本文主要介紹了五菱工業(yè)底盤事業(yè)部在齒輪熱處理設(shè)備自動化、信息化應(yīng)用實(shí)踐所取得的成果。通過熱處理滲碳自動化生產(chǎn)線構(gòu)建、熱處理后工序自動化集成以及齒輪AGV物流系統(tǒng)、齒輪二維碼追溯系統(tǒng)、熱處理設(shè)備信息化的升級改造等項目的提升改進(jìn)，齒輪熱處理車間逐步邁向少無人化、信息化車間，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

　　智能化工廠是近年來各制造行業(yè)所追求和實(shí)踐的目標(biāo)，也是中國制造邁向工業(yè)4.0和向高端產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的共同特征。熱處理是機(jī)械制造的基礎(chǔ)工藝之一，早期因作業(yè)條件惡劣和設(shè)備技術(shù)發(fā)展限制等因素，長期處于勞動強(qiáng)度大、自動化程度低的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。近年隨著裝備技術(shù)的發(fā)展，熱處理裝備自動化有了質(zhì)的飛躍，熱處理智能化工廠的實(shí)現(xiàn)具備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。熱處理智能化工廠的構(gòu)建也得到了工信部等行政管理部門的支持。從單臺裝備自動化走向生產(chǎn)線自動化，再到無人車間、數(shù)字化車間是熱處理技術(shù)發(fā)展的必由之路。五菱工業(yè)齒輪熱處理車間自建廠之初就秉持行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，堅持熱處理自動化和信息化的發(fā)展方向，不斷提升車間自動化信息化水平，以打造行業(yè)優(yōu)秀智能化工廠。

　　一、熱處理自動化

　　熱處理滲碳爐自動化生產(chǎn)線

　　公司齒輪熱處理采用推盤式滲碳生產(chǎn)線，主要集成了熱處理滲碳淬火及相關(guān)工藝：前清洗、預(yù)氧化、滲碳淬火、后清洗和回火。這條線出廠已實(shí)現(xiàn)各工序設(shè)備間的自動化集成，人工操作部分主要是人工裝卸料和推盤上下線。行業(yè)內(nèi)部分廠家為了實(shí)現(xiàn)自動化上下料，在推盤爐上下料區(qū)域集成機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動裝卸料，但該方式存在工裝變化大、換型困難、機(jī)器人調(diào)試程序復(fù)雜、節(jié)拍緊張等問題，應(yīng)用推廣受限。公司通過改造升級裝載器具和物流車，實(shí)現(xiàn)熱處理爐上下料的“自動化”，其實(shí)現(xiàn)方式如下：將滲碳工裝通過裝載物流車轉(zhuǎn)運(yùn)至前、后工序，并前、后置熱處理裝卸料工序;將原集中操作的熱處理裝卸料崗位的工作，分散到前、后工序的多個崗位進(jìn)行，熱處理區(qū)域只需將裝載零件的料盤工裝推盤上、下線，大大提升了車間的綜合效率，并減少了熱處理崗位的人員需求。崗位員工的主要操作也由裝卸料轉(zhuǎn)變?yōu)橥票P上下線、工藝巡查及質(zhì)量檢測等工作。

　　熱處理后工序自動化集成

　　齒輪熱處理后工序主要有噴丸處理、被齒端面拋光、主齒研中心孔、校直、螺紋退火等，這些工序有設(shè)備多、人員密集、操作強(qiáng)度高、作業(yè)環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。自動化集成可有效提升勞動效率，降低勞動強(qiáng)度，解決噪音、粉塵及高溫燙傷等健康危害問題。齒輪熱處理后工序自動化生產(chǎn)線通過機(jī)器人集成實(shí)現(xiàn)了主、被動傘齒輪噴丸自動上下料以及被齒端面拋光，主齒噴丸、研孔、校直、退火自動上下料，將原本單一設(shè)備獨(dú)立作業(yè)的工作模式，轉(zhuǎn)變成多臺設(shè)備整線集成聯(lián)線作業(yè)的工作島模式(見圖1)。工作島具備維護(hù)便利、布局便利、效率高等特點(diǎn)，現(xiàn)熱處理車間完成2組自動線的集成，每組自動線僅需1人即可維持生產(chǎn)線的自動運(yùn)行。同時自動線實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵質(zhì)量100%在線質(zhì)量監(jiān)測功能，如噴丸壓力實(shí)時流量監(jiān)控、主齒校直跳動在線檢測、校直裂紋探測，螺紋退火能量監(jiān)控功能，以保障自動線的質(zhì)量監(jiān)控。工作島模式在熱處理的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)熱處理各工序操作“解放雙手”，操作人員主要工作重心轉(zhuǎn)移到輔助上下料、生產(chǎn)線自動運(yùn)行的維持、產(chǎn)品車型切換、工藝參數(shù)巡檢和質(zhì)量檢查等工作上。整線改造減少了人工9人，大幅提高了生產(chǎn)效率和降低人工成本。

