基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)

熊國(guó)源 劉利華 楊 磊 喬 俠 朱文濤

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

在現(xiàn)代社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，社會(huì)大眾對(duì)于汽車有著諸多需求，如：節(jié)能、安全以及環(huán)保等等。以往在汽車制造領(lǐng)域鑄造車輪時(shí)，都會(huì)選擇鋼材進(jìn)行制造，但這種材料在鑄造過程需要耗費(fèi)大量成本與能源，所以相關(guān)企業(yè)開始將鋼材車輪換成鋁合金車輪，這種車輪的散熱效果十分理想，鑄造成本與能源遠(yuǎn)比鋼材車輪更低。但這種車輪在鑄造過程過于復(fù)雜，在鑄造環(huán)節(jié)很容易形成各種問題，因此，可以將鋁合金車輪為基礎(chǔ)，進(jìn)一步落實(shí)智能化制造系統(tǒng)的建設(shè)。

1 基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)設(shè)計(jì)路線

從我國(guó)智能汽車制造的戰(zhàn)略角度深入出發(fā)，結(jié)合我國(guó)鋁合金重型車輪本身的總體生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，提出用于鋁合金車輪智能化鑄造的系統(tǒng)設(shè)計(jì)路線。該核心技術(shù)發(fā)展路線主要包括：精密智能成形技術(shù)裝備、多關(guān)節(jié)成形機(jī)器人等技術(shù)核心、智能成形裝備、總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備，這些設(shè)備均為技術(shù)核心的智能設(shè)備管理層。通過各種總線通訊控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的無縫互聯(lián)互通，通過多種總線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相互融合，即可連接各種具備智能化的傳感器、刻碼器和讀碼器等設(shè)備，及用于車間現(xiàn)場(chǎng)控藝工作站的總線控制系統(tǒng)層;從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)車輪工業(yè)數(shù)字化制造生產(chǎn)線與車間各個(gè)生產(chǎn)工序、工藝操作區(qū)的信息無縫連接，操作者、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、物料的無縫互聯(lián)互通，完成車輪制造生產(chǎn)過程中的質(zhì)量應(yīng)用數(shù)據(jù)、工藝應(yīng)用數(shù)據(jù)、能源應(yīng)用數(shù)據(jù)、設(shè)備應(yīng)用數(shù)據(jù)、操作人員行為的信息讀取和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的信息執(zhí)行層，為企業(yè)決策層人員提供企業(yè)決策應(yīng)用數(shù)據(jù)，最終形成實(shí)現(xiàn)高度信息集成的企業(yè)生產(chǎn)管理過程層和透明化信息管理的企業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)層[1]。

2 基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)

2.1 建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)

基于智能物聯(lián)網(wǎng)還可實(shí)現(xiàn)每一單獨(dú)材料工件、每道主要加工設(shè)備工序的工業(yè)身份智能識(shí)別;基于各種工業(yè)通信協(xié)議智能轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)聯(lián)接每臺(tái)或一臺(tái)加工設(shè)備的自動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)所有加工設(shè)備的智能互聯(lián)互通和相互操作;基于邊緣自動(dòng)控制器還可實(shí)現(xiàn)加工機(jī)器自動(dòng)視覺、溫度控制傳感、能源監(jiān)測(cè)儀表等各種工業(yè)智能設(shè)備傳感和專用儀表的智能互聯(lián)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。有線電視網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)直接覆蓋整個(gè)作業(yè)車間，連接監(jiān)控設(shè)備、傳感器、智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)顯示看板、現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)終端等幾百個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)，并與中央辦公無線網(wǎng)絡(luò)、中央計(jì)算機(jī)房、中控中心交互相聯(lián)，組成完整的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化作業(yè)車間無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2.2 建設(shè)生產(chǎn)線

鍛造產(chǎn)品生產(chǎn)線主要由，自動(dòng)高速溫控鋸切機(jī)、智能自動(dòng)溫控沖壓加熱保溫爐、沖孔溫控?cái)U(kuò)口機(jī)、鍛造產(chǎn)品尺寸在線控制視覺質(zhì)量檢查控制系統(tǒng)以及鍛造信息傳感控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其中前置鍛造工序采用上料控制設(shè)備將車輪鋸切后的各種鋁錠上料運(yùn)至車輪稱重控制裝置，經(jīng)加工初篩進(jìn)行稱重后鋸切合格后的鋁錠即可進(jìn)入車輪加熱鑄造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了各種鋁合金鍛造車輪的全自動(dòng)加熱鑄造;基于云的生產(chǎn)線上料物流的合理流程優(yōu)化技術(shù)縮短了車輪鍛造在加工制品的集中流轉(zhuǎn)占用時(shí)間；基于云的工業(yè)數(shù)據(jù)通信管理網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集管理系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各種鍛造設(shè)備制造生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與過程可視化，整體上說是實(shí)現(xiàn)了鍛造工業(yè)化與鍛造信息化的一種深度有機(jī)融合[2]。

2.3 測(cè)量要點(diǎn)

