文/段永恩，李建輝，游娜·中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司

鍛造是一種基礎(chǔ)成形工藝，包括自由鍛和模鍛等。鍛造過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，過(guò)程中會(huì)造成壓下量、壓力、旋轉(zhuǎn)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(shí)序性不強(qiáng)，無(wú)法真正與鍛造過(guò)程一一對(duì)應(yīng)，一直以來(lái)沒(méi)有得到正確的收集和應(yīng)用，造成工業(yè)大數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)。

我單位目前正在生產(chǎn)的生產(chǎn)線均為鍛造油壓機(jī)和操作機(jī)配合生產(chǎn)的自由鍛生產(chǎn)線，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)加熱鍛造后成形。目前80MN 油壓機(jī)已經(jīng)采集了一些設(shè)備參數(shù)，比如壓力、壓下量、旋轉(zhuǎn)角度、進(jìn)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(kù)保存。海量的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)冷藏，會(huì)造成工業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的浪費(fèi)，如何應(yīng)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(guò)程參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響，這些參數(shù)往往會(huì)出現(xiàn)采集不上來(lái)，或者數(shù)據(jù)采集上來(lái)無(wú)法應(yīng)用等問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)鍛造過(guò)程參數(shù)及其采集方式進(jìn)行梳理，增加相應(yīng)的軟硬件設(shè)施，保證實(shí)時(shí)采集；通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的摸索，將參數(shù)與鍛造過(guò)程一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鍛件鍛造過(guò)程數(shù)字化，分析其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響和評(píng)價(jià)。同時(shí)通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的摸索，建立標(biāo)準(zhǔn)的鍛造過(guò)程數(shù)據(jù)表，轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的鍛造工藝由油壓機(jī)執(zhí)行，使鍛造參數(shù)真正得到應(yīng)用。

鍛造過(guò)程采集參數(shù)的梳理完善

鍛造過(guò)程的質(zhì)量參數(shù)包括溫度、壓力、壓下量、進(jìn)砧量、旋轉(zhuǎn)角度等，對(duì)產(chǎn)品外觀及內(nèi)部質(zhì)量的影響見(jiàn)表1。其中壓力、壓下量、進(jìn)砧量、回程量為油壓機(jī)、操作機(jī)自身所帶的參數(shù)，已通過(guò)PLC—WinCC—數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)采集。溫度作為鍛造過(guò)程中的重要變量，未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集。為此，分廠增加紅外測(cè)溫儀，溫度數(shù)據(jù)通過(guò)添加WinCC 變量至組態(tài)軟件實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)保存。

鍛造過(guò)程參數(shù)與產(chǎn)品的一一對(duì)應(yīng)

鍛造參數(shù)與產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)

要應(yīng)用這些鍛造參數(shù)，必須實(shí)現(xiàn)其與產(chǎn)品的一一對(duì)應(yīng)。分廠的ERP 系統(tǒng)中存在完整的產(chǎn)品計(jì)劃信息，包括產(chǎn)品的加熱爐次、火次、產(chǎn)品編號(hào)、生產(chǎn)號(hào)、工序等。將產(chǎn)品的計(jì)劃信息傳輸至油壓機(jī)的上位機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)鍛造參數(shù)與產(chǎn)品的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。為此我們首先增加中間服務(wù)器，建立油壓機(jī)上位機(jī)與企業(yè)ERP 數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。上位機(jī)需要從ERP 中獲得數(shù)據(jù)到WinCC 的界面上，通過(guò)在WinCC 內(nèi)編寫(xiě)VB 腳本訪問(wèn)鍛造計(jì)劃表，選擇設(shè)備為80MN 油壓機(jī)的產(chǎn)品計(jì)劃，將產(chǎn)品編號(hào)、生產(chǎn)序號(hào)、工序等顯示在油壓機(jī)的上位機(jī)上，如圖1 所示。操作者可以根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃選擇即將鍛造的產(chǎn)品至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)采集參數(shù)與產(chǎn)品火次工序的對(duì)應(yīng)。也就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)在不同的時(shí)間段與不同的產(chǎn)品、不同的工序?qū)崟r(shí)對(duì)應(yīng)。

過(guò)程參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的一一對(duì)應(yīng)

以往鍛造過(guò)程是不可測(cè)量、不可評(píng)價(jià)的過(guò)程，整個(gè)工序過(guò)程錘數(shù)多，速度快，沒(méi)有辦法記錄。溫度、壓力這些參數(shù)都是實(shí)時(shí)的變量，怎么與每一錘壓下時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行匹配，是一個(gè)難點(diǎn)。為此經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的摸索和分析，我們將油壓機(jī)與鍛件接觸時(shí)的壓力作為一個(gè)判斷條件，接觸時(shí)編碼器的位置定義為鍛前尺寸，接觸后回程時(shí)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(shí)將接觸時(shí)的壓力值定義為一個(gè)新的開(kāi)關(guān)變量，此變量每變化一次作為每一錘的開(kāi)始，此變量?jī)纱巫兓g的時(shí)間段內(nèi)的最大壓力為這一錘的最大壓力，此時(shí)間點(diǎn)的溫度值為這一錘的溫度。至此找到了鍛造過(guò)程參數(shù)與實(shí)際鍛造過(guò)程的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

