4181隨著國家對制造業(yè)的大力扶持，汽車、通信電子、新能源等行業(yè)得到快速發(fā)展，使得金屬沖壓等零部件的需求迅速增長，不少跨國企業(yè)在將整機(jī)的制造轉(zhuǎn)移至中國的同時，也將配套工廠轉(zhuǎn)移至中國，對華配件的采購量也逐年快速增加，帶動了國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。在這種背景下，作為制造業(yè)基礎(chǔ)行業(yè)之一的中國沖壓行業(yè)也獲得了快速的發(fā)展。
圖 1 沖壓車間生產(chǎn)區(qū)域
沖壓生產(chǎn)是利用壓力機(jī)和模具實(shí)現(xiàn)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(shù)，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(shù)。板料、模具和壓力設(shè)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(jìn)行；模具是沖壓批量生產(chǎn)和先進(jìn)沖壓工藝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
整車廠的沖壓生產(chǎn)均為批量生產(chǎn)，生產(chǎn)過程自動化程度較高，作為后工序材料供應(yīng)部門，產(chǎn)能往往高于后工序，多出的時間用于設(shè)備的維護(hù)、新沖壓件的試生產(chǎn)等。沖壓車間的生產(chǎn)不同于焊、涂、總車間，生產(chǎn)批量大、節(jié)奏快，沖壓件品種多，需在保障后工序整車生產(chǎn)所需沖壓件物料齊套的基礎(chǔ)上，盡量增大批量以提高自動壓機(jī)線的生產(chǎn)效率，沖壓車間的生產(chǎn)計(jì)劃需考慮諸多因素，提前進(jìn)行多次計(jì)算，耗費(fèi)較多人力；異于計(jì)劃的實(shí)際狀況要求生產(chǎn)計(jì)劃持續(xù)滾動、隨時調(diào)整，而實(shí)際管理中存在多邊溝通，反復(fù)確認(rèn)，無形中降低生產(chǎn)靈活性，降低生產(chǎn)效率。
福州漢思自2013年起開始探索汽車沖壓生產(chǎn)的高級排產(chǎn)方案，經(jīng)過多年積累，形成了較為成熟的高級排產(chǎn)解決方案，并在福特、廣汽、北汽、路虎的多個工廠進(jìn)行了成功實(shí)踐。
一輛汽車上的沖壓件成千上百，汽車主機(jī)廠一般只生產(chǎn)部分沖壓件，且往往是大件，而一些小的沖壓件則由其供應(yīng)商供貨。整車廠的沖壓車間可以理解為一個獨(dú)立的部門，類似一個沖壓件供應(yīng)商，只是這個特殊的“供應(yīng)商”就設(shè)置在整車工廠內(nèi)，且與焊裝車間相連，沖壓車間生產(chǎn)的成品沖壓件除滿足后工序整車生產(chǎn)裝配外，還可以用于備件、試制件、總成件等。主機(jī)廠劃分成立沖壓車間，是從成本和質(zhì)量等多方面的考慮，“壓機(jī)一響、黃金萬兩”，由此可見一般。
沖壓車間生產(chǎn)不同于整車焊裝、涂裝、總裝完全離散的生產(chǎn)方式，為大批量生產(chǎn)，這主要是由于壓機(jī)生產(chǎn)沖壓件類型切換，需要較長的模具準(zhǔn)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(jī)線的生產(chǎn)效率會非常低，設(shè)備可用時間被模具準(zhǔn)備和更換時間占用。理論上，沖壓生產(chǎn)沖壓件的批次量越大，則壓機(jī)的生產(chǎn)效率越高，產(chǎn)線的綜合效率越高。但沖壓車間需要生產(chǎn)多種后工序所需沖壓件，實(shí)際生產(chǎn)中1條線不可能只生產(chǎn)1種沖壓件，因此受限于壓機(jī)設(shè)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(jì)劃排產(chǎn)是一個較為復(fù)雜且持續(xù)滾動計(jì)算的過程。
根據(jù)福州漢思的長期實(shí)踐總結(jié)，沖壓生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)考慮的需求主要包含以下四個方面：
（1）長期和短期的計(jì)劃推算需求
長期計(jì)劃作為預(yù)示計(jì)劃，可在一定周期內(nèi)調(diào)節(jié)每日的生產(chǎn)負(fù)荷，防止日負(fù)荷超出日產(chǎn)能。同時長期計(jì)劃，可以作為前工序開卷線計(jì)劃的推算根據(jù)，也可作為原料叫料配送計(jì)劃的依據(jù)。