視覺溫度檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要工作在每個(gè)鍛壓毛坯工位，在加熱運(yùn)動(dòng)鍛壓裝置、隔熱層和降溫運(yùn)動(dòng)裝置和鍛壓工裝的運(yùn)動(dòng)輔助下，對(duì)經(jīng)過鍛壓后仍然處于穩(wěn)定熱態(tài)的鑄鋼輪轂鍛壓毛坯情況進(jìn)行一次在線視覺抽檢。檢測(cè)檢驗(yàn)內(nèi)容為：檢查輪轂以及毛坯的各個(gè)關(guān)鍵部分尺寸、表面大小缺陷，并根據(jù)用戶設(shè)定以電子數(shù)據(jù)或固定文件格式的具體檢測(cè)檢驗(yàn)報(bào)告的多種形式設(shè)計(jì)輸出具體檢測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果，上載后傳到生產(chǎn)車間檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)果的提供用于分析與統(tǒng)計(jì)評(píng)估機(jī)床工藝技術(shù)路線和具體工藝系統(tǒng)參數(shù)的日常執(zhí)行操作情況、設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)情況，形成了在檢測(cè)系統(tǒng)中屬于產(chǎn)品質(zhì)量管理檔案的一部分，供產(chǎn)品質(zhì)量檔案追溯管理模塊進(jìn)行調(diào)用;并通過結(jié)合使用檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)由系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果獲得的具體工藝路線結(jié)果以及參數(shù)，即可反推出液壓機(jī)床的工作系統(tǒng)狀態(tài)，是否異常及檢測(cè)模具內(nèi)部磨損是否情況。

3 基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)注意事項(xiàng)

3.1 收集事項(xiàng)

為充分滿足社會(huì)大眾對(duì)于汽車鑄造的不同標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)車間制造質(zhì)量執(zhí)行和生產(chǎn)可視化管理系統(tǒng)，必須從質(zhì)量傳感器、設(shè)備、儀表軟件等，待產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)單元中自動(dòng)分析采集相關(guān)數(shù)據(jù)分析信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依賴國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的無線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及專用的網(wǎng)絡(luò)接口與訪問數(shù)據(jù)方式，通過完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從各個(gè)底層到頂層的海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、采集以及分析，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集的各個(gè)底層海量數(shù)據(jù)通過信息采集進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析顯示，分析生產(chǎn)管理過程中的數(shù)據(jù)。鍛造設(shè)備生產(chǎn)管理過程中可以衍生和輸出大量鍛造過程信息數(shù)據(jù)，包括激光鍛造設(shè)備產(chǎn)量查詢信息、鍛造設(shè)備質(zhì)量保證信息、鍛造加工設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)查詢信息、激光鍛造打碼等過程數(shù)據(jù)相關(guān)信息。各種重要數(shù)據(jù)處理信息經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)專用總線數(shù)據(jù)控制處理系統(tǒng)plc采集處理系統(tǒng)匯總，定制軟件開發(fā)它是支持用戶訪問現(xiàn)場(chǎng)專用總線數(shù)據(jù)控制處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理軟件，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取[3]。

3.2 分析事項(xiàng)

由于鋁合金車輪鑄造屬于一種變量較大的生產(chǎn)系統(tǒng)，因此，無法完全直接依靠采用傳統(tǒng)管理方法例如建立精確的鍛造物理質(zhì)量模型等來進(jìn)行質(zhì)量管理以及監(jiān)控，但是鍛造設(shè)備又時(shí)刻需要產(chǎn)生大量可以反映鍛造過程設(shè)備運(yùn)行物理狀態(tài)及相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量的物理數(shù)據(jù)。這時(shí)便可基于工業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)車間監(jiān)控系統(tǒng)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)采集分析能力，開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在線生產(chǎn)故障自動(dòng)診斷與數(shù)據(jù)分析監(jiān)控系統(tǒng)。在線運(yùn)行故障分析診斷與性能分析：本系統(tǒng)通過采集各種鍛造設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過程系統(tǒng)中的鍛造工藝生產(chǎn)質(zhì)量控制參數(shù)、設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)、成形工藝過程圖等參數(shù)，通過利用公式計(jì)算，或是通過曲線圖進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析，對(duì)各種鍛造設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過程的工藝穩(wěn)定性狀況，做出最為快速的正確判斷，確保鋁合金車輪制造全過程的穩(wěn)定有序，一旦在鑄造過程出現(xiàn)失穩(wěn)情況，也可以通過智能化鑄造系統(tǒng)對(duì)其展開及時(shí)優(yōu)化，從根本強(qiáng)化鋁合金車輪的鑄造性能。

4 結(jié)束語

綜上所述，在以鋁合金車輪為基礎(chǔ)建設(shè)智能化鑄造系統(tǒng)時(shí)，需要在其中融入最新理念與模式，鑄造全過程都需要積極融入自動(dòng)化系統(tǒng)。而且在智能化鑄造系統(tǒng)中需要注意物聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)線以及測(cè)量等多方面的建設(shè)要點(diǎn)，這樣便可在鋁合金車輪鑄造過程形成完全自動(dòng)化的只能系統(tǒng)，幫助相關(guān)人員確定鑄造過程、分析故障、優(yōu)化流程，這對(duì)于鑄造領(lǐng)域?qū)儆谝环N徹底改革，能夠推動(dòng)鑄造領(lǐng)域朝向智能化、自動(dòng)化以及現(xiàn)代化等方向快速發(fā)展。