關于鍛造企業自動化與信息化建設的思考

文／蘭芳，沈軍艦，曹超，汪祥，李小濤·武漢新威奇科技有限公司

國內鍛造線發展歷程

鍛造是一種古老的工藝，中國的鍛造歷史可追溯到2000 多年前，考古研究表明商代中期就存在熱鍛工藝，直至近代，鍛造主要是以人工作坊的生產方式延續下來。洋務運動時期，通過引進西方國家的蒸汽錘，鍛造發展為工業生產。20世紀50 年代，新中國從蘇聯、東德、捷克等國家進口水壓機、熱模鍛壓力機及模鍛錘等鍛造設備，鍛造工業進一步發展。到20 世紀60 年代，中國已經可以自主生產國產鍛壓設備，鍛造行業得以快速發展。

截至21 世紀初，國內的鍛造線主要是以人工生產方式進行，鍛造環境比較惡劣，大多廠家還是采用自由鍛或模鍛，精密模鍛較少。隨著中國汽車工業的發展，每年對鍛件的需求急劇增加，鍛造行業開始真正進入快速發展階段，鍛造設備、工藝、現場管理等都有了較大的進步，在這個快速擴張階段，鍛造工藝及生產線發展迅速，但是距離國際先進水平還有巨大差距，鍛造行業大而不強。隨著近幾年汽車工業增速放緩，鍛件需求下降，鍛造行業競爭愈發激烈，轉型升級迫在眉睫。

鍛造線升級的必要性與方向

鍛造行業的轉型升級目標在于“提質、降本、增效”，著重提升產品質量、降低生產運營成本、提高生產效率，以此提高企業競爭力。要達到這些轉型升級目標，每個企業都有自己的規劃，武漢新威奇科技深耕鍛造行業30 余年，針對鍛造企業的轉型升級給出的建議是鍛造生產線升級為自動化生產線，生產管理升級為數據化管理。

⑴自動化生產線升級的內容主要有以下幾點，具體建議見表1。

表1 自動化升級建議

⑵鍛造企業的生產管理升級包含以下內容，詳見表2。

表2 數字化升級建議

以上對鍛造企業轉型升級方向提出的建議是新威奇科技多年鍛造自動線“交鑰匙”工程項目中獲得的知識總結，并在與眾多鍛造企業交流過程中獲取的經驗，接下來，我將對生產線自動化、信息化建設及案例進行介紹。

自動化鍛造生產線建設及案例分享

自動化鍛造生產線建設最重要的指標是生產線的穩定性，這直接關系到生產線升級的成敗，而鍛造自動線的穩定性取決于各生產環節中穩定性最差的一環，因此，在做生產線自動化升級時必須考慮全面。下面主要從鍛造裝備及鍛造工藝穩定兩個方面介紹。

生產線裝備穩定性

影響生產線裝備穩定性主要有三個要素：鍛造裝備、模具工裝、輔助設備。

⑴鍛造裝備的穩定性。

根據鍛造工藝過程，不同工步設備的穩定性需求見表3。

表3 設備穩定性要點

⑵模具工裝的穩定性。

模具、模座的穩定直接影響產品質量的穩定，人工生產時工人會在每次終鍛后目視檢測產品是否有缺陷。在自動化生產時則必須通過模具及模座的設計、加工保證在設計的使用壽命內模具、模座能穩定工作。對模具、模座穩定性需求見表4。⑶輔助設備穩定性。

表4 模具工裝穩定性要點

鍛造生產線涉及的設備除了主機外，還需配備一些輔助設備來保障生產線的穩定運行，而且多是非標設備，其穩定性同樣重要，穩定性需求見表5。

表5 輔助設備穩定性要點

鍛造工藝穩定性要點

鍛造工藝穩定性至關重要，要點見表6。

表6 鍛造工藝穩定性要點

環類鍛件自動化生產線建設實例

傳統的環類鍛件鍛造工藝是采用自由鍛制坯，然后輾環機輾環，最后由摩擦壓力機鍛造成形。這種工藝存在諸多問題，如鐓粗后毛坯形狀不規則，沖孔位置也不準確，輾環后環形毛坯尺寸不固定，摩擦壓力機鍛打后產品高度尺寸離散度大等。為了提高產品質量和一致性，必須采用新的制坯工藝，同時采用新的設備，為此武漢新威奇科技開發了適用于自動化生產的鍛造工藝。將新、舊兩種工藝做對比，詳見表7。

表7 環類件生產工藝改進對比

新威奇科技為江蘇某專業生產齒輪的上市公司采用伺服液壓機三工位制坯、自動輾環機制坯、電動螺旋壓力機精鍛工藝建設全自動鍛造生產線(圖1、圖2)，在生產電動汽車主動減速齒鍛件(圖3)時，單件產品減重15%，產品精鍛后無需粗車，大大提高了產品精度，降低了生產成本。

圖1 伺服液壓機制坯

圖2 自動化鍛造生產線

圖3 減速齒鍛件

鍛造企業數字化建設

鍛造企業屬于傳統制造行業，行業內大多數企業起點較低，企業前期都是通過手工作業一步一步發展起來，在企業研發、生產、管理等方面都是依靠人工經驗；目前國內外都已推出信息化生產管理模式，但是我們認為目前業內很多廠家距離數字化生產、管理都有一定差距，更遑論信息化的生產和管理建設。因此，目前鍛造企業發展數據化建設更加迫在眉睫，只有完成數據化轉型，積累生產數據，才能為信息化建設打好數據基礎。

