文／臧崇運，孫林，程鵬·江蘇興鍛智能裝備科技有限公司

信息科技時代，企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級勢在必行，這既是順應時代發(fā)展的必然要求，也是企業(yè)信息化發(fā)展的必經(jīng)階段。特別是隨著5G 和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，設備數(shù)字化、裝備自動化，管理信息化是未來發(fā)展的主要內(nèi)容，沖壓設備的智能化趨勢不斷演進，本文就我公司沖壓設備的智能化研發(fā)及未來規(guī)劃進行介紹。

自動化早期階段

沖壓設備的自動化是隨著技術的提升、特別是電氣元器件的發(fā)展逐步發(fā)展起來的，二十世紀九十年代初，沖壓裝備控制從繼電器控制逐步過渡到PLC 控制，由此PLC 順利解決了此前的一系列問題：

⑴硬連線：早期的控制系統(tǒng)采用硬連線方式連接傳感器、執(zhí)行器和控制器，這導致系統(tǒng)布線復雜、調(diào)整困難且不靈活，一旦需要更改控制邏輯或增加新的功能，就需要重新布線，耗費時間和人力成本。

⑵功能固定：早期的控制器通常功能固定，無法根據(jù)生產(chǎn)需求進行靈活調(diào)整。這導致生產(chǎn)線只能實現(xiàn)固定的控制邏輯，難以應對變化的生產(chǎn)要求。

⑶維護困難：由于硬連線的復雜性和功能固定的限制，維護和故障排除變得困難和耗時。

由于PLC 具有可編程性強、穩(wěn)定可靠性高、適應性強、操作簡單、便于維護、安全保障性高等優(yōu)點，因此PLC 技術一經(jīng)出現(xiàn)就快速構建了自動化的基礎。但此時設備自動化多以故障報警為主，以便于操作、維修人員及時了解報警原因，快速排查、消除設備故障。

自動化成熟階段及信息化雛形

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，沖壓生產(chǎn)線從手工操作升級到自動化生產(chǎn)，設備自動化有了大幅度提升。該階段沖壓設備的主要參數(shù)可在觸摸屏上實現(xiàn)控制，設備主控系統(tǒng)主要控制的信息為實時數(shù)據(jù)采集、實時故障告警、歷史數(shù)據(jù)存儲、遠程啟?？刂?、遠程故障診斷、遠程程序下載和修改、遠程監(jiān)控運行狀態(tài)等信息，這些數(shù)據(jù)的采集及輸送為設備的智能化提供了堅實的基礎，如圖1 所示。

圖1 設備參數(shù)顯示及控制

全自動換模

借助于沖壓設備的參數(shù)控制，此階段自動化最突出的表現(xiàn)為出現(xiàn)了全自動換模技術，包括自動卸模及自動裝模，具體流程如下。

卸模功能：①一鍵卸模啟動條件(帶安全檢測)；②模具編碼自動、手動識別；③滑塊自動調(diào)節(jié)至裝模高度；④壓力機自動運行至下死點；⑤上、下模夾鉗自動松開；⑥壓力機自動運行至上死點；⑦等待人員換模(自動換模)；⑧完成。

裝模功能：①模具到位；②一鍵裝模啟動條件；③模具編碼自動、手動識別；④滑塊自動調(diào)節(jié)至裝模高度；⑤壓力機自動運行至下死點；⑥上、下模夾鉗夾緊；⑦壓力機運行至上死點；⑧滑塊高度調(diào)節(jié)至閉模高度；⑨完成。

該過程中模具編碼的自動識別采用RFID 閱讀的方式，將信息傳入云服務器，如圖2 所示。

圖2 模具編碼的自動識別

集成MES 系統(tǒng)

隨著沖壓設備自動化的逐步成熟，生產(chǎn)管理水平也逐步提升，并與設備狀態(tài)關聯(lián)在一起，促進了MES系統(tǒng)的成熟：設備信息與生產(chǎn)信息聯(lián)網(wǎng)，要求設備控制系統(tǒng)為使用者提供可以查詢車間生產(chǎn)信息的接口，用戶可以打開相應窗口查詢當日和歷史記錄的各類生產(chǎn)信息。根據(jù)生產(chǎn)實際，生產(chǎn)信息將分為正常信息、故障信息、操作信息和產(chǎn)量信息四類。正常信息主要反映設備(以生產(chǎn)線為單位)的啟動／停止等運行信息；故障信息反映設備(細化到生產(chǎn)線上的具體設備)的故障狀況；操作信息主要反映操作員的操作情況；產(chǎn)量信息則反映車間的班次產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量和年產(chǎn)量。同時在生產(chǎn)線的合適位置設置顯示屏，主要用于顯示生產(chǎn)信息，詳見表1。

