锻压装备信息化的概念与规划

文/赵婷婷·山东理工大学

贾明全·山东科汇电力自动化有限公司

锻压装备信息化的概念与规划

文/赵婷婷·山东理工大学

贾明全·山东科汇电力自动化有限公司

智能锻压装备是具有感知、决策、执行功能的锻压装备。由于伺服电机系统本身具备感知、决策、执行功能，所以，作为驱动运动的伺服电机执行机构是锻压装备信息化的关键。

随着信息技术的高速发展与深入普及，工业及制造业借助于信息技术的应用，淘汰高耗能、技术落后的无智商生产设备，实现装备信息化、低碳化的转型升级势在必行，并已成为政府、企业、用户的共识目标。

从国际形势看，金融危机使工业发达国家重新重视制造业的发展，低碳经济、智能装备、无人工厂等发展路线，瞄准智能制造领域，瞄准装备信息化，谋求塑造新的竞争优势。不仅对我国制造业的未来发展构成激烈竞争，而且还将对已经形成优势的我国产品造成市场空间挤压。

从国内形势看，制造业的转型升级、智能装备产业的培育发展和国家《节约能源法》等法律法规的强制性实施，对装备制造业绿色化、智能化、信息化提出了新的、更高的要求，并提供了巨大的市场需求空间。未来5～10年，我国信息化装备制造业将迎来发展的重要战略机遇期。

中华人民共和国工业和信息化部最近力推锻压装备信息化，工信部信息化推进司下发（2012）015号工信信函，授权中国锻压协会组织并推行锻压装备智商评级工作，促进智能化的锻压装备在中国锻压行业的研发和推广使用，为锻压行业的发展带来了实现飞跃的机遇。锻压是制造业的基础工艺，锻压装备信息化必将从基础源头推进整个制造业的技术进步与生产水平的提高。

在参与锻压装备信息化的工作过程中，笔者仔细研究了《锻压装备信息化指数和产品智商评价通则（草案）》，针对相关内容，本文从智能锻压装备术语和定义、信息化规划角度提出相关概念与思路。

智能锻压装备的相关定义

锻压装备

锻压是指在设备压力作用下，使坯料产生塑性变形而成形的工艺过程，包括锻造、冲压、挤压、旋压、辊压和轧制等工艺。其中，锻造、冲压、挤压等设备的主运动为直线往复运动；旋压、辊压、轧制等设备的主运动为旋转运动。按坯料类型的不同锻压工艺可分为体积锻造、板料冲压等工艺。锻造有自由锻、模锻等工艺分类；冲压有冲剪、折弯、拉深等工艺分类。

锻压装备是完成锻压工艺所需要的设备和辅助装置。主运动为直线往复运动的设备有曲柄压力机、螺旋压力机、液压机等；主运动为旋转运动的设备有旋压机、辊锻机、轧机等。

智能锻压装备

智能锻压装备是具有感知、决策、执行功能的锻压装备（定义源于国家《智能制造装备产业“十二五”发展规划》）。智能锻压装备的主运动、辅助运动、调整运动和进给运动等工作运动，均有具备感知、决策、执行功能的伺服电机系统驱动工作机构运动，配合位移、压力、温度等传感器的信息感知与高速计算处理器的信息决策，而执行设定的工艺参数。

智能锻压装备是具有智商的产品，能够获得信息化指数和产品智商的测评得分。传统锻压装备由传统电机驱动，不具备感知、决策、执行的智商功能，而不能获得信息化指数和产品智商的测评得分。

锻压装备信息化的功能与用途

锻压装备信息化是智能锻压装备的一种称谓。锻压装备信息化的功能包括智能数控、柔性配合、高效节能、精密成形、高可靠性、高安全性等优势，其用途是用于取代传统锻压装备、淘汰落后的生产设备，实现锻压行业信息化的转型升级。