采用CAE 軟件指導產品開發

目前行業內產品鍛造工藝開發主要由工藝工程師承擔，一個好的工藝工程師需要5 ～10 年的現場生產經驗才能成長起來，這種培養模式注定了行業亟缺工藝工程師。采用CAE 模擬仿真軟件可以降低對工藝人員經驗的要求，同時也可以提高工藝人員的經驗積累速度。

國外鍛造企業采用CAE 模擬仿真軟件歷史有50多年，國內近些年采用CAE軟件的企業也在逐步增多，但是，根據與客戶的交流發現，把CAE 軟件用好的企業非常少，主要原因是缺少對有限元計算的理論知識理解和建模過程中邊界條件的理解，而且缺乏后處理分析能力。這些情況就導致很少企業能夠把模擬軟件用好，CAE 軟件也沒有起到應有的作用。

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鍛造工藝經驗數據化建設

鍛造過程中影響產品質量的因素非常多，例如加熱溫度、保溫時間、制坯形狀、模具溫度、噴墨量、工件擺放等等，這些影響因素和工藝參數通常都是依靠工人經驗來判斷，不同的工人對于這些生產因素的判斷是不一樣的，導致產品質量一致性不好，要解決這個問題就需要將生產工藝參數由經驗轉變為數據。

將鍛造工藝參數轉變為數據，很多企業都已經在做，并形成了完整的工藝文件，但是，這里需要說的不僅僅是制定工藝文件。我們在走訪很多客戶的過程中發現，很多企業確實是具備完善的工藝文件，但是很少能看到執行這些工藝文件的工具。例如，對于模具溫度的控制，極少見到有采用測溫儀對模具溫度進行檢測及監控的工具；很多企業仍然采用人工噴墨，噴墨時間和軌跡都不可控；也很少有企業對設備打擊力和能量進行監控，等等。

嚴格執行工藝文件并配備相應的工具，這樣才能真正實現將鍛造經驗數據化，并不斷根據執行結果對工藝文件進行修正，積累有效的工藝數據，為后續建立工藝數據庫打好基礎。

工藝數據庫的建立將解決鍛造企業知識傳承，員工培養等一系列問題，從而真正解決鍛造企業缺少工藝人才的難題。

鍛造企業的信息化建設

在鍛造企業解決了設備和生產線自動化、數字化升級轉型等問題后，企業才能進行下一步的信息化建設。鍛造企業為什么要進行信息化建設，信息化建設的意義和目的又是什么呢？這是目前很多企業高層經常問到的問題。簡單來說，信息化的目的就是為決策提供依據，為提高效率提供支持，為降低成本提供方向。

為決策提供依據

目前，很多企業管理過程中都會有各種匯報機制，不管是表單還是會議，匯報的本質是信息的傳遞和共享，通過信息化建設，將各種基層的生產數據、物流數據、采購數據進行整合，這些更加真實，未經人工加工的數據將為決策者提供更多的有效信息，避免因為信息不對稱帶來的決策失誤。

為提高效率提供支持

企業信息化建設的過程就是對企業管理的一次重新梳理，將企業管理規范化、簡便化，信息透明化。當企業建立完備的信息化體系后，企業內部管理更加規范，崗位職責更加明晰，每個人都能得到清晰定位，提高工作效率。

為降低成本提供方向

通過企業的信息化建設，將各種生產成本、管理成本、財務成本進行收集和整理，這些成本信息會更加詳細和具體，例如，在鍛造生產過程中，采用不同的鍛造溫度，加熱能耗、設備能耗、材料損耗等都會有差異，傳統的管理方式無法將這些細微的差異進行統計分析，但當設備、生產線、管理實現信息化后，這些細微差異就可以體現出來，這些信息可以為降低生產成本提供方向。

信息化建設可以針對企業的實際情況提供準確、完備的數據支持，為企業的經營管理和未來的發展提供更大的空間。

鍛造生產線信息化案例

武漢新威奇科技近年來在鍛造生產線的信息化建設方面不斷進行探索和研究，為客戶建立了數條信息化生產線。接下來，以風電軸承鋼球為例展開介紹。

鋼球鍛造生產線的信息化平臺(圖4)可以收集三條鍛造生產線的生產數據，然后對生產數據進行處理(圖5)，可以對生產線優化提供依據。針對以下2條信息為例：

圖4 生產線信息化平臺

圖5 生產線數據分析后臺

⑴三條生產線的班、日、月、季度及年產量，以及各不同型號鋼球的產量信息；

⑵鋸床下料后，對每件棒料進行稱重，按照重量劃分不同等級。

根據信息⑴，管理者可以分析每種型號鋼球的客戶訂單需求規律，按照分析結果進行原材料備貨及生產準備；也可以根據客戶總體訂單的需求規律，合理安排生產周期，做好設備停機維護安排；

根據信息⑵，生產人員根據模具的磨損程度，在不同的模具使用周期內安排不同重量的棒料進行生產，這樣就可以保證不會因為不同重量的毛坯混用導致鍛件質量問題，同時也可以保證在不同重量批號內，產品重量的一致性。

以上案例只是對生產線信息化運用的簡單嘗試，企業的信息化建設將對企業產生更加深遠的影響和意義。

結束語

國內鍛造工藝及生產線發展迅速，但是距離國際先進水平還有巨大的差距，鍛造行業大而不強，鍛造行業轉型升級迫在眉睫。我們也要注意，鍛造自動化、數據化、信息化轉型升級是一個系統工程，要從全局思考、布局，希望鍛造行業同仁要加強交流，共同實現中國鍛造強國目標。