李亦珂

（山西機電職業(yè)技術學院, 長治 046011）

現(xiàn)階段我國的木質板材通常分為兩大類：一是實木板材，二是木質人造板。木質人造板主要包括膠合板、中（高）密度纖維板、刨花板、細木工板等，其中，膠合板的產(chǎn)量最大，但其生產(chǎn)自動化程度較低。中（高）密度纖維板與刨花板的產(chǎn)量較大，生產(chǎn)自動化程度很高。我國當前的大型人造板生產(chǎn)企業(yè)，其設備工藝水平已達到世界一流。這為逐步實現(xiàn)自動化計算機控制系統(tǒng)在人造板設備中的運用奠定了基礎[1-2]。

1 自動化計算機控制系統(tǒng)概述

自動化計算機控制系統(tǒng)，也稱為自動控制系統(tǒng)[2-3]，是在無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按照期望規(guī)律或者預定程序進行的控制系統(tǒng)。板材生產(chǎn)與加工過程中的自動控制系統(tǒng)，同傳統(tǒng)機加工行業(yè)中的自動控制系統(tǒng)略有不同，在原木板材加工和人造板材加工的過程中，由于原材料其基礎材質的不同，其計算機所預設的自動化運行程序也不同，二者無法實現(xiàn)兼容性使用[4]。

在原木板材的加工過程中，設備執(zhí)行的大多都是按照預設尺寸進行的切割程序，然而在人造板材的加工過程中，設備必須要按照不同的工序來執(zhí)行預熱、加溫、沖壓等工序，所有的外部環(huán)境達到K1的預設標準之后，其手動運行程序將自然終止，設備啟動計算機自動化控制模式（如圖1所示）[5]。

在這個過程中,I/O指令的下達與傳輸，需要借助一個自動調(diào)節(jié)器（LT）來進行下達，它需要接受變送器送來的信號，通過KM1通路進行發(fā)送，進而使其與工藝需要保持的參數(shù)相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結果，經(jīng)由主控中心的計算機處理器對相關的參數(shù)信號與預設標準值進行對比、檢測之后，認為其完全符合標準化生產(chǎn)作業(yè)標準的情況下[6]，會用特定信號（氣壓或電流）發(fā)送出去。

圖1 自動控制系統(tǒng)在人造板材加工中的工作原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of working principles of automatic control system in wood-based panel processing

2 自動化計算機控制系統(tǒng)在相關人造板設備中的應用

談及自動化計算機控制系統(tǒng)，大部分關注的是其流水線式作業(yè)能夠成倍提升的生產(chǎn)效率，其實隨著計算機系統(tǒng)的不斷升級與優(yōu)化，特別是當人工智能或者仿智能設備在工業(yè)化生產(chǎn)中大量地投入使用之后，很多自動化計算機控制系統(tǒng)與數(shù)控機械加工設備配套使用之后，流水線式作業(yè)已經(jīng)不再適用于人造板加工這種需要密閉高溫的環(huán)境。相對科技含量更好、一次性成型品質更佳的人造板生產(chǎn)設備已經(jīng)廣泛地應用于板材生產(chǎn)工藝中。

2.1 控制系統(tǒng)應用

為了能夠適應板材加工的一次性成型方式升級，經(jīng)過科技人員的精心調(diào)配與改造，之前只能夠借助單一方式運行的數(shù)控機械設備，已經(jīng)升級為多功能、高效率的數(shù)控開料機[7]。如此一來，就能夠讓直排式刀具和圓盤式刀具根據(jù)生產(chǎn)工藝設置的不同進行自由切換，極大地降低了因為需要更換刀具而需要對半成品板材進行物流運輸?shù)某杀荆蛊淠軌蛟谙嗤墓ぷ鳝h(huán)境下完成從粗加工到表面精細加工的相關工藝[8]。