短期計(jì)劃作為基本鎖定的生產(chǎn)計(jì)劃，作為實(shí)際的執(zhí)行計(jì)劃。不斷周期性的推算和覆蓋，總是當(dāng)前或第2天的計(jì)劃作為鎖定計(jì)劃。
同一天預(yù)示計(jì)劃和鎖定計(jì)劃差異，可能來自多個方面的原因，例如沖壓件或板料的質(zhì)量異常、后工序計(jì)劃的調(diào)整、焊裝線邊庫存差異等。
（2）沖壓件生產(chǎn)批次數(shù)量計(jì)算需求
實(shí)際沖壓件生產(chǎn)批次的數(shù)量不可能無限大，受限于庫房大小、料架和板料的數(shù)量。批次數(shù)量分為兩種類型：
定時不定量：定時的意思是根據(jù)后工序計(jì)劃消耗推算得到生產(chǎn)時間，后工序計(jì)劃時間是確定的，因此生產(chǎn)時間確定；但后工序計(jì)劃的需求數(shù)量是變化的，因此計(jì)算得到的生產(chǎn)批次數(shù)量也是變化的。
生產(chǎn)批量根據(jù)庫存、未完計(jì)劃余量、焊裝需求計(jì)劃數(shù)量、空料架數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際庫存+未完計(jì)劃余量=沖壓件庫存，焊裝需求計(jì)劃數(shù)量作為虛擬的消耗，計(jì)算少于消耗部分的沖壓件數(shù)量作為批次數(shù)量；若出現(xiàn)某日生產(chǎn)負(fù)荷過大且無法提前的情況下，還會再次縮小生產(chǎn)批量。
定量不定時：定量的意思是每次某種沖壓件的生產(chǎn)批次數(shù)量是固定數(shù)量，但時間是根據(jù)庫存實(shí)施消耗推算，由于實(shí)際什么時候消耗到拉動點(diǎn)不確定，因此叫“不定時”。
每次排產(chǎn)的批次數(shù)量為固定設(shè)置的數(shù)量，一般叫做經(jīng)濟(jì)批量，經(jīng)濟(jì)批量需結(jié)合安全庫存使用，是量產(chǎn)過程中逐漸確認(rèn)穩(wěn)定的經(jīng)驗(yàn)值。
無論是哪種批量確認(rèn)方式，排產(chǎn)后均需要能夠人工進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同場景的需求。
（3）沖壓件生產(chǎn)順序和時間的計(jì)算需求
沖壓件需按緊急程度優(yōu)先級順序進(jìn)行生產(chǎn)，以保障不會造成后工序缺料的情況。沖壓件生產(chǎn)順序作為車間產(chǎn)線的指導(dǎo)信息，生產(chǎn)所需準(zhǔn)備的板料、模具、空料架均以計(jì)劃為中心，而計(jì)算出較為詳細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃時間，則有助于過程中對計(jì)劃進(jìn)度的跟蹤，以便可以進(jìn)行及時的調(diào)整，應(yīng)對生產(chǎn)過程中的異常。
（4）原料計(jì)劃的推算需求
原料的叫料配送或板料的開卷生產(chǎn)，要比沖壓件生產(chǎn)的計(jì)劃時間更提前，且原料作為沖壓件生產(chǎn)的必須條件，若缺料則沖壓件生產(chǎn)無法進(jìn)行。但由于板料的存儲區(qū)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(zhuǎn)率，減少原料在存儲區(qū)的存放時間，理想狀態(tài)是配送的原料/生產(chǎn)出來的板料就是馬上要使用的板料。
沖壓車間計(jì)劃主要分為3類：沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃、開卷/板料生產(chǎn)計(jì)劃、原料配送計(jì)劃。后工序生產(chǎn)計(jì)劃為虛擬消耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行庫存模擬消耗。
首先根據(jù)月度消耗計(jì)劃，評估月度產(chǎn)能負(fù)荷關(guān)系：
若負(fù)荷超出產(chǎn)能則進(jìn)行報(bào)警提示，嘗試進(jìn)行產(chǎn)能的調(diào)整，確認(rèn)工作日歷，若負(fù)荷遠(yuǎn)超出產(chǎn)能，無法滿足，則必須進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)整。月度計(jì)劃粗排，考慮人員操作和系統(tǒng)判斷相結(jié)合進(jìn)行分析和調(diào)整。
