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金屬制品行業(yè)作為制造業(yè)的一個重要組成部分，在中國國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用,。一直以來,，金屬制品行業(yè)作為傳統(tǒng)制造業(yè)，給人的印象就是高耗能,、勞動密集,、手工作坊式的小散企業(yè)組成的行業(yè)。然而,，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式和工藝已經(jīng)難以滿足日益增長的市場需求和激烈的競爭環(huán)境,。因此,，自動化就成為可改變現(xiàn)狀的一個手段。
1 金屬制品行業(yè)發(fā)展歷史
我國古代的銅鐵拉拔技術(shù)最早出現(xiàn)于宋,，明清的到了較大的發(fā)展,，明《天工開物》卷十“錘鍛針”條詳細描述了拉拔制針的整個工藝過程：“凡針，先錘鍛鐵為細條,，用鐵尺一根,，錐成線眼，抽過條鐵成線,。逐寸剪斷為針,，先鎈其末成穎，用小錘敲扁其本,，剛錐穿鼻,，復鎈其外”，其中的線眼抽過條鐵成線的工藝原理與現(xiàn)代的拉拔生產(chǎn)工藝基本一致了,。到了近現(xiàn)代,，從人力拉拔，轉(zhuǎn)為水力,、機器,，形成的現(xiàn)代的拉拔生產(chǎn)。從金屬制品行業(yè)的整個生產(chǎn)的發(fā)展來說,，其工藝原理基本未變,，改變的是生產(chǎn)金屬制品產(chǎn)品的裝備，也就是說金屬制品行業(yè)的發(fā)展歷史就是生產(chǎn)裝備的發(fā)展和進化的歷史,。
1. 1 拉拔工藝的發(fā)展
金屬制品現(xiàn)代意義上拉拔生產(chǎn)的發(fā)展主要是拉絲模,、潤滑劑、拉絲機這三大塊的發(fā)展：拉絲模解決的是鋼絲拉拔變形方面的問題,，潤滑劑解決的是絲材與拉絲模之間的潤滑問題，拉絲機則體現(xiàn)了金屬制品產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化：最早期的獨罐拉絲機,，發(fā)展到滑輪式連續(xù)拉絲機,，是一次飛躍，極大地提高了生產(chǎn)效率,，隨后的直進式拉絲機隨著電控水平,、電機的發(fā)展，從直流控制到變頻到現(xiàn)在的伺服直驅(qū)技術(shù),，進一步提高了效率和
自動化水平,，也解決了滑輪拉絲機生產(chǎn)加工過程
中因扭轉(zhuǎn)對鋼絲造成的性能質(zhì)量的影響，現(xiàn)在又加入了工業(yè)4. 0 等現(xiàn)代意義上的自動化元素,。
1. 2 熱處理的發(fā)展
金屬制品行業(yè)的熱處理工藝主要脫胎于和借鑒于鋼鐵產(chǎn)品的熱處理工藝,，爐型的發(fā)展則經(jīng) 歷了最早的井式爐，燃煤連續(xù)爐、上世紀90 年代的燃煤電腦自控連續(xù)爐,，燃油熱處理連續(xù)線,，后 期的天然氣熱處理連續(xù)線（頂燒/側(cè)燒-擴散/預混燃燒），并行發(fā)展的還有以電為能源的電阻爐,、卡電爐,、感應(yīng)加熱爐。得益于電控元器件,、裝置 的發(fā)展,，目前的熱處理連續(xù)線的生產(chǎn)效率、電氣 控制水平,、產(chǎn)品質(zhì)量得到了極大的發(fā)展和提高,。
1. 3 表面處理的發(fā)展
