信息技術(shù)在車輪制造中的應(yīng)用

（太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，太原 030032）

0 引言

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和商業(yè)模式正在不可避免地發(fā)生著改變。如微信支付、共享單車、高德地圖的溫馨出行提示等，全是信息技術(shù)帶來(lái)的生活方式改變。車輪產(chǎn)品作為國(guó)家法規(guī)產(chǎn)品，其生產(chǎn)過(guò)程信息要求詳細(xì)記錄，并具有可追溯性的特點(diǎn)。原來(lái)生產(chǎn)過(guò)程信息記錄依靠記錄員手工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作重復(fù)繁瑣。隨著公司生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，以往的手工操作已不能適應(yīng)新形勢(shì)下的現(xiàn)代化企業(yè)的要求。因此，通過(guò)信息化技術(shù)在車輪生產(chǎn)中的應(yīng)用，不但能有效解決上述難題，而且可提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。

1 車輪工藝流程簡(jiǎn)介

車輪生產(chǎn)工序多，流程化水平要求高，工藝要求嚴(yán)格，而且在車輪生產(chǎn)過(guò)程中，要求生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)有詳細(xì)記錄、設(shè)備在線狀態(tài)有監(jiān)測(cè)、質(zhì)量檢測(cè)有保障。其制造工藝流程如下。

鋼坯下料→加熱→除鱗→預(yù)成型→成型→軋制→壓彎沖孔→熱態(tài)標(biāo)識(shí)→熱態(tài)尺寸測(cè)量→等溫退火處理→淬火加熱→淬火→回火→機(jī)加工→加工輻板孔、注油孔（高速動(dòng)車輪）→靜平衡→硬度檢測(cè)→表面清洗→尺寸檢測(cè)→目檢→輪輞超探→磁探→強(qiáng)化噴丸→帶尺→標(biāo)識(shí)打印→涂防銹油→烘干→分類包裝→涂漆烘干→包裝入成品庫(kù)→發(fā)運(yùn)出廠。

2 現(xiàn)狀綜述

當(dāng)前，以ERP（Enterprise Resource Planning，ERP）為代表的計(jì)劃管理系統(tǒng)和以PLC/DCS（Distributed Contorl System，DCS）為代表的車間控制系統(tǒng)在企業(yè)應(yīng)用的不斷深入，兩者之間的鴻溝也日趨明顯，在工廠以及企業(yè)范圍信息集成的過(guò)程中，仍然存在難以解決的問(wèn)題：在計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)地把握生產(chǎn)實(shí)際狀況，另一方面則在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法得到切實(shí)可行的作業(yè)計(jì)劃做指導(dǎo)；工廠管理人員和操作人員難以在生產(chǎn)過(guò)程中跟蹤產(chǎn)品的狀態(tài)數(shù)據(jù)、不能有效地控制在制品庫(kù)存，而用戶在交貨之前無(wú)法了解定單的執(zhí)行狀況等[1]。

為了提升企業(yè)的管理水平和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，我公司邀請(qǐng)各學(xué)科的專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研討。研討內(nèi)容從企業(yè)目前的設(shè)備、工藝、質(zhì)量、人員等方面進(jìn)行了深入分析，并提出以下措施。

1）設(shè)備升級(jí)改造

目前，公司生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制和信息管控水平參差不齊。為實(shí)現(xiàn)兩化深度融合，需進(jìn)行基礎(chǔ)自動(dòng)化的提升改造。兼于資金與實(shí)施效果的原因，公司決定首先實(shí)施車輪熱加工設(shè)備的升級(jí)改造工作。

2）實(shí)施MES （Manufacturing Execution System，MES）

通過(guò)實(shí)施MES系統(tǒng)，消除企業(yè)內(nèi)部的信息孤島，實(shí)現(xiàn)車輪生產(chǎn)流程的同步化、高速化、網(wǎng)絡(luò)化。

3 改進(jìn)及效果

為了適應(yīng)企業(yè)發(fā)展，公司通過(guò)信息技術(shù)手段，進(jìn)行了以下技改。

3.1 基礎(chǔ)自動(dòng)化升級(jí)改造

3.1.1 鋼坯下料工序改造

鋼坯重量的準(zhǔn)確性、一致性，直接影響車輪的成型效果。為此，我們采用激光測(cè)量機(jī)代替手工對(duì)鋼錠進(jìn)行體積測(cè)量，利用光電開(kāi)關(guān)和自動(dòng)進(jìn)料裝置對(duì)鋼錠進(jìn)行準(zhǔn)確定位，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)PLC編程、組態(tài)軟件及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行控制和信息交互，完成了本工序自管自控的目標(biāo)。下料區(qū)控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 下料區(qū)控制系統(tǒng)架構(gòu)

改造后的效果：定尺自動(dòng)切割長(zhǎng)度：最小263mm，最大885mm；切頭切尾長(zhǎng)度：最小30mm；重量誤差：≤±0.1%；定尺精度：±1mm。鋼坯下料數(shù)據(jù)采集結(jié)果如圖2所示。

