文／孫興武，方赫，符永杰，王夢甜，白昱璟·機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司

隨著新一輪工業(yè)革命的發(fā)展，工業(yè)智能化逐漸成為當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的主流方向。面對信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的革新浪潮，德國提出了工業(yè)4.0 戰(zhàn)略，美國出臺(tái)了先進(jìn)制造業(yè)回流計(jì)劃，中國加緊推進(jìn)兩化深度融合，并發(fā)布了“中國制造2025”戰(zhàn)略。這些戰(zhàn)略的核心都是利用新興信息化技術(shù)來提升工業(yè)的智能化應(yīng)用水平，進(jìn)而提升各國制造業(yè)在全球市場中的競爭力。

沖壓車間現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)沖壓車間生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，沖壓設(shè)備采用機(jī)器人、機(jī)械手、傳感器技術(shù)、光電識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了壓力機(jī)之間無人化作業(yè)，即沖壓生產(chǎn)線從毛坯上料到成品沖壓件出件實(shí)現(xiàn)了沖壓設(shè)備工序間的無人化自動(dòng)生產(chǎn)，也凸顯出了沖壓車間的高度自動(dòng)化與柔性化。

但是，沖壓車間仍然需要人工來進(jìn)行相關(guān)的生產(chǎn)周轉(zhuǎn)和其他不可替代性的輔助生產(chǎn)。由于沖壓車間批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，如何在物流周轉(zhuǎn)、工序銜接等環(huán)節(jié)上做好組織也成為沖壓車間的工作重點(diǎn)。

沖壓車間模塊化

現(xiàn)代沖壓工藝通過工藝的集成化、設(shè)備的自動(dòng)化以及管理的單元化等方式逐漸將沖壓車間的生產(chǎn)單元進(jìn)行了較為清晰的模塊劃分(圖1)，也極大地便利了沖壓車間的生產(chǎn)及車間管理。

沖壓車間模塊化對沖壓車間智能化推進(jìn)起到極為關(guān)鍵的作用，通過沖壓車間各生產(chǎn)模塊的高度集成化、模塊內(nèi)設(shè)備的高度自動(dòng)化，為現(xiàn)代沖壓車間的智能化做好了鋪墊。

同時(shí)，現(xiàn)代沖壓車間的生產(chǎn)設(shè)備通過技術(shù)的不斷集成，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的故障檢測、運(yùn)行檢測、生產(chǎn)信息交互、數(shù)字化模擬等功能，不斷提高沖壓設(shè)備的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平。

智能沖壓車間技術(shù)應(yīng)用

智能沖壓車間不僅僅只是沖壓設(shè)備的智能化，如何通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)將沖壓車間的生產(chǎn)信息、物流組織、車間管理、設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)指示、運(yùn)行維護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，并將車間各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行密切組織，是沖壓車間變成智能沖壓車間的關(guān)鍵。

物流管理系統(tǒng)

現(xiàn)代物流管理系統(tǒng)是充分利用現(xiàn)代通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，靈活處理各種車間內(nèi)外物流組織及信息交互。智能的沖壓車間物流管理應(yīng)包含物流供應(yīng)管理系統(tǒng)、沖壓庫存管理系統(tǒng)及車間周邊物流調(diào)度系統(tǒng)。

⑴物流供應(yīng)管理系統(tǒng)。沖壓車間所需的外部供應(yīng)物料是維系沖壓車間生產(chǎn)的關(guān)鍵。沖壓車間根據(jù)沖壓生產(chǎn)計(jì)劃需求通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及通信技術(shù)將物料需求準(zhǔn)確地告知供應(yīng)商，供應(yīng)商根據(jù)計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)、定量的進(jìn)行物料供應(yīng)，調(diào)度各類生產(chǎn)需求，以滿足沖壓車間的生產(chǎn)。同時(shí)，沖壓車間應(yīng)與供應(yīng)商明確物料供應(yīng)識(shí)別方式的基本要求，以保證沖壓物料信息能夠準(zhǔn)確、快速的錄入到車間系統(tǒng)內(nèi)。

