沖壓生產(chǎn)線CRA模式優(yōu)化大幅提升效率

隨著國內汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車生產(chǎn)線的自動化程度越來越高，各種國外先進設備、先進技術的引進大大提升了各廠商的生產(chǎn)效率。上汽通用五菱汽車股份有限公司西部沖壓車間G線（以下簡稱G線）是本公司引進的第一條全自動化沖壓生產(chǎn)線，是國內第一次將Fanuc機器人應用在自動化沖壓線，大大降低了機器人的采購成本，也是國內第一條使用GM技術標準中CRA模式的自動化沖壓線。CRA（Control Reliable Access）由UAW（美國聯(lián)合汽車工會）和美國通用汽車公司聯(lián)合提出，獲得了OSHA（美國職業(yè)安全管理局）批準。CRA模式用于切斷設備電源，保證操作人員在一個安全、可靠和可控的環(huán)境中工作。它不能控制設備的生產(chǎn)動作過程，也不能用于復位正常的設備停止程序。

CRA模式優(yōu)化背景

由于汽車車型的更新?lián)Q代速度太快，每換種車型都要更換模具，原來使用的模具將被淘汰掉。低價車系如果使用國外進口的高質量模具成本太高，但使用國內模具生產(chǎn)廠商的模具質量問題較多，維護也較為麻煩，常見的問題包括：零件切邊鐵屑帶入模腔引起凸凹點，清潔模腔頻繁；零件切邊廢料卡，手動取廢料；模具切邊刀口崩；模具傳感器故障等。

自G線投產(chǎn)以來，由于各種原因，其產(chǎn)能一直沒能得到有效利用。其中，影響最大的是清潔模腔而引起的停線，平均每個班次（8h制）就有近100min的停線。每個月G線生產(chǎn)共42個班次17 640min，其中清潔模腔停線2 162min，擦模停線率12.26%，擦模共720次，可以看出G線擦模是一個高頻次的停線問題。清潔模腔時，員工需進入壓力機單元，這時需要將CRA模式（控制可靠進入）打到ON，機器人和壓力機會被同時能量鎖定，壓力機主電機關機。每次清潔模腔大概需要3min，其中有2min是由于關閉壓力機主電機到主電機再次開啟所產(chǎn)生的等待時間，而實際每次清潔模腔所用的時間只有幾十秒，但卻需要花2分多鐘重新啟動生產(chǎn)，而且是前后兩臺壓力機。不僅如此，只要是CRA模式選擇后，重新啟動生產(chǎn)的2分多鐘都是必須要的，有些進入安全門的工作根本不用進到壓機區(qū)域，如機器人吸盤松動進入安全門擰緊，機器人上卸料、廢料門卡料進入安全門放料等，這些工作都可以不需要壓力機主電機停止。

針對以上工作，為了提高設備開動率，讓CRA模式不會產(chǎn)生機器人與壓力機主電機聯(lián)鎖，即員工進入圍欄內而不進入模腔時，在壓力機主電機運行的情況下，可靠地控制機器人和壓力機的能量。在確保員工安全的基礎上，消除由于壓力機主電機關機到再次開機所產(chǎn)生的等待時間，減少每次清潔模腔等停線時間，增加G線的產(chǎn)能利用率。

優(yōu)化方法

在每個進入生產(chǎn)區(qū)域的安全門旁邊都有個如圖1所示的CRA模式操作盒，CRA模式操作盒集成在自動化的控制柜中，與前后兩臺壓力機之間連鎖，每個CRA盒為一個獨立的控制單元，控制鎖定兩臺壓力機和兩臺壓力機之間的機器人，每臺壓力機被前后兩個CRA控制盒控制鎖定，如壓力機二被CRA控制盒1-2和2-3控制鎖定。每次進入安全門，都必須先按下循環(huán)停止按鈕，在壓力機主操作站上停止主電機，待相關設備停止并切斷電源（各狀態(tài)指示燈亮），柱狀指示綠燈亮即可開門進入。由于壓力機主電機工作功率大，工作電流也很大，作業(yè)完成后恢復生產(chǎn)設備時都必須等主電機電流降為零了才可以啟動，這樣一個啟停循環(huán)至少需3min，大大降低了生產(chǎn)效率，且主電機頻繁啟停對它的壽命也有很大影響。

