摘要：本文以汽车门框内外板自动冲切线的换模为实例，详细的介绍了换模过程，并对内、外部作业进行区分，提出了实现快速换模需要考虑的问题，结合问题点分析解决方案，最终达到模具快速更换，减少模具更换时间，提高设备利用率和生产效率。
关键词：冲切线 快速换模 内、外部作业
引言：随着经济发展及工业4.0的到来，汽车工业得到快速发展的同时，也因消费者对汽车的多样化及个性化的需求，使得汽车行业的竞争越来越激烈。传统的“少批次、大批量”的生产模式逐渐被“多批次、小批量”的生产模式所替代。生产模式的改变带来的换模频次的提高，降低了设备的整体利用率（OEE）。为了提高设备综合利用率和生产效率，降低模具更换时间，快速换模【1】成为了企业精益生产的关键因素。
1、快速换模概述及实施步骤
1.1、快速换模概述
快速换模即Single Minute Exchange of Die（SMED），是一种能有效缩短产品切换时间的理论和方法。它在50年代初期由日本的新乡重夫提出，主张对换模作业划分内部作业与外部作业，并将内部作业尽可能多的转换为外部作业，然后再将内、外部作业时间尽可能的减小，最终降低换模时间，实现快速换模。
从生产操作角度讲，换模时间主要分三部分，即模具更换前期准备时间、模具更换操作时间及模具更换完后的调整时间，如下图所示。
其中模具更换前期准备时间指的是模具更换前期准备工作所用的时间，包括工具的准备、下一产品的模具确认以及物料准备等，根据快速换模理念这些可以在不停机状态下实施，故属于外部作业；模具更换后的调整时间指的是换模完成后的收尾工作时间，如换下的模具入库等工作，根据快速换模理念这些作业亦可在不停机状态下实施，故也属于外部作业；模具更换操作时间指的是新旧模具转换所需要的时间，包括拆卸旧模具，更换及安装新模具、新模具调试及首件检验等工作，此部分作业必须在停机状态下实施故属于内部作业【2】。而快速换模的目的是将内部作业即模具更换操作时间的工作尽可能的转换为外部作业，同时尽可能的缩短内、外部作业时间。综上，快速换模就是将模具更换的生产准备时间、模具更换的操作时间及模具更换后的调整时间，尽可能减少的一种过程改进方法。
1.2、快速换模实施步骤
根据快速换模理念，实现快速换模可分为五个步骤：
第一步：观察分析当前的作业流程。观察、记录从上一个生产作业的最后一个合格品下线到下一个生产作业的首件合格品下线的时间段内所有的作业动作及相应时间；
第二步:区分内部作业和外部作业。对第一步记录的相关换模作业动作进行分解分析，根据SMED理念，确定哪些动作属于外部作业，哪些动作属于内部作业；
第三步：将内部作业尽可能多的转换为外部作业。针对前两步记录及分析得出的结论，探讨相关方式改善现有换模作业，并尽可能多的将内部作业转换为外部作业；
第四步：缩短内部作业时间。结合上一步得出的结论，分析讨论相应的方式，使内部作业速度更快，所用时间更少；
第五步：缩短外部作业。将内部作业转换为外部作业后，还需要考虑减少外部作业人员的工作量，如工作内容的减少，劳动强度的降低等。
2、 门框内外板自动冲切线快速换模的分析与改善
针对汽车门框内外板自动冲切线实施快速换模，根据快速换模理念，现分析如下；
2.1、现有换模过程分析及内外部作业划分确定
门框内外板冲切完成一件产品共需经过四道工序的冲切生产，每道工序为一副模具并占用一台冲床，故产品模具的切换就需要对四台冲床的模具进行更换，且需要2人共同操作完成。具体的分析如表1：
表1：现有换模过程分析
根据换模过程分析，可发现除准备卸模工具外，其余过程均需要在停机状态下执行，即内部作业过程繁多且时间较长。
2.2、 问题提出及方案分析确定
经过团队的分析总结，针对现有换模作业内部作业繁多，结合快速换模实施的五个步骤，最终考虑从以下几个问题点进行突破：
①、卸模及装夹模具是否可自动且四台冲床同时进行，将工具准备及人员手动拆卸装夹工作这个过程替换掉；
②、模具是否可提前备模，以便快速切换；
③、旧模具是否可线下搬运回模具库；
④、备模、换模及旧模具移转到库位是否可自动进行。
结合上述问题及整个换模作业流程，经过团队的多次分析及方案探讨，最终确定了一套自动化换模方案并进行实施。主要方案是设定一个上模区和一个下模区，上模区设立备模台，下模区设立下模台。在A产品生产期间将B产品的所有模具按工序顺序自动备模到备模台上，在生产完A产品后，选中换模作业按钮，系统自动将A产品模具卸模并按顺序移转到下模台，与此同时B产品模具同步移转到相应冲床台面上，实现换下A产品的一副模具的同时换上B产品的一副模具，并在所有B产品模具到位后自动锁模，完成B产品的模具更换，接下来即可进行B产品的调试及首件检验作业，下模台上A产品的模具此时系统自动将其移转到模具库位，与B产品的调试、验证相互间不冲突，最终实现一人作业且快速换模。具体换模过程如表2：
表2：快速换模过程
注：计时（min）部分是以对整个换模时间有影响的动作进行计算，对于无影响动作以0计。
从表2可看出，采用快速换模后，减少1人操作，且卸模、新旧模具更换及锁模工作都无需人员参与，且在换模过程中即可完成前一生产作业的产品及物料器具的移转，同时替换下来的旧模具可在线下进行入库工作。换模时间由原先的60分钟降低为现在的13分钟，极大地提高了换模速度，设备综合利用率也得到很大的提升，最终实现生产效率的提高。
结论：综上所述，提前备模与线下模具入库是提高冲切线换模速率的关键。因为二者的实施均在线下执行，使得换模成为了纯粹的换模作业，而这一切的基础就在于明确的区分内、外部作业，并针对内部作业进行动作分解及转换，最终实现快速换模。
参考文献：
【1】、王卫刚，周炳海.快速换模技术的实践研究［J］.机床与液压，2007（5）：4-6
【2】、路士利，鲁建厦，江敏芳.精益生产中的快速换模技术研究［J］.轻工机械，2006,24（4）：91-93
论文作者:姚强
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/23
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