該工藝看似簡單，其實在進行技術研發(fā)的過程中需要克服很多技術難點，因為需要考慮到其成品在經(jīng)過深加工之后裁切的精密度必須符合預設尺寸要求，那么進出料的運輸過程中就必須最大限度地降低粉塵對滑軌的污染[9]。而在板材加工的過程中，特別是在人造板板材的加工過程中，木屑的產(chǎn)生是無法避免的[10]，面對這樣的難點，技術人員在經(jīng)過反復對比分析與實驗之后，采用了磁力感應控制器來對運料小車進行電腦控制，在取代過去桿式行程開關有灰塵而易卡住的現(xiàn)象的基礎上，進料口采用手動拉線緊急停車裝置，出料口采用光電感應裝置（如圖2所示），也確保了從業(yè)人員的生產(chǎn)安全。不過，為了能夠實現(xiàn)這樣的加工效果，對其加工過程中的氣壓也有了比較嚴苛的要求，一般來說設備的氣壓使用過程中要保持0.6～0.8 kgf/cm2，畢竟壓力更大，其裁切精度可能受到的影響就會越低[11]。

圖2 國產(chǎn)多層板自動開料機Fig.2 Domestic multi-layer automatic opening machine

2.2 PLC技術應用

PLC技術在數(shù)控加工設備運行之初，是為有效解決加工精密度不高的問題，特別是對于板材精細加工這種對尺寸有嚴格要求的工序而言，借助數(shù)控加工可以最大限度上地減少人為因素所產(chǎn)生的誤差對板材質量的影響。

不過也必須認識到，相對較為簡單的數(shù)控加工設備所運行的程序與指令僅僅具備重復操作性，比較呆板[12]，不會因為外部環(huán)境的變化對相關指令或者程序進行修正，這樣可能產(chǎn)生的結果是，一旦外部環(huán)境發(fā)生大幅度波動，這些數(shù)控設備仍然會繼續(xù)按照既定的程序進行操作，使得其最終完成加工的板材不能夠達到標準化要求，成批次的次品率甚至是廢品率會明顯增加。

為有效緩解這種情況，PLC技術也進行了升級，讓其中的微處理器所承擔的數(shù)字化運算能力最大限度地發(fā)揮出來，這種經(jīng)過升級和改造的人造板材加工設備，在規(guī)模及規(guī)模以上的家具生產(chǎn)制造企業(yè)中已經(jīng)大量投入使用，廚房櫥柜、木地板等一些造型較為簡單且量化生產(chǎn)基數(shù)較大的人造板成品基本上都是在采用PLC技術的加工設備上生產(chǎn)出來的。

在國際板材加工行業(yè)中口碑較好的加拿大木業(yè)協(xié)會旗下相關企業(yè)，在人造板加工的PLC技術應用上積累了豐富的經(jīng)驗，僅加拿大Conifex木材公司位于不列顛哥倫比亞省的Fort.St James工廠，其每周的人造板半成品產(chǎn)量就可以達到9萬/m3以上[13]，而其僅僅是擁有16套具有PLC終端的數(shù)控加工設備，相比較而言，國內(nèi)同類型企業(yè)生產(chǎn)效率僅能夠達到其三分之一以上，其技術落差較大。

2.3 機、電、計算機一體化模式

之所以會有如此巨大的差異，是與我國的機械加工設備在進行技術革新的過程中，并沒有側重于強化計算機微電腦控制有關，在當時的技術條件下，無論是微電腦控制程序還是其硬件設備，都受到國外壟斷的控制[14]。伴隨著國內(nèi)計算機微處理器的生產(chǎn)制造能力與精度明顯提升之后，科研人員著重加強了對人造板加工設備的科技化改造力度[15]。

圖3 固體壓塊成型原理秸稈板成套生產(chǎn)設備Fig.3 Solid block forming principle straw panel production equipment

如此一來，就讓自動化計算機控制系統(tǒng)在人造板生產(chǎn)與制造的過程中實現(xiàn)機、電、計算機的一體化控制模式。從圖3的場景上來看，很容易將其看做是普通的生產(chǎn)資料加工車間，其實，這是國內(nèi)具有獨立知識產(chǎn)權的新型秸稈板材一體化生產(chǎn)設備。