金屬制品行業(yè)的表面處理的發(fā)展主要是早期的敞開式大池子酸洗，效率低,，表面處理效果不穩(wěn)定,，污染嚴重，廢酸和磷化渣處理困難,，環(huán)保壓力大,；隨之低碳行業(yè)率先采用彎曲剝殼等機械除銹手段進行在線表面處理，隨著盤條線材的質(zhì)量的提高,，彎曲剝殼,、鋼刷、砂帶,、噴丸等在中高碳鋼絲產(chǎn)品的生產(chǎn)中逐步得到應(yīng)用和提高,。酸洗也從大池子發(fā)展到在線展開式酸洗和隧道窯式盤卷連續(xù)酸洗，介質(zhì)則有鹽酸,、硫酸,、電解硫酸、磷酸酸洗等之分,，同樣得益于電氣控制元器件和水平的而提高,，整體鋼絲表面處理質(zhì)量有了質(zhì)的提高。
2 金屬制品行業(yè)自動化的現(xiàn)狀
金屬制品行業(yè)自動化的發(fā)展有了長足的進步,，特別是近年來,，金屬制品行業(yè)的裝備制造企業(yè)為此也做了極大的努力,。有資料可查的在2004 年行業(yè)技術(shù)交流會上,，CPA 的發(fā)言《鋼簾線生產(chǎn)用的鍍黃銅設(shè)備 現(xiàn)代化多絲－連續(xù)運行設(shè)備》中提到簡便操作和高自動化可提高效率，降低人工成本,、提高設(shè)備利用率,、提高質(zhì)量,、降低消耗；同期的金泰隆提到機電一體化拉絲等裝備,， 提到在計算機,、自動控制方面加大投入；當然,，再 早一些,，還有新科的燃煤電腦自控連續(xù)加熱爐。也就是說,，中國從上世紀 90 年代就開始通過引進,、自研來重點關(guān)注裝備的自動化問題，也取得 了一定的成績,。
2. 1 拉絲機
以效玄為代表的的拉絲機制造企業(yè),，將伺服 直驅(qū)技術(shù)率先應(yīng)用于拉絲機。伺服直驅(qū)技術(shù)在 其他行業(yè)不算是新技術(shù),，如石油行業(yè),，很早就開 始在野外的抽油機上應(yīng)用伺服直驅(qū)電機，建筑行 業(yè)的電梯,，也早就就全部應(yīng)用了伺服直驅(qū)電機,， 其他驅(qū)動方式目前基本沒有。伺服直驅(qū)電機最 大的特點是可以低轉(zhuǎn)速運行,，調(diào)速范圍寬,，可直 接驅(qū)動做功單元，省去了減速箱等中間傳動環(huán) 節(jié),，降低了機械結(jié)構(gòu)方面的復雜度,，從而降低了 維修量、傳動動能損失,，提高了效率和降低了能 耗。當然,，有數(shù)據(jù)表明,，伺服直驅(qū)相較于傳統(tǒng)的變頻+減速箱技術(shù)節(jié)省電能一般不超過10%，甚至更低,，但傳動機構(gòu)的投資和維修成本為零，極 大地提高了應(yīng)用熱情,。伺服直驅(qū)電機在金屬制 品行業(yè)的迅速推廣應(yīng)用,，一個是電子元器件和電 氣控制水平的提高，一個是效玄通過和專業(yè)電氣 自動化公司專業(yè)設(shè)計開發(fā)多磁極電機,，解決了伺 服直驅(qū)電機在金屬制品行業(yè)應(yīng)用中低速狀態(tài)下 的不穩(wěn)定,、力矩小等問題,。
以此為基礎(chǔ)，效玄等企業(yè)開發(fā)的伺服電機直 驅(qū)式拉絲機,，主要結(jié)構(gòu)為：拖動電機的轉(zhuǎn)子軸直 接與拉絲卷筒主軸連接,，即動力機構(gòu)與作業(yè)機構(gòu) 直連；電機的定子固定在拉絲卷筒主軸箱外側(cè),； 伺服電機采用全密封工藝,，將電機漆包線埋藏在導熱材料當中，電機防護等級IP65,，保證電機在主軸箱下面安全可靠,，電機內(nèi)部安裝測溫裝置， 可對電機內(nèi)部溫度監(jiān)測,、預警或停機,；卷筒傳動 主軸的上、下軸承處內(nèi)置測溫裝置,，配置電機和 驅(qū)動器冷卻水箱,，配備循環(huán)泵,，安裝測溫液位裝 置,。設(shè)備卷筒冷卻配備二級增壓泵,，變頻控制,， 每個卷筒的冷卻水的壓力流量和拉拔速度同步,， 高效,、強制冷卻卷筒。此外,，效玄等企業(yè)還重點 強化了拉絲機一體化設(shè)計，如主機為相互對稱的
