文／于勇·濰坊西水自動(dòng)化設(shè)備有限公司

如何在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的鍛造條件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

文／于勇·濰坊西水自動(dòng)化設(shè)備有限公司

于勇，總經(jīng)理，高級(jí)工程師，主要從事自動(dòng)化在國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用研發(fā)工作。

鍛造企業(yè)實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)的必要性

對(duì)于鍛造企業(yè)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化生產(chǎn)與傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)方式相比在以下幾方面都占有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境

⑴傳統(tǒng)的鍛造車間(圖1）：溫度高，環(huán)境差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作造成的工傷事故頻繁發(fā)生，這是每個(gè)鍛造企業(yè)管理者最不愿意看到的事情，卻也是鍛造企業(yè)急需要解決的問題。如何降低生產(chǎn)成本、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、工傷事故發(fā)生的頻率甚至于避免事故的發(fā)生，已經(jīng)成為鍛造企業(yè)管理者必須深思的重要問題之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，尤其是工人自我意識(shí)的提高，勞動(dòng)力將會(huì)成為鍛造企業(yè)的稀缺資源之一。

圖1 傳統(tǒng)的鍛造車間

⑵自動(dòng)化鍛造車間(圖2）：不僅把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，解決了人員緊缺的狀況，而且利用自動(dòng)化裝置擴(kuò)展了人的器官功能，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)了人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。

生產(chǎn)產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性

⑴傳統(tǒng)的鍛造車間里，影響生產(chǎn)產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量的主要是設(shè)備、模具以及人為因素等，特別是生產(chǎn)產(chǎn)量，受鍛造工人熟練程度的影響非常之大。

圖2 自動(dòng)化鍛造車間

⑵自動(dòng)化鍛造車間里僅有設(shè)備和模具，它們成為了影響生產(chǎn)產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，相比于人來(lái)說(shuō)，這兩者是比較可控的，畢竟更換一個(gè)零件或者維修一臺(tái)設(shè)備遠(yuǎn)比控制一個(gè)人要簡(jiǎn)單得多。

生產(chǎn)面貌

⑴傳統(tǒng)的鍛造車間，工作環(huán)境惡劣，加上石墨乳類脫模劑的使用等，都使得車間的生產(chǎn)面貌變得非常糟糕。

元宵節(jié)是我國(guó)的傳統(tǒng)節(jié)日之一。元宵之夜，大街小巷張燈結(jié)彩，人們點(diǎn)起萬(wàn)盞花燈，攜親伴友出門賞燈，早已成為我們的傳統(tǒng)習(xí)俗。時(shí)代雖然在快速地發(fā)展，但這些傳統(tǒng)文化依舊是人們心中割舍不斷的情愫。

⑵自動(dòng)化鍛造車間，操作人員的數(shù)量及流動(dòng)性減少了，車間布局規(guī)范統(tǒng)一，整體感強(qiáng)烈，車間生產(chǎn)面貌干凈、整齊。

調(diào)整生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本

鍛造企業(yè)毋庸置疑都是用電大戶，根據(jù)現(xiàn)行的電力階梯定價(jià)機(jī)制，高峰期和低谷期電價(jià)相差甚遠(yuǎn)，鍛造企業(yè)為了節(jié)省成本會(huì)選擇在夜晚用電低谷期加班生產(chǎn)產(chǎn)品。采用傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)方式，此時(shí)經(jīng)常會(huì)存在工人不愿加夜班、要求加薪、夜班不安全、夜班工作效率差等情況；而采用自動(dòng)化生產(chǎn)方式后，只需要打開電源開關(guān)，自動(dòng)化裝置就可以照常生產(chǎn)，不僅生產(chǎn)成本降低了，而且安全，效率還和白班一致。相比于人工生產(chǎn)方式，自動(dòng)化生產(chǎn)方式單單在電力成本這一項(xiàng)上一年積累下來(lái)節(jié)省的資金也是非?？捎^的，有時(shí)甚至能把購(gòu)買自動(dòng)化設(shè)備的成本節(jié)約出來(lái)。

概括起來(lái)，鍛造企業(yè)實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)有以下幾大必要性：⑴解決用工難問題；⑵解決工人不愿加班的問題；⑶降低生產(chǎn)成本；⑷減少工傷事故的發(fā)生；⑸生產(chǎn)效率穩(wěn)定，便于生產(chǎn)管理；⑹無(wú)需進(jìn)行培訓(xùn)。

自動(dòng)化生產(chǎn)與人工生產(chǎn)的區(qū)別

上面我們說(shuō)到了鍛造企業(yè)實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)的必要性，那自動(dòng)化生產(chǎn)和人工生產(chǎn)在鍛造車間實(shí)施的時(shí)候又有哪些區(qū)別呢？筆者認(rèn)為，區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

