80MN 油壓機鍛造過程參數(shù)的大數(shù)據(jù)應用功能開發(fā)

文/段永恩，李建輝，游娜·中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司

鍛造是一種基礎成形工藝，包括自由鍛和模鍛等。鍛造過程是一個復雜的生產(chǎn)過程，過程中會造成壓下量、壓力、旋轉角度、溫度等參數(shù)發(fā)生變化。由于這些參數(shù)數(shù)量多，時序性不強，無法真正與鍛造過程一一對應，一直以來沒有得到正確的收集和應用，造成工業(yè)大數(shù)據(jù)資源的浪費。

我單位目前正在生產(chǎn)的生產(chǎn)線均為鍛造油壓機和操作機配合生產(chǎn)的自由鍛生產(chǎn)線，產(chǎn)品經(jīng)過加熱鍛造后成形。目前80MN 油壓機已經(jīng)采集了一些設備參數(shù)，比如壓力、壓下量、旋轉角度、進砧量等；這些參數(shù)經(jīng)PLC 傳輸至組態(tài)軟件至數(shù)據(jù)庫保存。海量的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫冷藏，會造成工業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的浪費，如何應用這些參數(shù)，發(fā)揮大數(shù)據(jù)的作用，是我們急需解決的難題。

鍛造過程參數(shù)對產(chǎn)品質量起著至關重要的影響，這些參數(shù)往往會出現(xiàn)采集不上來，或者數(shù)據(jù)采集上來無法應用等問題。針對此問題，對鍛造過程參數(shù)及其采集方式進行梳理，增加相應的軟硬件設施，保證實時采集；通過對采集數(shù)據(jù)的摸索，將參數(shù)與鍛造過程一一對應，實現(xiàn)鍛件鍛造過程數(shù)字化，分析其對產(chǎn)品質量的影響和評價。同時通過對這些參數(shù)的摸索，建立標準的鍛造過程數(shù)據(jù)表，轉化為可執(zhí)行的鍛造工藝由油壓機執(zhí)行，使鍛造參數(shù)真正得到應用。

鍛造過程采集參數(shù)的梳理完善

鍛造過程的質量參數(shù)包括溫度、壓力、壓下量、進砧量、旋轉角度等，對產(chǎn)品外觀及內部質量的影響見表1。其中壓力、壓下量、進砧量、回程量為油壓機、操作機自身所帶的參數(shù)，已通過PLC—WinCC—數(shù)據(jù)庫實時采集。溫度作為鍛造過程中的重要變量，未實現(xiàn)實時采集。為此，分廠增加紅外測溫儀，溫度數(shù)據(jù)通過添加WinCC 變量至組態(tài)軟件實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫保存。

鍛造過程參數(shù)與產(chǎn)品的一一對應

鍛造參數(shù)與產(chǎn)品的對應

要應用這些鍛造參數(shù)，必須實現(xiàn)其與產(chǎn)品的一一對應。分廠的ERP 系統(tǒng)中存在完整的產(chǎn)品計劃信息，包括產(chǎn)品的加熱爐次、火次、產(chǎn)品編號、生產(chǎn)號、工序等。將產(chǎn)品的計劃信息傳輸至油壓機的上位機，可以實現(xiàn)鍛造參數(shù)與產(chǎn)品的一一對應的關系。為此我們首先增加中間服務器，建立油壓機上位機與企業(yè)ERP 數(shù)據(jù)庫的連接。上位機需要從ERP 中獲得數(shù)據(jù)到WinCC 的界面上，通過在WinCC 內編寫VB 腳本訪問鍛造計劃表，選擇設備為80MN 油壓機的產(chǎn)品計劃，將產(chǎn)品編號、生產(chǎn)序號、工序等顯示在油壓機的上位機上，如圖1 所示。操作者可以根據(jù)生產(chǎn)計劃選擇即將鍛造的產(chǎn)品至上位機，實現(xiàn)采集參數(shù)與產(chǎn)品火次工序的對應。也就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)在不同的時間段與不同的產(chǎn)品、不同的工序實時對應。