鍛造過(guò)程參數(shù)的應(yīng)用

鍛造過(guò)程質(zhì)量的評(píng)價(jià)

從表1 中可以看出壓力、壓下量、溫度對(duì)鍛造變形質(zhì)量影響較大，而傳統(tǒng)的鍛造過(guò)程為特殊過(guò)程，一般情況下無(wú)法實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。采集的鍛造過(guò)程參數(shù)可以直接與ERP 中產(chǎn)品對(duì)應(yīng)，在ERP 中記錄每支產(chǎn)品鍛造過(guò)程的參數(shù)，如圖2 所示。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)匯總，形成不同材質(zhì)、不同噸位、不同工序的數(shù)據(jù)庫(kù)。為了便于計(jì)算，我們對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的統(tǒng)計(jì)分析，制定了不同材質(zhì)不同工序的鍛造參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。在ERP中編制了針對(duì)溫度和壓下量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)的程序，對(duì)每支產(chǎn)品的工序質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。這些評(píng)價(jià)便于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程控制的問(wèn)題，避免產(chǎn)品質(zhì)量的事后處置。

表1 鍛造過(guò)程參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系

標(biāo)準(zhǔn)鍛造參數(shù)轉(zhuǎn)化為程序鍛造工藝執(zhí)行

傳統(tǒng)自由鍛操作過(guò)程的隨意性較強(qiáng)，沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)化的操作，操作者的習(xí)慣不同，生產(chǎn)效率不同，產(chǎn)品質(zhì)量也不同。因此，從提高生產(chǎn)效率和控制產(chǎn)品質(zhì)量的角度來(lái)看，有必要實(shí)現(xiàn)鍛造過(guò)程控制的一致性。為此我們認(rèn)為程序化的鍛造模式勢(shì)在必行。以往在推行程序鍛造的過(guò)程中，存在著因控制參數(shù)設(shè)計(jì)的不精確導(dǎo)致油壓機(jī)、操作機(jī)無(wú)法協(xié)同作業(yè)的問(wèn)題。在針對(duì)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(jī)的每一步操作參數(shù)進(jìn)行記錄，結(jié)合后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量反饋情況，將探傷、尺寸、晶粒度等指標(biāo)合格的產(chǎn)品，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間進(jìn)行匯總，形成標(biāo)準(zhǔn)的程序鍛造工藝。

由于油壓機(jī)與ERP 系統(tǒng)互聯(lián)，我們?cè)贓RP 中建立程序直接將鍛造參數(shù)轉(zhuǎn)化為程序鍛造工藝(圖3)下發(fā)至上位機(jī)上執(zhí)行，減少工藝人員編制程序鍛造工藝的時(shí)間，提高油壓機(jī)與操作機(jī)配合的精度，提高生產(chǎn)效率。

鍛造尺寸的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)

程序鍛造工藝下發(fā)后，油壓機(jī)自動(dòng)執(zhí)行工藝，同時(shí)實(shí)時(shí)控制的尺寸數(shù)據(jù)也將實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的對(duì)比評(píng)價(jià)，如圖4所示。根據(jù)產(chǎn)品編號(hào)調(diào)取工藝的直徑尺寸，標(biāo)定直徑公差，實(shí)時(shí)顯示直徑尺寸的數(shù)值，進(jìn)行等級(jí)品的評(píng)定，實(shí)現(xiàn)鍛造過(guò)程尺寸控制精度的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。

結(jié)束語(yǔ)

鍛造過(guò)程參數(shù)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)，改變了傳統(tǒng)自由鍛過(guò)程不可測(cè)量、不可評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)鍛造過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)采集和數(shù)字化評(píng)價(jià)，做到了每一錘參數(shù)可測(cè)量、可評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析篩選，建立標(biāo)準(zhǔn)鍛造參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)際過(guò)程控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為鍛造工藝參數(shù)下發(fā)到工控機(jī)執(zhí)行，提高了過(guò)程控制的一致性，改善了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。后續(xù)將針對(duì)鍛造過(guò)程變形參數(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)值模擬程序，利用變形參數(shù)還原材料鍛造過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。這些是將自由鍛由自動(dòng)化轉(zhuǎn)向智能化的必經(jīng)之路，為后續(xù)智能化鍛造工廠的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。