淺談沖壓設備的智能化研發

文／臧崇運，孫林，程鵬·江蘇興鍛智能裝備科技有限公司

信息科技時代，企業的數字化轉型升級勢在必行，這既是順應時代發展的必然要求，也是企業信息化發展的必經階段。特別是隨著5G 和工業互聯網的發展，設備數字化、裝備自動化，管理信息化是未來發展的主要內容，沖壓設備的智能化趨勢不斷演進，本文就我公司沖壓設備的智能化研發及未來規劃進行介紹。

自動化早期階段

沖壓設備的自動化是隨著技術的提升、特別是電氣元器件的發展逐步發展起來的，二十世紀九十年代初，沖壓裝備控制從繼電器控制逐步過渡到PLC 控制，由此PLC 順利解決了此前的一系列問題：

⑴硬連線：早期的控制系統采用硬連線方式連接傳感器、執行器和控制器，這導致系統布線復雜、調整困難且不靈活，一旦需要更改控制邏輯或增加新的功能，就需要重新布線，耗費時間和人力成本。

⑵功能固定：早期的控制器通常功能固定，無法根據生產需求進行靈活調整。這導致生產線只能實現固定的控制邏輯，難以應對變化的生產要求。

⑶維護困難：由于硬連線的復雜性和功能固定的限制，維護和故障排除變得困難和耗時。

由于PLC 具有可編程性強、穩定可靠性高、適應性強、操作簡單、便于維護、安全保障性高等優點，因此PLC 技術一經出現就快速構建了自動化的基礎。但此時設備自動化多以故障報警為主，以便于操作、維修人員及時了解報警原因，快速排查、消除設備故障。

自動化成熟階段及信息化雛形

隨著汽車工業的快速發展，沖壓生產線從手工操作升級到自動化生產，設備自動化有了大幅度提升。該階段沖壓設備的主要參數可在觸摸屏上實現控制，設備主控系統主要控制的信息為實時數據采集、實時故障告警、歷史數據存儲、遠程啟停控制、遠程故障診斷、遠程程序下載和修改、遠程監控運行狀態等信息，這些數據的采集及輸送為設備的智能化提供了堅實的基礎，如圖1 所示。

圖1 設備參數顯示及控制

全自動換模

借助于沖壓設備的參數控制，此階段自動化最突出的表現為出現了全自動換模技術，包括自動卸模及自動裝模，具體流程如下。

卸模功能：①一鍵卸模啟動條件(帶安全檢測)；②模具編碼自動、手動識別；③滑塊自動調節至裝模高度；④壓力機自動運行至下死點；⑤上、下模夾鉗自動松開；⑥壓力機自動運行至上死點；⑦等待人員換模(自動換模)；⑧完成。

裝模功能：①模具到位；②一鍵裝模啟動條件；③模具編碼自動、手動識別；④滑塊自動調節至裝模高度；⑤壓力機自動運行至下死點；⑥上、下模夾鉗夾緊；⑦壓力機運行至上死點；⑧滑塊高度調節至閉模高度；⑨完成。

該過程中模具編碼的自動識別采用RFID 閱讀的方式，將信息傳入云服務器，如圖2 所示。

圖2 模具編碼的自動識別

集成MES 系統

隨著沖壓設備自動化的逐步成熟，生產管理水平也逐步提升，并與設備狀態關聯在一起，促進了MES系統的成熟：設備信息與生產信息聯網，要求設備控制系統為使用者提供可以查詢車間生產信息的接口，用戶可以打開相應窗口查詢當日和歷史記錄的各類生產信息。根據生產實際，生產信息將分為正常信息、故障信息、操作信息和產量信息四類。正常信息主要反映設備(以生產線為單位)的啟動／停止等運行信息；故障信息反映設備(細化到生產線上的具體設備)的故障狀況；操作信息主要反映操作員的操作情況；產量信息則反映車間的班次產量、日產量、月產量和年產量。同時在生產線的合適位置設置顯示屏，主要用于顯示生產信息，詳見表1。

