鍛壓裝備信息化的概念與規(guī)劃

文/趙婷婷·山東理工大學(xué)

賈明全·山東科匯電力自動化有限公司

鍛壓裝備信息化的概念與規(guī)劃

文/趙婷婷·山東理工大學(xué)

賈明全·山東科匯電力自動化有限公司

智能鍛壓裝備是具有感知、決策、執(zhí)行功能的鍛壓裝備。由于伺服電機(jī)系統(tǒng)本身具備感知、決策、執(zhí)行功能，所以，作為驅(qū)動運(yùn)動的伺服電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是鍛壓裝備信息化的關(guān)鍵。

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展與深入普及，工業(yè)及制造業(yè)借助于信息技術(shù)的應(yīng)用，淘汰高耗能、技術(shù)落后的無智商生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)裝備信息化、低碳化的轉(zhuǎn)型升級勢在必行，并已成為政府、企業(yè)、用戶的共識目標(biāo)。

從國際形勢看，金融危機(jī)使工業(yè)發(fā)達(dá)國家重新重視制造業(yè)的發(fā)展，低碳經(jīng)濟(jì)、智能裝備、無人工廠等發(fā)展路線，瞄準(zhǔn)智能制造領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)裝備信息化，謀求塑造新的競爭優(yōu)勢。不僅對我國制造業(yè)的未來發(fā)展構(gòu)成激烈競爭，而且還將對已經(jīng)形成優(yōu)勢的我國產(chǎn)品造成市場空間擠壓。

從國內(nèi)形勢看，制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、智能裝備產(chǎn)業(yè)的培育發(fā)展和國家《節(jié)約能源法》等法律法規(guī)的強(qiáng)制性實(shí)施，對裝備制造業(yè)綠色化、智能化、信息化提出了新的、更高的要求，并提供了巨大的市場需求空間。未來5～10年，我國信息化裝備制造業(yè)將迎來發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。

中華人民共和國工業(yè)和信息化部最近力推鍛壓裝備信息化，工信部信息化推進(jìn)司下發(fā)（2012）015號工信信函，授權(quán)中國鍛壓協(xié)會組織并推行鍛壓裝備智商評級工作，促進(jìn)智能化的鍛壓裝備在中國鍛壓行業(yè)的研發(fā)和推廣使用，為鍛壓行業(yè)的發(fā)展帶來了實(shí)現(xiàn)飛躍的機(jī)遇。鍛壓是制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝，鍛壓裝備信息化必將從基礎(chǔ)源頭推進(jìn)整個制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與生產(chǎn)水平的提高。

在參與鍛壓裝備信息化的工作過程中，筆者仔細(xì)研究了《鍛壓裝備信息化指數(shù)和產(chǎn)品智商評價(jià)通則（草案）》，針對相關(guān)內(nèi)容，本文從智能鍛壓裝備術(shù)語和定義、信息化規(guī)劃角度提出相關(guān)概念與思路。

智能鍛壓裝備的相關(guān)定義

鍛壓裝備

鍛壓是指在設(shè)備壓力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形而成形的工藝過程，包括鍛造、沖壓、擠壓、旋壓、輥壓和軋制等工藝。其中，鍛造、沖壓、擠壓等設(shè)備的主運(yùn)動為直線往復(fù)運(yùn)動；旋壓、輥壓、軋制等設(shè)備的主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。按坯料類型的不同鍛壓工藝可分為體積鍛造、板料沖壓等工藝。鍛造有自由鍛、模鍛等工藝分類；沖壓有沖剪、折彎、拉深等工藝分類。

鍛壓裝備是完成鍛壓工藝所需要的設(shè)備和輔助裝置。主運(yùn)動為直線往復(fù)運(yùn)動的設(shè)備有曲柄壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、液壓機(jī)等；主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的設(shè)備有旋壓機(jī)、輥鍛機(jī)、軋機(jī)等。

智能鍛壓裝備

智能鍛壓裝備是具有感知、決策、執(zhí)行功能的鍛壓裝備（定義源于國家《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》）。智能鍛壓裝備的主運(yùn)動、輔助運(yùn)動、調(diào)整運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動等工作運(yùn)動，均有具備感知、決策、執(zhí)行功能的伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動，配合位移、壓力、溫度等傳感器的信息感知與高速計(jì)算處理器的信息決策，而執(zhí)行設(shè)定的工藝參數(shù)。

智能鍛壓裝備是具有智商的產(chǎn)品，能夠獲得信息化指數(shù)和產(chǎn)品智商的測評得分。傳統(tǒng)鍛壓裝備由傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動，不具備感知、決策、執(zhí)行的智商功能，而不能獲得信息化指數(shù)和產(chǎn)品智商的測評得分。

鍛壓裝備信息化的功能與用途

鍛壓裝備信息化是智能鍛壓裝備的一種稱謂。鍛壓裝備信息化的功能包括智能數(shù)控、柔性配合、高效節(jié)能、精密成形、高可靠性、高安全性等優(yōu)勢，其用途是用于取代傳統(tǒng)鍛壓裝備、淘汰落后的生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鍛壓行業(yè)信息化的轉(zhuǎn)型升級。

信息化的鍛壓裝備具有的功能也包括適應(yīng)性高、加工柔性、個性化、可干預(yù)性等特性。通過信息化數(shù)控，依據(jù)用戶輸入的相關(guān)參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)改變程序、控制生產(chǎn)的目的。

