鍛壓裝備信息化的概念與規劃

文/趙婷婷·山東理工大學

賈明全·山東科匯電力自動化有限公司

鍛壓裝備信息化的概念與規劃

文/趙婷婷·山東理工大學

賈明全·山東科匯電力自動化有限公司

智能鍛壓裝備是具有感知、決策、執行功能的鍛壓裝備。由于伺服電機系統本身具備感知、決策、執行功能，所以，作為驅動運動的伺服電機執行機構是鍛壓裝備信息化的關鍵。

隨著信息技術的高速發展與深入普及，工業及制造業借助于信息技術的應用，淘汰高耗能、技術落后的無智商生產設備，實現裝備信息化、低碳化的轉型升級勢在必行，并已成為政府、企業、用戶的共識目標。

從國際形勢看，金融危機使工業發達國家重新重視制造業的發展，低碳經濟、智能裝備、無人工廠等發展路線，瞄準智能制造領域，瞄準裝備信息化，謀求塑造新的競爭優勢。不僅對我國制造業的未來發展構成激烈競爭，而且還將對已經形成優勢的我國產品造成市場空間擠壓。

從國內形勢看，制造業的轉型升級、智能裝備產業的培育發展和國家《節約能源法》等法律法規的強制性實施，對裝備制造業綠色化、智能化、信息化提出了新的、更高的要求，并提供了巨大的市場需求空間。未來5～10年，我國信息化裝備制造業將迎來發展的重要戰略機遇期。

中華人民共和國工業和信息化部最近力推鍛壓裝備信息化，工信部信息化推進司下發（2012）015號工信信函，授權中國鍛壓協會組織并推行鍛壓裝備智商評級工作，促進智能化的鍛壓裝備在中國鍛壓行業的研發和推廣使用，為鍛壓行業的發展帶來了實現飛躍的機遇。鍛壓是制造業的基礎工藝，鍛壓裝備信息化必將從基礎源頭推進整個制造業的技術進步與生產水平的提高。

在參與鍛壓裝備信息化的工作過程中，筆者仔細研究了《鍛壓裝備信息化指數和產品智商評價通則（草案）》，針對相關內容，本文從智能鍛壓裝備術語和定義、信息化規劃角度提出相關概念與思路。

智能鍛壓裝備的相關定義

鍛壓裝備

鍛壓是指在設備壓力作用下，使坯料產生塑性變形而成形的工藝過程，包括鍛造、沖壓、擠壓、旋壓、輥壓和軋制等工藝。其中，鍛造、沖壓、擠壓等設備的主運動為直線往復運動；旋壓、輥壓、軋制等設備的主運動為旋轉運動。按坯料類型的不同鍛壓工藝可分為體積鍛造、板料沖壓等工藝。鍛造有自由鍛、模鍛等工藝分類；沖壓有沖剪、折彎、拉深等工藝分類。

鍛壓裝備是完成鍛壓工藝所需要的設備和輔助裝置。主運動為直線往復運動的設備有曲柄壓力機、螺旋壓力機、液壓機等；主運動為旋轉運動的設備有旋壓機、輥鍛機、軋機等。

智能鍛壓裝備

智能鍛壓裝備是具有感知、決策、執行功能的鍛壓裝備（定義源于國家《智能制造裝備產業“十二五”發展規劃》）。智能鍛壓裝備的主運動、輔助運動、調整運動和進給運動等工作運動，均有具備感知、決策、執行功能的伺服電機系統驅動工作機構運動，配合位移、壓力、溫度等傳感器的信息感知與高速計算處理器的信息決策，而執行設定的工藝參數。

智能鍛壓裝備是具有智商的產品，能夠獲得信息化指數和產品智商的測評得分。傳統鍛壓裝備由傳統電機驅動，不具備感知、決策、執行的智商功能，而不能獲得信息化指數和產品智商的測評得分。

鍛壓裝備信息化的功能與用途

鍛壓裝備信息化是智能鍛壓裝備的一種稱謂。鍛壓裝備信息化的功能包括智能數控、柔性配合、高效節能、精密成形、高可靠性、高安全性等優勢，其用途是用于取代傳統鍛壓裝備、淘汰落后的生產設備，實現鍛壓行業信息化的轉型升級。