靈活生產(chǎn)方面

自動(dòng)化設(shè)備，例如機(jī)器人，完成的技術(shù)動(dòng)作難度再高，也難等同于人，因?yàn)楫吘顾仓皇且环N設(shè)備，無(wú)法獨(dú)立思考，也無(wú)法根據(jù)周圍不同的情況來(lái)調(diào)整自身的工作方式。工人在生產(chǎn)時(shí)，能夠時(shí)刻觀察設(shè)備的情況、工件的狀態(tài)及周邊環(huán)境的變化，可以在安全的前提下無(wú)限地配合周邊設(shè)備的運(yùn)行，根據(jù)設(shè)備的布局情況進(jìn)行靈活生產(chǎn)；而機(jī)器人固定后就只能在自己的工作范圍內(nèi)進(jìn)行工作，即使加裝了滑軌，也只是在某一個(gè)方向和距離上增加了一維的靈活度而已。

下面就以鏈軌節(jié)的熱模鍛生產(chǎn)為例來(lái)介紹一下人工生產(chǎn)和自動(dòng)化生產(chǎn)在生產(chǎn)的靈活性方面的區(qū)別：

圖3 傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)方式

⑵如圖4所示，在自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，機(jī)器人要等到上滑塊返回到上死點(diǎn)，鍛壓機(jī)給出信號(hào)后才會(huì)進(jìn)入模間進(jìn)行工件的搬移，搬移工作完成后再返回信號(hào)給鍛壓機(jī)，鍛壓機(jī)接收到信號(hào)后才能再次進(jìn)行工作。

兩者的區(qū)別在于：⑴機(jī)器人工作的時(shí)候，鍛壓機(jī)需要等待，而工人操作時(shí)，可能不需要等待，機(jī)器人生產(chǎn)節(jié)拍相對(duì)要慢一些；⑵工人直接通過(guò)眼睛看到產(chǎn)品的狀態(tài)、鍛壓機(jī)的狀態(tài)等，而機(jī)器人需要加裝信號(hào)的收集裝置，例如行程開關(guān)等。

圖4 自動(dòng)化生產(chǎn)方式

與鍛壓機(jī)、加熱爐等其他設(shè)備的配合方面

上面講述了機(jī)器人與人在生產(chǎn)的靈活安排方面的區(qū)別，其實(shí)在與鍛壓機(jī)、加熱爐以及其他設(shè)備的配合方面機(jī)器人也同樣存在類似的問題。在現(xiàn)有的人工生產(chǎn)線上，我們對(duì)設(shè)備的要求不是很高，更多的是從能否生產(chǎn)出優(yōu)良的產(chǎn)品、可靠性是否足夠等方面來(lái)進(jìn)行考察；但是如果采用自動(dòng)化生產(chǎn)方式，那么設(shè)備的布局、設(shè)備的控制系統(tǒng)、信號(hào)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)、信號(hào)的采集、設(shè)備之間的干涉等，這些都會(huì)成為兩者之間的技術(shù)區(qū)別，而這些區(qū)別往往也是最后決定該套自動(dòng)化系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素之一。

與工藝、模具的配合方面

鍛造任何產(chǎn)品，首先確認(rèn)的是工藝，工藝是貫徹其中的靈魂，只有工藝確定了，那么模具、設(shè)備包括自動(dòng)化裝置才能確認(rèn)。由此也可以看出，在討論工藝、模具的時(shí)候，需要將自動(dòng)化裝置考慮在內(nèi)。

在很多項(xiàng)目特別是老式生產(chǎn)線的改造中，人工生產(chǎn)與自動(dòng)化生產(chǎn)兩種生產(chǎn)方式在這方面的區(qū)別就體現(xiàn)得非常明顯。例如汽車連桿的生產(chǎn)，在人工生產(chǎn)中，為了加快生產(chǎn)節(jié)拍，充分利用鍛壓機(jī)的擊打能量，常采用一模兩件的工藝來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，并且對(duì)模具的頂桿沒有精確的要求，只要能夠頂松動(dòng)工件就可以；但是在自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，由于夾持產(chǎn)品的抓手設(shè)計(jì)得比較復(fù)雜，體積龐大，因此受限于狹小的工作空間，生產(chǎn)工藝需要變更為一模一件，并且對(duì)頂桿的要求也更為精確，不僅需要有一定的頂出高度，而且頂桿的位置、運(yùn)行也都要有可控性。

其他方面

除了上面所講述的這些區(qū)別之外，兩種生產(chǎn)方式還有一些細(xì)節(jié)方面的區(qū)別，這些區(qū)別也是造成自動(dòng)化系統(tǒng)成敗的因素之一。例如粘模，特別是工件粘在上模上，這對(duì)人工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)不是什么大問題，但是對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，這卻是一個(gè)非常關(guān)鍵且必須要解決的問題。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的難點(diǎn)

