橡胶机械的现代控制技术及发展

于志森

(天津市赛象机电工程有限公司，天津 300384)

现如今，以知识为基础、以脑力劳动为主体的知识经济时代已经到来，知识经济是建立在知识及信息的生产、分配和使用基础上的经济，也叫做智能经济，相较于农业经济、工业经济时代，知识经济时代对橡胶机械这样的传统制造业提出了更高层次的要求。近年来，通讯技术、大数据应用技术和网络技术都在飞速发展，已经从根本上改变了传统制造业企业的生产方式与发展模式，同时也对整个橡胶机械行业的发展提出了新的要求，使之面临着更大的机遇和挑战。科技发展日新月异，国际化及动态化的市场竞争也愈演愈烈，加之不断增加的充满不确定性的用户需求，不断进步的科学技术，使得每台设备的生命周期极大的缩短，从而要求每个企业都必须不断研发新产品甚至发展新工艺。因此，跟随着时代的脚步，在橡胶机械控制技术中结合信息技术已经是生产全球化的必然趋势，在现场调试实施中结合计算机仿真技术也已经成为了实现生产高效化的基本前提，集成控制技术逐渐变成生产现代化的主体，同时也成为了新型企业的未来组织模式，而大数据及云平台与橡胶机械控制的融合则是未来发展不可避免的一项进程。下面对橡胶机械的现代控制技术及发展从不同方向分别进行介绍。

1 信息技术与控制技术的结合

1.1 信息技术的使用

当前世界已经逐步进入信息时代，信息成为了一种极其重要的生产资源，它和其它物质资源不同，信息在生成、使用和流通的过程中不仅不会损耗，反而会在使用和流通中充分发挥效用，并且会不断增值。现今信息储存和处理的手段主要依赖于计算机，而信息的采集、传输和共享则离不开计算机网络，从某种意义上来说，用于传输各种信息包括数字、文字、声音、图形、图像和视频等多媒体信息的高速计算机通信网络已经充当着越来越重要的角色。自从上世纪90年代以来，国际互连网在全球迅速增长，对整个社会产生了深远影响，计算机通信网络是多种信息服务的集合，主要服务有全球信息服务、文件传输服务、电子邮件服务、远程登录服务、电子公告板服务等。多点登录、同时操作和共同运维是以高速计算机通信网络和物联网技术为基础，将分布在不同区域的研发设计和生产制造部门，通过同一网络系统结合为一个一体化运作和并行化管理的整体。如图1所示，将产量信息通过软件绘制成折线图，并且能通过条件筛选出不同班组、不同规格所要展现的数据。这样，就形成了远程监控，操作工或其他人员就可以根据产量信息得知现场的生产情况，相应作出调整。单台计算机的处理速度和存储空间都是有极限的，这就制约了其应用范围，只有通过计算机通信网络或者以工作站的形式将分布在不同地点的各个子系统互联在一起，实现数据之间的交互、共享和集成。在这期间，需要不断减少中间数据的重复操作，降低重复率，来提高整个系统从订单、设计、工艺、装配、调试到生产全过程的效率，加速新产品的研发和新工艺的运用，提高质量，降低成本，缩短交货周期和压缩库存，以提高企业在市场的竞争力。

图1 产量信息折线图

1.2 信息技术的使用发展

近百年来的发展进程说明控制与信息、通信的发展是密不可分的，信息科学技术与控制科学技术的交叉重叠率越来越高。计算机网络、虚拟网络、企业网络、现代信号处理、物联网等使自动化系统与工业控制系统从整体结构、控制方法、上位机控制、人机合作等都发生了重大的变化。例如：工业控制系统的整体结构因物联网的发展和个性化的需要而越来越集成化；企业内部网(Intranet)与控制网(Controlnet)或现场总线(Fieldbus)、底层基础网(Infranet)环境下的控制方法与算法需要创新。今后的控制系统必将是以网络为主要特征：一方面是在自动化与工业控制中需要更深层次的渗透通信与网络技术，另一方面是在通信网络的管理与控制中也要求更多的采用控制理论与策略。