信息化的鍛壓裝備具有的功能還包括通過信息互聯(lián)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連線。通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)控制程序的互聯(lián)，即插即用的配置，提高了主機(jī)、輔機(jī)和機(jī)械手等的生產(chǎn)線連線能力。

信息化的鍛壓裝備具有更高的安全性。自動化與信息化的采用，極大地減少了手工操作，配合防止傷害操作者的措施，從根本上提高了安全性。

信息化鍛壓裝備的實(shí)時(shí)監(jiān)測

信息化鍛壓裝備的實(shí)時(shí)監(jiān)測通過傳感器來實(shí)現(xiàn)。位移、壓力、能量、溫度、液位和故障等信息，均有傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過屏幕顯示。

信息化鍛壓裝備的故障診斷與故障排除

信息化的鍛壓裝備發(fā)生故障時(shí)，由報(bào)警系統(tǒng)提示，可通過遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行故障診斷，并通過屏幕顯示。關(guān)鍵故障具有智能排除功能，如曲柄壓力機(jī)的悶車故障，信息化的曲柄壓力機(jī)具有智能反轉(zhuǎn)而迅速解除悶車故障的功能；再如螺旋壓力機(jī)的過載故障，信息化的螺旋壓力機(jī)具有智能減小打擊力而避免過載故障的功能，淘汰了機(jī)械的過載保護(hù)裝置，減小了設(shè)備的復(fù)雜性和制造成本，實(shí)現(xiàn)了智能鍛壓裝備的制造成本不高于傳統(tǒng)鍛壓裝備的市場推廣目標(biāo)。

鍛壓裝備的信息化規(guī)劃

鍛壓裝備信息化規(guī)劃的主要目標(biāo)是感知、決策和執(zhí)行的智能系統(tǒng)指標(biāo)，關(guān)鍵是用伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動工作運(yùn)動，從源頭實(shí)現(xiàn)智能數(shù)控化。

鍛壓裝備主運(yùn)動承受沖擊性負(fù)載，現(xiàn)有的開關(guān)磁阻伺服電機(jī)和永磁伺服電機(jī)之中，更適合沖擊性負(fù)載主運(yùn)動的是開關(guān)磁阻伺服電機(jī)。開關(guān)磁阻伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子無繞組、無永磁體、無鼠籠條，抗沖擊、抗疲勞能力強(qiáng)，“電機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固”、“效率高”，“是一種機(jī)電一體化節(jié)能型調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)”（引自《中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部 國家環(huán)境保護(hù)總局 公告2005年 第65號》）。永磁伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子上鑲嵌或粘貼有永磁體，在頻繁的過載沖擊下容易發(fā)生永磁體脫落、碎裂及退磁等，轉(zhuǎn)子溫度超過140℃則容易發(fā)生退磁。而開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子為齒槽式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動慣量比異步電機(jī)小一半，在沖擊時(shí)，對轉(zhuǎn)子的沖擊力小一半。

我們前期的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用證明，開關(guān)磁阻伺服電機(jī)特別牢固可靠，特別抗沖擊，特別適合鍛壓裝備主運(yùn)動信息化的要求，同時(shí)在整個調(diào)速范圍內(nèi)均具有高效率。實(shí)際應(yīng)用證明，永磁伺服電機(jī)不適合驅(qū)動鍛壓裝備的主運(yùn)動，永磁伺服電機(jī)更適合沖擊性負(fù)載小的輔助運(yùn)動、調(diào)整運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。

綜上所述，信息化規(guī)劃的鍛壓裝備執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)采用伺服電機(jī)，其中主運(yùn)動應(yīng)采用開關(guān)磁阻伺服電機(jī)，其他運(yùn)動采用永磁等伺服電機(jī)。

結(jié)束語

智能鍛壓裝備是具有感知、決策、執(zhí)行功能的鍛壓裝備。由于伺服電機(jī)系統(tǒng)本身具備感知、決策、執(zhí)行功能，所以，作為驅(qū)動運(yùn)動的伺服電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是鍛壓裝備信息化的關(guān)鍵。隨著開關(guān)磁阻伺服電機(jī)驅(qū)動主運(yùn)動技術(shù)的成熟，配合傳感器的實(shí)時(shí)感知監(jiān)測與高速計(jì)算處理器的智能決策，傳統(tǒng)鍛壓裝備轉(zhuǎn)型升級為智能鍛壓裝備技術(shù)條件已經(jīng)完全具備。傳統(tǒng)鍛壓裝備的主運(yùn)動改為開關(guān)磁阻伺服電機(jī)驅(qū)動、輔助運(yùn)動改為永磁伺服電機(jī)驅(qū)動，淘汰落后驅(qū)動方式，將使傳統(tǒng)鍛壓裝備從源頭轉(zhuǎn)型升級為智能鍛壓裝備。

鍛壓裝備信息化作為鍛壓行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向和信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)，大力培育和發(fā)展鍛壓裝備信息化產(chǎn)業(yè)對于加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升鍛壓生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)生產(chǎn)過程的智能化和綠色化發(fā)展具有重要意義。

鍛壓裝備信息化的頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃至關(guān)重要，本文所提出的鍛壓裝備信息化的術(shù)語和定義、信息化規(guī)劃思路將對鍛壓裝備信息化的頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃起指導(dǎo)作用。