圖2 鋼坯下料數(shù)據(jù)采集結(jié)果

3.1.2 車輪成型工序改造

成型工序?yàn)檐囕喩a(chǎn)中最關(guān)鍵的工序，其成型質(zhì)量和產(chǎn)量直接影響企業(yè)的效益。影響車輪成型的主要因素有始鍛溫度、墩粗高度、軋制過(guò)程和壓彎等。為此，我們?cè)阡撆鞒[后安裝紅外測(cè)溫儀，采用位移傳感器對(duì)成型壓機(jī)的行程進(jìn)行測(cè)量，采用激光測(cè)量機(jī)代替樣板對(duì)成型后的熱態(tài)車輪進(jìn)行尺寸測(cè)量。利用PLC、光電開(kāi)關(guān)、DP耦合器等硬件，通過(guò)程序控制和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，達(dá)到了本工序自管自控的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了車輪成型過(guò)程的全數(shù)據(jù)收集。通過(guò)分析收集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行車輪模具優(yōu)化和軋制程序的改進(jìn)。軋制區(qū)域控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 軋制區(qū)控制系統(tǒng)架構(gòu)

改造后的效果：車輪軋制過(guò)程實(shí)現(xiàn)了在線尺寸測(cè)量機(jī)與軋機(jī)控制計(jì)算機(jī)聯(lián)合進(jìn)行閉環(huán)控制，確保批量車輪外徑偏差值在5mm內(nèi)，為后續(xù)機(jī)加工創(chuàng)造條件；軋機(jī)控制采用最新CNC系統(tǒng)。車輪成型過(guò)程數(shù)據(jù)收集結(jié)果如圖4所示。

圖4 車輪成型過(guò)程數(shù)據(jù)收集結(jié)果

3.1.3 車輪熱處理工序改造

車輪的使用壽命取決于其性能，影響其性能的工序就是熱處理工序。本工序的關(guān)鍵控制點(diǎn)有車輪加熱時(shí)間、出爐溫度、淬火水壓、淬火時(shí)間等。為了改善車輪性能，我們對(duì)加熱爐臺(tái)車進(jìn)行改裝，改善了爐氣循環(huán)。采用PLC、光電開(kāi)關(guān)、DP耦合器等電器元件對(duì)淬火過(guò)程、臺(tái)車循環(huán)、爐溫控制等進(jìn)行改造。實(shí)現(xiàn)了爐溫自動(dòng)調(diào)控，淬火過(guò)程自動(dòng)控制等。達(dá)到了本工序自管自控的目標(biāo)，改善了批量車輪性能。車輪熱處理過(guò)程數(shù)據(jù)收集結(jié)果如圖5所示。

圖5 車輪熱處理過(guò)程數(shù)據(jù)收集結(jié)果

改造后的效果：

退火爐：四排雙層布置，爐溫：450℃～600℃；溫度均勻性：±10℃；

淬火爐：四排單層布置，爐溫：830℃～950℃；溫度均勻性：±5℃；

回火爐：四排單層布置，爐溫：400℃～550℃；溫度均勻性：±5℃；

淬火設(shè)備：可適應(yīng)車輪規(guī)格為550～1350mm；水壓在0.15～0.6kPa范圍內(nèi)任意可調(diào)，水溫控制精度高達(dá)±1.5℃，水量根據(jù)需求任意可調(diào)。

3.2 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的實(shí)施

為了實(shí)現(xiàn)車輪生產(chǎn)過(guò)程中的物料流、信息流、能源

【】【】流的有機(jī)結(jié)合。MES系統(tǒng)通過(guò)接口與各工序管控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)信息相互共享。通過(guò)工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、庫(kù)存模塊的實(shí)施，解決了困擾企業(yè)發(fā)展的各類因素。目前，車輪生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)到了1件/分鐘。信息系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖6所示。

圖6 信息系統(tǒng)架構(gòu)圖

實(shí)施后的效果：

通過(guò)信息技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)施，已實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：1）現(xiàn)場(chǎng)人員減少（如表1所示）；2）各類數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、客觀；3）各類報(bào)表自動(dòng)及時(shí)生成，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)；4）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化；5）在制品數(shù)量、質(zhì)量狀態(tài)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，問(wèn)題追溯分析及時(shí)可信；6）生產(chǎn)訂單實(shí)時(shí)跟蹤，產(chǎn)品如期出貨等。

表1 人員統(tǒng)計(jì)表圖

4 結(jié)論

通過(guò)信息技術(shù)在車輪生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，不僅通過(guò)了“國(guó)家首批兩化深度融合企業(yè)”的評(píng)定，也使企業(yè)的管理水平和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力大幅提升，同時(shí)提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，也為同類制造業(yè)的兩化深度融合工作的推進(jìn)加以示范。

[1]曹樂(lè).面向大規(guī)模定制的擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[D].重慶大學(xué),2008.

[2]孫宇,陳杰,蔣曉春,等.論制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究[J].高技術(shù)通訊,1999,(10).

[3]錢碧波,潘曉弘,成耀東,等.CIMS環(huán)境下的生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].機(jī)電工程,1997,(06).