2 计算机仿真技术与现场调试实施的结合

2.1 虚拟现实技术

虚拟现实VR(Virtual Reality)技术是利用计算机并借助如VR眼镜或数据手套等传感装置及各种信息传输通道及其接口，使操作人员在远离现场的工作环境中仍具有身临其境之感觉的技术。借助虚拟现实技术能使操作人员如实地操纵各种设备或进行现场培训。例如图2所示，VR技术可以实现诸多功能，不仅能节省大量资金与时间，获得可观的经济效益，还可避免发生生产中的各种工伤事故，把它们应用于工业控制就产生了虚拟制造系统。

图2 VR技术涉猎领域

2.2 虚拟制造系统

虚拟制造系统VM(Virtual Manufacturing)是在上个世纪末提出的一个新的概念，它利用企业内部人力、物力、技术资源，进行合理调配，发挥各自的优势，使得企业快速满足市场的需求。虚拟制造系统可以在计算机软件上模拟出的整个制造过程，对产品设计，加工制造及生产管理进行全局把控，对调度、销售、服务等工作作出综合评价。因此，橡胶机械在控制上应用虚拟制造系统有以下几方面特点及优势：

(1) 在橡机产品的设计研发阶段，可以在虚拟制造系统中仿真出一些待实验的新技术、新工艺，通过仿真测试，可以评价出新技术或新工艺对生产所带来的效益和风险，找出优势和不足，从而帮助企业不断修正，最终做出正确的规划和决策。在研发方面，也可以进行有价值的科学研究，进行可行性分析，做出可行性研究报告，从而使产品开发快捷、优质和低耗，适应市场需求变化。

(2) 在橡机产品的生产制造阶段，虚拟制造系统可以在软件中模拟运行，可以达到在不消耗系统实际资源的情况下，不断改进产品结构、优化生产过程、充分利用资源的效果，并且通过运行虚拟制造系统，可以提前消除偏差及扰动，提前预报实际制造系统中可能出现的问题，提高了实际制造系统的质量及可靠性，降低产品成本，提高产品质量。

(3) 在橡机产品的使用维护阶段，分布在不同地点、不同部门甚至不同专业的工作人员可以在同一套系统的不同终端上同时工作，互相交流，进行信息的实时共享，优化文档，减少重复输出及传递的时间和误差，实现远程监控设备运行状态，进行参数可视化管理。

3 集成控制技术

3.1 计算机集成制造系统

现代工业的发展已出现越来越多的综合型大项目，要求对从设计到生产的整个过程盒全部环节所组成网络的物质流、信息流、资金流进行综合控制，使预测分析、运行工况、设备状态、能源利用、经济效益和故障处理都在最优化、最合理的状态。在自动化技术、信息技术与各种生产技术基础上，由工业计算机系统将工厂全部生产活动所需的信息与各分散的自动化系统有机集成起来，构成一个能适应生产环境不确定性与市场需求多变性的柔性智能生产系统，例如以离散事件为特征的计算机集成制造系统CIMS。如图3所示，CIMS系统由以下几方面组成，用成熟技术及产品，促进学科交叉，从工业控制作为集成自动化的基础必须考虑到集成的需求与环境，包括计算机网络和数据分系统NES和DBS，技术信息分系统TIS、制造自动化分系统MAS、质量信息分系统QIS和管理信息分系统MIS等。衡量CIMS是否达到全面最优化要从及时性、高质量、经济性和环境保护方面综合考虑，实现从市场分析、产品设计、生产制造到售后服务的控制与管理的集成。

图3 CIMS系统

3.2 集成控制技术在橡机行业的应用

橡胶机械行业生产过程的集成控制还有很大的提升空间，例如，在换料或卸胎的过程中，使用AGV小车进行自动物流供应，使得生产过程集成化更高。“智能制造+工业机器人”的模式，已经成为了众多汽车品牌商全面提升公司智能制造水平的有效手段。AGV在汽车的整车制造四大工艺，即冲压、焊装、涂装、总装的生产过程中发挥着越来越重要的角色。