獨立左,、右操作機臺,，可“背靠背”安裝、操作,、維修,，又如拉絲機主機、電氣控制柜與操作臺實現(xiàn)統(tǒng)一標準設(shè)計,、三者融為一體大大簡化了現(xiàn)場安裝,。此類裝備因主機無需皮帶盤和皮帶、無減速機,、無機械剎車,、高效節(jié)能,，減少占地，減低維修成本,。
隨著工業(yè)4. 0 的理念和實際的應(yīng)用,，效玄機電也將智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)融入了伺服直驅(qū)拉絲機， 除以上檢測參數(shù),、裝置外,，還配置了進線電源監(jiān) 測裝置，可顯示三相電壓,、三相電流,、設(shè)備的功 率、電源功率因數(shù),、設(shè)備電能消耗情況,；配備LED 顯示屏,，顯示當前車速以及當前工字輪滿輪率,。即：將裝備中的工藝、工序?qū)崟r信息,，裝備的機 械,、物理、電控運行參數(shù)信息等數(shù)據(jù)采集并上傳 到云端服務(wù)器,，方便用戶追溯,，導出分析，還開發(fā)了裝備專用APP,，讓用戶在手機端就可以輕松的掌握裝備的運行狀況,，生產(chǎn)狀況，人員狀況,。
直進式拉絲機（包括其他設(shè)備和生產(chǎn)線）通過加裝,、配置相應(yīng)傳感器來進行工序的各項參數(shù)的檢測、記錄,、追溯,，但從某些角度來講，這是信息化手段,，自動化,，從金屬制品行業(yè)角度來說，換模,、穿線,、補充拉絲粉等基礎(chǔ)人工操作能由“機器人”自動完成，這才是拉絲機方面的自動化。
金屬制品行業(yè)的換模,、引頭、穿線等基本操作由于具有較大的隨意性和操作復雜性,，短時間內(nèi)不好實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)成本過高,，且自動化程度越高其維護成本越高，失去提效降本的意義,。但是大規(guī)格冷鐓鋼絲拉拔所用的倒立式,、臥式拉絲機一般配有電動開卷機、削頭/壓頭機,、電動/液壓引頭等裝置,，以機械解決或部分解決了大規(guī)格鋼絲人力無法完成穿線、軋尖,、引線等操作工序,，降低了工人勞動力強度和難度，可以算是半自動化,。
圖1 江蘇效玄伺服直驅(qū)直進式拉絲機
2. 2 收放線
目前一些有遠見有實力的專業(yè)電氣自動化公司,，開始積極進軍金屬制品行業(yè)，并在小規(guī)格 鋼絲收放線方面取得了一定的成果,。其中主要 有蘇州江錦自動化,、上海智殷等企業(yè)。其實這是 一個好現(xiàn)象,，筆者認為,，電氣自動化公司涉足金 屬制品行業(yè)的自動化是有其天然優(yōu)勢的，其在電 氣自動化控制方面有相應(yīng)的技術(shù),，以其為主導,， 所需要的是機械制造行業(yè)的外協(xié)配合，是自動化 的實際應(yīng)用落地問題,；而行業(yè)傳統(tǒng)設(shè)備制造企業(yè) 涉足自動化,，以其為主導，合作伙伴不好找,，不一 定有現(xiàn)成的自動化技術(shù)等著你,，需要研發(fā)、開發(fā),， 而且開發(fā)內(nèi)容和量很大,，且自動化的重點是在自 動控制，設(shè)備廠為主導也容易因主導權(quán),、知識產(chǎn) 權(quán)等方面的原因起糾紛,。
