淺論有色金屬加工工藝及裝備智能化工作的現(xiàn)狀及提升

黃 濤

（株洲火炬工業(yè)爐有限責(zé)任公司，湖南 株洲 412000）

1 我國有色金屬加工工藝及裝備的智能化現(xiàn)狀

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國有色金屬加工技術(shù)在進(jìn)入21世紀(jì)以來，就開始快速發(fā)展。有色金屬加工工藝及裝備從最初的人工加工到后來的車床機(jī)械化加工、再到流水線自動化加工，最后到目前國際上最為先進(jìn)的智能化加工工藝。目前國內(nèi)在鋁銅制品加工上，大多數(shù)加工廠家都具備從高度自動化工廠升級為智能化加工工廠的潛質(zhì)，但是受技術(shù)型人才缺失、企業(yè)智能化相關(guān)技術(shù)儲備薄弱、國內(nèi)有色金屬相關(guān)進(jìn)出口貿(mào)易市場環(huán)境制約等因素限制，導(dǎo)致這些鉛鋅加工廠的加工工藝及其裝備智能化程度并不高。但是中國鋁業(yè)股份有限公司等有色金屬加工龍頭企業(yè)已經(jīng)逐漸開始建設(shè)智能化加工廠房、有計劃的進(jìn)行有色金屬智能化加工工藝的研發(fā)和實踐，并取得了一定的成果?？傮w來說，從技術(shù)水平高度來評價國內(nèi)有色金屬加工工藝及裝備智能化程度，其已經(jīng)能夠達(dá)到國際先進(jìn)水平。但是從國內(nèi)整體有色金屬加工工藝智能化比例來看，仍與德國、美國等發(fā)達(dá)國家存在一定的差距。并且，國內(nèi)仍然存在嚴(yán)重依賴人工操作進(jìn)行運作的有色金屬加工裝備系統(tǒng)。其在裝備裝配階段、運作階段以及養(yǎng)護(hù)階段都需要投入大量的人力物力進(jìn)行輔助支持，且生產(chǎn)效率不高，生產(chǎn)穩(wěn)定性不高，生產(chǎn)智能化程度較低[1，2]。

1.2 管理現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)在管理有色金屬加工生產(chǎn)相關(guān)裝備的工藝參數(shù)、裝配配置數(shù)據(jù)、運行狀況數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)時仍然以人工錄入為主。同時一些小型鉛鋅加工廠仍然采用紙質(zhì)文檔作為數(shù)據(jù)管理的載體，導(dǎo)致整個生產(chǎn)過程中、數(shù)據(jù)管理工作效率極其低下。并且在進(jìn)行管理上的追溯性復(fù)盤分析時，準(zhǔn)確度不高且難度更大。導(dǎo)致國內(nèi)有色金屬加工產(chǎn)業(yè)在管理水平上很難實現(xiàn)大的進(jìn)步。

2 有色金屬加工工藝及裝備的智能化提升

2.1 智能化提升方向

2.1.1 工藝數(shù)字智能化

工藝數(shù)字智能化具體體現(xiàn)在對工藝參數(shù)數(shù)據(jù)處理以及自學(xué)習(xí)優(yōu)化以及工藝包的復(fù)制方面實現(xiàn)的數(shù)字化數(shù)據(jù)處理技術(shù)。工藝參數(shù)是有色金屬加工工藝的技術(shù)要點的量化的體現(xiàn)。是整體企業(yè)在不斷進(jìn)行加工工藝研發(fā)、自學(xué)習(xí)、實踐過程中不斷積累的加工工藝技術(shù)沉淀，是一個有色金屬加工企業(yè)的技術(shù)層面最為重要的核心競爭力。然而部分國內(nèi)企業(yè)在對加工工藝參數(shù)進(jìn)行錄入、處理形成工藝包的過程中，由于缺乏對數(shù)據(jù)處理的軟硬件裝備基礎(chǔ)，導(dǎo)致工藝包的工藝參數(shù)錄入以及更新效率緩慢且容易出錯，并且工藝包的復(fù)制流程極為復(fù)雜，需要投入大量的技術(shù)人員和管理人員對新建加工產(chǎn)線進(jìn)行工藝參數(shù)的配置，且配置過程也容易出現(xiàn)技術(shù)性失誤。而通過一些數(shù)字化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以通過構(gòu)建企業(yè)針對加工工藝的公用數(shù)據(jù)庫，通過程序?qū)崿F(xiàn)對工藝參數(shù)的錄入、修正、調(diào)用、復(fù)制功能。

2.1.2 裝備智能化

裝備智能化指代對生產(chǎn)系統(tǒng)中所用設(shè)備及工具的智能化提升，以達(dá)到減少人力投入、同時降低人為性失誤操作帶來的生產(chǎn)風(fēng)險。裝備智能化是在設(shè)備自動化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行對工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備運作性能、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等全方位的全自動化、自主運行、自主管理的統(tǒng)稱。因此要想實現(xiàn)裝備智能化，就要從生產(chǎn)設(shè)備、管理系統(tǒng)等硬件設(shè)備方面以及工藝流程、信息處理系統(tǒng)等軟件方面同時進(jìn)行自動化方面的協(xié)調(diào)升級。逐漸是有色金屬加工從構(gòu)建產(chǎn)線到投入生產(chǎn)再到產(chǎn)品檢驗、生產(chǎn)管理等方面不需要操作人員干涉，真正的實現(xiàn)無人工全自動化生產(chǎn)[3]。