⑵沖壓庫存管理系統(tǒng)。沖壓車間供應(yīng)合格的沖壓件是保證汽車工廠順利生產(chǎn)的關(guān)鍵。沖壓車間應(yīng)根據(jù)焊裝車間生產(chǎn)需求，通過車型排查計(jì)劃合理組織沖壓件的供應(yīng)，并及時(shí)更新、核定當(dāng)前庫存，對沖壓件的入庫、返修、檢測、供應(yīng)做全面的管理，及時(shí)更新數(shù)據(jù)信息，為沖壓車間的生產(chǎn)組織和物流供應(yīng)做好統(tǒng)計(jì)和指示。利用先進(jìn)的物流信息管理方式，采用射頻識(shí)別技術(shù)，將沖壓車間原料入庫、出庫信息，成品入庫、出庫信息準(zhǔn)確地錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)。

⑶車間周邊物流調(diào)度系統(tǒng)。沖壓車間周邊物流調(diào)度系統(tǒng)是保證沖壓車間外部物流合理有序的關(guān)鍵。沖壓車間需根據(jù)生產(chǎn)需求，將沖壓車間外部物流車輛進(jìn)行合理調(diào)度，通過生產(chǎn)呼叫系統(tǒng)（廣播、顯示屏）對物流車輛進(jìn)行準(zhǔn)時(shí)化管理，指導(dǎo)物料供應(yīng)車輛準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入車間進(jìn)行裝卸貨，引導(dǎo)廢料處理物流車輛有序的組織車輛準(zhǔn)備、車輛交接及廢料運(yùn)輸工作，合理優(yōu)化各車輛的進(jìn)出，保證車間周邊物流的通暢有序，避免物流道路擁堵、車輛交錯(cuò)及長時(shí)間的車輛等待，同時(shí)配合物流信息管理系統(tǒng)，完善車間物料供應(yīng)信息，及時(shí)跟蹤供應(yīng)商的物料供應(yīng)狀態(tài)。

合理有效的物流信息管理可以極大推動(dòng)沖壓車間的生產(chǎn)執(zhí)行效率，進(jìn)而保證沖壓車間的生產(chǎn)，沖壓車間主要物流如圖2 所示。

能源管理系統(tǒng)

現(xiàn)代能源管理系統(tǒng)通過能源計(jì)劃、能源監(jiān)控、能源統(tǒng)計(jì)、重點(diǎn)能耗設(shè)備管理等手段，明確車間能源使用成本比重、優(yōu)化生產(chǎn)、降低能耗，實(shí)現(xiàn)車間的綠色智能生產(chǎn)，沖壓車間的能源系統(tǒng)構(gòu)架如圖3 所示。

沖壓車間應(yīng)設(shè)置車間二級能源計(jì)量，將全車間的生產(chǎn)能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)各時(shí)段能耗狀態(tài)進(jìn)行能耗分析和統(tǒng)計(jì)，以提高車間的用能效率；對車間重點(diǎn)能耗設(shè)備進(jìn)行三級能源計(jì)量，實(shí)現(xiàn)對車間重點(diǎn)設(shè)備的能耗監(jiān)控(圖4)、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在優(yōu)化生產(chǎn)的同時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

除生產(chǎn)設(shè)備外，沖壓車間也應(yīng)對車間公用動(dòng)力系統(tǒng)（如空調(diào)系統(tǒng)、空壓站等）主要用能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，做好能耗監(jiān)測及能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對車間用能分配狀態(tài)進(jìn)行分析，優(yōu)化車間用能成本，并監(jiān)控車間環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

智能照明系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)是利用先進(jìn)的電磁調(diào)壓及電子感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的燈光調(diào)節(jié)、延時(shí)控制、場景控制、聯(lián)網(wǎng)控制等操作。