目前蘇州江錦自動化等企業(yè)主要服務(wù)子午線、各類繩索行業(yè),，并且深耕多年,，系統(tǒng)開展柔性 智能收線機的研究,，研發(fā)出多種收線機柔性智能 全自動上下料裝備，解決關(guān)鍵技術(shù)難題,；國內(nèi)首 家實現(xiàn)自動模擬人工打結(jié),、穿孔、彎曲別線等高 難度柔性動作,；解決全球子午線龍頭行業(yè)現(xiàn)場復 雜工況的智能設(shè)備自動化難題,，目前已經(jīng)進入投 產(chǎn)階段；多種專精技術(shù)專利研究突破國外在柔性 化智能裝備加工領(lǐng)域的壟斷地位,，有力推動國產(chǎn) 高端工業(yè)機器人在研制,、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化方面,，填補 國內(nèi)空白,，提升我國高端裝備的技術(shù)水平具有重 要的經(jīng)濟和社會效益。 在完善動作機構(gòu)同時,， 江錦團隊開發(fā)出配套的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)WMS,，確保制造執(zhí)行全過程管控，精確到單工序,，單工步 實時預警,；靈活調(diào)度，提升設(shè)備能效,，移動執(zhí)行,， 通過WMS 及ERP 進行數(shù)據(jù)交互對接，操作便捷,， 完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化,，便于管理，實時把控每一 步生產(chǎn)環(huán)節(jié),，全過程可追溯,。
2. 3 成品庫、倉儲
因投資問題,，金屬制品行業(yè)的上游——線材廠,，率先進行了成品盤條庫的投資建設(shè)，其原理,、結(jié)構(gòu)類似于立體停車庫,，但比之更智能。濰坊特 鋼也投資建設(shè)了自動化無人值守的盤條庫—— 整個約3,、40m 高的盤條成品庫內(nèi),，整整齊齊的分列著12 行立體盤條貨架，每個貨架12 層，車間中部完全被盤條貨架充滿,，在車間兩頭分設(shè)進出庫空間,，進出庫目前均設(shè)了 1 個人的崗位，主要職責是進行設(shè)備運行監(jiān)控,，不對設(shè)備的自動運行進行任何干預,。出庫時，運貨卡車進入出庫區(qū)的指定車位,，停好車后運輸人員自己將出庫單交由自動掃描識別設(shè)備掃描，自動執(zhí)行機構(gòu)開始運行
（類似電梯）,，從庫區(qū)將指定盤條抓取出來并放置轉(zhuǎn)運裝置上,，再由轉(zhuǎn)運裝置將盤條吊裝到卡車上，完成出庫,。因庫區(qū)每盤盤條在入庫時均有材質(zhì),、規(guī)格、放置位置等信息,，從庫區(qū)抓取到轉(zhuǎn)運裝置上,，其自動控制系統(tǒng)相對簡單，轉(zhuǎn)運吊裝則還需要機器視覺等的配合,，解決吊裝上車,、擺放位置、多層碼放等,。入庫則反向進行,，但因為是線材廠內(nèi)轉(zhuǎn)運，自動控制難度相對小一些,，因為可實現(xiàn)標準化作業(yè),。
圖2 蘇州江錦用于鋼絲繩水箱拉絲機的自動換盤收線
圖3 濰坊特鋼盤條立體化倉庫
2. 4 成套連續(xù)線
杭州星冠率先向焊絲行業(yè)推出了可以說階段性的革命性生產(chǎn)裝備——集前處理、拉絲機,、鍍銅裝置,、收線一體化的氣保焊絲生產(chǎn)線，也就 是說可以直接從盤條到焊絲成品都在一條生產(chǎn)線上完成,，后續(xù)也可匹配上層繞機,、自動包裝機、AGV 轉(zhuǎn)運,、成品入庫等工序環(huán)節(jié),，實現(xiàn)不算太完整的自動化（因為還需要人工進行盤條原料換 裝、穿線,、引線等操作）,。目前也有其他企業(yè)在開 發(fā)、推廣。其難點主要在生產(chǎn)線超長,，各工藝工 序之間的生產(chǎn)能力匹配,，全生產(chǎn)線的穩(wěn)定、長時 間運行,，輔料,、鍍液的添加、調(diào)整,、控制等,。當然， 難點不是僅僅筆者簡單說的這幾點,，它是一個系 統(tǒng)工程,，涉及電氣、控制,、機械等方方面面,。
圖4 杭州星冠組合式氣保焊絲高速鍍銅生產(chǎn)線
1 目前行業(yè)自動化的問題