從這套設備的實際運行效果來看，在操作車間中幾乎看不到人工操作的痕跡，就連進料口都實現(xiàn)了履帶式的自動傳輸，這在有效降低安全生產(chǎn)風險的同時，也節(jié)省了人力資源的使用成本。從而讓物料回收→鍘切→上料自動去金屬→壓制→成型→輸出→冷卻→運輸，這個完整的生產(chǎn)鏈條[16]，能夠借助微處理器進行全電腦控制，其技術水平已經(jīng)接近仿人工智能水平。

而這套設備最受關注的是，其所采用的秸稈板材制造工藝，在國際人造板材生產(chǎn)上都屬于比較先進的工藝，采用平模塊狀與壓輪之間擠壓力和?？啄Σ亮ο嗷プ饔迷恚刮锪汐@得成型[17]，在該過程中，其擠壓成型的時間節(jié)點完全由PLC程序直接控制，程序必須根據(jù)物料的實際狀態(tài)進行實時分析之后，才能夠下達下一步生產(chǎn)工藝的執(zhí)行指令，這其中需要讓已經(jīng)處于粉末狀的秸稈在一定壓力作用下，使其纖維素分子團錯位、變形、延展，內(nèi)部相鄰的生物質顆粒相互進行嚙接，重新組合壓制成型，需要計算機進行大量的數(shù)據(jù)分析，才能夠確保其產(chǎn)品質量，必須要讓機、電、計算機實現(xiàn)一體化控制模式，才能夠真正保證其產(chǎn)品質量[18]。

2.4 人工智能模式

隨著5G時代的來臨，在板材加工過程中所實現(xiàn)的機、電、計算機的一體化控制模式也有了進一步地升級，借助人工大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和“云”處理程序，讓仿人工智能操作程序向人工AI操作程序實現(xiàn)優(yōu)化升級。

據(jù)相關媒體的資料，2019年末，由中科院合肥機械化研究所先進感知與智能系統(tǒng)研究室與安徽大學、滁州學院三方聯(lián)合研制的，完全基于5G互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境下的人工智能化人造板生產(chǎn)技術，已經(jīng)完成了實驗室階段的相關測試，有望在2022年之前分階段進行由人工AI操作程序控制的人造板生產(chǎn)設備的測試。在這套設備中，兼容了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境，以云計算為核心，從板材的原材料配比到成品的出入庫都實現(xiàn)了一體化、精細化的管理。無論是對于生產(chǎn)企業(yè)有效降低生產(chǎn)成本，還是控制物流運輸成本，都可以發(fā)揮積極的推動效應。

3 自動化計算機控制系統(tǒng)在相關人造板設備中應用效果探討

隨著加工設備科技化水平的不斷提升，自動化計算機控制系統(tǒng)在人造板設備中的應用，是板材生產(chǎn)與加工的一個必然發(fā)展趨勢[19]。但考慮到由于生產(chǎn)人造板板材的原材料差異性較大，所以，自動化計算機控制系統(tǒng)在人造板設備中的應用，不能采用“模塊化”的單一嵌入方式，必須綜合分析人造板材質、材料的差異性之后，對不同原材料及使用方向的人造板設備進行定向分析和處理[20-22]，才能讓自動化計算機控制系統(tǒng)與人造板設備之間實現(xiàn)匹配，有助于自動化計算機控制程序能夠根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不斷調(diào)整，實現(xiàn)智能化程度更高的優(yōu)化與升級。

4 結語

自動化計算機控制系統(tǒng)在人造板制造中的廣泛應用，提升了人造板板材的品質，讓我國的人造板板材生產(chǎn)在短期內(nèi)迅速實現(xiàn)了與國際先進水平的銜接，這樣更有助于進一步拓展我國人造板板材在國內(nèi)外的銷售渠道，同時也彰顯了我國在計算機微處理器領域的技術水平也已經(jīng)符合工業(yè)化量產(chǎn)的實際需要。我國大中型人造板及其相關產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)，應積極在生產(chǎn)線的升級改造中采用計算機自動化控制系統(tǒng)，這不僅有利于降低企業(yè)的人工成本，生產(chǎn)優(yōu)質產(chǎn)品，而且有助于保障人造板及其相關產(chǎn)品的質量穩(wěn)定。