表1 顯示屏顯示的生產信息

圖3 為我公司生產的6 臺ZXM2-2500 自動換模生產線，已在客戶處運行多年。為提高生產效率，同時為提升管理水平，應客戶需求集成MES 系統。該項目由6 臺沖壓機、7 臺機器人、六臺自動換模臺車，以及生產管理系統組成。在研發期間，我公司研發了新型控制系統，有效集成主機、機器人、換模臺車、生產系統的管控，確保了生產現場透明化管控，解決了工藝參數監測、實錄、受控。另外，滿足了生產排程管理、設備管理、模具檢測及自動換模等多項功能需求，實現了該沖壓生產線的智能化運行。

圖3 ZXM2-2500 自動換模生產線

該生產線控制系統和MES 進行對接，通過IPC 對數據進行分析處理(圖4)。

圖4 CPTEK-IMS(設備綜合管理系統)

智能化發展方向

信息技術(IT)的應用，深刻地改變了機械產品的內涵，機械產品開始向大面積數字化轉變；信息技術持續發展，如新一代互聯網、物聯網、大數據、云計算、無線感知等，正推動著傳統機械行業發生深刻的變革。智能化包括工廠數字化及信息化、數字化產品及服務這兩部分，多年來我公司在這兩方面不斷探索及發展，為了實現高智能化制造和服務，率先引入了先進的生產設備和信息化管理系統，打造了基于“生產＋產品＋服務”體系的信息化項目管理平臺。

通過SAP 系統，如圖5 所示，打通營銷、技術、采購、制造多環節，實現了從訂單接收到產品交付的全過程信息化管理，提高了生產效率和質量，降低了成本，同時也提高了我公司在鍛壓裝備行業的整體技術管理水平。

圖5 CPTEK 生產運營監控管理平臺

本平臺的最大特點為：

⑴3D 設計的全面應用，公司的設計文件升級為數據文件，可以直接驅動CAM 或工藝數字化；

⑵生產過程從收料、入庫、配料、投料等全程掃碼，過程數據及進程得到全程監控；

⑶可視頻向客戶展示生產過程，實現在線監制；

⑷以工號為主線的數據集成管理，保證機臺全生命周期數據信息全面。

同時，在數字化產品及服務方面，借助于伺服技術的發展，初步實現了設備智能化，包括以下功能：

⑴設備各種傳感器狀態顯示，報警、異常狀態提醒，數據在云端管理，遠程運維；

⑵設備存儲有電子說明、故障快速處理指南、設備關鍵件圖紙與設備工號關聯；

⑶設備操作登錄管理、支持外部終端接入，可實現遠程實時監控，遠程報警，預防性維修，支持在線維修報修，支持備件查詢等；

⑷生產運行報表，顯示設備稼動情況、生產產出情況、停機明細、質量數據(需配合自動檢測)。

未來，將持續發展設備可視化拆卸、維護和維修體系，并聯合客戶加強數字模擬仿真技術在工藝優化中的應用，在設備中植入工藝參數，由客戶依據每一沖次的位置、速度和壓力，對沖壓工藝參數進行調整，便于客戶選擇及設定最優工藝曲線。

結束語

興鍛圍繞市場個性化需求，大力推進信息化與智能化建設工作，加速從單純的“產品”供應商向“產品＋服務”的全產業鏈配套服務商轉變，為客戶做高端智能鍛壓裝備及自動化生產線和新能源電池結構件成形裝備技術研發、裝備定制化生產，公司在保持傳統制造的基礎上，引入產品研發仿真設計、自動化、智能化生產等環節，充分運用上下游互聯網＋大數據＋智能化技術，再造流程，創新伺服、冷溫熱鍛、多工位壓力機和自動化裝備產品智能化一體化生產線模式。

經過多年探索，在工廠數字化及信息化方面已逐漸成熟，但設備智能化、數字化方面尚在規劃、建設初期，后期還有大量研發工作在推進中。不同的行業對數字化與智能化的要求也不相同，唯有結合實際，逐步探索、完善適合行業需求的設備數字化與智能化，才是我們不斷追求的共同目標。