橡膠機械的現代控制技術及發展

于志森

(天津市賽象機電工程有限公司，天津 300384)

現如今，以知識為基礎、以腦力勞動為主體的知識經濟時代已經到來，知識經濟是建立在知識及信息的生產、分配和使用基礎上的經濟，也叫做智能經濟，相較于農業經濟、工業經濟時代，知識經濟時代對橡膠機械這樣的傳統制造業提出了更高層次的要求。近年來，通訊技術、大數據應用技術和網絡技術都在飛速發展，已經從根本上改變了傳統制造業企業的生產方式與發展模式，同時也對整個橡膠機械行業的發展提出了新的要求，使之面臨著更大的機遇和挑戰。科技發展日新月異，國際化及動態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，從而要求每個企業都必須不斷研發新產品甚至發展新工藝。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是生產全球化的必然趨勢，在現場調試實施中結合計算機仿真技術也已經成為了實現生產高效化的基本前提，集成控制技術逐漸變成生產現代化的主體，同時也成為了新型企業的未來組織模式，而大數據及云平臺與橡膠機械控制的融合則是未來發展不可避免的一項進程。下面對橡膠機械的現代控制技術及發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

當前世界已經逐步進入信息時代，信息成為了一種極其重要的生產資源，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揮效用，并且會不斷增值。現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絡，從某種意義上來說，用于傳輸各種信息包括數字、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絡已經充當著越來越重要的角色。自從上世紀90年代以來，國際互連網在全球迅速增長，對整個社會產生了深遠影響，計算機通信網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絡和物聯網技術為基礎，將分布在不同區域的研發設計和生產制造部門，通過同一網絡系統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、不同規格所要展現的數據。這樣，就形成了遠程監控，操作工或其他人員就可以根據產量信息得知現場的生產情況，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絡或者以工作站的形式將分布在不同地點的各個子系統互聯在一起，實現數據之間的交互、共享和集成。在這期間，需要不斷減少中間數據的重復操作，降低重復率，來提高整個系統從訂單、設計、工藝、裝配、調試到生產全過程的效率，加速新產品的研發和新工藝的運用，提高質量，降低成本，縮短交貨周期和壓縮庫存，以提高企業在市場的競爭力。

圖1 產量信息折線圖

1.2 信息技術的使用發展

近百年來的發展進程說明控制與信息、通信的發展是密不可分的，信息科學技術與控制科學技術的交叉重疊率越來越高。計算機網絡、虛擬網絡、企業網絡、現代信號處理、物聯網等使自動化系統與工業控制系統從整體結構、控制方法、上位機控制、人機合作等都發生了重大的變化。例如：工業控制系統的整體結構因物聯網的發展和個性化的需要而越來越集成化；企業內部網(Intranet)與控制網(Controlnet)或現場總線(Fieldbus)、底層基礎網(Infranet)環境下的控制方法與算法需要創新。今后的控制系統必將是以網絡為主要特征：一方面是在自動化與工業控制中需要更深層次的滲透通信與網絡技術，另一方面是在通信網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場調試實施的結合

2.1 虛擬現實技術

虛擬現實VR(Virtual Reality)技術是利用計算機并借助如VR眼鏡或數據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場的工作環境中仍具有身臨其境之感覺的技術。借助虛擬現實技術能使操作人員如實地操縱各種設備或進行現場培訓。例如圖2所示，VR技術可以實現諸多功能，不僅能節省大量資金與時間，獲得可觀的經濟效益，還可避免發生生產中的各種工傷事故，把它們應用于工業控制就產生了虛擬制造系統。

圖2 VR技術涉獵領域

2.2 虛擬制造系統

虛擬制造系統VM(Virtual Manufacturing)是在上個世紀末提出的一個新的概念，它利用企業內部人力、物力、技術資源，進行合理調配，發揮各自的優勢，使得企業快速滿足市場的需求。虛擬制造系統可以在計算機軟件上模擬出的整個制造過程，對產品設計，加工制造及生產管理進行全局把控，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有以下幾方面特點及優勢：

