橡膠機械的現(xiàn)代控制技術及發(fā)展

于志森

(天津市賽象機電工程有限公司，天津 300384)

現(xiàn)如今，以知識為基礎、以腦力勞動為主體的知識經(jīng)濟時代已經(jīng)到來，知識經(jīng)濟是建立在知識及信息的生產(chǎn)、分配和使用基礎上的經(jīng)濟，也叫做智能經(jīng)濟，相較于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟時代，知識經(jīng)濟時代對橡膠機械這樣的傳統(tǒng)制造業(yè)提出了更高層次的要求。近年來，通訊技術、大數(shù)據(jù)應用技術和網(wǎng)絡技術都在飛速發(fā)展，已經(jīng)從根本上改變了傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)方式與發(fā)展模式，同時也對整個橡膠機械行業(yè)的發(fā)展提出了新的要求，使之面臨著更大的機遇和挑戰(zhàn)?？萍及l(fā)展日新月異，國際化及動態(tài)化的市場競爭也愈演愈烈，加之不斷增加的充滿不確定性的用戶需求，不斷進步的科學技術，使得每臺設備的生命周期極大的縮短，從而要求每個企業(yè)都必須不斷研發(fā)新產(chǎn)品甚至發(fā)展新工藝。因此，跟隨著時代的腳步，在橡膠機械控制技術中結合信息技術已經(jīng)是生產(chǎn)全球化的必然趨勢，在現(xiàn)場調試實施中結合計算機仿真技術也已經(jīng)成為了實現(xiàn)生產(chǎn)高效化的基本前提，集成控制技術逐漸變成生產(chǎn)現(xiàn)代化的主體，同時也成為了新型企業(yè)的未來組織模式，而大數(shù)據(jù)及云平臺與橡膠機械控制的融合則是未來發(fā)展不可避免的一項進程。下面對橡膠機械的現(xiàn)代控制技術及發(fā)展從不同方向分別進行介紹。

1 信息技術與控制技術的結合

1.1 信息技術的使用

當前世界已經(jīng)逐步進入信息時代，信息成為了一種極其重要的生產(chǎn)資源，它和其它物質資源不同，信息在生成、使用和流通的過程中不僅不會損耗，反而會在使用和流通中充分發(fā)揮效用，并且會不斷增值?，F(xiàn)今信息儲存和處理的手段主要依賴于計算機，而信息的采集、傳輸和共享則離不開計算機網(wǎng)絡，從某種意義上來說，用于傳輸各種信息包括數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像和視頻等多媒體信息的高速計算機通信網(wǎng)絡已經(jīng)充當著越來越重要的角色。自從上世紀90年代以來，國際互連網(wǎng)在全球迅速增長，對整個社會產(chǎn)生了深遠影響，計算機通信網(wǎng)絡是多種信息服務的集合，主要服務有全球信息服務、文件傳輸服務、電子郵件服務、遠程登錄服務、電子公告板服務等。多點登錄、同時操作和共同運維是以高速計算機通信網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，將分布在不同區(qū)域的研發(fā)設計和生產(chǎn)制造部門，通過同一網(wǎng)絡系統(tǒng)結合為一個一體化運作和并行化管理的整體。如圖1所示，將產(chǎn)量信息通過軟件繪制成折線圖，并且能通過條件篩選出不同班組、不同規(guī)格所要展現(xiàn)的數(shù)據(jù)。這樣，就形成了遠程監(jiān)控，操作工或其他人員就可以根據(jù)產(chǎn)量信息得知現(xiàn)場的生產(chǎn)情況，相應作出調整。單臺計算機的處理速度和存儲空間都是有極限的，這就制約了其應用范圍，只有通過計算機通信網(wǎng)絡或者以工作站的形式將分布在不同地點的各個子系統(tǒng)互聯(lián)在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交互、共享和集成。在這期間，需要不斷減少中間數(shù)據(jù)的重復操作，降低重復率，來提高整個系統(tǒng)從訂單、設計、工藝、裝配、調試到生產(chǎn)全過程的效率，加速新產(chǎn)品的研發(fā)和新工藝的運用，提高質量，降低成本，縮短交貨周期和壓縮庫存，以提高企業(yè)在市場的競爭力。