筆者認(rèn)為，在國(guó)內(nèi)鍛造企業(yè)的現(xiàn)有條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的難點(diǎn)主要有以下兩個(gè)。

行業(yè)整體現(xiàn)狀的制約

與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們國(guó)內(nèi)鍛造行業(yè)的現(xiàn)狀是鍛造企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小，所生產(chǎn)的產(chǎn)品種類多、數(shù)量少。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的很多鍛造企業(yè)，它們的車間內(nèi)基本上都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，但是對(duì)于我們國(guó)內(nèi)的鍛造企業(yè)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在只是部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。試想一下，一條自動(dòng)化生產(chǎn)線如果每天都要拿出很多時(shí)間來(lái)?yè)Q模、調(diào)整設(shè)備、調(diào)整自動(dòng)化裝置，那么生產(chǎn)線每天的利用率與鍛造企業(yè)為此而投入的成本，看上去就會(huì)顯得極不對(duì)稱。不過(guò)我們可以結(jié)合自身的情況走適合我國(guó)國(guó)情的發(fā)展之路，例如當(dāng)有一個(gè)單類的產(chǎn)品量比較多、能夠滿足一條自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模時(shí)，我們就可以實(shí)現(xiàn)這單獨(dú)一條生產(chǎn)線的自動(dòng)化，而不是整個(gè)車間、整個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化。

圖5 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)的關(guān)系

技術(shù)難關(guān)

⑴要保證足夠的生產(chǎn)線開機(jī)率(利用率）。如果鍛壓機(jī)或者某一臺(tái)設(shè)備的故障率比較高，那么整條生產(chǎn)線的利用率就會(huì)比較低，這時(shí)投資自動(dòng)化的價(jià)值就沒有了。

⑵如圖5所示，自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各個(gè)項(xiàng)目與實(shí)際生產(chǎn)中的各項(xiàng)工作是緊密相關(guān)的，要想自動(dòng)化生產(chǎn)能夠正常、順利地進(jìn)行，就必須要保證自動(dòng)化裝置與鍛壓機(jī)、加熱爐、模具等之間的配合順暢。

個(gè)性化解決方案的實(shí)施

前面講到了我國(guó)鍛造企業(yè)的現(xiàn)狀，那如何在這個(gè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)呢？現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中要根據(jù)實(shí)際情況的不同進(jìn)行不同的處理，不能一概而論。

產(chǎn)品單一、穩(wěn)定的大型熱模鍛壓力機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線

例如6300t轎車曲軸熱模鍛生產(chǎn)線，這樣的生產(chǎn)線大都是新式的生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)起點(diǎn)高，很多問題在設(shè)計(jì)之初就有一個(gè)全面的整體設(shè)計(jì)思路，工藝、設(shè)備、模具、控制、布局等一切都是以整線的自動(dòng)化生產(chǎn)為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)的，對(duì)于這樣的生產(chǎn)線，僅根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況在控制部分和細(xì)節(jié)部分做一些改進(jìn)即可。例如在控制部分，不僅像國(guó)外的系統(tǒng)一樣采用以太網(wǎng)或者總線的方式，而且在這種控制方式下把每一臺(tái)主機(jī)與其周邊的機(jī)器人都作為一個(gè)獨(dú)立的站點(diǎn)嵌入到整線的控制里，這樣當(dāng)某一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障報(bào)警的時(shí)候，就會(huì)根據(jù)報(bào)警的優(yōu)先級(jí)，有選擇地停止每個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行。

單站式或者小型自動(dòng)化生產(chǎn)線，半自動(dòng)化生產(chǎn)線

現(xiàn)在的用工難問題，不僅存在于大型企業(yè)中，在一些中小型企業(yè)里更是顯得突出。中小型企業(yè)受限于資金，采購(gòu)能力不是很強(qiáng)，設(shè)備的更新速度慢，而此時(shí)投資小、能解決實(shí)際問題的單站式自動(dòng)化生產(chǎn)線，局部式自動(dòng)化生產(chǎn)線，甚至自動(dòng)化與半自動(dòng)化搭配的生產(chǎn)線便成了這些中小企業(yè)的選擇。例如：在主要設(shè)備處實(shí)現(xiàn)單站式自動(dòng)化，在主設(shè)備處采用機(jī)器人和專機(jī)組合的形式，而其他設(shè)備處只采用專機(jī)。每個(gè)企業(yè)可以根據(jù)自己企業(yè)的實(shí)際情況，選擇最適合自己的、性價(jià)比更高的自動(dòng)化方案。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)每個(gè)企業(yè)不同的生產(chǎn)情況，針對(duì)細(xì)節(jié)，實(shí)施不同的個(gè)性化解決方案，不僅實(shí)用性、適用性更強(qiáng)，而且還有助于解決當(dāng)前鍛造企業(yè)面臨的用工難問題，希望我們的工作能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)鍛造行業(yè)的發(fā)展提供一些有益的幫助！