過程參數(shù)與實際生產(chǎn)過程的一一對應

以往鍛造過程是不可測量、不可評價的過程，整個工序過程錘數(shù)多，速度快，沒有辦法記錄。溫度、壓力這些參數(shù)都是實時的變量，怎么與每一錘壓下時的狀態(tài)進行匹配，是一個難點。為此經(jīng)過一定時間的摸索和分析，我們將油壓機與鍛件接觸時的壓力作為一個判斷條件，接觸時編碼器的位置定義為鍛前尺寸，接觸后回程時的位置定義為鍛后尺寸，鍛前尺寸減去鍛后尺寸定義為壓下量。同時將接觸時的壓力值定義為一個新的開關變量，此變量每變化一次作為每一錘的開始，此變量兩次變化之間的時間段內的最大壓力為這一錘的最大壓力，此時間點的溫度值為這一錘的溫度。至此找到了鍛造過程參數(shù)與實際鍛造過程的對應關系。

鍛造過程參數(shù)的應用

鍛造過程質量的評價

從表1 中可以看出壓力、壓下量、溫度對鍛造變形質量影響較大，而傳統(tǒng)的鍛造過程為特殊過程，一般情況下無法實時評價。采集的鍛造過程參數(shù)可以直接與ERP 中產(chǎn)品對應，在ERP 中記錄每支產(chǎn)品鍛造過程的參數(shù)，如圖2 所示。經(jīng)過一段時間的積累，對數(shù)據(jù)進行分類匯總，形成不同材質、不同噸位、不同工序的數(shù)據(jù)庫。為了便于計算，我們對這些數(shù)據(jù)進行綜合的統(tǒng)計分析，制定了不同材質不同工序的鍛造參數(shù)的標準庫。在ERP中編制了針對溫度和壓下量實時評價的程序，對每支產(chǎn)品的工序質量進行實時評價。這些評價便于管理人員及時發(fā)現(xiàn)過程控制的問題，避免產(chǎn)品質量的事后處置。

表1 鍛造過程參數(shù)與產(chǎn)品質量的關系

標準鍛造參數(shù)轉化為程序鍛造工藝執(zhí)行

傳統(tǒng)自由鍛操作過程的隨意性較強，沒有具體的標準化的操作，操作者的習慣不同，生產(chǎn)效率不同，產(chǎn)品質量也不同。因此，從提高生產(chǎn)效率和控制產(chǎn)品質量的角度來看，有必要實現(xiàn)鍛造過程控制的一致性。為此我們認為程序化的鍛造模式勢在必行。以往在推行程序鍛造的過程中，存在著因控制參數(shù)設計的不精確導致油壓機、操作機無法協(xié)同作業(yè)的問題。在針對產(chǎn)品工序的鍛造參數(shù)大數(shù)據(jù)形成后，我們將油壓機的每一步操作參數(shù)進行記錄，結合后續(xù)的產(chǎn)品質量反饋情況，將探傷、尺寸、晶粒度等指標合格的產(chǎn)品，結合生產(chǎn)作業(yè)時間進行匯總，形成標準的程序鍛造工藝。

由于油壓機與ERP 系統(tǒng)互聯(lián)，我們在ERP 中建立程序直接將鍛造參數(shù)轉化為程序鍛造工藝(圖3)下發(fā)至上位機上執(zhí)行，減少工藝人員編制程序鍛造工藝的時間，提高油壓機與操作機配合的精度，提高生產(chǎn)效率。

鍛造尺寸的實時評價

程序鍛造工藝下發(fā)后，油壓機自動執(zhí)行工藝，同時實時控制的尺寸數(shù)據(jù)也將實時采集，并進行實時的對比評價，如圖4所示。根據(jù)產(chǎn)品編號調取工藝的直徑尺寸，標定直徑公差，實時顯示直徑尺寸的數(shù)值，進行等級品的評定，實現(xiàn)鍛造過程尺寸控制精度的實時評價。

結束語

鍛造過程參數(shù)大數(shù)據(jù)的應用功能的開發(fā)，改變了傳統(tǒng)自由鍛過程不可測量、不可評價的現(xiàn)狀，實現(xiàn)鍛造過程參數(shù)實時采集和數(shù)字化評價，做到了每一錘參數(shù)可測量、可評價。通過對大量數(shù)據(jù)的分析篩選，建立標準鍛造參數(shù)數(shù)據(jù)庫，將實際過程控制參數(shù)轉換為鍛造工藝參數(shù)下發(fā)到工控機執(zhí)行，提高了過程控制的一致性，改善了產(chǎn)品的外觀質量和內部質量，提高了生產(chǎn)效率。后續(xù)將針對鍛造過程變形參數(shù)開發(fā)實時數(shù)值模擬程序，利用變形參數(shù)還原材料鍛造過程中應力應變的狀態(tài)，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的實時評價。這些是將自由鍛由自動化轉向智能化的必經(jīng)之路，為后續(xù)智能化鍛造工廠的建設奠定了良好的基礎。