表1 顯示屏顯示的生產(chǎn)信息

圖3 為我公司生產(chǎn)的6 臺ZXM2-2500 自動換模生產(chǎn)線，已在客戶處運行多年。為提高生產(chǎn)效率，同時為提升管理水平，應客戶需求集成MES 系統(tǒng)。該項目由6 臺沖壓機、7 臺機器人、六臺自動換模臺車，以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)組成。在研發(fā)期間，我公司研發(fā)了新型控制系統(tǒng)，有效集成主機、機器人、換模臺車、生產(chǎn)系統(tǒng)的管控，確保了生產(chǎn)現(xiàn)場透明化管控，解決了工藝參數(shù)監(jiān)測、實錄、受控。另外，滿足了生產(chǎn)排程管理、設備管理、模具檢測及自動換模等多項功能需求，實現(xiàn)了該沖壓生產(chǎn)線的智能化運行。

圖3 ZXM2-2500 自動換模生產(chǎn)線

該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)和MES 進行對接，通過IPC 對數(shù)據(jù)進行分析處理(圖4)。

圖4 CPTEK-IMS(設備綜合管理系統(tǒng))

智能化發(fā)展方向

信息技術(IT)的應用，深刻地改變了機械產(chǎn)品的內(nèi)涵，機械產(chǎn)品開始向大面積數(shù)字化轉(zhuǎn)變；信息技術持續(xù)發(fā)展，如新一代互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、無線感知等，正推動著傳統(tǒng)機械行業(yè)發(fā)生深刻的變革。智能化包括工廠數(shù)字化及信息化、數(shù)字化產(chǎn)品及服務這兩部分，多年來我公司在這兩方面不斷探索及發(fā)展，為了實現(xiàn)高智能化制造和服務，率先引入了先進的生產(chǎn)設備和信息化管理系統(tǒng)，打造了基于“生產(chǎn)＋產(chǎn)品＋服務”體系的信息化項目管理平臺。

通過SAP 系統(tǒng)，如圖5 所示，打通營銷、技術、采購、制造多環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了從訂單接收到產(chǎn)品交付的全過程信息化管理，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了成本，同時也提高了我公司在鍛壓裝備行業(yè)的整體技術管理水平。

圖5 CPTEK 生產(chǎn)運營監(jiān)控管理平臺

本平臺的最大特點為：

⑴3D 設計的全面應用，公司的設計文件升級為數(shù)據(jù)文件，可以直接驅(qū)動CAM 或工藝數(shù)字化；

⑵生產(chǎn)過程從收料、入庫、配料、投料等全程掃碼，過程數(shù)據(jù)及進程得到全程監(jiān)控；

⑶可視頻向客戶展示生產(chǎn)過程，實現(xiàn)在線監(jiān)制；

⑷以工號為主線的數(shù)據(jù)集成管理，保證機臺全生命周期數(shù)據(jù)信息全面。

同時，在數(shù)字化產(chǎn)品及服務方面，借助于伺服技術的發(fā)展，初步實現(xiàn)了設備智能化，包括以下功能：

⑴設備各種傳感器狀態(tài)顯示，報警、異常狀態(tài)提醒，數(shù)據(jù)在云端管理，遠程運維；

⑵設備存儲有電子說明、故障快速處理指南、設備關鍵件圖紙與設備工號關聯(lián)；

⑶設備操作登錄管理、支持外部終端接入，可實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控，遠程報警，預防性維修，支持在線維修報修，支持備件查詢等；

⑷生產(chǎn)運行報表，顯示設備稼動情況、生產(chǎn)產(chǎn)出情況、停機明細、質(zhì)量數(shù)據(jù)(需配合自動檢測)。

未來，將持續(xù)發(fā)展設備可視化拆卸、維護和維修體系，并聯(lián)合客戶加強數(shù)字模擬仿真技術在工藝優(yōu)化中的應用，在設備中植入工藝參數(shù)，由客戶依據(jù)每一沖次的位置、速度和壓力，對沖壓工藝參數(shù)進行調(diào)整，便于客戶選擇及設定最優(yōu)工藝曲線。

結(jié)束語

興鍛圍繞市場個性化需求，大力推進信息化與智能化建設工作，加速從單純的“產(chǎn)品”供應商向“產(chǎn)品＋服務”的全產(chǎn)業(yè)鏈配套服務商轉(zhuǎn)變，為客戶做高端智能鍛壓裝備及自動化生產(chǎn)線和新能源電池結(jié)構件成形裝備技術研發(fā)、裝備定制化生產(chǎn)，公司在保持傳統(tǒng)制造的基礎上，引入產(chǎn)品研發(fā)仿真設計、自動化、智能化生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，充分運用上下游互聯(lián)網(wǎng)＋大數(shù)據(jù)＋智能化技術，再造流程，創(chuàng)新伺服、冷溫熱鍛、多工位壓力機和自動化裝備產(chǎn)品智能化一體化生產(chǎn)線模式。

經(jīng)過多年探索，在工廠數(shù)字化及信息化方面已逐漸成熟，但設備智能化、數(shù)字化方面尚在規(guī)劃、建設初期，后期還有大量研發(fā)工作在推進中。不同的行業(yè)對數(shù)字化與智能化的要求也不相同，唯有結(jié)合實際，逐步探索、完善適合行業(yè)需求的設備數(shù)字化與智能化，才是我們不斷追求的共同目標。