钣金制造工厂现状及智能化发展方向

发布时间：2024-07-16
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中国制造2025”旨在推动中国从“制造大国”迈向“制造强国”。因此欲建设智能化的钣金工厂，需要在企业统一的管理体系（图1）背景之上，而效率的提升显得至关重要，计划生产调度都要达到高水平，也就是人和设备的高度匹配，对整个生产过程进行实时监控与数据采集十分关键。基于数据分析组织生产，更合理的分配生产资源，提高生产效率，以较低的成本实现大规模定制化生产。

图1 现代企业的统一管理体系

钣金制造工厂的现状和存在的问题

目前，国内大多数钣金制造厂属于劳动力密集型企业，自动化、信息化和智能化水平较低，生产管理系统相对孤立，数据分散而不透明。随着生产成本和效率的巨大挑战，劳动力能力不足和高精度产品制造需求的矛盾越来越明显，如何又好又快的产品实现，是目前钣金制造工厂急需解决的问题。目前钣金厂的主要突出问题如下：

设备陈旧，技术落后

目前国内钣金制造工厂规模不一，存在大量的小作坊式钣金制造工厂，这些企业设备陈旧，以手工操作为主，只能生产低精度的产品。部分钣金制造工厂，虽然在本行业具有优势，但整体钣金技术水平落后，使用的大部分设备为二十世纪初或者更早的国外进口设备，同时国外已经成熟应用的新技术在国内钣金制造过程中应用少或停留在起步阶段。

信息化、数字化水平较低

目前国内的钣金制造工厂多数是基于业务的独立单元。企业内部的信息组织管理主要依靠人，而不是靠管理系统。企业内部信息流通不畅，缺少一个协同工作的环境，不能实现资源和知识共享，生产效率低。

部分生产线产能低

目前大多数钣金制造工厂没有建基于工艺流程的生产线。现有生产线技术装备水平低，工艺布局不合理，生产的产品精度和质量不高。与国外先进技术相比，在高精准产品制造、先进钣金成形技术领域，国内的钣金行业还处在在摸索阶段，没有形成规模化生产。

钣金制造工厂的发展方向

研究引进先进的钣金制造技术

钣金零件的制造技术除了传统的冲切、冲压、折弯、旋压等技术外，还有立足于产品特征的新技术，需要国内的钣金制造企业潜心研究和应用。如航空钣金制造的蒙皮拉伸成形技术、柔性多点成形技术、蒙皮镜像铣切技术、橡皮囊一步成形技术、喷丸成形技术、蠕变时效成形技术、充液成形技术、热冲压成形技术、超塑成形/扩散技术、热成形技术等。

建立钣金数字化制造技术体系

钣金制造过程的塑性成形特性及回弹现象使得钣金制造过程复杂，工艺参数不可控，制造过程部分定量、经验的试错模式。现阶段市场对钣金产品性能要求逐渐提高，加上钣金件的结构更加复杂，新型材料的应用不断增加，并且工件的制造周期和质量要求也正在不断上升。

基于数值模拟、计算仿真模型和科学试验数据等，对钣金件制造全过程中进行计算和模拟，对设计模具进行验证，明确成形工艺参数、优化模型、弥补预测制造过程中可能产生的缺陷，建立毛坯展开形状、回弹补偿量、工装设计及工艺参数的数据库，实现对钣金件形状和性能的预测和有效控制。由于工件的成形过程因素比较复杂，彼此相互耦合，虽然数值模拟技术可以用来优化工艺模型，从而减少试错次数，但仍然无法做到精准的预测，从而实现钣金工件的精确成形。

目前数值模拟技术、回弹控制技术等已经广泛应用在钣金制造过程中，如：橡皮囊一步成形、蠕变时效成形及充液成形等工装设计中的回弹补偿，蒙皮拉伸过程的轨迹预判和钣金件拉深过程的缺陷控制等。

引进智能设备，建立柔性智能生产线

智能制造设备是具有感知、分析、推理、决议计划及操控功能的总称，它集合了先进制造技能、信息技能、计算机技能和智能技能。是关于配备产品的集成和交融，表现了制造业的智能化、数字化和网络化的开展要求。以智能技能为基础，使先进加工技术以及计算机信息处理技术为一整体，覆盖钣金制造全部流程。智能化制造既解决了小批量、多品种与大批量、单一化产品加工自动化之间的矛盾，又满足了市场产品更新换代速度快、生产效率高的要求。

以折弯智能工厂为例，可以实现全自动的智能制造，新型智能工艺生产线（图2）包括大容量料库、切割单元、机器人折弯单元、AGV运送系统、软件以及控制系统等主要组成部分。具备智能制造的关键特点：自动化生产、过程受控、自适应排产以及预防性维护，数字化和自动化贯穿整个工艺流程。

图2 新型智能工艺生产线

引进钣金加工机器人

机器人是主动执行工作的机器设备，它既能够接受人的指挥，又能够运转预先编写的程序，还能够根据以人工智能技能拟定的准则纲要举动。它的使命是协助或取代人的工作。在钣金加工范畴，已有用于工作条件较差的焊接、打磨等工序的机器人，也有用于下料、折弯成形工序的机器人。从总体上看，钣金加工机器人（图3）现在还处在实验与起步期间，没有达到大范围推广运用的程度，只有少部分成功运用的实例和投放市场的产品。

图3 钣金加工机器人

图4 信息化数字工厂

基于信息化数字化工厂

建立数字化工厂（图4）应用现代的信息技术，帮助企业充分开发和有效利用资源、把握机会、正确的决策和提高运行效率是建立信息化数字化工厂的根本目的。

数字化工厂的运作离不开信息技术的支持，在信息技术的背景下，对人、机、料、法、环、测进行分析、规划和重组制定方案，对生产经营过程中所产生的业务信息进行记录、存储和管控，提供给各层次人员，使其了解一切动态业务信息，进而又好又快产品实现。

完善各个业务和生产环节的信息化、业务流程在线实施，优化基础软件，各环节信息化模块互联互通。建立数字系统下对实现人、机、料、法、环、测各基础数据采集，对以上各部分人员可以查询监督，实现数据共享。其中产品设备以及业务流程中的数据需要分析大数据，分析比较不同的周期、跨越生产和业务的环境，打破效率和绩效的瓶颈，从而对制约问题进行快速干预，实现生产和业务过程最优化。