中國制造2025”旨在推動中國從“制造大國”邁向“制造強國”。因此欲建設智能化的鈑金工廠,需要在企業(yè)統(tǒng)一的管理體系背景之上,而效率的提升顯得至關重要,計劃生產調度都要達到高水平,也就是人和設備的高度匹配,對整個生產過程進行實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集十分關鍵?;跀?shù)據(jù)分析組織生產,更合理的分配生產資源,提高生產效率,以較低的成本實現(xiàn)大規(guī)模定制化生產。
鈑金加工廠的現(xiàn)狀和存在的問題
目前,國內大多數(shù)鈑金制造廠屬于勞動力密集型企業(yè),自動化、信息化和智能化水平較低,生產管理系統(tǒng)相對孤立,數(shù)據(jù)分散而不透明。隨著生產成本和效率的巨大挑戰(zhàn),勞動力能力不足和高精度產品制造需求的矛盾越來越明顯,如何又好又快的產品實現(xiàn),是目前鈑金制造工廠急需解決的問題。目前鈑金廠的主要突出問題如下:
設備陳舊,技術落后
目前國內鈑金制造工廠規(guī)模不一,存在大量的小作坊式鈑金制造工廠,這些企業(yè)設備陳舊,以手工操作為主,只能生產低精度的產品。部分鈑金制造工廠,雖然在本行業(yè)具有優(yōu)勢,但整體鈑金技術水平落后,使用的大部分設備為二十世紀初或者更早的國外進口設備,同時國外已經成熟應用的新技術在國內鈑金制造過程中應用少或停留在起步階段。
信息化、數(shù)字化水平較低
目前國內的鈑金制造工廠多數(shù)是基于業(yè)務的獨立單元。企業(yè)內部的信息組織管理主要依靠人,而不是靠管理系統(tǒng)。企業(yè)內部信息流通不暢,缺少一個協(xié)同工作的環(huán)境,不能實現(xiàn)資源和知識共享,生產效率低。
部分生產線產能低
目前大多數(shù)鈑金制造工廠沒有建基于工藝流程的生產線?,F(xiàn)有生產線技術裝備水平低,工藝布局不合理,生產的產品精度和質量不高。與國外先進技術相比,在高精準產品制造、先進鈑金成形技術領域,國內的鈑金行業(yè)還處在在摸索階段,沒有形成規(guī)?;a。
鈑金制造工廠的發(fā)展方向
鈑金零件的制造技術除了傳統(tǒng)的沖切、沖壓、折彎、旋壓等技術外,還有立足于產品特征的新技術,需要國內的鈑金制造企業(yè)潛心研究和應用。如航空鈑金制造的蒙皮拉伸成形技術、柔性多點成形技術、蒙皮鏡像銑切技術、橡皮囊一步成形技術、噴丸成形技術、蠕變時效成形技術、充液成形技術、熱沖壓成形技術、超塑成形/擴散技術、熱成形技術等。
建立鈑金數(shù)字化制造技術體系
鈑金制造過程的塑性成形特性及回彈現(xiàn)象使得鈑金制造過程復雜,工藝參數(shù)不可控,制造過程部分定量、經驗的試錯模式?,F(xiàn)階段市場對鈑金產品性能要求逐漸提高,加上鈑金件的結構更加復雜,新型材料的應用不斷增加,并且工件的制造周期和質量要求也正在不斷上升。
基于數(shù)值模擬、計算仿真模型和科學試驗數(shù)據(jù)等,對鈑金件制造全過程中進行計算和模擬,對設計模具進行驗證,明確成形工藝參數(shù)、優(yōu)化模型、彌補預測制造過程中可能產生的缺陷,建立毛坯展開形狀、回彈補償量、工裝設計及工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)對鈑金件形狀和性能的預測和有效控制。由于工件的成形過程因素比較復雜,彼此相互耦合,雖然數(shù)值模擬技術可以用來優(yōu)化工藝模型,從而減少試錯次數(shù),但仍然無法做到精準的預測,從而實現(xiàn)鈑金工件的..成形。
目前數(shù)值模擬技術、回彈控制技術等已經廣泛應用在鈑金制造過程中,如:橡皮囊一步成形、蠕變時效成形及充液成形等工裝設計中的回彈補償,蒙皮拉伸過程的軌跡預判和鈑金件拉深過程的缺陷控制等。
引進智能設備,建立柔性智能生產線
智能制造設備是具有感知、分析、推理、決議計劃及操控功能的總稱,它集合了先進制造技能、信息技能、計算機技能和智能技能。是關于配備產品的集成和交融,表現(xiàn)了制造業(yè)的智能化、數(shù)字化和網絡化的開展要求。以智能技能為基礎,使先進加工技術以及計算機信息處理技術為一整體,覆蓋鈑金制造全部流程。智能化制造既解決了小批量、多品種與大批量、單一化產品加工自動化之間的矛盾,又滿足了市場產品更新?lián)Q代速度快、生產效率高的要求。
以折彎智能工廠為例,可以實現(xiàn)全自動的智能制造, 新型智能工藝生產線(圖2)包括大容量料庫、切割單元、機器人折彎單元、AGV運送系統(tǒng)、軟件以及控制系統(tǒng)等主要組成部分。具備智能制造的關鍵特點:自動化生產、過程受控、自適應排產以及預防性維護,數(shù)字化和自動化貫穿整個工藝流程。
引進鈑金加工機器人
機器人是主動執(zhí)行工作的機器設備,它既能夠接受人的指揮,又能夠運轉預先編寫的程序,還能夠根據(jù)以人工智能技能擬定的準則綱要舉動。它的使命是協(xié)助或取代人的工作。在鈑金加工范疇,已有用于工作條件較差的焊接、打磨等工序的機器人,也有用于下料、折彎成形工序的機器人。從總體上看,鈑金加工機器人(圖3)現(xiàn)在還處在實驗與起步期間,沒有達到大范圍推廣運用的程度,只有少部分成功運用的實例和投放市場的產品。
建立數(shù)字化工廠(圖4)應用現(xiàn)代的信息技術,幫助企業(yè)充分開發(fā)和有效利用資源、把握機會、正確的決策和提高運行效率是建立信息化數(shù)字化工廠的根本目的。
數(shù)字化工廠的運作離不開信息技術的支持,在信息技術的背景下,對人、機、料、法、環(huán)、測進行分析、規(guī)劃和重組制定方案,對生產經營過程中所產生的業(yè)務信息進行記錄、存儲和管控,提供給各層次人員,使其了解一切動態(tài)業(yè)務信息,進而又好又快產品實現(xiàn)。
完善各個業(yè)務和生產環(huán)節(jié)的信息化、業(yè)務流程在線實施,優(yōu)化基礎軟件,各環(huán)節(jié)信息化模塊互聯(lián)互通。建立數(shù)字系統(tǒng)下對實現(xiàn)人、機、料、法、環(huán)、測各基礎數(shù)據(jù)采集,對以上各部分人員可以查詢監(jiān)督,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。其中產品設備以及業(yè)務流程中的數(shù)據(jù)需要分析大數(shù)據(jù),分析比較不同的周期、跨越生產和業(yè)務的環(huán)境,打破效率和績效的瓶頸,從而對制約問題進行快速干預,實現(xiàn)生產和業(yè)務過程.優(yōu)化。