圖1 產(chǎn)量信息折線圖

1.2 信息技術的使用發(fā)展

近百年來的發(fā)展進程說明控制與信息、通信的發(fā)展是密不可分的，信息科學技術與控制科學技術的交叉重疊率越來越高。計算機網(wǎng)絡、虛擬網(wǎng)絡、企業(yè)網(wǎng)絡、現(xiàn)代信號處理、物聯(lián)網(wǎng)等使自動化系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)從整體結構、控制方法、上位機控制、人機合作等都發(fā)生了重大的變化。例如：工業(yè)控制系統(tǒng)的整體結構因物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和個性化的需要而越來越集成化；企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)與控制網(wǎng)(Controlnet)或現(xiàn)場總線(Fieldbus)、底層基礎網(wǎng)(Infranet)環(huán)境下的控制方法與算法需要創(chuàng)新。今后的控制系統(tǒng)必將是以網(wǎng)絡為主要特征：一方面是在自動化與工業(yè)控制中需要更深層次的滲透通信與網(wǎng)絡技術，另一方面是在通信網(wǎng)絡的管理與控制中也要求更多的采用控制理論與策略。

2 計算機仿真技術與現(xiàn)場調試實施的結合

2.1 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實VR(Virtual Reality)技術是利用計算機并借助如VR眼鏡或數(shù)據(jù)手套等傳感裝置及各種信息傳輸通道及其接口，使操作人員在遠離現(xiàn)場的工作環(huán)境中仍具有身臨其境之感覺的技術。借助虛擬現(xiàn)實技術能使操作人員如實地操縱各種設備或進行現(xiàn)場培訓。例如圖2所示，VR技術可以實現(xiàn)諸多功能，不僅能節(jié)省大量資金與時間，獲得可觀的經(jīng)濟效益，還可避免發(fā)生生產(chǎn)中的各種工傷事故，把它們應用于工業(yè)控制就產(chǎn)生了虛擬制造系統(tǒng)。

圖2 VR技術涉獵領域

2.2 虛擬制造系統(tǒng)

虛擬制造系統(tǒng)VM(Virtual Manufacturing)是在上個世紀末提出的一個新的概念，它利用企業(yè)內(nèi)部人力、物力、技術資源，進行合理調配，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使得企業(yè)快速滿足市場的需求。虛擬制造系統(tǒng)可以在計算機軟件上模擬出的整個制造過程，對產(chǎn)品設計，加工制造及生產(chǎn)管理進行全局把控，對調度、銷售、服務等工作作出綜合評價。因此，橡膠機械在控制上應用虛擬制造系統(tǒng)有以下幾方面特點及優(yōu)勢：

(1) 在橡機產(chǎn)品的設計研發(fā)階段，可以在虛擬制造系統(tǒng)中仿真出一些待實驗的新技術、新工藝，通過仿真測試，可以評價出新技術或新工藝對生產(chǎn)所帶來的效益和風險，找出優(yōu)勢和不足，從而幫助企業(yè)不斷修正，最終做出正確的規(guī)劃和決策。在研發(fā)方面，也可以進行有價值的科學研究，進行可行性分析，做出可行性研究報告，從而使產(chǎn)品開發(fā)快捷、優(yōu)質和低耗，適應市場需求變化。

(2) 在橡機產(chǎn)品的生產(chǎn)制造階段，虛擬制造系統(tǒng)可以在軟件中模擬運行，可以達到在不消耗系統(tǒng)實際資源的情況下，不斷改進產(chǎn)品結構、優(yōu)化生產(chǎn)過程、充分利用資源的效果，并且通過運行虛擬制造系統(tǒng)，可以提前消除偏差及擾動，提前預報實際制造系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題，提高了實際制造系統(tǒng)的質量及可靠性，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質量。

