文/董吉順、曲業(yè)闖、杜利斌、楊仁碩·沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司

鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線概述

文/董吉順、曲業(yè)闖、杜利斌、楊仁碩·沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司

由于鍛造行業(yè)存在高溫、污染嚴(yán)重、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，近些年來(lái)，鍛造企業(yè)招工越來(lái)越難，即使招來(lái)了工人，人員流動(dòng)也非常頻繁，給企業(yè)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，正常的生產(chǎn)訂單難以保證，增加了新員工的培訓(xùn)成本，新員工到熟練工人需要一定的時(shí)間，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性難以保證。為了解決這些問(wèn)題，很多鍛造企業(yè)紛紛開(kāi)始或正在考慮把原有的生產(chǎn)線升級(jí)為自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線。

鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)備配置

通常一條鍛造生產(chǎn)線中包含的設(shè)備有加熱爐、壓機(jī)、機(jī)器人、傳輸車(chē)、中轉(zhuǎn)料臺(tái)、機(jī)器人、模具噴淋潤(rùn)滑設(shè)備、總控系統(tǒng)等，有些還配有輥鍛機(jī)、扭拐機(jī)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，配置的設(shè)備也各不相同。對(duì)于鈦合金、鋁合金鍛造，由于始鍛溫度和終鍛溫度控制的比較嚴(yán)格，所以，還要有測(cè)溫傳感器，對(duì)坯料進(jìn)行測(cè)溫，模具上裝有加熱裝置進(jìn)行模具預(yù)熱。

圖1 曲軸自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線設(shè)備布局圖

機(jī)器人、機(jī)械手是自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線中最常用的工件傳輸設(shè)備，完成工件在模具各工位之間的轉(zhuǎn)換以及工件在各設(shè)備之間的傳遞。機(jī)器人通常是指垂直六關(guān)節(jié)型機(jī)器人，此類(lèi)機(jī)器人為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，只要從機(jī)器人公司采購(gòu)就可以了，末端還要給機(jī)器人配上相應(yīng)的工具，使機(jī)器人能夠完成規(guī)劃的動(dòng)作。機(jī)械手通常是根據(jù)工廠的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備定制的。機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是柔性好，可靠性高。機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，與生產(chǎn)線的設(shè)備、空間等結(jié)合密切。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)通常比機(jī)器人少，因此柔性差。

機(jī)器人、機(jī)械手末端的夾手是自動(dòng)化鍛造線能否可靠運(yùn)行的重要因素之一，夾手既要有足夠的夾緊力，又要準(zhǔn)確定位，確保工件能夠準(zhǔn)確放到模具的型腔中，鍛出合格工件。由于鍛造所處的高溫環(huán)境，夾手還要做好隔熱防護(hù)，夾手材料采用耐熱材料，多為耐熱模具鋼。夾手動(dòng)力源通常為液壓或氣動(dòng)，主要根據(jù)夾持工件的重量、形狀尺寸、上下模開(kāi)模高度尺寸、夾手結(jié)構(gòu)形式等選擇動(dòng)力源。

總控系統(tǒng)

總控系統(tǒng)是整條生產(chǎn)線的調(diào)度指揮中心，調(diào)度和指揮各設(shè)備完成各自的工作，總控系統(tǒng)具有以下功能：

圖2 垂直六關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人

圖3 非標(biāo)型機(jī)械手

⑴生產(chǎn)管理功能。生產(chǎn)管理功能是對(duì)各種生產(chǎn)信息進(jìn)行收集、傳輸、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)并執(zhí)行生產(chǎn)管理指令的人機(jī)交互系統(tǒng)。

⑵現(xiàn)場(chǎng) 監(jiān)控功能。提供物流在線仿真界面，以圖形化實(shí)時(shí)顯示在線產(chǎn)品所處工序、產(chǎn)品信息、設(shè)備狀態(tài)、故障情況提示、報(bào)警信息等。

⑶生產(chǎn)線運(yùn)行控制功能。生產(chǎn)線運(yùn)行控制功能主要是協(xié)調(diào)、控制、保障整條鍛造生產(chǎn)線安全、可靠、高效的運(yùn)行，根據(jù)工藝要求把生產(chǎn)線分成幾個(gè)區(qū)域。

采用分區(qū)域啟動(dòng)、分區(qū)域控制的方式來(lái)完成整個(gè)生產(chǎn)線的控制?？偩€通過(guò)檢測(cè)各個(gè)單機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在某一區(qū)域或某一設(shè)備故障時(shí)，指揮其他設(shè)備動(dòng)作，根據(jù)不同的狀態(tài)對(duì)各單機(jī)設(shè)備發(fā)出不同的指令（等待，再恢復(fù)，或是全線停車(chē)）。

