關(guān)于鍛造企業(yè)自動化與信息化建設(shè)的思考

文／蘭芳，沈軍艦，曹超，汪祥，李小濤·武漢新威奇科技有限公司

國內(nèi)鍛造線發(fā)展歷程

鍛造是一種古老的工藝，中國的鍛造歷史可追溯到2000 多年前，考古研究表明商代中期就存在熱鍛工藝，直至近代，鍛造主要是以人工作坊的生產(chǎn)方式延續(xù)下來。洋務(wù)運(yùn)動時期，通過引進(jìn)西方國家的蒸汽錘，鍛造發(fā)展為工業(yè)生產(chǎn)。20世紀(jì)50 年代，新中國從蘇聯(lián)、東德、捷克等國家進(jìn)口水壓機(jī)、熱模鍛壓力機(jī)及模鍛錘等鍛造設(shè)備，鍛造工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。到20 世紀(jì)60 年代，中國已經(jīng)可以自主生產(chǎn)國產(chǎn)鍛壓設(shè)備，鍛造行業(yè)得以快速發(fā)展。

截至21 世紀(jì)初，國內(nèi)的鍛造線主要是以人工生產(chǎn)方式進(jìn)行，鍛造環(huán)境比較惡劣，大多廠家還是采用自由鍛或模鍛，精密模鍛較少。隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展，每年對鍛件的需求急劇增加，鍛造行業(yè)開始真正進(jìn)入快速發(fā)展階段，鍛造設(shè)備、工藝、現(xiàn)場管理等都有了較大的進(jìn)步，在這個快速擴(kuò)張階段，鍛造工藝及生產(chǎn)線發(fā)展迅速，但是距離國際先進(jìn)水平還有巨大差距，鍛造行業(yè)大而不強(qiáng)。隨著近幾年汽車工業(yè)增速放緩，鍛件需求下降，鍛造行業(yè)競爭愈發(fā)激烈，轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。

鍛造線升級的必要性與方向

鍛造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級目標(biāo)在于“提質(zhì)、降本、增效”，著重提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率，以此提高企業(yè)競爭力。要達(dá)到這些轉(zhuǎn)型升級目標(biāo)，每個企業(yè)都有自己的規(guī)劃，武漢新威奇科技深耕鍛造行業(yè)30 余年，針對鍛造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級給出的建議是鍛造生產(chǎn)線升級為自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)管理升級為數(shù)據(jù)化管理。

⑴自動化生產(chǎn)線升級的內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn)，具體建議見表1。

表1 自動化升級建議

⑵鍛造企業(yè)的生產(chǎn)管理升級包含以下內(nèi)容，詳見表2。

表2 數(shù)字化升級建議

以上對鍛造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級方向提出的建議是新威奇科技多年鍛造自動線“交鑰匙”工程項(xiàng)目中獲得的知識總結(jié)，并在與眾多鍛造企業(yè)交流過程中獲取的經(jīng)驗(yàn)，接下來，我將對生產(chǎn)線自動化、信息化建設(shè)及案例進(jìn)行介紹。

自動化鍛造生產(chǎn)線建設(shè)及案例分享

自動化鍛造生產(chǎn)線建設(shè)最重要的指標(biāo)是生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，這直接關(guān)系到生產(chǎn)線升級的成敗，而鍛造自動線的穩(wěn)定性取決于各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中穩(wěn)定性最差的一環(huán)，因此，在做生產(chǎn)線自動化升級時必須考慮全面。下面主要從鍛造裝備及鍛造工藝穩(wěn)定兩個方面介紹。

生產(chǎn)線裝備穩(wěn)定性

影響生產(chǎn)線裝備穩(wěn)定性主要有三個要素：鍛造裝備、模具工裝、輔助設(shè)備。

⑴鍛造裝備的穩(wěn)定性。

根據(jù)鍛造工藝過程，不同工步設(shè)備的穩(wěn)定性需求見表3。

表3 設(shè)備穩(wěn)定性要點(diǎn)

⑵模具工裝的穩(wěn)定性。

模具、模座的穩(wěn)定直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，人工生產(chǎn)時工人會在每次終鍛后目視檢測產(chǎn)品是否有缺陷。在自動化生產(chǎn)時則必須通過模具及模座的設(shè)計(jì)、加工保證在設(shè)計(jì)的使用壽命內(nèi)模具、模座能穩(wěn)定工作。對模具、模座穩(wěn)定性需求見表4。⑶輔助設(shè)備穩(wěn)定性。

表4 模具工裝穩(wěn)定性要點(diǎn)

鍛造生產(chǎn)線涉及的設(shè)備除了主機(jī)外，還需配備一些輔助設(shè)備來保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，而且多是非標(biāo)設(shè)備，其穩(wěn)定性同樣重要，穩(wěn)定性需求見表5。

表5 輔助設(shè)備穩(wěn)定性要點(diǎn)

鍛造工藝穩(wěn)定性要點(diǎn)

鍛造工藝穩(wěn)定性至關(guān)重要，要點(diǎn)見表6。

表6 鍛造工藝穩(wěn)定性要點(diǎn)

