汪    凱 （中鋼集團(tuán)鄭州金屬制品研究院股份有限公司）

金屬制品行業(yè)作為制造業(yè)的一個(gè)重要組成 部分，在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用 ,。一直 以來(lái)，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(dòng)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(mǎn)足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和激烈的競(jìng)爭(zhēng) 環(huán)境 ,。 因此，自動(dòng)化就成為可改變現(xiàn)狀的一個(gè) 手段,。

1    金屬制品行業(yè)發(fā)展歷史

我國(guó)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(kāi)物》卷十“錘鍛 針 ”條詳細(xì)描述了拉拔制針的整個(gè)工藝過(guò)程：“凡 針,，先錘鍛鐵為細(xì)條,，用鐵尺一根,，錐成線眼，抽 過(guò)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(fù)鎈其外 ”，其中的線 眼抽過(guò)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(jī)器,，形成的現(xiàn)代的拉拔生產(chǎn) 。從金屬 制品行業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)的發(fā)展來(lái)說(shuō),，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(shuō)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(jìn)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(rùn)滑劑、拉絲機(jī)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(wèn)題,，潤(rùn)滑劑解 決的是絲材與拉絲模之間的潤(rùn)滑問(wèn)題,，拉絲機(jī)則 體現(xiàn)了金屬制品產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化：最早期的獨(dú) 罐拉絲機(jī)，發(fā)展到滑輪式連續(xù)拉絲機(jī),，是一次飛 躍,，極大地提高了生產(chǎn)效率，隨后的直進(jìn)式拉絲 機(jī)隨著電控水平,、電機(jī)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(jìn)一步提高了效率和 自動(dòng)化水平,，也解決了滑輪拉絲機(jī)生產(chǎn)加工過(guò)程

中因扭轉(zhuǎn)對(duì)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(dòng)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(jì)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(kuò)散/預(yù)  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(kāi)式大池子酸洗,，效率低，表面處理效果 不穩(wěn)定,，污染嚴(yán)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(jī)械 除銹手段進(jìn)行在線表面處理,，隨著盤(pán)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(kāi)式酸洗和隧道窯 式盤(pán)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(dòng)化的現(xiàn)狀

金屬制品行業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展有了長(zhǎng)足的進(jìn) 步，特別是近年來(lái),，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(huì)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(yùn)行設(shè) 備》中提到簡(jiǎn)便操作和高自動(dòng)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(jī)電一體化拉絲等裝備， 提到在計(jì)算機(jī),、自動(dòng)控制方面加大投入,；當(dāng)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(shuō)，中國(guó)從上世紀(jì)90年代就開(kāi)始通過(guò)引 進(jìn),、自研來(lái)重點(diǎn)關(guān)注裝備的自動(dòng)化問(wèn)題,，也取得 了一定的成績(jī)。

2.1 拉絲機(jī)

以效玄為代表的的拉絲機(jī)制造企業(yè),，將伺服 直驅(qū)技術(shù)率先應(yīng)用于拉絲機(jī),。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(kāi)  始在野外的抽油機(jī)上應(yīng)用伺服直驅(qū)電機(jī),，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(jī),， 其他驅(qū)動(dòng)方式目前基本沒(méi)有,。伺服直驅(qū)電機(jī)最 大的特點(diǎn)是可以低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，調(diào)速范圍寬,，可直  接驅(qū)動(dòng)做功單元,，省去了減速箱等中間傳動(dòng)環(huán)  節(jié)，降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的復(fù)雜度,，從而降低了 維修量,、傳動(dòng)動(dòng)能損失，提高了效率和降低了能  耗,。當(dāng)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(guò)10%,甚 至更低,，但傳動(dòng)機(jī)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(jī)在金屬制  品行業(yè)的迅速推廣應(yīng)用,，一個(gè)是電子元器件和電  氣控制水平的提高,，一個(gè)是效玄通過(guò)和專(zhuān)業(yè)電氣  自動(dòng)化公司專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)多磁極電機(jī)，解決了伺  服直驅(qū)電機(jī)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(wèn)題,。

