基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)

熊國源 劉利華 楊 磊 喬 俠 朱文濤

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

在現(xiàn)代社會的持續(xù)發(fā)展，社會大眾對于汽車有著諸多需求，如：節(jié)能、安全以及環(huán)保等等。以往在汽車制造領(lǐng)域鑄造車輪時，都會選擇鋼材進行制造，但這種材料在鑄造過程需要耗費大量成本與能源，所以相關(guān)企業(yè)開始將鋼材車輪換成鋁合金車輪，這種車輪的散熱效果十分理想，鑄造成本與能源遠比鋼材車輪更低。但這種車輪在鑄造過程過于復雜，在鑄造環(huán)節(jié)很容易形成各種問題，因此，可以將鋁合金車輪為基礎(chǔ)，進一步落實智能化制造系統(tǒng)的建設(shè)。

1 基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)設(shè)計路線

從我國智能汽車制造的戰(zhàn)略角度深入出發(fā)，結(jié)合我國鋁合金重型車輪本身的總體生產(chǎn)工藝特點，提出用于鋁合金車輪智能化鑄造的系統(tǒng)設(shè)計路線。該核心技術(shù)發(fā)展路線主要包括：精密智能成形技術(shù)裝備、多關(guān)節(jié)成形機器人等技術(shù)核心、智能成形裝備、總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備，這些設(shè)備均為技術(shù)核心的智能設(shè)備管理層。通過各種總線通訊控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)各種設(shè)備的無縫互聯(lián)互通，通過多種總線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相互融合，即可連接各種具備智能化的傳感器、刻碼器和讀碼器等設(shè)備，及用于車間現(xiàn)場控藝工作站的總線控制系統(tǒng)層;從而實現(xiàn)我國車輪工業(yè)數(shù)字化制造生產(chǎn)線與車間各個生產(chǎn)工序、工藝操作區(qū)的信息無縫連接，操作者、自動化生產(chǎn)設(shè)備、物料的無縫互聯(lián)互通，完成車輪制造生產(chǎn)過程中的質(zhì)量應用數(shù)據(jù)、工藝應用數(shù)據(jù)、能源應用數(shù)據(jù)、設(shè)備應用數(shù)據(jù)、操作人員行為的信息讀取和數(shù)據(jù)存儲的信息執(zhí)行層，為企業(yè)決策層人員提供企業(yè)決策應用數(shù)據(jù)，最終形成實現(xiàn)高度信息集成的企業(yè)生產(chǎn)管理過程層和透明化信息管理的企業(yè)應用數(shù)據(jù)層[1]。

2 基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)建設(shè)要點

2.1 建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)

基于智能物聯(lián)網(wǎng)還可實現(xiàn)每一單獨材料工件、每道主要加工設(shè)備工序的工業(yè)身份智能識別;基于各種工業(yè)通信協(xié)議智能轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)聯(lián)接每臺或一臺加工設(shè)備的自動控制器，實現(xiàn)所有加工設(shè)備的智能互聯(lián)互通和相互操作;基于邊緣自動控制器還可實現(xiàn)加工機器自動視覺、溫度控制傳感、能源監(jiān)測儀表等各種工業(yè)智能設(shè)備傳感和專用儀表的智能互聯(lián)及實時數(shù)據(jù)采集。有線電視網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)直接覆蓋整個作業(yè)車間，連接監(jiān)控設(shè)備、傳感器、智能儀表、現(xiàn)場顯示看板、現(xiàn)場移動終端等幾百個無線網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點，并與中央辦公無線網(wǎng)絡(luò)、中央計算機房、中控中心交互相聯(lián)，組成完整的現(xiàn)場數(shù)字化作業(yè)車間無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2.2 建設(shè)生產(chǎn)線

鍛造產(chǎn)品生產(chǎn)線主要由，自動高速溫控鋸切機、智能自動溫控沖壓加熱保溫爐、沖孔溫控擴口機、鍛造產(chǎn)品尺寸在線控制視覺質(zhì)量檢查控制系統(tǒng)以及鍛造信息傳感控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其中前置鍛造工序采用上料控制設(shè)備將車輪鋸切后的各種鋁錠上料運至車輪稱重控制裝置，經(jīng)加工初篩進行稱重后鋸切合格后的鋁錠即可進入車輪加熱鑄造環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了各種鋁合金鍛造車輪的全自動加熱鑄造;基于云的生產(chǎn)線上料物流的合理流程優(yōu)化技術(shù)縮短了車輪鍛造在加工制品的集中流轉(zhuǎn)占用時間；基于云的工業(yè)數(shù)據(jù)通信管理網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)數(shù)據(jù)實時采集管理系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)了各種鍛造設(shè)備制造生產(chǎn)過程現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)實時采集與過程可視化，整體上說是實現(xiàn)了鍛造工業(yè)化與鍛造信息化的一種深度有機融合[2]。