2.2 智能化提升具體策略

2.2.1 工藝流程精細(xì)化

正如上文中提到的，要想實現(xiàn)加工工藝的智能化升級，需要從對企業(yè)相對成熟的加工工藝流程的進(jìn)一步精細(xì)化、數(shù)據(jù)量化開始。即要對相對復(fù)雜的工藝流程、參數(shù)配置以及相關(guān)人員職能具體生產(chǎn)崗位職能等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化量化。做到能夠?qū)⒃摷庸ち鞒痰拿恳粋€環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)都能夠通過數(shù)據(jù)存儲、錄入、調(diào)用、修改、復(fù)制等操作來實現(xiàn)對生產(chǎn)流程每個環(huán)節(jié)的技術(shù)管控。比如，可以按照生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備數(shù)字自動化、設(shè)備運行配置及控制智能化這兩個大的方向?qū)に嚵鞒讨械母鱾€環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化升級。比如在加工車間的運輸工作，就可以通過對各工位是否存在待處理的原材料、半成品或成品的工況數(shù)據(jù)收集判斷和處理，來想傳送帶機(jī)械設(shè)備下達(dá)具體的輸送指令，實現(xiàn)車間內(nèi)的自動化輸送吊運工作。

2.2.2 大力發(fā)展智能鑄造機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

考慮我國有色金屬鑄造行業(yè)用工困難、工資高漲且作業(yè)環(huán)境惡劣等發(fā)展困境，具備一定經(jīng)濟(jì)實力和生產(chǎn)規(guī)模的有色金屬冶煉鑄造廠，應(yīng)該將裝備智能化發(fā)展方向鎖定為在節(jié)約人工、適應(yīng)環(huán)境、生產(chǎn)穩(wěn)定的工業(yè)機(jī)器人自動化裝備技術(shù)上來。積極從工業(yè)機(jī)器人的靈巧操作、自主導(dǎo)航、環(huán)境感知以及人機(jī)交互、生產(chǎn)安全性、智能化軟件升級等多個方向針對有色金屬鑄造工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行反復(fù)研發(fā)實踐，提升國內(nèi)有色金屬鑄造行業(yè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的整體研發(fā)水平和應(yīng)用價值。同時政府部門也可以通過出臺相關(guān)政策，從節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)效率等角度采用宏觀調(diào)控的方式，利用市場調(diào)節(jié)激勵國內(nèi)有色金屬鑄造行業(yè)更加積極的應(yīng)用效率更高、安全性能更好的工業(yè)機(jī)器人鑄造流水線來代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工鑄造工藝。結(jié)合傳統(tǒng)有色金屬鑄造工藝的優(yōu)點，按照造型、制芯、質(zhì)檢、物流等多個工藝環(huán)節(jié)，研制針對性的自動化機(jī)械裝備，并借由上文中提到的對工藝流程整體的信息數(shù)據(jù)智能化處理系統(tǒng)，通過鑄造工藝模塊化配件的機(jī)械自動化以及各工藝環(huán)節(jié)操作編程數(shù)據(jù)的一體化智能化，實現(xiàn)有色金屬鑄造工藝的智能化生產(chǎn)。

2.2.3 重視機(jī)械自動化編程系統(tǒng)以及智能傳感器系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展

智能傳感器系統(tǒng)是實現(xiàn)鑄造行業(yè)工業(yè)機(jī)器人智能化的必要硬件基礎(chǔ)。其主要分為視覺系統(tǒng)和力覺系統(tǒng)。視覺系統(tǒng)可以通過熱分析儀、直讀光譜儀等傳感設(shè)備來配合智能數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)，為工業(yè)機(jī)器人運作提供必要的運作環(huán)境相關(guān)信息的收集。同時結(jié)合系統(tǒng)性結(jié)合外部空間定位、誤差跟蹤等其他外部感官數(shù)據(jù)來為工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)機(jī)械操作提供必要數(shù)據(jù)信息，從而確保機(jī)械設(shè)備自動化能靈活的根據(jù)環(huán)境以及生產(chǎn)目標(biāo)的變化而變化。此外，借由智能編程系統(tǒng)，以外部傳感系統(tǒng)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)支持作為依托，可以通過對軟件編程技術(shù)的升級來嘗試使智能機(jī)器人實現(xiàn)對工件輪廓的實時掃描功能，并通過將掃描數(shù)據(jù)與云端工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的對比處理，通過三維模型的重建等計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，來為智能機(jī)械設(shè)備實時規(guī)劃出更加符合鑄件規(guī)格及質(zhì)量要求的運作軌跡。進(jìn)而提高工業(yè)機(jī)器人鑄造工藝的準(zhǔn)確性，同時也降低了工業(yè)機(jī)器人智能化鑄造工藝的應(yīng)用功能門檻。

3 結(jié)論

有色金屬作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的重要資源和產(chǎn)業(yè)，其進(jìn)出口企業(yè)在目前也面臨著國外和國內(nèi)雙方面的環(huán)境影響。對于國外來說，其主要是因為經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展和環(huán)境規(guī)制的完善，有色金屬產(chǎn)業(yè)也正在進(jìn)行內(nèi)部組織調(diào)整和生產(chǎn)方式的變革，同時關(guān)于有色金屬的創(chuàng)新科技研發(fā)以及一些新興產(chǎn)業(yè)也得到了深入的研究。本文正式在此研究基礎(chǔ)上，從工藝及裝備智能化角度歸納了目前國內(nèi)工藝生產(chǎn)及管理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀?？偨Y(jié)了在有色金屬加工工藝及裝備智能化發(fā)展中應(yīng)該注意的幾點。期望對我國有色金屬生產(chǎn)加工技術(shù)研發(fā)提供一些理論參考。