80MN油压机自由锻造智能集成控制管理系统应用研究_马丁.pdf
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1、锻造与冲压 2023.938Features专题 报道80MN 油压机自由锻造智能集成控制管理系统应用研究 文马丁,李建辉中钢集团邢台机械轧辊有限公司锻压分厂我公司现有的 80MN 自由锻油压机(以下简称“8000 吨油压机”),是国内轧辊生产企业拥有的最大吨位自由锻压机,承担着公司 50%以上锻钢轧辊毛坯的生产工作,锻件单重在 30 吨以上。8000 吨油压机生产产品均为自由锻造成形,相较模锻生产,其生产产品规格大,结构多样,成形过程复杂;自由锻生产过程中锻件变形量、金属流动、温度、尺寸等各要素控制主要依靠人工经验,产品过程控制一致性、稳定性、追溯性差,不利于产品质量、设备、能源、成本的精准
2、控制;自由锻压机操作难度大,培养一名熟练的操作工至少需要 5 年以上,生产运行对人的依赖偏重。随着我国工业的发展,这种传统的生产方式已经成为制约大型锻造企业转型升级的主要因素,另外,过去 20 年中,人类收集、存储、传输、处理数据的能力取得了飞速提升,各个方面都积累了大量数据,我们可以对这些大量数据进行分析和利用。因此,开发一套大型自由锻造压机用智能集成控制管理系统将成为突破以上发展瓶颈的重要举措,也是推进解决国内大型自由锻压机智能制造的“卡脖子”技术。集成控制管理系统的应用意义通过对大数据应用、工业互联网技术、自由锻工艺、自由锻压机电气及液压控制等深入研究,将自由锻工艺与自由锻压机设备控制进
3、行深度融合,从而解决因自由锻造过程变形规律性不强而无法编写 PLC 控制程序的根本性问题,实现 8000 吨油压机智能锻造的功能,完全替代人工操作,将工人操作设备改变为监控设备,大幅提高生产效率,提高质量控制的稳定性和一致性;将工艺网、设备网、生产网彻底打通,建立数据连通系统,与 ERP、MES 系统高度集成,实现工艺程序自动调取、生产计划自动传输、产品生产数据自动分析、设备远程运维等智能制造应具备的功能;并且利用各类视觉识别、传感器、数据传输等新技术、新方法采集锻造过程的大量数据,为后续锻造过程数字孪生系统的开发奠定基础。集成控制管理系统的整体架构系统建设的目标要求达到工序稳定受控。以锻造工
4、艺参数与设备控制程序深度融合为工作着力点,解决自由锻塑性变形不能精准测算和精准控制的难题。通过程序锻造实现锻造过程的稳定受控,利用程序锻造对加热以及辅助工序边界条件的精准和稳定要求推进全工序的稳定受控。实现压机无人控制。以重型锻造设备程序化锻造作为一键化、无人化、集成式工作切入点,驱动 8000 吨油压机自动化、数字化、智能化发展。通过生产计划及工艺自动传输、数据综合管理科科长,工程师,主要从事锻造工艺研究,锻造设备大数据应用及智能化开发工作,参与完成 8000 吨油压机程序锻造功能开发、热态锻件尺寸在线测量功能开发等项目研究,曾获 2 次河北省优秀科技质量成果奖。马丁39 2023.9 Fo
5、rging&MetalformingFeatures专题 报道各工序程序锻造、数据分析、数据诊断以及专家数据库、自优化功能等实现压机无人控制,彻底解决压机操作工难培养的问题。构建智能制造体系。以推行热成像仪、传感技术、远程控制技术、激光技术等先进技术为工作突破点,解决毛坯生产过程无法实现全过程跟踪、监控、评价的问题,为智能制造自感知系统的建立奠定基础。以数据分析应用为工作落脚点,通过数据采集、数据挖掘、数据分析、数据诊断,构建锻造毛坯生产过程数字化描述和自评价体系,逐步形成生产工艺自学习、自优化系统和专家数据库、智能决策系统。建立自动控制、数据驱动、检测感知、专家数据库、智能决策、自动优化、C
6、APP(计算机辅助工艺设计)系统,设备远程运维和预测性维护系统,并与 APS、MES 深度融合来构建 8000 吨油压机智能制造体系。系统建设的具体架构8000 吨油压机智能生产集成控制管理系统的整体架构见图 1。执行层由 MES、智能制造、EAM、EMS、UWB技术应用、智能锻造、数据分析等模块组成,构建完善的8000吨油压机物联网,实现人、设备、产品、物料、控制系统、应用软件之间的互联互通,实现多源异构数据采集、设备状态感知和控制指令的下达。具体功能包括工艺执行过程管理、程序锻造执行过程管理、设备运行状态管理、能源控制管理、物料流通过程管理、异常信息及生产数据反馈等。计划层通过建立数字化生
7、产管控平台,达到生产计划的透明可视化、有序可控、优化决策的目的。为此需要实现 PLM 产品全生命周期的管理;APS高级计划排产实现优化瓶颈资源、均衡精益生产;CAX/CAPP 实现计算机辅助工艺规划及智能设计;ERP 实现锻造过程物流与成本的全面集成管理。集成控制管理系统的实施方案及实际应用8000吨油压机锻造生产线,主要包括加热、锻造、热处理三大工序,主要设备包含加热/热处理炉窑、锻造压力机、AGV/RGV 物料转运小车等。我们以此为基础结合信息技术、工业网络、先进传感器和自动化等技术开发和建立起 8000 吨油压机自由锻造智能集成控制管理系统,下面分几个方面进行阐述。产品全生命周期系统 P
8、LM利用 UWB 技术和 AGV/RGV 物料转运小车实现车间内物料的自动定位、轨迹追踪等功能,对产品在生产现场的状态信息实时了解,形成直观的地图予以展示,形成各类物料的具体流转路径数据库,自动形成关于物料运动轨迹对生产影响的评价分析,实现产品的全生命周期管理。建立生产监控中心,以与 8000 吨油压机锻造相关的所有设备的数据采集、视频监控为基础,结合ERP、APS、MES等管理系统,实现对生产线内工序流程、关键设备能源点监控、智能调度协调的功能,达到生产、管理和监控一体化的目标,保证 PLM 的精准评价和记录。精益制造执行系统 MES对现有的工序及关键数据采集进行梳理,增加设备采集的关键点,
9、对没有采集的数据引进新的感知图 1 8000 吨油压机智能生产集成控制管理系统的整体架构设备层的建立完善为基础条件。引入一批数字化、自动化设备,提升效率和质量的一致性,对压力机进行智能化改造;PLC 控制系统功能开发;各类先进传感器的应用,建立完善的数据采集系统,实现在线监测,进而通过自适应控制实现智能锻造;AGV/RGV 智能物流转运系统的应用;各类移动终端、工业机器人的大量应用,实现数据收集、分析、处理与计划层、执行层的信息交互功能的闭环管理。锻造与冲压 2023.940Features专题 报道系统,实现关键设备采集的全面覆盖。对生产计划进行完善,总结异常信息处置的规律,建立生产过程异常
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