(3) 在橡機產(chǎn)品的使用維護階段，分布在不同地點、不同部門甚至不同專業(yè)的工作人員可以在同一套系統(tǒng)的不同終端上同時工作，互相交流，進行信息的實時共享，優(yōu)化文檔，減少重復輸出及傳遞的時間和誤差，實現(xiàn)遠程監(jiān)控設備運行狀態(tài)，進行參數(shù)可視化管理。

3 集成控制技術

3.1 計算機集成制造系統(tǒng)

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展已出現(xiàn)越來越多的綜合型大項目，要求對從設計到生產(chǎn)的整個過程盒全部環(huán)節(jié)所組成網(wǎng)絡的物質流、信息流、資金流進行綜合控制，使預測分析、運行工況、設備狀態(tài)、能源利用、經(jīng)濟效益和故障處理都在最優(yōu)化、最合理的狀態(tài)。在自動化技術、信息技術與各種生產(chǎn)技術基礎上，由工業(yè)計算機系統(tǒng)將工廠全部生產(chǎn)活動所需的信息與各分散的自動化系統(tǒng)有機集成起來，構成一個能適應生產(chǎn)環(huán)境不確定性與市場需求多變性的柔性智能生產(chǎn)系統(tǒng)，例如以離散事件為特征的計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。如圖3所示，CIMS系統(tǒng)由以下幾方面組成，用成熟技術及產(chǎn)品，促進學科交叉，從工業(yè)控制作為集成自動化的基礎必須考慮到集成的需求與環(huán)境，包括計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)分系統(tǒng)NES和DBS，技術信息分系統(tǒng)TIS、制造自動化分系統(tǒng)MAS、質量信息分系統(tǒng)QIS和管理信息分系統(tǒng)MIS等。衡量CIMS是否達到全面最優(yōu)化要從及時性、高質量、經(jīng)濟性和環(huán)境保護方面綜合考慮，實現(xiàn)從市場分析、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造到售后服務的控制與管理的集成。

圖3 CIMS系統(tǒng)

3.2 集成控制技術在橡機行業(yè)的應用

橡膠機械行業(yè)生產(chǎn)過程的集成控制還有很大的提升空間，例如，在換料或卸胎的過程中，使用AGV小車進行自動物流供應，使得生產(chǎn)過程集成化更高?！爸悄苤圃?工業(yè)機器人”的模式，已經(jīng)成為了眾多汽車品牌商全面提升公司智能制造水平的有效手段。AGV在汽車的整車制造四大工藝，即沖壓、焊裝、涂裝、總裝的生產(chǎn)過程中發(fā)揮著越來越重要的角色。

3.3 集成控制技術的關鍵

工業(yè)集成控制系統(tǒng)將不僅僅實現(xiàn)控制功能，而必須考慮與設計、管理決策等系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)信息的雙向共享和自動化系統(tǒng)的集成。在系統(tǒng)集成中，人的因素必須要受到足夠重視，成功的系統(tǒng)集成往往是經(jīng)營、技術與人的集成，在自動化與工控系統(tǒng)中，如何促進人機協(xié)作、協(xié)調與協(xié)同，使人的創(chuàng)新性能更好發(fā)揮是人們關注的一個問題。要在生產(chǎn)中發(fā)揮人的優(yōu)勢作用，更要使工控系統(tǒng)便于集成，以系統(tǒng)集成促進工控系統(tǒng)的發(fā)展。

4 大數(shù)據(jù)及云平臺與橡膠機械控制的融合

4.1 智能自動化技術

社會在不斷發(fā)展，每一項事物也都是在不斷地發(fā)展，橡膠機械的發(fā)展也不僅僅是簡單的輪胎制造，而是朝著從商品概念研發(fā)到商品最后的售后服務為一體的方向發(fā)展，制造技術體系也逐漸成為生產(chǎn)技術與信息技術相結合的體系，這就是智能化自動化技術的發(fā)展形式。自動化技術逐漸走向智能化的過程，是一個不斷將生產(chǎn)制造技術、自動化控制技術和人工智能技術結合起來的過程，如圖4所示。在智能化制造體系中，有一部分設備是可以替代工作人員進行監(jiān)控的，避免在機械制造過程中出現(xiàn)不合格或者制造工藝不到位的情況，并將出現(xiàn)的問題及時匯報給監(jiān)管人員，以便監(jiān)管人員能夠在第一時間完成對故障的檢修工作。

