信息技术在车轮制造中的应用

2018-03-14

制造业自动化 2018年2期

（太原重工轨道交通设备有限公司，太原 030032）

0 引言

随着信息技术的广泛应用，传统的生产方式和商业模式正在不可避免地发生着改变。如微信支付、共享单车、高德地图的温馨出行提示等，全是信息技术带来的生活方式改变。车轮产品作为国家法规产品，其生产过程信息要求详细记录，并具有可追溯性的特点。原来生产过程信息记录依靠记录员手工完成，劳动强度大、工作重复繁琐。随着公司生产规模的扩大，以往的手工操作已不能适应新形势下的现代化企业的要求。因此，通过信息化技术在车轮生产中的应用，不但能有效解决上述难题，而且可提高企业生产效率，降低企业成本。

1 车轮工艺流程简介

车轮生产工序多，流程化水平要求高，工艺要求严格，而且在车轮生产过程中，要求生产过程数据有详细记录、设备在线状态有监测、质量检测有保障。其制造工艺流程如下。

钢坯下料→加热→除鳞→预成型→成型→轧制→压弯冲孔→热态标识→热态尺寸测量→等温退火处理→淬火加热→淬火→回火→机加工→加工辐板孔、注油孔（高速动车轮）→静平衡→硬度检测→表面清洗→尺寸检测→目检→轮辋超探→磁探→强化喷丸→带尺→标识打印→涂防锈油→烘干→分类包装→涂漆烘干→包装入成品库→发运出厂。

2 现状综述

当前，以ERP（Enterprise Resource Planning，ERP）为代表的计划管理系统和以PLC/DCS（Distributed Contorl System，DCS）为代表的车间控制系统在企业应用的不断深入，两者之间的鸿沟也日趋明显，在工厂以及企业范围信息集成的过程中，仍然存在难以解决的问题：在计划执行过程中无法准确及时地把握生产实际状况，另一方面则在生产过程中无法得到切实可行的作业计划做指导；工厂管理人员和操作人员难以在生产过程中跟踪产品的状态数据、不能有效地控制在制品库存，而用户在交货之前无法了解定单的执行状况等[1]。

为了提升企业的管理水平和产品竞争力，同时提高企业的生产效率和经济效益，我公司邀请各学科的专家团队进行研讨。研讨内容从企业目前的设备、工艺、质量、人员等方面进行了深入分析，并提出以下措施。

1）设备升级改造

目前，公司生产设备的自动化控制和信息管控水平参差不齐。为实现两化深度融合，需进行基础自动化的提升改造。兼于资金与实施效果的原因，公司决定首先实施车轮热加工设备的升级改造工作。

2）实施MES （Manufacturing Execution System，MES）

通过实施MES系统，消除企业内部的信息孤岛，实现车轮生产流程的同步化、高速化、网络化。

3 改进及效果

为了适应企业发展，公司通过信息技术手段，进行了以下技改。

3.1 基础自动化升级改造

3.1.1 钢坯下料工序改造

钢坯重量的准确性、一致性，直接影响车轮的成型效果。为此，我们采用激光测量机代替手工对钢锭进行体积测量，利用光电开关和自动进料装置对钢锭进行准确定位，利用模数转换器对相关数据进行采集，通过PLC编程、组态软件及工业网络对各设备进行控制和信息交互，完成了本工序自管自控的目标。下料区控制系统架构如图1所示。

图1 下料区控制系统架构

改造后的效果：定尺自动切割长度：最小263mm，最大885mm；切头切尾长度：最小30mm；重量误差：≤±0.1%；定尺精度：±1mm。钢坯下料数据采集结果如图2所示。

图2 钢坯下料数据采集结果

3.1.2 车轮成型工序改造

成型工序为车轮生产中最关键的工序，其成型质量和产量直接影响企业的效益。影响车轮成型的主要因素有始锻温度、墩粗高度、轧制过程和压弯等。为此，我们在钢坯除鳞后安装红外测温仪，采用位移传感器对成型压机的行程进行测量，采用激光测量机代替样板对成型后的热态车轮进行尺寸测量。利用PLC、光电开关、DP耦合器等硬件，通过程序控制和工业网络相结合，达到了本工序自管自控的目标，实现了车轮成型过程的全数据收集。通过分析收集的数据，进行车轮模具优化和轧制程序的改进。轧制区域控制系统架构如图3所示。

图3 轧制区控制系统架构

改造后的效果：车轮轧制过程实现了在线尺寸测量机与轧机控制计算机联合进行闭环控制，确保批量车轮外径偏差值在5mm内，为后续机加工创造条件；轧机控制采用最新CNC系统。车轮成型过程数据收集结果如图4所示。

图4 车轮成型过程数据收集结果

3.1.3 车轮热处理工序改造

车轮的使用寿命取决于其性能，影响其性能的工序就是热处理工序。本工序的关键控制点有车轮加热时间、出炉温度、淬火水压、淬火时间等。为了改善车轮性能，我们对加热炉台车进行改装，改善了炉气循环。采用PLC、光电开关、DP耦合器等电器元件对淬火过程、台车循环、炉温控制等进行改造。实现了炉温自动调控，淬火过程自动控制等。达到了本工序自管自控的目标，改善了批量车轮性能。车轮热处理过程数据收集结果如图5所示。