圖1  原沖壓生產(chǎn)線CRA模式控制盒

優(yōu)化的目的是為了在進入安全門，但不進入模腔的情況下，主電機不停止。由于原來的CRA模式選擇都是通過安全繼電器信號接入控制系統(tǒng)的，而且本身的內部電路較為復雜，優(yōu)化后原來的功能都必須保留，原來CRA操作盒中的元器件及電路都不變化，新增加的部分集成在壓力機的控制系統(tǒng)中。如圖2、3所示，新增加的操作盒和元器件信號都集成在壓力機單元，新增的生產(chǎn)擦模進入選擇開關通過安全繼電器信號接入壓力機控制系統(tǒng)及主電機硬件回路中（圖2紅色區(qū)域），并將模式2進入的信號并入原來CRA模式選擇安全繼電器中，在壓力機軟件程序中也做相應的改動和完善，這樣保證了模式2生產(chǎn)擦模進入選擇后，原來除壓力機主電機停止的其他功能都能實現(xiàn)。

圖2  主電機電路

圖3   優(yōu)化后的CRA控制盒

CRA改造后的兩種選擇模式：

1. 原CRA模式：在身體需進入壓力機區(qū)域時選用，特點是壓力機主電機關閉；

2. 生產(chǎn)擦模模式：僅用于擦模及簡單卡廢料處理，禁止身體的任何部位進入模腔。特點是主電機不關閉，滑塊不鎖緊。

選擇使用新生產(chǎn)擦模模式功能，只有當設備在如下狀態(tài)時，才能開門進行擦模操作：

1. 滑塊在上死點并保持靜止，滑塊處于鎖緊解除狀態(tài)；

2. 有廢料產(chǎn)生并選擇使用廢料門時，廢料門處于關閉狀態(tài)；

3. 機器人處于清除壓機通道位置或者原點位置，并保持靜止狀態(tài)；

4. 新增用于指示安全狀態(tài)的綠色指示燈亮。

若以上有任何條件不滿足，打開門進入時，主電機跳閘。

圖4為CRA模式優(yōu)化后的操作流程，若選擇擦模進入模式擦模時發(fā)現(xiàn)必須要進入模腔，將擦模模式恢復后，按照原來的CRA操作流程進行擦模，或者按照車間要求拔出安全栓,停止主電機進入模腔擦摸。

圖4   優(yōu)化后CRA盒操作流程

從安全門出來后的所有設備恢復與原來的CRA操作流程一樣，若選擇的是擦模進入模式，只需將擦模進入選擇開關撥回原位，其他操作均與原來一樣，非常簡單實用。

優(yōu)化前后比較

對于原CRA擦模采取必要的整改措施，并進行優(yōu)化后的技術風險分析，對風險點進行評估，使生產(chǎn)線的安全性和效率大大提高。具體主要表現(xiàn)在：

1. 新CRA擦模進入模式，主電機運行，離合泵運行，離合器脫開狀態(tài)，依靠人工斷離合器動作控制雙閥線圈電源，確保離合器保持脫開狀態(tài)。存在的風險為：雙閥及離合器脫開的位置本身靠電子元器件檢測，存在不確定性因素；由于離合泵運行，即使雙閥的控制線圈斷電，如果閥芯出現(xiàn)機械故障串動，但是閥通道液壓能量仍保持，可能導致離合器吸合。

對此，采用開關信號雙冗余保護，并相互檢測，保證信號的可靠性；離合器等檢測失位，狀態(tài)異常，程序停止主電機；同時，建議對程序進行嚴格的權限設置。

2. 滑塊不鎖定，原CRA方式滑塊鎖定。存在的風險為：平衡缸漏氣，剎車失靈，滑塊緩緩下滑。但由于新CRA擦模進入模式為人不進入模腔操作模式，可以快速逃離。因此，車間需完善操作規(guī)程，明確具體操作要求。

3. 新CRA擦模進入模式，車間及維修管理制定嚴格的管理程序，并執(zhí)行到位，強調人員不能進入壓力機模腔區(qū)域。同時，加強安全操作及風險培訓，進行權限管理。

通過采取必要的風險規(guī)避措施，使發(fā)生意外風險的可能性得到有效控制，但不能做到完全消除，與手動線對比，G線的安全系數(shù)遠高于手動線。優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對比見表。

該優(yōu)化方案2009年1月實施，用時一周，CRA模式優(yōu)化后系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作員工嚴格遵守操作流程。通過優(yōu)化前后的相關數(shù)據(jù)比較得出單次擦模時間由原來的3min降到2min左右。

從2月份計算，CRA優(yōu)化共減少停線時間4000min以上，每分鐘沖次不斷提升，大大提高了生產(chǎn)設備的開動率。G線的運行分析見圖5。

圖5   G線SPM提升月運行分析

結語

通過對CRA模式對沖壓生產(chǎn)貢獻率的測算，我們直觀地看到了CRA所承擔的生產(chǎn)責任。由于是國內首次引用如此高安全要求的GM技術標準，我們對它的設計原理、應用范圍、實用性及安全性等掌握理解的還不夠，還有很多內容有待探討研究，從而使CRA模式能更好地服務于沖壓生產(chǎn)線。