熱模鍛生產(chǎn)線智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)研發(fā)

文/張軍·揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司

對(duì)智能化精密鍛造生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行管理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，分析了熱模鍛生產(chǎn)系統(tǒng)的硬件組成，進(jìn)行了生產(chǎn)管理系統(tǒng)的功能分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的總體架構(gòu)與技術(shù)體系架構(gòu)，研發(fā)了熱模鍛智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化、實(shí)時(shí)性管控，對(duì)提升鍛造企業(yè)生產(chǎn)管理的智能化水平有重要價(jià)值。

我國(guó)是世界最大的汽車生產(chǎn)國(guó)和最大的汽車消費(fèi)市場(chǎng)。在汽車制造業(yè)的帶動(dòng)下，我國(guó)鍛造行業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。鍛造工藝是制造汽車受力件和關(guān)鍵件的主要加工工藝，在汽車零部件制造中占有重要地位。隨著機(jī)械工業(yè)，尤其是汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，零部件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程的高精度、高性能、高效率、低成本、低能耗，已成為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的主要途徑；普通鍛造方法已難以滿足發(fā)展的需求。作為先進(jìn)加工技術(shù)之一的精密鍛造技術(shù)，已經(jīng)伴隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而得到了迅速的發(fā)展。

目前汽車重要零部件的鍛件生產(chǎn)向著復(fù)雜、精密、大批量、多品種和交貨期短的方向發(fā)展。鍛造企業(yè)需要具備快速的訂單響應(yīng)、精準(zhǔn)的需求定位和可靠的柔性生產(chǎn)等能力。因此，研究智能化精密鍛造生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行管理技術(shù)，采用數(shù)字化、信息化的制造執(zhí)行系統(tǒng)是汽車零件鍛造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式將發(fā)生革命性的變化。德國(guó)的“工業(yè)4.0”、美國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智慧工廠和智能化生產(chǎn)將成為未來制造的主旋律。鍛造企業(yè)的信息化、集成化、智能化是當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。目前制造企業(yè)的信息化的建設(shè)主要是實(shí)施企業(yè)資源計(jì)劃與底層設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化，對(duì)車間作業(yè)情況的調(diào)度、工具和機(jī)床的管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)狀況的監(jiān)控和故障診斷、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)方面的應(yīng)用實(shí)例較少。因此，急需采用MES 系統(tǒng)來負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度，有效配置車間的所有生產(chǎn)要素來提高生產(chǎn)效率。通過ERP/MES/SFC 三層系統(tǒng)集成，可有效解決制造企業(yè)生產(chǎn)管理過程遇到的黑箱難題。

揚(yáng)力集團(tuán)正是根據(jù)生產(chǎn)智能化的必然趨勢(shì)以及鍛壓企業(yè)對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需求，對(duì)智能化精密鍛造生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行管理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，開發(fā)了以高效精密熱模鍛成套設(shè)備聯(lián)線技術(shù)與智能控制技術(shù)為基礎(chǔ)，以ERP/MES/SFC 系統(tǒng)的集成應(yīng)用為特色的熱模鍛生產(chǎn)線智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了鍛造企業(yè)生產(chǎn)管理的智能化水平。

熱模鍛生產(chǎn)系統(tǒng)組成與功能需求

熱模鍛生產(chǎn)系統(tǒng)由自動(dòng)上料、坯料檢測(cè)、剪切下料、重量分選、中頻加熱、多工位自動(dòng)鍛造、鍛件檢測(cè)及物流輸送（去鍛后熱處理）等幾個(gè)部分組成，如圖1 所示。在生產(chǎn)過程中，線材在料架上移動(dòng)，首先分別通過渦流探傷和超聲波探傷工位，探測(cè)并標(biāo)記出線材的內(nèi)部缺陷；隨后，線材被自動(dòng)剪切下料，并根據(jù)缺陷和質(zhì)量進(jìn)行分選；分選合格的坯料將由自動(dòng)上料設(shè)備輸送到中頻加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到規(guī)定的溫度后被送入熱模鍛壓力機(jī)中進(jìn)行成形；加工好的零件經(jīng)冷卻、輸送和在線質(zhì)量檢測(cè)后被分為合格件與不合格件，并通過不同的物流系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)，以待進(jìn)一步處理。

根據(jù)上述熱模鍛生產(chǎn)系統(tǒng)的組成和工藝過程，提出了熱模鍛生產(chǎn)線智能管理系統(tǒng)的主要功能需求如圖2 所示。該管理系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合MES 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能需求：

⑴系統(tǒng)管理：能根據(jù)不同的角色對(duì)用戶進(jìn)行管理，主要功能應(yīng)包括用戶、角色、權(quán)限和菜單的管理等。

⑵數(shù)據(jù)采集：能對(duì)毛坯、工件和設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)至少包含坯料加熱溫度信息、模具溫度信息、坯料重量信息、熱模鍛壓力機(jī)工作噸位信息、鍛壓速度、機(jī)械手運(yùn)行速度等信息。

⑶生產(chǎn)管控：能進(jìn)行計(jì)劃排產(chǎn)和生產(chǎn)管理，并對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。

⑷質(zhì)量管理：能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量分析、控制和追溯，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理。

⑸數(shù)據(jù)報(bào)表：能針對(duì)故障數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等生成數(shù)據(jù)報(bào)表。

熱模鍛生產(chǎn)線智能管理系統(tǒng)研發(fā)

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在智能化熱模鍛生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上，對(duì)該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。精密鍛造生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分服務(wù)對(duì)象、展示層、應(yīng)用層、存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)設(shè)施層，如圖3 所示。

技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 熱模鍛生產(chǎn)線的組成

圖2 智能化熱模鍛生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)功能需求

圖3 生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于Struts、Spring和Hibernate的集成框架(SSH框架)對(duì)智能化精密鍛造生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖4 所示。首先根據(jù)Struts 的基礎(chǔ)架構(gòu)，結(jié)合實(shí)際需求提出一些模型，并將其轉(zhuǎn)換為基本的Java對(duì)象；然后基于基本的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象接口（DAO接口）給出Hibernate的DAO實(shí)現(xiàn)，并通過Hibernate架構(gòu)實(shí)現(xiàn)Java 類與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的轉(zhuǎn)換和訪問；最后由Spring 對(duì)Struts 和Hibernate 進(jìn)行管理。

圖4 生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

該技術(shù)架構(gòu)減小了各層之間的耦合度，前端的變化對(duì)模型層和數(shù)據(jù)庫(kù)的影響很小，有利于團(tuán)隊(duì)成員的并行工作，提高了系統(tǒng)更新、升級(jí)的研發(fā)效率。

結(jié)束語(yǔ)

將傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、生產(chǎn)管理技術(shù)相集成，面向精密鍛造生產(chǎn)系統(tǒng)，分析了熱模鍛生產(chǎn)系統(tǒng)的硬件組成，提出了生產(chǎn)控制系統(tǒng)的功能架構(gòu)，進(jìn)行了熱模鍛生產(chǎn)線智能管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的總體架構(gòu)與技術(shù)體系架構(gòu)，研發(fā)了熱模鍛智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以生產(chǎn)計(jì)劃為中介，有效集成了ERP 系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)，能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行可視化及實(shí)時(shí)性管控。此外，智能化熱模鍛生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)還將生產(chǎn)設(shè)備、人員、物料、工序、工位、計(jì)劃等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠集成起來，便于實(shí)行精益管理。