環(huán)類鍛件自動化生產(chǎn)線建設(shè)實(shí)例

傳統(tǒng)的環(huán)類鍛件鍛造工藝是采用自由鍛制坯，然后輾環(huán)機(jī)輾環(huán)，最后由摩擦壓力機(jī)鍛造成形。這種工藝存在諸多問題，如鐓粗后毛坯形狀不規(guī)則，沖孔位置也不準(zhǔn)確，輾環(huán)后環(huán)形毛坯尺寸不固定，摩擦壓力機(jī)鍛打后產(chǎn)品高度尺寸離散度大等。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和一致性，必須采用新的制坯工藝，同時采用新的設(shè)備，為此武漢新威奇科技開發(fā)了適用于自動化生產(chǎn)的鍛造工藝。將新、舊兩種工藝做對比，詳見表7。

表7 環(huán)類件生產(chǎn)工藝改進(jìn)對比

新威奇科技為江蘇某專業(yè)生產(chǎn)齒輪的上市公司采用伺服液壓機(jī)三工位制坯、自動輾環(huán)機(jī)制坯、電動螺旋壓力機(jī)精鍛工藝建設(shè)全自動鍛造生產(chǎn)線(圖1、圖2)，在生產(chǎn)電動汽車主動減速齒鍛件(圖3)時，單件產(chǎn)品減重15%，產(chǎn)品精鍛后無需粗車，大大提高了產(chǎn)品精度，降低了生產(chǎn)成本。

圖1 伺服液壓機(jī)制坯

圖2 自動化鍛造生產(chǎn)線

圖3 減速齒鍛件

鍛造企業(yè)數(shù)字化建設(shè)

鍛造企業(yè)屬于傳統(tǒng)制造行業(yè)，行業(yè)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)起點(diǎn)較低，企業(yè)前期都是通過手工作業(yè)一步一步發(fā)展起來，在企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理等方面都是依靠人工經(jīng)驗(yàn)；目前國內(nèi)外都已推出信息化生產(chǎn)管理模式，但是我們認(rèn)為目前業(yè)內(nèi)很多廠家距離數(shù)字化生產(chǎn)、管理都有一定差距，更遑論信息化的生產(chǎn)和管理建設(shè)。因此，目前鍛造企業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)化建設(shè)更加迫在眉睫，只有完成數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型，積累生產(chǎn)數(shù)據(jù)，才能為信息化建設(shè)打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

采用CAE 軟件指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)

目前行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品鍛造工藝開發(fā)主要由工藝工程師承擔(dān)，一個好的工藝工程師需要5 ～10 年的現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)才能成長起來，這種培養(yǎng)模式注定了行業(yè)亟缺工藝工程師。采用CAE 模擬仿真軟件可以降低對工藝人員經(jīng)驗(yàn)的要求，同時也可以提高工藝人員的經(jīng)驗(yàn)積累速度。

國外鍛造企業(yè)采用CAE 模擬仿真軟件歷史有50多年，國內(nèi)近些年采用CAE軟件的企業(yè)也在逐步增多，但是，根據(jù)與客戶的交流發(fā)現(xiàn)，把CAE 軟件用好的企業(yè)非常少，主要原因是缺少對有限元計(jì)算的理論知識理解和建模過程中邊界條件的理解，而且缺乏后處理分析能力。這些情況就導(dǎo)致很少企業(yè)能夠把模擬軟件用好，CAE 軟件也沒有起到應(yīng)有的作用。

表菜品之一，色澤金黃，外焦內(nèi)嫩，酸甜可口，香鮮味美。

鍛造工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)化建設(shè)

鍛造過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素非常多，例如加熱溫度、保溫時間、制坯形狀、模具溫度、噴墨量、工件擺放等等，這些影響因素和工藝參數(shù)通常都是依靠工人經(jīng)驗(yàn)來判斷，不同的工人對于這些生產(chǎn)因素的判斷是不一樣的，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量一致性不好，要解決這個問題就需要將生產(chǎn)工藝參數(shù)由經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)。

將鍛造工藝參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)，很多企業(yè)都已經(jīng)在做，并形成了完整的工藝文件，但是，這里需要說的不僅僅是制定工藝文件。我們在走訪很多客戶的過程中發(fā)現(xiàn)，很多企業(yè)確實(shí)是具備完善的工藝文件，但是很少能看到執(zhí)行這些工藝文件的工具。例如，對于模具溫度的控制，極少見到有采用測溫儀對模具溫度進(jìn)行檢測及監(jiān)控的工具；很多企業(yè)仍然采用人工噴墨，噴墨時間和軌跡都不可控；也很少有企業(yè)對設(shè)備打擊力和能量進(jìn)行監(jiān)控，等等。

嚴(yán)格執(zhí)行工藝文件并配備相應(yīng)的工具，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)將鍛造經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)化，并不斷根據(jù)執(zhí)行結(jié)果對工藝文件進(jìn)行修正，積累有效的工藝數(shù)據(jù)，為后續(xù)建立工藝數(shù)據(jù)庫打好基礎(chǔ)。