沖壓車間生產(chǎn)區(qū)照明采用分區(qū)控制，對各生產(chǎn)單元進(jìn)行單獨(dú)控制，同時(shí)區(qū)域內(nèi)照明與生產(chǎn)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，將生產(chǎn)狀態(tài)與照明需求相結(jié)合，既保證生產(chǎn)又降低能耗；沖壓車間公用區(qū)域照明采用感應(yīng)式照明方式，人來即開、人走即關(guān)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的公共照明。

智能照明系統(tǒng)還需要與車間管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制及照明系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)

預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)是以預(yù)防故障為目的，通過對設(shè)備的檢查、檢測，發(fā)現(xiàn)故障征兆或防止故障發(fā)生。

目前，沖壓車間的預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)主要是以集成度較高的沖壓設(shè)備為主，例如沖壓生產(chǎn)線、開卷落料線、調(diào)試壓力機(jī)、研配壓力機(jī)、天車等，通過對設(shè)備部件進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測、傳感器的頻譜分析、部件動(dòng)作檢測、電流電壓波動(dòng)等方式進(jìn)行部件的信息監(jiān)測和分析。對易損部件進(jìn)行周期(時(shí)間、里程、圈數(shù))的記錄，對臨近更換周期的部件進(jìn)行提示，更換后對部件再次檢測，確定是否可以使用或需要報(bào)廢處理。對特殊關(guān)鍵構(gòu)件，采用位置傳感器進(jìn)行位置監(jiān)測，當(dāng)位置超限后進(jìn)行報(bào)警提示，并進(jìn)行及時(shí)的故障檢查分析。同時(shí)對運(yùn)動(dòng)部件采用頻譜分析或者電信息監(jiān)測的方式，當(dāng)部件的頻譜信息存在超限提示時(shí)，則進(jìn)行相應(yīng)的部件檢查提示，確定其是否存在缺陷，避免重大事故發(fā)生。

車間管理系統(tǒng)

車間管理系統(tǒng)是沖壓車間的核心大腦，通過采用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)將沖壓車間相關(guān)的生產(chǎn)信息進(jìn)行集成，同時(shí)通過車型排查計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)分析，該系統(tǒng)與物流管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，確定當(dāng)前車間生產(chǎn)任務(wù)，并給生產(chǎn)設(shè)備分配生產(chǎn)任務(wù)，采集設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)信息，并調(diào)動(dòng)生產(chǎn)相關(guān)的物流供應(yīng)商及時(shí)進(jìn)行物料供應(yīng)；該系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，檢測車間用能狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不利于車間生產(chǎn)的因素，并優(yōu)化車間用能，保證生產(chǎn)能源供應(yīng)；該系統(tǒng)與智能照明系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車間照明與生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)低碳、綠色的沖壓生產(chǎn)。

此外，車間管理系統(tǒng)應(yīng)集納生產(chǎn)管理信息區(qū)塊，可實(shí)現(xiàn)車間的生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)信息存儲(chǔ)、質(zhì)量管理、車間庫存管理、成本分析等功能，實(shí)現(xiàn)車間一體化、聯(lián)動(dòng)式生產(chǎn)。

結(jié)束語

智能沖壓車間是自動(dòng)化設(shè)備與各類信息系統(tǒng)高度融合的集成體，它的實(shí)現(xiàn)得益于當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展和各行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，因此，智能沖壓車間的建立需要起于規(guī)劃初期，打通系統(tǒng)與各設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，并對各方提出系統(tǒng)化、合理化的關(guān)聯(lián)需求。目前，智能沖壓車間的建設(shè)仍需各方總結(jié)經(jīng)驗(yàn)需求，利用先進(jìn)制造技術(shù)建立更優(yōu)的智能解決方案，為智能沖壓車間的發(fā)展探尋出路。