圖 2 產(chǎn)能負(fù)荷分析預(yù)警
沖壓鎖定計(jì)劃和預(yù)示計(jì)劃的邏輯基本相同，不同點(diǎn)在于作為消耗的計(jì)劃是否鎖定。
系統(tǒng)自動排產(chǎn)的內(nèi)容包含鎖定區(qū)間計(jì)劃和預(yù)示區(qū)間計(jì)劃，實(shí)際根據(jù)車間管理需求選擇其一，或者兩者都使用。預(yù)示計(jì)劃主要作為預(yù)示，用于推算前工序的計(jì)劃，如開卷或原料配送。
預(yù)示計(jì)劃如上次所示，根據(jù)后工序的較長期計(jì)劃推算達(dá)到，只是“預(yù)示”計(jì)劃的原因是后工序長期計(jì)劃可能調(diào)整的概率較大（甚至未鎖定），后工序計(jì)劃若調(diào)整則沖壓件計(jì)劃也會受影響而調(diào)整，因此只作為預(yù)示。
圖 3 工作日歷模板維護(hù)
鎖定區(qū)間計(jì)劃作為實(shí)際即將執(zhí)行的計(jì)劃，按觸發(fā)方式可以分為：
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后工序需求計(jì)劃模擬消耗觸發(fā)。
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優(yōu)點(diǎn)：提前推算，可推算長期計(jì)劃，按庫存消耗零點(diǎn)提前生產(chǎn)，理論上庫房庫存維持在較低水平。
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缺點(diǎn)：始終是計(jì)劃推計(jì)劃，可能實(shí)際發(fā)生變化靈活性不足，每日推算確認(rèn)。
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實(shí)際庫存消耗觸發(fā)。
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優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際情況推算，結(jié)合實(shí)時庫存可自動推算，面對日內(nèi)情況變化調(diào)整靈活。
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缺點(diǎn)：無法推算長期預(yù)告計(jì)劃，且必須結(jié)合安全庫存、經(jīng)濟(jì)批量使用，對庫房大小和后工序量產(chǎn)穩(wěn)定性有一定要求。
實(shí)際根據(jù)福州漢思實(shí)施的汽車沖壓排產(chǎn)案例，存在兩種方式結(jié)合的情況，而單獨(dú)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(chǎn)多種沖壓件，齊套需求以及批次生產(chǎn)方式，決定其必須有一定量的庫存，才能滿足后工序的生產(chǎn)需求。
圖 4 鎖定計(jì)劃拉動管理界面
第1種推算方式，以后工序計(jì)劃虛擬消耗零點(diǎn)拉動，具體推算邏輯為：
1. 根據(jù)后工序生產(chǎn)計(jì)劃，結(jié)合沖壓BOM，可計(jì)算得到每日需求的沖壓件數(shù)量和種類；
2. 遍歷后工序需求計(jì)劃，結(jié)合期初沖壓件庫存數(shù)量，計(jì)算每種沖壓件庫存消耗到零點(diǎn)時間；
3. 庫存消耗到零點(diǎn)時間前，則必須生產(chǎn)完成足夠的數(shù)量供后工序消耗，因此該沖壓件應(yīng)該生成生產(chǎn)計(jì)劃。此時需考慮已生成的該沖壓件產(chǎn)品組的計(jì)劃，已生成未執(zhí)行完的計(jì)劃作為虛擬的庫存并入期初庫存考慮，繼續(xù)輪訓(xùn)后工序計(jì)劃作為虛擬消耗，直到完成所有后工序需求計(jì)劃的輪詢；
4. 確認(rèn)要生成生產(chǎn)計(jì)劃的沖壓件，需要確認(rèn)數(shù)量和順序、生產(chǎn)時間。
5. 批次數(shù)量P根據(jù)多個數(shù)據(jù)進(jìn)行，其中空容器可裝箱的沖壓件數(shù)量為Q，板材能夠生產(chǎn)的沖壓件數(shù)量為M’，則當(dāng)前沖壓件的生產(chǎn)批次數(shù)量P需滿足：當(dāng)日需求-實(shí)時庫存≤P≤Q，并且PP≤M’；
6. 生產(chǎn)時間必須早于庫存消耗零點(diǎn)的時間之前生產(chǎn)，并且滿足設(shè)置的前置周期T；
