锻造生产线生产过程的数字化概述.pdf

第43卷第1期Vol． 43 No． 1FORGlNG 二是为后期专家系统提供数据支持。关键词:锻造生产线;数字化;专家系统;总控室;工艺参数DOI: 10． 13330/ j． issn． 1000-3940． 2018． 01． 006中图分类号: TP315 文献标识码: A 文章编号: 1000-3940 (2018) 01-0030-03Digitization overview of production process for forging production lineLi Zhuo, Ding Xiaoyue(Forging digitization; expert system; master control rooms; process parameters收稿日期: 2017 -07 -11;修订日期: 2017 -09 -26作者简介:李 卓(1980 - ),女,硕士,工程师E-mail: zxclz1980@163． com1 数字化的内涵广义上来说,数字化是指以数字形式表示(或表现)非离散化的数据[1]。具体来说,数字化是指将许多复杂多变的信息(如图像、线条、声音等)转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立适当的数学模型,将其转变为一系列的二进制代码,引入计算机内部,进行统一处理。数字化过程是指在计算机内部利用“0”和“1”的编码技术,来实现对一切信息的编码、解码的过程。对锻造行业来说,锻造生产线的数字化是指使用“0”和“1”两位数字编码,将生产线上一切相关的设备信息,如压力、电流、故障等,及产品信息转换成数字信号,进行传输,再通过接收器使其能够在终端计算机上直观地显现出来,以便操作者能够直观地、实时地获取设备状态、生产过程进度以及质量参数等信息,实现生产的透明性和产品的可追溯性,为建造锻造生产线智能化提供数据支持。2 锻造生产线的构成锻造生产线一般是由下料设备、加热设备、锻造设备(锻造用主压力机、切边用压力机或校正用压力机)、热处理设备等组成,如图1所示。下料万方数据设备是指将零件或者毛坯从原材料上分离下来的设备,如棒料剪断机等。加热设备是指将物料或工件加热到适合锻造的温度的设备,如中频加热炉、电加热炉等。锻造用主压力机是指锻造生产线上用来完成产品成形的主要工序所使用的锻造压力机,通常可采用摩擦压力机、离合式螺旋压力机、热模锻压力机等[2]。切边用压力机或校正用压力机是指锻造生产线上完成产品主要工序后需对产品进行切除飞边、校正产品等整形工序所使用的压力机,如闭式单点压力机、冲床等。热处理设备是指对锻造生产线最终的产品进行热处理,使产品具有预期组织和性能的设备,如固溶炉等。图1 锻造生产线构成Fig． 1 Constitution of forging production line3 锻造生产线生产过程的数字化构成锻造生产线的数字化是数字化技术在锻造生产车间中的一种应用模式,以生产过程的数字化为目标,来实现生产的透明性和产品的可追溯性[3]。锻造生产线的数字化通常包括工艺装备的数字化、工艺参数的数字化、产品的数字化及生产运维的数字化。本文着重介绍了锻造生产线生产过程的数字化部分,也就是锻造生产线工艺参数的数字化部分。在锻造过程中,工艺参数的数字化是指将锻造生产线上影响产品成形的各种参数,如电压、电流、温度、打击力等进行数字化分析的过程,最终在生产线的总控室以直观的形式显示出来,如图2所示。对于锻造生产线的数字化的其他构成部分先不予介绍。4 锻造生产线生产过程的数字化简要实施方案首先,需建立生产线的总控主站,它一般包括图2 锻造生产线生产过程的数字化构成Fig．2 Digital constitution of production process for forging production line主站PLC、人机界面、终端计算机等。其中,终端PLC通过现场总线DP或PN与生产线各个设备的个体从站PLC实现实时通讯、控制和进行少量数据的储存,并在人机界面上以图表、输入输出等形式做出相对简单的实时状态显示和参数设定。通过终端计算机与主站PLC的通讯,可以实现大数据量的存储,同时,也可以通过计算机显示器代替简单的人机界面来实现复杂的图像处理和显示。其次,可通过加装带有输出功能的电表来实现设备电压、电流以及耗电量的监控和数据采集。通过加装读码器之类的设备,实现上料、出料的身份识别,使每个产品都具有“身份证”。通过加装温度传感器、压力传感器、打击力传感器等过程传感器,实现生产过程中设备和产品细节状态的可视化。最后,由主站PLC收集并储存各个总站上传的数据,通过程序处理可将生产时的设备状态、产品状态与每个产品的“身份证”一一对应,再通过终端计算机进行数据的存储和调用,来实现产品的可追溯性。以上是锻造生产线生产过程的数字化的简要实施方案[4]。