2.3 測量要點

視覺溫度檢測監(jiān)控系統(tǒng)主要工作在每個鍛壓毛坯工位，在加熱運動鍛壓裝置、隔熱層和降溫運動裝置和鍛壓工裝的運動輔助下，對經(jīng)過鍛壓后仍然處于穩(wěn)定熱態(tài)的鑄鋼輪轂鍛壓毛坯情況進行一次在線視覺抽檢。檢測檢驗內(nèi)容為：檢查輪轂以及毛坯的各個關(guān)鍵部分尺寸、表面大小缺陷，并根據(jù)用戶設(shè)定以電子數(shù)據(jù)或固定文件格式的具體檢測檢驗報告的多種形式設(shè)計輸出具體檢測檢驗結(jié)果，上載后傳到生產(chǎn)車間檢測網(wǎng)絡(luò)。檢測系統(tǒng)結(jié)果的提供用于分析與統(tǒng)計評估機床工藝技術(shù)路線和具體工藝系統(tǒng)參數(shù)的日常執(zhí)行操作情況、設(shè)備的日常運行維護情況，形成了在檢測系統(tǒng)中屬于產(chǎn)品質(zhì)量管理檔案的一部分，供產(chǎn)品質(zhì)量檔案追溯管理模塊進行調(diào)用;并通過結(jié)合使用檢測系統(tǒng)，根據(jù)由系統(tǒng)檢測結(jié)果獲得的具體工藝路線結(jié)果以及參數(shù)，即可反推出液壓機床的工作系統(tǒng)狀態(tài)，是否異常及檢測模具內(nèi)部磨損是否情況。

3 基于鋁合金車輪的智能化鑄造系統(tǒng)注意事項

3.1 收集事項

為充分滿足社會大眾對于汽車鑄造的不同標準，生產(chǎn)車間制造質(zhì)量執(zhí)行和生產(chǎn)可視化管理系統(tǒng)，必須從質(zhì)量傳感器、設(shè)備、儀表軟件等，待產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)單元中自動分析采集相關(guān)數(shù)據(jù)分析信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依賴國際標準的無線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及專用的網(wǎng)絡(luò)接口與訪問數(shù)據(jù)方式，通過完整的網(wǎng)絡(luò)拓撲系統(tǒng)，實現(xiàn)從各個底層到頂層的海量數(shù)據(jù)實時存儲、采集以及分析，同時將數(shù)據(jù)采集的各個底層海量數(shù)據(jù)通過信息采集進行數(shù)據(jù)實時分析顯示，分析生產(chǎn)管理過程中的數(shù)據(jù)。鍛造設(shè)備生產(chǎn)管理過程中可以衍生和輸出大量鍛造過程信息數(shù)據(jù)，包括激光鍛造設(shè)備產(chǎn)量查詢信息、鍛造設(shè)備質(zhì)量保證信息、鍛造加工設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)查詢信息、激光鍛造打碼等過程數(shù)據(jù)相關(guān)信息。各種重要數(shù)據(jù)處理信息經(jīng)現(xiàn)場專用總線數(shù)據(jù)控制處理系統(tǒng)plc采集處理系統(tǒng)匯總，定制軟件開發(fā)它是支持用戶訪問現(xiàn)場專用總線數(shù)據(jù)控制處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理軟件，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)實時讀取[3]。

3.2 分析事項

由于鋁合金車輪鑄造屬于一種變量較大的生產(chǎn)系統(tǒng)，因此，無法完全直接依靠采用傳統(tǒng)管理方法例如建立精確的鍛造物理質(zhì)量模型等來進行質(zhì)量管理以及監(jiān)控，但是鍛造設(shè)備又時刻需要產(chǎn)生大量可以反映鍛造過程設(shè)備運行物理狀態(tài)及相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量的物理數(shù)據(jù)。這時便可基于工業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)車間監(jiān)控系統(tǒng)的強大數(shù)據(jù)采集分析能力，開發(fā)設(shè)計實現(xiàn)了在線生產(chǎn)故障自動診斷與數(shù)據(jù)分析監(jiān)控系統(tǒng)。在線運行故障分析診斷與性能分析：本系統(tǒng)通過采集各種鍛造設(shè)備生產(chǎn)運行過程系統(tǒng)中的鍛造工藝生產(chǎn)質(zhì)量控制參數(shù)、設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)、成形工藝過程圖等參數(shù)，通過利用公式計算，或是通過曲線圖進行趨勢預測分析，對各種鍛造設(shè)備生產(chǎn)運行過程的工藝穩(wěn)定性狀況，做出最為快速的正確判斷，確保鋁合金車輪制造全過程的穩(wěn)定有序，一旦在鑄造過程出現(xiàn)失穩(wěn)情況，也可以通過智能化鑄造系統(tǒng)對其展開及時優(yōu)化，從根本強化鋁合金車輪的鑄造性能。

4 結(jié)束語

綜上所述，在以鋁合金車輪為基礎(chǔ)建設(shè)智能化鑄造系統(tǒng)時，需要在其中融入最新理念與模式，鑄造全過程都需要積極融入自動化系統(tǒng)。而且在智能化鑄造系統(tǒng)中需要注意物聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)線以及測量等多方面的建設(shè)要點，這樣便可在鋁合金車輪鑄造過程形成完全自動化的只能系統(tǒng)，幫助相關(guān)人員確定鑄造過程、分析故障、優(yōu)化流程，這對于鑄造領(lǐng)域?qū)儆谝环N徹底改革，能夠推動鑄造領(lǐng)域朝向智能化、自動化以及現(xiàn)代化等方向快速發(fā)展。