圖4 智能自動化技術

4.2 大數(shù)據(jù)運用的優(yōu)勢

大數(shù)據(jù)運用處理的興起，云計算技術的不斷發(fā)展，在很大程度上推動了機械自動化技術健康發(fā)展，現(xiàn)階段我國大多數(shù)機械制造企業(yè)都越來越重視產(chǎn)品的銷售利潤以及生產(chǎn)效率，企業(yè)要對自動化技術的要求因此越來越高，因為自動化程度提高可以為企業(yè)帶來更多的效益，降低人工成本，也能促進行業(yè)技術發(fā)展，增加自身在行業(yè)市場的競爭力。

4.3 大數(shù)據(jù)在橡機行業(yè)的應用

在橡膠機械產(chǎn)業(yè)中，通過云計算技術和云工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設可以實現(xiàn)數(shù)字化的轉型，力爭達到并實現(xiàn)三個階段：首先，改變管理方式，通過工業(yè)物聯(lián)實現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化和管理精細化，改變管理方式。在遠程就能監(jiān)控設備狀態(tài)，智能及時發(fā)現(xiàn)異常，及時減少風險；精細化到訂單、班組、機臺、人員的物耗能耗統(tǒng)計，由月統(tǒng)計變?yōu)榘?，或按訂單統(tǒng)計分析成本，能及時發(fā)現(xiàn)成本波動，并改善優(yōu)化，達到降本的目的；其次，改變生產(chǎn)方式，由于設備物聯(lián)，倉儲物流設備的集成，移動APP的應用，場景智能化。例如：投料防錯，在線質檢，智能物流管控一體化等，使生產(chǎn)的方式發(fā)生了改變，并且提高了物流效率，提升了生產(chǎn)率，優(yōu)化了產(chǎn)品質量，縮短了交貨周期，同時也會不斷降低生產(chǎn)成本。如圖5所示，以下網(wǎng)絡就都可以接入云平臺進行監(jiān)測，分析運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，生產(chǎn)方式發(fā)生改變后，支持多品種，小批量，高頻度生產(chǎn)模式，并且小批量生產(chǎn)成本大幅度降低，使得個性化定制成為可能。

圖5 大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡拓撲

4.4 橡機行業(yè)的商業(yè)模式改變

橡膠機械產(chǎn)業(yè)在商業(yè)模式改變上也有三個層次：

（1）客戶化定制，有的行業(yè)以前是大規(guī)模生產(chǎn)，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以轉型為客戶化定制生產(chǎn)，并且有系統(tǒng)支撐，客戶化定制的成本也大大降低，有更多的客戶愿意定制，企業(yè)的收益也會有較大提高；

（2）服務化延伸轉型，有的企業(yè)借助設備遠程監(jiān)控診斷，監(jiān)控設備故障預警，給客戶提供更優(yōu)質的服務，在以前產(chǎn)品收入的基礎上增加服務性收入；

（3）服務化轉型，有的行業(yè)從以前的賣產(chǎn)品轉型為賣服務，例如機器以前是賣機器，現(xiàn)在改為集中建機械加工中心，客戶按照機器使用臺數(shù)收費。

5 結語

橡膠機械的現(xiàn)代控制技術及發(fā)展主要包括上文提到的四個方面：信息技術與控制技術的結合，計算機仿真技術與現(xiàn)場調試實施的結合，全面應用集成控制技術和大數(shù)據(jù)及云平臺與橡膠機械控制的融合。與時俱進，精益求精，相信橡膠機械會逐步走向智能化、數(shù)據(jù)化、集成化，同時也會更好的服務于客戶，提供更精準更便捷的用戶體驗。