⑷生產(chǎn)線安全防護(hù)功能。采用基于安全總線的獨(dú)立控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)線中的危險(xiǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以免對(duì)人員和設(shè)備造成損害。

⑸數(shù)據(jù)處理功能。監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、顯示和記錄功能，對(duì)于數(shù)字量，監(jiān)控系統(tǒng)可直接顯示狀態(tài)；對(duì)于模擬量，既可進(jìn)行趨勢(shì)顯示，又可進(jìn)行數(shù)字顯示。同時(shí)，對(duì)于重要數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)，以便對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

⑹設(shè)備管理與維護(hù)功能。監(jiān)控系統(tǒng)提供“設(shè)備管理與維護(hù)系統(tǒng)”，用于實(shí)現(xiàn)全線各設(shè)備的管理和維護(hù)功能，極大地方便了維修人員對(duì)設(shè)備的管理和維護(hù)工作，包括設(shè)備信息管理、故障信息管理、故障監(jiān)控與預(yù)測(cè)管理。

⑺報(bào)警處理功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接收各設(shè)備的報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)全線的故障報(bào)警匯總和各設(shè)備報(bào)警信息實(shí)時(shí)顯示。

報(bào)警頁(yè)面用于顯示實(shí)時(shí)報(bào)警信息，包括所有處于激活狀態(tài)的已確認(rèn)或未確認(rèn)報(bào)警。報(bào)警頁(yè)面分為左右兩部分，左側(cè)為報(bào)警操作欄，右側(cè)為報(bào)警信息欄。報(bào)警操作欄包括報(bào)警確認(rèn)、報(bào)警頁(yè)面任務(wù)、報(bào)警過(guò)濾等3個(gè)操作按鈕組。報(bào)警確認(rèn)用于完成報(bào)警確認(rèn)、報(bào)警消音等任務(wù)；報(bào)警頁(yè)面任務(wù)用于完成報(bào)警頁(yè)面翻頁(yè)操作；報(bào)警過(guò)濾用于完成報(bào)警過(guò)濾操作。

報(bào)警等級(jí)分為3級(jí)，分別是緊急報(bào)警、一般報(bào)警、警告信息，緊急報(bào)警最為嚴(yán)重，警告信息級(jí)別最低。每條報(bào)警信息有一個(gè)報(bào)警等級(jí)，在報(bào)警信息列表中等級(jí)高的報(bào)警優(yōu)先被響應(yīng)。

⑻報(bào)表及打印功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供功能強(qiáng)大的報(bào)表功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)全線數(shù)據(jù)、操作、報(bào)警等信息的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成及打印功能。報(bào)表系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)報(bào)表、操作記錄報(bào)表、報(bào)警信息報(bào)表等。

⑼權(quán)限功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供兩種操作權(quán)限來(lái)保證系統(tǒng)安全，分別為運(yùn)營(yíng)操作級(jí)和系統(tǒng)管理級(jí)。系統(tǒng)管理級(jí)是指在對(duì)總線控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件維護(hù)、故障維修等管理時(shí)的權(quán)限分級(jí)，運(yùn)營(yíng)操作級(jí)是指總線控制系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的用戶操作權(quán)限分級(jí)。

⑽幫助功能。上位機(jī)控制系統(tǒng)軟件為操作員提供完善的幫助功能，幫助內(nèi)容為簡(jiǎn)體中文版。當(dāng)然上述功能在實(shí)施過(guò)程中可以根據(jù)需要及投資成本進(jìn)行取舍。

結(jié)束語(yǔ)

作為系統(tǒng)工程的自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線除上述介紹內(nèi)容外，還要總體考慮車(chē)間的布局，進(jìn)出料方式和物流走向，電、水、氣的供給，模具換模和預(yù)熱的方式等，這些需要擁有綜合工程經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)來(lái)做。隨著我國(guó)自動(dòng)化設(shè)計(jì)、制造能力和水平的不斷提升，依托我國(guó)鍛造自動(dòng)化需求的大市場(chǎng)，相信我國(guó)的鍛造自動(dòng)化水平必將處于世界領(lǐng)先地位。

董吉順，機(jī)器人事業(yè)部副總經(jīng)理，完成國(guó)內(nèi)多條自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和改造，擁有豐富的鍛造自動(dòng)化工程經(jīng)驗(yàn)。