模;




            主要邏輯為根據沖壓件計劃,倒推板料生產計劃,對于不自己開卷的沖壓車間則無需考慮此計劃。若板料不足,則需開卷生產;而開卷需卷料作為生產投入的原料,因此還需判斷卷料的實時庫存+在途庫存。


            6. 原料配送計劃


                  原料配送需考慮原料叫料供應商后,供應商準備-送貨-收貨的處理時間,若需車間內開卷,還需考慮開卷的前置周期。按月度份批次送貨的方式,只需簡單按需求數量劃分即可得到配送日期、種類和數量,原料配送主要考慮因素是必須在試用前到貨,其次考慮配送的效率(即盡量減少配送和收貨次數,對不同時間點的需求進行組單)。



            對于不需要自己開卷的沖壓車間,上述流程中的原料可理解為板料。原料配送到卸貨區后,車間接受收貨根據叫料計劃進行收貨,實際可以通過供應商打印的ASN單據條碼掃描后操作。而原料入庫和出庫,可根據車間投入和操作喜好,選擇條碼打印掃描,或者使用自動感應的RFID作為跟蹤手段。


            四、總結


            沖壓生產計劃分為沖壓件生產計劃、開卷/板料生產計劃、原料配送計劃3種計劃,先推算得到沖壓件生產計劃,沖壓件生產計劃又分為預示計劃和鎖定計劃,預示計劃主要用于向前推算前工序推算開卷/板料生產計劃、原料配送計劃。沖壓計劃的排產因素包括基礎數據、沖壓件物料信息、原料信息、設備信息和動態數據5大類:



            具體推算邏輯總結為以下4點,實際制定推算邏輯時可根據車間實際進行組合:


            • 拉動觸發的方式分為庫存零點觸發和安全庫存觸發;
            • 庫存消耗分為實際庫存消化和后工序(焊裝或總裝)計劃虛擬消耗;
            • 生產批量分為固定批量(經濟批量)和最 大批量(結合板料、空容器等);
            • 順序排序分為零點時間排序、庫存比例排序、后工序觸發計劃排序等方式;


            五、附錄

            沖壓常用縮寫名詞解釋:



            HanThink

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