淺談智能沖壓車間系統構成

文／孫興武，方赫，符永杰，王夢甜，白昱璟·機械工業第九設計研究院有限公司

隨著新一輪工業革命的發展，工業智能化逐漸成為當前工業發展的主流方向。面對信息技術和工業技術的革新浪潮，德國提出了工業4.0 戰略，美國出臺了先進制造業回流計劃，中國加緊推進兩化深度融合，并發布了“中國制造2025”戰略。這些戰略的核心都是利用新興信息化技術來提升工業的智能化應用水平，進而提升各國制造業在全球市場中的競爭力。

沖壓車間現狀

目前，國內沖壓車間生產設備已經可以實現自動化生產，沖壓設備采用機器人、機械手、傳感器技術、光電識別技術、自動控制技術等先進技術，實現了壓力機之間無人化作業，即沖壓生產線從毛坯上料到成品沖壓件出件實現了沖壓設備工序間的無人化自動生產，也凸顯出了沖壓車間的高度自動化與柔性化。

但是，沖壓車間仍然需要人工來進行相關的生產周轉和其他不可替代性的輔助生產。由于沖壓車間批量生產的特點，如何在物流周轉、工序銜接等環節上做好組織也成為沖壓車間的工作重點。

沖壓車間模塊化

現代沖壓工藝通過工藝的集成化、設備的自動化以及管理的單元化等方式逐漸將沖壓車間的生產單元進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及車間管理。

沖壓車間模塊化對沖壓車間智能化推進起到極為關鍵的作用，通過沖壓車間各生產模塊的高度集成化、模塊內設備的高度自動化，為現代沖壓車間的智能化做好了鋪墊。

同時，現代沖壓車間的生產設備通過技術的不斷集成，可以實現設備的故障檢測、運行檢測、生產信息交互、數字化模擬等功能，不斷提高沖壓設備的自動化、數字化、智能化水平。

智能沖壓車間技術應用

智能沖壓車間不僅僅只是沖壓設備的智能化，如何通過網絡信息技術、計算機技術將沖壓車間的生產信息、物流組織、車間管理、設備監控、生產指示、運行維護等內容進行協調處理，并將車間各生產環節進行密切組織，是沖壓車間變成智能沖壓車間的關鍵。

物流管理系統

現代物流管理系統是充分利用現代通訊技術和計算機技術，靈活處理各種車間內外物流組織及信息交互。智能的沖壓車間物流管理應包含物流供應管理系統、沖壓庫存管理系統及車間周邊物流調度系統。

⑴物流供應管理系統。沖壓車間所需的外部供應物料是維系沖壓車間生產的關鍵。沖壓車間根據沖壓生產計劃需求通過網絡信息技術及通信技術將物料需求準確地告知供應商，供應商根據計劃準時、定量的進行物料供應，調度各類生產需求，以滿足沖壓車間的生產。同時，沖壓車間應與供應商明確物料供應識別方式的基本要求，以保證沖壓物料信息能夠準確、快速的錄入到車間系統內。

⑵沖壓庫存管理系統。沖壓車間供應合格的沖壓件是保證汽車工廠順利生產的關鍵。沖壓車間應根據焊裝車間生產需求，通過車型排查計劃合理組織沖壓件的供應，并及時更新、核定當前庫存，對沖壓件的入庫、返修、檢測、供應做全面的管理，及時更新數據信息，為沖壓車間的生產組織和物流供應做好統計和指示。利用先進的物流信息管理方式，采用射頻識別技術，將沖壓車間原料入庫、出庫信息，成品入庫、出庫信息準確地錄入到系統數據內。

⑶車間周邊物流調度系統。沖壓車間周邊物流調度系統是保證沖壓車間外部物流合理有序的關鍵。沖壓車間需根據生產需求，將沖壓車間外部物流車輛進行合理調度，通過生產呼叫系統（廣播、顯示屏）對物流車輛進行準時化管理，指導物料供應車輛準時進入車間進行裝卸貨，引導廢料處理物流車輛有序的組織車輛準備、車輛交接及廢料運輸工作，合理優化各車輛的進出，保證車間周邊物流的通暢有序，避免物流道路擁堵、車輛交錯及長時間的車輛等待，同時配合物流信息管理系統，完善車間物料供應信息，及時跟蹤供應商的物料供應狀態。