以此為基礎(chǔ)，效玄等企業(yè)開(kāi)發(fā)的伺服電機(jī)直 驅(qū)式拉絲機(jī),，主要結(jié)構(gòu)為：拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸直  接與拉絲卷筒主軸連接,，即動(dòng)力機(jī)構(gòu)與作業(yè)機(jī)構(gòu)  直連；電機(jī)的定子固定在拉絲卷筒主軸箱外側(cè),； 伺服電機(jī)采用全密封工藝,，將電機(jī)漆包線埋藏在  導(dǎo)熱材料當(dāng)中，電機(jī)防護(hù)等級(jí)IP65,保證電機(jī)在 主軸箱下面安全可靠,，電機(jī)內(nèi)部安裝測(cè)溫裝置,， 可對(duì)電機(jī)內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè),、預(yù)警或停機(jī)；卷筒傳動(dòng)  主軸的上,、下軸承處內(nèi)置測(cè)溫裝置,，配置電機(jī)和  驅(qū)動(dòng)器冷卻水箱，配備循環(huán)泵,，安裝測(cè)溫液位裝  置,。設(shè)備卷筒冷卻配備二級(jí)增壓泵，變頻控制,， 每個(gè)卷筒的冷卻水的壓力流量和拉拔速度同步,， 高效、強(qiáng)制冷卻卷筒,。此外,，效玄等企業(yè)還重點(diǎn)  強(qiáng)化了拉絲機(jī)一體化設(shè)計(jì)，如主機(jī)為相互對(duì)稱(chēng)的

獨(dú)立左,、右操作機(jī)臺(tái),，可“背靠背”安裝、操作,、維 修,，又如拉絲機(jī)主機(jī)、電氣控制柜與操作臺(tái)實(shí)現(xiàn) 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),、三者融為一體大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)安 裝,。此類(lèi)裝備因主機(jī)無(wú)需皮帶盤(pán)和皮帶、無(wú)減速 機(jī),、無(wú)機(jī)械剎車(chē),、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(shí)際的應(yīng)用，效玄機(jī) 電也將智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)融入了伺服直驅(qū)拉絲機(jī),， 除以上檢測(cè)參數(shù),、裝置外，還配置了進(jìn)線電源監(jiān)  測(cè)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(dāng)前車(chē)速以及當(dāng)前工字輪滿(mǎn)輪率,。 即：將裝備中的工藝,、工序?qū)崟r(shí)信息，裝備的機(jī)  械,、物理,、電控運(yùn)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(hù)追溯,，導(dǎo)出分析，還開(kāi)發(fā)  了裝備專(zhuān)用APP, 讓用戶(hù)在手機(jī)端就可以輕松的  掌握裝備的運(yùn)行狀況,，生產(chǎn)狀況,，人員狀況。

直進(jìn)式拉絲機(jī)(包括其他設(shè)備和生產(chǎn)線)通 過(guò)加裝,、配置相應(yīng)傳感器來(lái)進(jìn)行工序的各項(xiàng)參數(shù) 的檢測(cè),、記錄、追溯,，但從某些角度來(lái)講,，這是信 息化手段，自動(dòng)化,，從金屬制品行業(yè)角度來(lái)說(shuō),，換 模、穿線,、補(bǔ)充拉絲粉等基礎(chǔ)人工操作能由“機(jī) 器人”自動(dòng)完成,，這才是拉絲機(jī)方面的自動(dòng)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(fù)雜性，短時(shí)間 內(nèi)不好實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)成本過(guò)高,，且自動(dòng)化程度越高 其維護(hù)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(jī)一 般配有電動(dòng)開(kāi)卷機(jī),、削頭/壓頭機(jī)、電動(dòng)/液壓引 頭等裝置,，以機(jī)械解決或部分解決了大規(guī)格鋼絲 人力無(wú)法完成穿線,、軋尖、引線等操作工序,，降低 了工人勞動(dòng)力強(qiáng)度和難度,，可以算是半自動(dòng)化。