信息化的鍛壓裝備具有的功能也包括適應性高、加工柔性、個性化、可干預性等特性。通過信息化數控，依據用戶輸入的相關參數，即可實現改變程序、控制生產的目的。

信息化的鍛壓裝備具有的功能還包括通過信息互聯實現生產連線。通過執行機構伺服電機控制程序的互聯，即插即用的配置，提高了主機、輔機和機械手等的生產線連線能力。

信息化的鍛壓裝備具有更高的安全性。自動化與信息化的采用，極大地減少了手工操作，配合防止傷害操作者的措施，從根本上提高了安全性。

信息化鍛壓裝備的實時監測

信息化鍛壓裝備的實時監測通過傳感器來實現。位移、壓力、能量、溫度、液位和故障等信息，均有傳感器實時監測，并通過屏幕顯示。

信息化鍛壓裝備的故障診斷與故障排除

信息化的鍛壓裝備發生故障時，由報警系統提示，可通過遠程聯網，進行故障診斷，并通過屏幕顯示。關鍵故障具有智能排除功能，如曲柄壓力機的悶車故障，信息化的曲柄壓力機具有智能反轉而迅速解除悶車故障的功能；再如螺旋壓力機的過載故障，信息化的螺旋壓力機具有智能減小打擊力而避免過載故障的功能，淘汰了機械的過載保護裝置，減小了設備的復雜性和制造成本，實現了智能鍛壓裝備的制造成本不高于傳統鍛壓裝備的市場推廣目標。

鍛壓裝備的信息化規劃

鍛壓裝備信息化規劃的主要目標是感知、決策和執行的智能系統指標，關鍵是用伺服電機作為執行機構驅動工作運動，從源頭實現智能數控化。

鍛壓裝備主運動承受沖擊性負載，現有的開關磁阻伺服電機和永磁伺服電機之中，更適合沖擊性負載主運動的是開關磁阻伺服電機。開關磁阻伺服電機的轉子無繞組、無永磁體、無鼠籠條，抗沖擊、抗疲勞能力強，“電機結構堅固”、“效率高”，“是一種機電一體化節能型調速電機系統”（引自《中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國科學技術部 國家環境保護總局 公告2005年 第65號》）。永磁伺服電機的轉子上鑲嵌或粘貼有永磁體，在頻繁的過載沖擊下容易發生永磁體脫落、碎裂及退磁等，轉子溫度超過140℃則容易發生退磁。而開關磁阻電機的轉子為齒槽式結構，轉動慣量比異步電機小一半，在沖擊時，對轉子的沖擊力小一半。

我們前期的技術研發和應用證明，開關磁阻伺服電機特別牢固可靠，特別抗沖擊，特別適合鍛壓裝備主運動信息化的要求，同時在整個調速范圍內均具有高效率。實際應用證明，永磁伺服電機不適合驅動鍛壓裝備的主運動，永磁伺服電機更適合沖擊性負載小的輔助運動、調整運動和進給運動。

綜上所述，信息化規劃的鍛壓裝備執行機構應采用伺服電機，其中主運動應采用開關磁阻伺服電機，其他運動采用永磁等伺服電機。

結束語

智能鍛壓裝備是具有感知、決策、執行功能的鍛壓裝備。由于伺服電機系統本身具備感知、決策、執行功能，所以，作為驅動運動的伺服電機執行機構是鍛壓裝備信息化的關鍵。隨著開關磁阻伺服電機驅動主運動技術的成熟，配合傳感器的實時感知監測與高速計算處理器的智能決策，傳統鍛壓裝備轉型升級為智能鍛壓裝備技術條件已經完全具備。傳統鍛壓裝備的主運動改為開關磁阻伺服電機驅動、輔助運動改為永磁伺服電機驅動，淘汰落后驅動方式，將使傳統鍛壓裝備從源頭轉型升級為智能鍛壓裝備。

鍛壓裝備信息化作為鍛壓行業的重點發展方向和信息化與工業化深度融合的重要體現，大力培育和發展鍛壓裝備信息化產業對于加快制造業轉型升級，提升鍛壓生產效率、技術水平和產品質量，降低能源資源消耗，實現制造業生產過程的智能化和綠色化發展具有重要意義。

鍛壓裝備信息化的頂層設計和規劃至關重要，本文所提出的鍛壓裝備信息化的術語和定義、信息化規劃思路將對鍛壓裝備信息化的頂層設計和規劃起指導作用。