　　AGV物流系統(tǒng)

　　熱處理因工藝的特殊性及產(chǎn)線占地面積大，通常會布置在單獨(dú)的車間內(nèi)，操作崗位與機(jī)加工區(qū)域有較大的物流距離，AGV物流系統(tǒng)是解決物料拉運(yùn)距離遠(yuǎn)問題的較高效的運(yùn)行方式。齒輪工廠的AGV物流系統(tǒng)主要包含AGV物流車及控制系統(tǒng)、運(yùn)行軌道及物流路線、物料裝運(yùn)器具及其存放區(qū)、充電站及各區(qū)?？空军c(diǎn)等。因熱處理區(qū)域有半成品、成品緩沖存放區(qū)、工裝料具存放區(qū)，并形成一對多的信息處理站，故AGV物流系統(tǒng)的信息識別及處理區(qū)放在熱處理區(qū)域。AGV小車上的顯示屏在熱處理區(qū)域站點(diǎn)可自動顯示需求的物料和路線方向，以便操作人員對不同的需求信息做出判斷和處理。其他站點(diǎn)則只提供召喚需求以及換料操作即可。AGV的物流路線形成了閉環(huán)系統(tǒng)，不僅是加工零件運(yùn)轉(zhuǎn)路線的閉環(huán)，還包括運(yùn)載裝具和料框的循環(huán)流轉(zhuǎn)及閉環(huán)管理，以減少裝運(yùn)器具在某個區(qū)域的堆集和人員對系統(tǒng)的干預(yù)。另外，系統(tǒng)可自動監(jiān)控小車的運(yùn)行軌跡，記錄各?？奎c(diǎn)的停靠及發(fā)出時間，便于故障原因分析和后續(xù)路線優(yōu)化等。

　　優(yōu)化的生產(chǎn)加工過程

　　熱處理工序、工藝流程的優(yōu)化可以使熱處理自動化的實(shí)現(xiàn)更簡易，運(yùn)行更高效平穩(wěn)。

　　高效的備料方式：生產(chǎn)線自動化實(shí)現(xiàn)后，仍然需要人工輔助參與自動線的上下料，而集中高效的備料方式能減少人工對生產(chǎn)線的干涉，降低人工的勞動強(qiáng)度。如工作島生產(chǎn)線，每個上、下料區(qū)采用翻轉(zhuǎn)臺的備料方式，員工可1 次裝載約 100 件零件，備料后可 1 小時不在備料區(qū)操作;推盤爐的上線備料區(qū)可一次上線5盤物料，備料后可2小時不在備料區(qū)操作。

　　適應(yīng)自動化的工裝夾具和換型方式：現(xiàn)代汽車齒輪產(chǎn)品趨向多品種、小批量等特點(diǎn)，適應(yīng)自動化的簡易換型工裝是影響自動線運(yùn)行率和生產(chǎn)效率的重要因素。熱處理后工序自動化上下料生產(chǎn)線在策劃階段便考慮了多品種產(chǎn)品的柔性生產(chǎn)，采用適應(yīng)自動化的簡易工裝夾具，實(shí)現(xiàn)了高效的換型，并預(yù)留一定的其他產(chǎn)品類型的空間，加之自動加工程序的柔性選擇，大大延長了自動化生產(chǎn)線的生命周期。

　　自動化應(yīng)用小結(jié)

　　本文所述的自動化改造主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工過程幾個工序的自動化，距離全自動化車間還有一定的距離。(1)連續(xù)爐設(shè)備的裝卸料自動化，因工裝夾具變形及誤差問題，需設(shè)計便于自動化實(shí)現(xiàn)的專用熱處理工裝，同時借助視覺拍照搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化裝卸料，可降低因熱處理工裝變形造成的定位基準(zhǔn)偏移問題及不同產(chǎn)品定位不一致問題帶來的影響。(2)自動化單元的銜接，需要充分從物流、裝具轉(zhuǎn)換等方面考慮，以進(jìn)一步提升工廠自動化水平，這涉及與熱處理前、后工序及機(jī)加工區(qū)域的料具統(tǒng)一，需要從工廠層級考慮自動化匹配。