7. 沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃確認(rèn)后，根據(jù)工作日歷和生產(chǎn)節(jié)拍，確認(rèn)計(jì)劃的具體時間。其中工作日歷和節(jié)拍定義越詳細(xì)，則生產(chǎn)計(jì)劃的開始結(jié)束時間計(jì)算得越詳細(xì)，反之則越粗略；
第2種推算方式，以實(shí)際庫存和安全庫存對比觸發(fā)拉動，具體推算邏輯為：
1. 根據(jù)后工序消耗常量和沖壓BOM、結(jié)合安全庫存天數(shù)計(jì)算零件（沖壓件）安全庫存（這里的消耗常量只用于計(jì)算安全庫存數(shù)量，為了方便后續(xù)調(diào)整而設(shè)計(jì)，不作為虛擬消耗）；
2. 每間隔固定時間進(jìn)行一次推算拉動計(jì)劃，實(shí)時輪訓(xùn)各零件庫存和安全庫存設(shè)置的大小，低于安全庫存的零件在本次推算需要生成生產(chǎn)計(jì)劃，注意零件庫存=零件實(shí)時庫存+該零件未完計(jì)劃數(shù)量；
3. 零件的生產(chǎn)批量使用設(shè)定的經(jīng)濟(jì)批量，本輪生成的零件生產(chǎn)計(jì)劃排列在已有未完生產(chǎn)計(jì)劃的后面，按計(jì)劃狀態(tài)=未上線計(jì)劃篩選，根據(jù)優(yōu)先級（可以根據(jù)庫存：安全庫存大小確認(rèn)優(yōu)先級，也可按其它方式定義優(yōu)先級）重新排列未上線計(jì)劃的順序。已凍結(jié)生產(chǎn)順序的計(jì)劃，不納入本次推算排序中；
4. 確認(rèn)生產(chǎn)計(jì)劃后，可根據(jù)節(jié)拍和工作日歷，計(jì)算詳細(xì)的計(jì)劃開始結(jié)束時間；
5. 空料架容量和板料數(shù)量作為計(jì)劃關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和預(yù)警；
6. 板料數(shù)量不足，則生成板料生產(chǎn)/配送計(jì)劃，并加入生產(chǎn)/配送前置周期的時間，作為板料生產(chǎn)/配送計(jì)劃的時間；配送計(jì)劃根據(jù)設(shè)定的窗口時間組單，組成統(tǒng)一的配送計(jì)劃進(jìn)行叫料；
7. 結(jié)合壓力機(jī)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集，可跟蹤展示的實(shí)際沖程數(shù)，計(jì)算更新生產(chǎn)節(jié)拍數(shù)據(jù)。這個功能依賴壓機(jī)數(shù)據(jù)采集，反沖板材的消耗數(shù)量可根據(jù)需要選擇。若不進(jìn)行板材反沖消耗，則以板料上線和退料功能進(jìn)行跟蹤；
圖 5 壓力機(jī)運(yùn)行監(jiān)控
8. 零件出入庫跟蹤管理，是零件實(shí)時庫存數(shù)據(jù)的依據(jù)；具體實(shí)現(xiàn)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。
1. 生產(chǎn)第1個批次時，則開始準(zhǔn)備下一個批次的模具，模具準(zhǔn)備比較耗費(fèi)時間，一般需借助車間行車調(diào)撥模具位置，一般需要40分鐘左右，因此臨時切換計(jì)劃最晚必須在第1個批次結(jié)束前40分鐘；
2. 下一批次計(jì)劃未開始前，需確認(rèn)可用板料庫存數(shù)量、模具狀態(tài)和空料架可用庫存；板料數(shù)量根據(jù)板料管理的收貨和出庫、退料或者反沖實(shí)時計(jì)算更新，模具可用狀態(tài)根據(jù)模具的PM單據(jù)統(tǒng)計(jì)（有未關(guān)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(shù)量；
圖 6 庫房中的沖壓件料架
3. 計(jì)劃批次切換需完成4個動作：
（1）更換模具，一般從壓機(jī)的一側(cè)開出模具組各工序模具，另一側(cè)開進(jìn)下一批次模具組各序模具；
（2）壓機(jī)程序號設(shè)置，設(shè)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(qū)域，將切換后批次的料架防止線尾裝載區(qū)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(jī)線尾清線