信息化的锻压装备具有的功能也包括适应性高、加工柔性、个性化、可干预性等特性。通过信息化数控，依据用户输入的相关参数，即可实现改变程序、控制生产的目的。

信息化的锻压装备具有的功能还包括通过信息互联实现生产连线。通过执行机构伺服电机控制程序的互联，即插即用的配置，提高了主机、辅机和机械手等的生产线连线能力。

信息化的锻压装备具有更高的安全性。自动化与信息化的采用，极大地减少了手工操作，配合防止伤害操作者的措施，从根本上提高了安全性。

信息化锻压装备的实时监测

信息化锻压装备的实时监测通过传感器来实现。位移、压力、能量、温度、液位和故障等信息，均有传感器实时监测，并通过屏幕显示。

信息化锻压装备的故障诊断与故障排除

信息化的锻压装备发生故障时，由报警系统提示，可通过远程联网，进行故障诊断，并通过屏幕显示。关键故障具有智能排除功能，如曲柄压力机的闷车故障，信息化的曲柄压力机具有智能反转而迅速解除闷车故障的功能；再如螺旋压力机的过载故障，信息化的螺旋压力机具有智能减小打击力而避免过载故障的功能，淘汰了机械的过载保护装置，减小了设备的复杂性和制造成本，实现了智能锻压装备的制造成本不高于传统锻压装备的市场推广目标。

锻压装备的信息化规划

锻压装备信息化规划的主要目标是感知、决策和执行的智能系统指标，关键是用伺服电机作为执行机构驱动工作运动，从源头实现智能数控化。

锻压装备主运动承受冲击性负载，现有的开关磁阻伺服电机和永磁伺服电机之中，更适合冲击性负载主运动的是开关磁阻伺服电机。开关磁阻伺服电机的转子无绕组、无永磁体、无鼠笼条，抗冲击、抗疲劳能力强，“电机结构坚固”、“效率高”，“是一种机电一体化节能型调速电机系统”（引自《中华人民共和国国家发展和改革委员会 中华人民共和国科学技术部 国家环境保护总局 公告2005年 第65号》）。永磁伺服电机的转子上镶嵌或粘贴有永磁体，在频繁的过载冲击下容易发生永磁体脱落、碎裂及退磁等，转子温度超过140℃则容易发生退磁。而开关磁阻电机的转子为齿槽式结构，转动惯量比异步电机小一半，在冲击时，对转子的冲击力小一半。

我们前期的技术研发和应用证明，开关磁阻伺服电机特别牢固可靠，特别抗冲击，特别适合锻压装备主运动信息化的要求，同时在整个调速范围内均具有高效率。实际应用证明，永磁伺服电机不适合驱动锻压装备的主运动，永磁伺服电机更适合冲击性负载小的辅助运动、调整运动和进给运动。

综上所述，信息化规划的锻压装备执行机构应采用伺服电机，其中主运动应采用开关磁阻伺服电机，其他运动采用永磁等伺服电机。

结束语

智能锻压装备是具有感知、决策、执行功能的锻压装备。由于伺服电机系统本身具备感知、决策、执行功能，所以，作为驱动运动的伺服电机执行机构是锻压装备信息化的关键。随着开关磁阻伺服电机驱动主运动技术的成熟，配合传感器的实时感知监测与高速计算处理器的智能决策，传统锻压装备转型升级为智能锻压装备技术条件已经完全具备。传统锻压装备的主运动改为开关磁阻伺服电机驱动、辅助运动改为永磁伺服电机驱动，淘汰落后驱动方式，将使传统锻压装备从源头转型升级为智能锻压装备。

锻压装备信息化作为锻压行业的重点发展方向和信息化与工业化深度融合的重要体现，大力培育和发展锻压装备信息化产业对于加快制造业转型升级，提升锻压生产效率、技术水平和产品质量，降低能源资源消耗，实现制造业生产过程的智能化和绿色化发展具有重要意义。

锻压装备信息化的顶层设计和规划至关重要，本文所提出的锻压装备信息化的术语和定义、信息化规划思路将对锻压装备信息化的顶层设计和规划起指导作用。