　　二、熱處理信息化

　　產(chǎn)品信息化

　　現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)齒輪產(chǎn)品熱處理主要采用批次信息作為齒輪的質(zhì)量追溯信息，齒輪屬于汽車關(guān)鍵零部件，批次管理存在過程管理困難，追溯信息有限，無法做到全工序追溯，尤其是精確到件的追溯，存在追溯難度大、追溯批量大、成本高等問題，越來越難以適應(yīng)信息化發(fā)展的需求。齒輪車間經(jīng)過試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣二維碼在主被動傘齒輪上的刻錄和識別，并能保證熱處理及噴丸后仍有較高的識別率，基于此，構(gòu)建了齒輪的二維碼精確追溯系統(tǒng)。該系統(tǒng)從齒輪毛坯上線即打標(biāo)生成二維碼，一碼一零件，同時關(guān)聯(lián)了原材料毛坯批次號、機(jī)加工生產(chǎn)線或機(jī)組號、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)班組等信息，熱處理前，每個零件掃碼集合裝爐時則關(guān)聯(lián)生成熱處理批次爐號信息，后工序則是每個掃碼點(diǎn)關(guān)聯(lián)對應(yīng)的加工信息，并在成品入庫時集成關(guān)聯(lián)生成成品批次號，從而實(shí)現(xiàn)齒輪全工序的信息關(guān)聯(lián)。通過二維碼掃碼和系統(tǒng)查詢，既可往前追溯所關(guān)聯(lián)各工序的加工信息，又可向后精確追尋定位零件所在的物料批次和裝車信息，大大提升了追溯效率和降低追溯管理成本。同時，二維碼追溯系統(tǒng)與生產(chǎn)MES系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)生產(chǎn)排產(chǎn)計劃，可系統(tǒng)監(jiān)控各產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度信息，也可用于可疑物料的攔截遏制。

　　熱處理生產(chǎn)線信息化

　　熱處理推盤爐生產(chǎn)線信息化主要將生產(chǎn)信息、工藝程序、工藝參數(shù)和曲線等過程控制數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計化、圖形化整理出來，匯總形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、工藝程序庫和工藝曲線庫等子系統(tǒng)，并通過二維碼追溯系統(tǒng)嵌入關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與前工序物料信息的交互和無紙化傳輸，最終完成零件信息、推盤爐設(shè)備加工信息和生產(chǎn)信息三者信息關(guān)聯(lián)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫包含生產(chǎn)產(chǎn)品的加工信息，如生產(chǎn)日期、上線時間、零件名稱、車型、批次號、數(shù)量等，設(shè)備系統(tǒng)軟件具備自動統(tǒng)計每個加 工爐次生產(chǎn)信息的功能，并形成列表，便于儲存及后續(xù)的追溯。這些信息的傳輸交互只需掃描其中一個零件的二維碼，即可從追溯系統(tǒng)獲取。工藝程序庫主要用于設(shè)置不同的工藝程序，可根據(jù)不同的產(chǎn)品、材料、毛坯批次等，設(shè)置不一樣的熱處理程序，便于工藝管理。工藝曲線庫可實(shí)時收集顯示設(shè)備的滲碳溫度、滲碳碳勢、滲碳時間、淬火溫度、淬火油溫等工藝參數(shù)，根據(jù)需求，每個爐號均可形成對應(yīng)的一個工藝曲線。工藝曲線庫的形成，不僅方便當(dāng)前工藝數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，還可方便未來質(zhì)量問題的工藝追溯，便于開展工藝分析。

　　熱處理后工序設(shè)備信息化

　　齒輪熱處理后工序信息化主要圍繞噴丸、校直、退火等工序做設(shè)備信息化改造，各設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)本設(shè)備的加工信息收集和記錄，如噴丸機(jī)的噴丸壓力、鋼丸流量和加工時間;校直機(jī)的校直前、后跳動，校直次數(shù)，是否有裂紋;退火機(jī)的退火電流電壓、工藝時間、加工能耗。設(shè)備信息化下一步的改進(jìn)計劃是零件與設(shè)備加工信息的關(guān)聯(lián)，這涉及設(shè)備PLC程序的修改及系統(tǒng)軟件的設(shè)計優(yōu)化，需要設(shè)備廠家進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

　　信息化應(yīng)用小結(jié)

　　產(chǎn)品二維碼的應(yīng)用是信息化的關(guān)鍵，二維碼追溯系統(tǒng)為熱處理的生產(chǎn)管理和質(zhì)量追溯提供了便利。目前齒輪車間熱處理信息化更多的是應(yīng)用在零件的質(zhì)量追溯以及報表輸出上，未能關(guān)聯(lián)生產(chǎn)及設(shè)備管理系統(tǒng)，這部分與生產(chǎn)更緊密結(jié)合的項目如訂單管理、生產(chǎn)管理、庫房管理關(guān)聯(lián)，需要結(jié)合生產(chǎn)需求做進(jìn)一步的開發(fā)。生產(chǎn)信息系統(tǒng)和質(zhì)量信息管理系統(tǒng)都是企業(yè)信息化系統(tǒng)的部分，如何統(tǒng)一結(jié)合分層級地實(shí)施信息化，是企業(yè)未來信息化改進(jìn)需考慮的重點(diǎn)。

　　三、結(jié)論

　　自動化和信息化工廠的實(shí)現(xiàn)是一個持續(xù)升級改造的過程，需要舊產(chǎn)線和設(shè)備的不斷改造升級，也需要新投資項目的前瞻性規(guī)劃。自動化和信息化是構(gòu)建智能化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，未來在互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)和人工智能的支持下，熱處理這一基礎(chǔ)工藝將最終實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

　　參考文獻(xiàn)略.