4. 計(jì)劃批次切換時（換模），可根據(jù)壓機(jī)下一程序號與下一批次計(jì)劃程序號對比，若不匹配則進(jìn)行異常提示。出現(xiàn)模具組程序號不同異常時，一般是臨時調(diào)整計(jì)劃，系統(tǒng)根據(jù)程序號自動匹配未上線計(jì)劃；若無法匹配，則可根據(jù)程序號自動臨時插入該產(chǎn)品組的計(jì)劃，批量按經(jīng)濟(jì)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(jìn)行零件切換的操作，而一模多件是同時產(chǎn)出的沖壓件，則不需要進(jìn)行換型調(diào)整。換型的概念：同一組模具可以生產(chǎn)多種物料號的零件，但需要對模具做細(xì)節(jié)上的調(diào)整，例如沖孔的數(shù)量。有的產(chǎn)品組生產(chǎn)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(diào)整模具時會開出壓機(jī)進(jìn)行換型調(diào)整，先讓后一批次模具生產(chǎn)完，再將換型調(diào)整完成的模具開回壓機(jī)繼續(xù)生產(chǎn)。
圖 8 零件切換確認(rèn)
6. 換模操作完成后，即進(jìn)行切換后的批次的生產(chǎn)工作。一般在換模期間，車間管理系統(tǒng)會進(jìn)行看板等醒目提示，同時結(jié)合車間廣播系統(tǒng)提醒各區(qū)域人員的工作；
圖 9 計(jì)劃切換確認(rèn)
開卷/板料生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃反推，時間上提前設(shè)定的前置周期。排產(chǎn)過程中確認(rèn)順序需根據(jù)實(shí)際開卷工序特點(diǎn)進(jìn)行判斷，例如
u 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(chǎn)
u 考慮不同類型模具的生產(chǎn)，同類型盡量安排在一起生產(chǎn)，如自動模、開卷模；
主要邏輯為根據(jù)沖壓件計(jì)劃，倒推板料生產(chǎn)計(jì)劃，對于不自己開卷的沖壓車間則無需考慮此計(jì)劃。若板料不足，則需開卷生產(chǎn)；而開卷需卷料作為生產(chǎn)投入的原料，因此還需判斷卷料的實(shí)時庫存+在途庫存。
原料配送需考慮原料叫料供應(yīng)商后，供應(yīng)商準(zhǔn)備-送貨-收貨的處理時間，若需車間內(nèi)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(shù)量劃分即可得到配送日期、種類和數(shù)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(shù)，對不同時間點(diǎn)的需求進(jìn)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(qū)后，車間接受收貨根據(jù)叫料計(jì)劃進(jìn)行收貨，實(shí)際可以通過供應(yīng)商打印的ASN單據(jù)條碼掃描后操作。而原料入庫和出庫，可根據(jù)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(yīng)的RFID作為跟蹤手段。
沖壓生產(chǎn)計(jì)劃分為沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃、開卷/板料生產(chǎn)計(jì)劃、原料配送計(jì)劃3種計(jì)劃，先推算得到?jīng)_壓件生產(chǎn)計(jì)劃，沖壓件生產(chǎn)計(jì)劃又分為預(yù)示計(jì)劃和鎖定計(jì)劃，預(yù)示計(jì)劃主要用于向前推算前工序推算開卷/板料生產(chǎn)計(jì)劃、原料配送計(jì)劃。沖壓計(jì)劃的排產(chǎn)因素包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、沖壓件物料信息、原料信息、設(shè)備信息和動態(tài)數(shù)據(jù)5大類：
具體推算邏輯總結(jié)為以下4點(diǎn)，實(shí)際制定推算邏輯時可根據(jù)車間實(shí)際進(jìn)行組合：
u 拉動觸發(fā)的方式分為庫存零點(diǎn)觸發(fā)和安全庫存觸發(fā)；
u 庫存消耗分為實(shí)際庫存消化和后工序（焊裝或總裝）計(jì)劃虛擬消耗；
u 生產(chǎn)批量分為固定批量（經(jīng)濟(jì)批量）和最大批量（結(jié)合板料、空容器等）；
u 順序排序分為零點(diǎn)時間排序、庫存比例排序、后工序觸發(fā)計(jì)劃排序等方式；
沖壓常用縮寫名詞解釋：