3.3 集成控制技术的关键

工业集成控制系统将不仅仅实现控制功能，而必须考虑与设计、管理决策等系统的互联，实现信息的双向共享和自动化系统的集成。在系统集成中，人的因素必须要受到足够重视，成功的系统集成往往是经营、技术与人的集成，在自动化与工控系统中，如何促进人机协作、协调与协同，使人的创新性能更好发挥是人们关注的一个问题。要在生产中发挥人的优势作用，更要使工控系统便于集成，以系统集成促进工控系统的发展。

4 大数据及云平台与橡胶机械控制的融合

4.1 智能自动化技术

社会在不断发展，每一项事物也都是在不断地发展，橡胶机械的发展也不仅仅是简单的轮胎制造，而是朝着从商品概念研发到商品最后的售后服务为一体的方向发展，制造技术体系也逐渐成为生产技术与信息技术相结合的体系，这就是智能化自动化技术的发展形式。自动化技术逐渐走向智能化的过程，是一个不断将生产制造技术、自动化控制技术和人工智能技术结合起来的过程，如图4所示。在智能化制造体系中，有一部分设备是可以替代工作人员进行监控的，避免在机械制造过程中出现不合格或者制造工艺不到位的情况，并将出现的问题及时汇报给监管人员，以便监管人员能够在第一时间完成对故障的检修工作。

图4 智能自动化技术

4.2 大数据运用的优势

大数据运用处理的兴起，云计算技术的不断发展，在很大程度上推动了机械自动化技术健康发展，现阶段我国大多数机械制造企业都越来越重视产品的销售利润以及生产效率，企业要对自动化技术的要求因此越来越高，因为自动化程度提高可以为企业带来更多的效益，降低人工成本，也能促进行业技术发展，增加自身在行业市场的竞争力。

4.3 大数据在橡机行业的应用

在橡胶机械产业中，通过云计算技术和云工业物联网的建设可以实现数字化的转型，力争达到并实现三个阶段：首先，改变管理方式，通过工业物联实现生产过程透明化和管理精细化，改变管理方式。在远程就能监控设备状态，智能及时发现异常，及时减少风险；精细化到订单、班组、机台、人员的物耗能耗统计，由月统计变为班，或按订单统计分析成本，能及时发现成本波动，并改善优化，达到降本的目的；其次，改变生产方式，由于设备物联，仓储物流设备的集成，移动APP的应用，场景智能化。例如：投料防错，在线质检，智能物流管控一体化等，使生产的方式发生了改变，并且提高了物流效率，提升了生产率，优化了产品质量，缩短了交货周期，同时也会不断降低生产成本。如图5所示，以下网络就都可以接入云平台进行监测，分析运行状态，及时发现问题，生产方式发生改变后，支持多品种，小批量，高频度生产模式，并且小批量生产成本大幅度降低，使得个性化定制成为可能。

图5 大数据网络拓扑

4.4 橡机行业的商业模式改变

橡胶机械产业在商业模式改变上也有三个层次：

（1）客户化定制，有的行业以前是大规模生产，借助工业互联网可以转型为客户化定制生产，并且有系统支撑，客户化定制的成本也大大降低，有更多的客户愿意定制，企业的收益也会有较大提高；

（2）服务化延伸转型，有的企业借助设备远程监控诊断，监控设备故障预警，给客户提供更优质的服务，在以前产品收入的基础上增加服务性收入；

（3）服务化转型，有的行业从以前的卖产品转型为卖服务，例如机器以前是卖机器，现在改为集中建机械加工中心，客户按照机器使用台数收费。

5 结语

橡胶机械的现代控制技术及发展主要包括上文提到的四个方面：信息技术与控制技术的结合，计算机仿真技术与现场调试实施的结合，全面应用集成控制技术和大数据及云平台与橡胶机械控制的融合。与时俱进，精益求精，相信橡胶机械会逐步走向智能化、数据化、集成化，同时也会更好的服务于客户，提供更精准更便捷的用户体验。