工藝數(shù)據(jù)庫的建立將解決鍛造企業(yè)知識傳承，員工培養(yǎng)等一系列問題，從而真正解決鍛造企業(yè)缺少工藝人才的難題。

鍛造企業(yè)的信息化建設(shè)

在鍛造企業(yè)解決了設(shè)備和生產(chǎn)線自動化、數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型等問題后，企業(yè)才能進(jìn)行下一步的信息化建設(shè)。鍛造企業(yè)為什么要進(jìn)行信息化建設(shè)，信息化建設(shè)的意義和目的又是什么呢？這是目前很多企業(yè)高層經(jīng)常問到的問題。簡單來說，信息化的目的就是為決策提供依據(jù)，為提高效率提供支持，為降低成本提供方向。

為決策提供依據(jù)

目前，很多企業(yè)管理過程中都會有各種匯報機(jī)制，不管是表單還是會議，匯報的本質(zhì)是信息的傳遞和共享，通過信息化建設(shè)，將各種基層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、采購數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，這些更加真實(shí)，未經(jīng)人工加工的數(shù)據(jù)將為決策者提供更多的有效信息，避免因?yàn)樾畔⒉粚ΨQ帶來的決策失誤。

為提高效率提供支持

企業(yè)信息化建設(shè)的過程就是對企業(yè)管理的一次重新梳理，將企業(yè)管理規(guī)范化、簡便化，信息透明化。當(dāng)企業(yè)建立完備的信息化體系后，企業(yè)內(nèi)部管理更加規(guī)范，崗位職責(zé)更加明晰，每個人都能得到清晰定位，提高工作效率。

為降低成本提供方向

通過企業(yè)的信息化建設(shè)，將各種生產(chǎn)成本、管理成本、財務(wù)成本進(jìn)行收集和整理，這些成本信息會更加詳細(xì)和具體，例如，在鍛造生產(chǎn)過程中，采用不同的鍛造溫度，加熱能耗、設(shè)備能耗、材料損耗等都會有差異，傳統(tǒng)的管理方式無法將這些細(xì)微的差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，但當(dāng)設(shè)備、生產(chǎn)線、管理實(shí)現(xiàn)信息化后，這些細(xì)微差異就可以體現(xiàn)出來，這些信息可以為降低生產(chǎn)成本提供方向。

信息化建設(shè)可以針對企業(yè)的實(shí)際情況提供準(zhǔn)確、完備的數(shù)據(jù)支持，為企業(yè)的經(jīng)營管理和未來的發(fā)展提供更大的空間。

鍛造生產(chǎn)線信息化案例

武漢新威奇科技近年來在鍛造生產(chǎn)線的信息化建設(shè)方面不斷進(jìn)行探索和研究，為客戶建立了數(shù)條信息化生產(chǎn)線。接下來，以風(fēng)電軸承鋼球?yàn)槔归_介紹。

鋼球鍛造生產(chǎn)線的信息化平臺(圖4)可以收集三條鍛造生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，然后對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(圖5)，可以對生產(chǎn)線優(yōu)化提供依據(jù)。針對以下2條信息為例：

圖4 生產(chǎn)線信息化平臺

圖5 生產(chǎn)線數(shù)據(jù)分析后臺

⑴三條生產(chǎn)線的班、日、月、季度及年產(chǎn)量，以及各不同型號鋼球的產(chǎn)量信息；

⑵鋸床下料后，對每件棒料進(jìn)行稱重，按照重量劃分不同等級。

根據(jù)信息⑴，管理者可以分析每種型號鋼球的客戶訂單需求規(guī)律，按照分析結(jié)果進(jìn)行原材料備貨及生產(chǎn)準(zhǔn)備；也可以根據(jù)客戶總體訂單的需求規(guī)律，合理安排生產(chǎn)周期，做好設(shè)備停機(jī)維護(hù)安排；

根據(jù)信息⑵，生產(chǎn)人員根據(jù)模具的磨損程度，在不同的模具使用周期內(nèi)安排不同重量的棒料進(jìn)行生產(chǎn)，這樣就可以保證不會因?yàn)椴煌亓康拿骰煊脤?dǎo)致鍛件質(zhì)量問題，同時也可以保證在不同重量批號內(nèi)，產(chǎn)品重量的一致性。

以上案例只是對生產(chǎn)線信息化運(yùn)用的簡單嘗試，企業(yè)的信息化建設(shè)將對企業(yè)產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響和意義。

結(jié)束語

國內(nèi)鍛造工藝及生產(chǎn)線發(fā)展迅速，但是距離國際先進(jìn)水平還有巨大的差距，鍛造行業(yè)大而不強(qiáng)，鍛造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。我們也要注意，鍛造自動化、數(shù)據(jù)化、信息化轉(zhuǎn)型升級是一個系統(tǒng)工程，要從全局思考、布局，希望鍛造行業(yè)同仁要加強(qiáng)交流，共同實(shí)現(xiàn)中國鍛造強(qiáng)國目標(biāo)。