合理有效的物流信息管理可以極大推動沖壓車間的生產執行效率，進而保證沖壓車間的生產，沖壓車間主要物流如圖2 所示。

能源管理系統

現代能源管理系統通過能源計劃、能源監控、能源統計、重點能耗設備管理等手段，明確車間能源使用成本比重、優化生產、降低能耗，實現車間的綠色智能生產，沖壓車間的能源系統構架如圖3 所示。

沖壓車間應設置車間二級能源計量，將全車間的生產能耗進行統計，并根據各時段能耗狀態進行能耗分析和統計，以提高車間的用能效率；對車間重點能耗設備進行三級能源計量，實現對車間重點設備的能耗監控(圖4)、能耗數據統計，在優化生產的同時監控設備運行狀態。

除生產設備外，沖壓車間也應對車間公用動力系統（如空調系統、空壓站等）主要用能設備進行監控，做好能耗監測及能耗數據統計，對車間用能分配狀態進行分析，優化車間用能成本，并監控車間環境系統的運行狀態。

智能照明系統

智能照明系統是利用先進的電磁調壓及電子感應技術進行照明系統調節，實現照明系統的燈光調節、延時控制、場景控制、聯網控制等操作。

沖壓車間生產區照明采用分區控制，對各生產單元進行單獨控制，同時區域內照明與生產進行聯動，將生產狀態與照明需求相結合，既保證生產又降低能耗；沖壓車間公用區域照明采用感應式照明方式，人來即開、人走即關，實現綠色環保的公共照明。

智能照明系統還需要與車間管理系統聯動，并實現照明系統的遠程控制及照明系統的動態監控。

預防性維護系統

預防性維護系統是以預防故障為目的，通過對設備的檢查、檢測，發現故障征兆或防止故障發生。

目前，沖壓車間的預防性維護系統主要是以集成度較高的沖壓設備為主，例如沖壓生產線、開卷落料線、調試壓力機、研配壓力機、天車等，通過對設備部件進行運行監測、傳感器的頻譜分析、部件動作檢測、電流電壓波動等方式進行部件的信息監測和分析。對易損部件進行周期(時間、里程、圈數)的記錄，對臨近更換周期的部件進行提示，更換后對部件再次檢測，確定是否可以使用或需要報廢處理。對特殊關鍵構件，采用位置傳感器進行位置監測，當位置超限后進行報警提示，并進行及時的故障檢查分析。同時對運動部件采用頻譜分析或者電信息監測的方式，當部件的頻譜信息存在超限提示時，則進行相應的部件檢查提示，確定其是否存在缺陷，避免重大事故發生。

車間管理系統

車間管理系統是沖壓車間的核心大腦，通過采用網絡信息技術將沖壓車間相關的生產信息進行集成，同時通過車型排查計劃進行生產排產分析，該系統與物流管理系統聯動，確定當前車間生產任務，并給生產設備分配生產任務，采集設備狀態及生產信息，并調動生產相關的物流供應商及時進行物料供應；該系統與能源管理系統聯動，檢測車間用能狀態，及時發現不利于車間生產的因素，并優化車間用能，保證生產能源供應；該系統與智能照明系統聯動，實現車間照明與生產聯動，實現低碳、綠色的沖壓生產。

此外，車間管理系統應集納生產管理信息區塊，可實現車間的生產監控、生產信息存儲、質量管理、車間庫存管理、成本分析等功能，實現車間一體化、聯動式生產。

結束語

智能沖壓車間是自動化設備與各類信息系統高度融合的集成體，它的實現得益于當前技術的發展和各行業新技術的應用，因此，智能沖壓車間的建立需要起于規劃初期，打通系統與各設備之間的關聯，并對各方提出系統化、合理化的關聯需求。目前，智能沖壓車間的建設仍需各方總結經驗需求，利用先進制造技術建立更優的智能解決方案，為智能沖壓車間的發展探尋出路。