随着整个生产工艺的完善和进步,可以不断扩充所需采集的参数和信息,最终形成13第1期李 卓等:锻造生产线生产过程的数字化概述 万方数据一整套生产线的状态监控系统,并可以通过长期的监控掌握生产线在较长时间段内的整体状态,实现故障隐患的排除,以此来提高生产效率,提升经济效益。5 与锻造生产线专家系统的关系专家系统是指一种在特定行业领域内具有大量的相关专业知识与经验的程序系统,它应用人工智能技术和计算机技术,根据相关领域的一个或多个专家提供的专业知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以解决那些需要人类专家处理的复杂问题。对于锻造行业来说,锻造生产线的专家系统一般是指用来根据生产线中出现的各种状况和故障,对生产线进行细致地观察分析,推导出产生这些状况和故障的原因,并进一步提出解决方法的一类系统[5]。图3是锻造生产线上离合器式螺旋压力机的专家系统的界面图。该专家系统是压力机上主要的开关量信号和模拟信号的数字化采集、数据关联分析的一套系统,集合了压力机的进油阀和排油阀动作时间曲线、行程曲线、油压曲线和打击力曲线。图3中任意曲线的显示都是压力机特定性能数字化的最终体现,如果将任意曲线单独来看的话,那么曲线代表的仅仅是压力机特定的性能状态,而如果将所有曲线通过数字化采集显示在一起,那么就能够将压力机的各个状态联系在一起,构成专家系统。通过专家系统,使得压力机的所有状态信息能够关联起来进行分析,以使操作者能够分析出压力机出现的状况和故障的原因,并给出解决这些状况和故障的方法。利用此系统配合上层的MES等管理系统,最终可以在设备及生产线仅出现故障征兆时就判断故障原因及处理办法,实现真正的故障预防功能。因此,锻造生产线的专家系统是锻造生产线数字化应用的发展方向。锻造生产线的数字化结果,如果没有相应的专家系统进行分析和关联,其意义会大打折扣。锻造生产线的数字化为后续的专家系统提供数据支持,由专家系统进行关联分析,可用于分析产品质量、故障原因等。6 结语锻造生产线生产过程的数字化的有效实施具有图3 某锻造生产线的专家系统界面Fig． 3 Expert system interface of a forging production line以下重要作用:一是使操作者能够直观地、实时地获取设备状态、生产过程进度以及质量参数等信息,实现生产的透明性和产品的可追溯性,为建造锻造生产线智能化提供数据支持;二是为后期的专家系统提供数据支持,通过专家系统进行数据关联分析,可用于分析产品质量、故障原因等。对锻压行业来说,锻造生产线的数字化的实施,可以有效地缩短产品的生产周期、降低生产成本、提高企业的生产效率、增强企业的综合竞争力,并为即将到来的智能化锻造打下优良的基础。参考文献:[1] 张浩,樊留群,马玉敏.数字化工厂技术与应用[M].北京:机械工业出版社, 2006.Zhang H, Fan L Q, Ma Y M. Technology and Application of Dig-ital Factory [M]. Beijing: China Machine Press, 2006.[2] 李培武,杨文成.塑性成形设备[M].北京:机械工业出版社, 1995.Li P W, Yang W C. Plastic Forming Equipment [M]. Beijing:China Machine Press, 1995.[3] 张建超,王峰年,杨少霞,等.关于制造业数字化车间的建设思路[J].制造业自动化, 2012, 34 (16): 4 -7.Zhang J C, Wang F N, Yang S X, et al. The way about digitalworkshop in industry [J]. Manufacturing Automation, 2012, 34(16): 4 -7.[4] 孙勇,赵君鑫,代合平,等.基于ISA95标准的数字化锻造工厂模型[J].锻压技术, 2016, 41 (5): 8 -13.Sun Y, Zhao J X, Dai H P, et al. Model of digital forging factorybased on standard ISA 95 [J]. Forging & Stamping Technology,2016, 41 (5): 8 -13.[5] 宫欣伟,余国林,孙勇,等.基于数据驱动的全流程模锻生产过程专家系统[J].锻压技术, 2017, 42 (4): 27 -32.Gong X W, Yu G L, Sun Y, et al. Expert system of full-processforging process based on data driven [J]. Forging & StampingTechnology, 2017, 42 (4): 27 -32.23锻 压 技 术 第43卷万方数据