基于智能制造的擠壓鑄造設(shè)備功能與特征分析

孔建，田莉莉

自從20世紀(jì)末以來，機(jī)械產(chǎn)品在功能上不斷完善和多樣化，結(jié)構(gòu)上也更加復(fù)雜、精細(xì)，導(dǎo)致在產(chǎn)品中所包含的設(shè)計信息和工藝信息含量驟增，這就要求相應(yīng)的制造系統(tǒng)由傳統(tǒng)的能量驅(qū)動型向信息驅(qū)動型轉(zhuǎn)變，即制造系統(tǒng)不但要有足夠的柔性，還要有充分的智能化。對于鑄造行業(yè)來說，由于生產(chǎn)環(huán)境及工藝過程的特殊性，對于自動化和智能化生產(chǎn)的需求變得尤為迫切。本文針對擠壓鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能，探討了其智能制造的特征。

1.智能制造的特征

與一般的制造系統(tǒng)相比，智能制造的最大區(qū)別就在于智能化。典型的智能制造系統(tǒng)具備高度的自組織、自適應(yīng)、協(xié)作和自律能力等智能化能力特征。

在上述特征中，自組織能力是區(qū)分智能制造與一般制造的重要特征標(biāo)志，它和自適應(yīng)能力一起，能夠保證制造系統(tǒng)適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求和產(chǎn)品特點；自律能力是要求智能制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單元能夠按照一定的指令或規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的操作活動；自學(xué)習(xí)能力則是指系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的實踐活動，不斷完善知識庫，改良和提高系統(tǒng)的自身功能，是智能制造系統(tǒng)的又一個重要標(biāo)志和能力；自我診斷和維護(hù)是保證制造系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠；而協(xié)作能力是指系統(tǒng)中不同部件能夠協(xié)調(diào)配合或系統(tǒng)本身可以同其他制造系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)與配合。

2.擠壓鑄造設(shè)備功能分解

擠壓鑄造設(shè)備由機(jī)身、熔爐、壓射、合模、自動澆注、自動涂料、自動取件、電氣控制及操作界面等不同部分組成，另外各個部件還需要有相應(yīng)的傳感器收集位移、速度、溫度等數(shù)據(jù)信息。

3.擠壓鑄造設(shè)備的智能特征分析

擠壓鑄造設(shè)備實現(xiàn)智能制造模式，需要具備自適應(yīng)、自組織，智能檢測監(jiān)控，以及自我維護(hù)和協(xié)作等能力，既能保證設(shè)備單獨運(yùn)行，也能和其他智能設(shè)備系統(tǒng)組成更大的智能制造系統(tǒng)。從上述對智能擠壓鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程可以看出，設(shè)備的功能和參數(shù)之間建立了特定的對應(yīng)關(guān)系，這也是實現(xiàn)智能擠壓鑄造的基礎(chǔ)。

（1）自我適應(yīng)功能 當(dāng)前，鑄件的工藝越來越復(fù)雜，相應(yīng)的鑄造工藝參數(shù)也越來越多。這些工藝參數(shù)主要有澆注金屬液的溫度、加壓時間、壓射速度、比壓和保壓時長等，隨著鑄件幾何形狀、材料等情況的變化，這些工藝參數(shù)也要隨之而改變，因此擠壓鑄造設(shè)備必須具備足夠的自適應(yīng)能力，才能適應(yīng)鑄件在材料和形狀上的多樣性需求。

設(shè)備的控制系統(tǒng)是自適應(yīng)能力得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。在控制系統(tǒng)中，需要借助人機(jī)界面，在工控系統(tǒng)架構(gòu)或其他常用軟件的平臺上進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，涉及到參數(shù)的存取數(shù)據(jù)庫、加工任務(wù)的修改和設(shè)置等不同的功能。另外，為了能夠配合網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程方式進(jìn)行操作，還需要考慮網(wǎng)絡(luò)接口。

（2）自組織功能 擠壓鑄造中智能化所要求的自組織能力，首先體現(xiàn)在對鑄造過程中的自動控制操作和流程方面。擠壓鑄造的工藝過程主要有澆注、合模、加壓、保持、取件等操作過程。在自動控制、傳感器、計算機(jī)及液壓等技術(shù)的基礎(chǔ)上，把擠壓鑄造按上述操作分為不同的系統(tǒng)，并且對各部分的流程進(jìn)行詳細(xì)的劃分，把這些控制和操作通過軟件在系統(tǒng)中進(jìn)行固化，當(dāng)設(shè)備開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，借助于傳感器技術(shù)，根據(jù)設(shè)備中的參數(shù)對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)參數(shù)化控制，可以按照工作流程進(jìn)行自動化生產(chǎn)，實現(xiàn)自動澆注、自動噴涂、自動取件。

（3）智能狀態(tài)檢測和維護(hù)能力 智能擠壓鑄造設(shè)備還需要具備支持智能狀態(tài)檢測和監(jiān)控，在生產(chǎn)過程中，需要重點監(jiān)控的是各裝置的位移、擠壓壓力、合模壓力及熔爐溫度的變化，并實時進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，溫度傳感器在獲取熔爐溫度達(dá)到給定溫度后，系統(tǒng)就會觸發(fā)澆注動作，借助于型腔內(nèi)液面位置傳感器可以實行定量澆注；通過擠壓構(gòu)件的壓力傳感器獲得擠壓力的大小，繪出壓力圖，并結(jié)合設(shè)定的工藝參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。

同時，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會根據(jù)檢測到的信號，結(jié)合故障專家系統(tǒng)，進(jìn)行分析和判斷，通過參數(shù)還原、重啟等方式進(jìn)行修復(fù)。

（4）協(xié)作能力 近幾年，集成化的鑄造系統(tǒng)越來越多，智能擠壓鑄造設(shè)備也要具備和支持集成運(yùn)行和協(xié)作功能，體現(xiàn)在設(shè)備方面，包括熔爐、物料自動運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)；體現(xiàn)在軟件上，則主要是指生產(chǎn)管理方面的ERP、PDM等內(nèi)容。

當(dāng)然，智能擠壓鑄造設(shè)備和其他智能設(shè)備一樣，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時，還必須要有人的參與，如布置生產(chǎn)任務(wù)等，才能順利地組織和完成生產(chǎn)。

4.結(jié)語

智能制造是21世紀(jì)的制造業(yè)的主要發(fā)展模式和方向，擠壓鑄造作為一種具有良好發(fā)展前景的毛坯制造形式，對于智能制具有更為迫切的需求，通過合理的設(shè)計，使擠壓鑄造設(shè)備具備自適應(yīng)、自組織、智能檢測維護(hù)和協(xié)作等能力，對于提高鑄造水平，提高效率，以及降低成本都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

立式擠壓鑄造設(shè)備