(1) 在橡機產品的設計研發階段，可以在虛擬制造系統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所帶來的效益和風險，找出優勢和不足，從而幫助企業不斷修正，最終做出正確的規劃和決策。在研發方面，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，從而使產品開發快捷、優質和低耗，適應市場需求變化。

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

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

3 集成控制技術

3.1 計算機集成制造系統

現代工業的發展已出現越來越多的綜合型大項目，要求對從設計到生產的整個過程盒全部環節所組成網絡的物質流、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、能源利用、經濟效益和故障處理都在最優化、最合理的狀態。在自動化技術、信息技術與各種生產技術基礎上，由工業計算機系統將工廠全部生產活動所需的信息與各分散的自動化系統有機集成起來，構成一個能適應生產環境不確定性與市場需求多變性的柔性智能生產系統，例如以離散事件為特征的計算機集成制造系統CIMS。如圖3所示，CIMS系統由以下幾方面組成，用成熟技術及產品，促進學科交叉，從工業控制作為集成自動化的基礎必須考慮到集成的需求與環境，包括計算機網絡和數據分系統NES和DBS，技術信息分系統TIS、制造自動化分系統MAS、質量信息分系統QIS和管理信息分系統MIS等。衡量CIMS是否達到全面最優化要從及時性、高質量、經濟性和環境保護方面綜合考慮，實現從市場分析、產品設計、生產制造到售后服務的控制與管理的集成。

圖3 CIMS系統

3.2 集成控制技術在橡機行業的應用

橡膠機械行業生產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，使得生產過程集成化更高。“智能制造+工業機器人”的模式，已經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、總裝的生產過程中發揮著越來越重要的角色。

3.3 集成控制技術的關鍵

工業集成控制系統將不僅僅實現控制功能，而必須考慮與設計、管理決策等系統的互聯，實現信息的雙向共享和自動化系統的集成。在系統集成中，人的因素必須要受到足夠重視，成功的系統集成往往是經營、技術與人的集成，在自動化與工控系統中，如何促進人機協作、協調與協同，使人的創新性能更好發揮是人們關注的一個問題。要在生產中發揮人的優勢作用，更要使工控系統便于集成，以系統集成促進工控系統的發展。

4 大數據及云平臺與橡膠機械控制的融合

4.1 智能自動化技術

社會在不斷發展，每一項事物也都是在不斷地發展，橡膠機械的發展也不僅僅是簡單的輪胎制造，而是朝著從商品概念研發到商品最后的售后服務為一體的方向發展，制造技術體系也逐漸成為生產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控的，避免在機械制造過程中出現不合格或者制造工藝不到位的情況，并將出現的問題及時匯報給監管人員，以便監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 大數據運用的優勢

大數據運用處理的興起，云計算技術的不斷發展，在很大程度上推動了機械自動化技術健康發展，現階段我國大多數機械制造企業都越來越重視產品的銷售利潤以及生產效率，企業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帶來更多的效益，降低人工成本，也能促進行業技術發展，增加自身在行業市場的競爭力。

4.3 大數據在橡機行業的應用

在橡膠機械產業中，通過云計算技術和云工業物聯網的建設可以實現數字化的轉型，力爭達到并實現三個階段：首先，改變管理方式，通過工業物聯實現生產過程透明化和管理精細化，改變管理方式。在遠程就能監控設備狀態，智能及時發現異常，及時減少風險；精細化到訂單、班組、機臺、人員的物耗能耗統計，由月統計變為班，或按訂單統計分析成本，能及時發現成本波動，并改善優化，達到降本的目的；其次，改變生產方式，由于設備物聯，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，使生產的方式發生了改變，并且提高了物流效率，提升了生產率，優化了產品質量，縮短了交貨周期，同時也會不斷降低生產成本。如圖5所示，以下網絡就都可以接入云平臺進行監測，分析運行狀態，及時發現問題，生產方式發生改變后，支持多品種，小批量，高頻度生產模式，并且小批量生產成本大幅度降低，使得個性化定制成為可能。

圖5 大數據網絡拓撲

4.4 橡機行業的商業模式改變

橡膠機械產業在商業模式改變上也有三個層次：

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

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

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

5 結語

橡膠機械的現代控制技術及發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場調試實施的結合，全面應用集成控制技術和大數據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、數據化、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。