從目前行業(yè)的自動化現(xiàn)狀來看，應(yīng)該說,，取 得了一些成果和應(yīng)用,，在某些單獨工序或產(chǎn)品上 實現(xiàn)了有限的自動化，但金屬制品行業(yè)的自動化 智能化還有很長的路要走,。這主要是和行業(yè)的 特性所決定——金屬制品行業(yè)是傳統(tǒng)的鋼鐵制造業(yè),，工藝復雜、工序繁多,、勞動密集型,，盲目的 全盤自動化智能化一是目前的自動化智能化技 術(shù)水平達不到，二是部分工序人工干預的成本肯 定低于自動化,，如穿線,，又如引頭，簡單的工作,， 人工很快能完成,，且隨著大盤重生產(chǎn)的普及，這 些工作的節(jié)拍時間會非常長,，不一定適合采用自 動化設(shè)備,，且配套的機械手裝置、電氣控制,、動作 實現(xiàn)等的研發(fā)就是一個龐大的工程,。所以目前 金屬制品行業(yè)的自動化有以下幾個問題：1）部分 工序目前技術(shù)和條件達不到完全替代人工；2）部 分可替代工序技術(shù)成本過高,；3）只能完成部分標 準化程度較高的工序的自動化,。
2 思考與建議
金屬制品行業(yè)的自動化任重而道遠,，需要全行業(yè)的努力，需要科學技術(shù)的進一步發(fā)展,。但目前我們能做和可做的有以下幾點,，和行業(yè)專家共同探討：
（1） 要想自動化，先要標準化,，從工序,、裝備、操作規(guī)程甚至收放線盤的尺寸大小,、運輸擺放 工裝等,，方方面面去標準化，才能實現(xiàn)自動化,；
（2） 大力推進部分工序的自動化,，方向有：①倉儲，每個企業(yè)的原料,、產(chǎn)成品基本上是符合一定 的標準的，很容易實現(xiàn)倉儲庫的立體化,、標準化貯 存,，輔以托盤、自動抓取轉(zhuǎn)運裝置,、AGV 小車,、二維碼、掃碼裝置等現(xiàn)有成熟技術(shù),，輕松實現(xiàn)倉儲的黑 燈,、無人，且從管理效率,、成本,、統(tǒng)計、準確性等方面具有人工所不可比擬的優(yōu)勢,；②拉絲模加工清洗管理,，可以實現(xiàn)（已實現(xiàn)，有成套裝備,，未見大規(guī) 模應(yīng)用）拉絲模的自動清洗,、拋光、測量,、打標記,、分類包裝碼放、自動根據(jù)工藝單出入庫,；③中小規(guī)格鋼絲的收線自動換盤,、啟停車,、分盤、運輸,、包裝,、入庫；④各工序之間的AGV 小車自動轉(zhuǎn)運,。
（3） 部分工序依據(jù)現(xiàn)有條件有限實現(xiàn)半自動化,，降低工人勞動強度，改變工作環(huán)境,，提升質(zhì) 量,。如大規(guī)格鋼絲的拉拔，穿線,、引頭,、軋尖等工 序不復雜，但人力有限,，輔以合適的半自動機械 可以大大降低勞動強度,，提高安全性；又如,，對 焊,，目前基本上實現(xiàn)了以鋼絲材質(zhì)、規(guī)格來自動 進行電壓,、電流,、頂鍛壓力、回火等參數(shù)的調(diào)節(jié),， 但還需人工裝卡線,、焊后修磨，如加上自動修磨 裝置將進一步提高對焊接點的質(zhì)量,。
3 結(jié)語
金屬制品行業(yè)的自動化和智能化發(fā)展是整個社會發(fā)展和中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢,，它會為企業(yè)提供更多的機會和挑戰(zhàn)。通過引入自動化設(shè)備和智能化技術(shù),，金屬制品行業(yè)可以實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升,、產(chǎn)品質(zhì)量的改進，并為日益復雜的市場需求做出快速響應(yīng),。但是自動化智能化的過程受方方面面制約,，要走的路還很長，且必須要走有自己行業(yè)特色的自動化智能化之路,。
（原載《金屬材料》雜志）