圖1 江蘇效玄伺服直驅(qū)直進(jìn)式拉絲機(jī)

2.2 收放線

目前一些有遠(yuǎn)見(jiàn)有實(shí)力的專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化 公司，開(kāi)始積極進(jìn)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(dòng)化、上海智殷等企業(yè),。其實(shí)這是 一個(gè)好現(xiàn)象,，筆者認(rèn)為，電氣自動(dòng)化公司涉足金 屬制品行業(yè)的自動(dòng)化是有其天然優(yōu)勢(shì)的,，其在電 氣自動(dòng)化控制方面有相應(yīng)的技術(shù),，以其為主導(dǎo)， 所需要的是機(jī)械制造行業(yè)的外協(xié)配合,，是自動(dòng)化 的實(shí)際應(yīng)用落地問(wèn)題,；而行業(yè)傳統(tǒng)設(shè)備制造企業(yè) 涉足自動(dòng)化，以其為主導(dǎo),，合作伙伴不好找,，不一 定有現(xiàn)成的自動(dòng)化技術(shù)等著你，需要研發(fā),、開(kāi)發(fā),， 而且開(kāi)發(fā)內(nèi)容和量很大，且自動(dòng)化的重點(diǎn)是在自 動(dòng)控制,，設(shè)備廠為主導(dǎo)也容易因主導(dǎo)權(quán),、知識(shí)產(chǎn)  權(quán)等方面的原因起糾紛,。

目前蘇州江錦自動(dòng)化等企業(yè)主要服務(wù)子午 線、各類(lèi)繩索行業(yè),，并且深耕多年,，系統(tǒng)開(kāi)展柔性 智能收線機(jī)的研究,，研發(fā)出多種收線機(jī)柔性智能 全自動(dòng)上下料裝備,，解決關(guān)鍵技術(shù)難題；國(guó)內(nèi)首  家實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬人工打結(jié),、穿孔、彎曲別線等高 難度柔性動(dòng)作,；解決全球子午線龍頭行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù) 雜工況的智能設(shè)備自動(dòng)化難題，目前已經(jīng)進(jìn)入投 產(chǎn)階段,；多種專(zhuān)精技術(shù)專(zhuān)利研究突破國(guó)外在柔性 化智能裝備加工領(lǐng)域的壟斷地位，有力推動(dòng)國(guó)產(chǎn) 高端工業(yè)機(jī)器人在研制,、應(yīng)用,、產(chǎn)業(yè)化方面,，填補(bǔ) 國(guó)內(nèi)空白,，提升我國(guó)高端裝備的技術(shù)水平具有重 要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。在完善動(dòng)作機(jī)構(gòu)同時(shí),， 江錦團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(guò)程管控,，精確到單工序,，單工步 實(shí)時(shí)預(yù)警,；靈活調(diào)度,，提升設(shè)備能效，移動(dòng)執(zhí)行,， 通過(guò)WMS及ERP進(jìn)行數(shù)據(jù)交互對(duì)接,，操作便捷,， 完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，便于管理,，實(shí)時(shí)把控每一 步生產(chǎn)環(huán)節(jié),，全過(guò)程可追溯,。

2.3 成品庫(kù),、倉(cāng)儲(chǔ)

因投資問(wèn)題,，金屬制品行業(yè)的上游——線材 廠,，率先進(jìn)行了成品盤(pán)條庫(kù)的投資建設(shè),，其原理、 結(jié)構(gòu)類(lèi)似于立體停車(chē)庫(kù),，但比之更智能,。濰坊特  鋼也投資建設(shè)了自動(dòng)化無(wú)人值守的盤(pán)條庫(kù)——  整個(gè)約3、40m高的盤(pán)條成品庫(kù)內(nèi),，整整齊齊的分  列著12行立體盤(pán)條貨架,，每個(gè)貨架12層，車(chē)間中 部完全被盤(pán)條貨架充滿(mǎn),，在車(chē)間兩頭分設(shè)進(jìn)出庫(kù)

圖2 蘇州江錦用于鋼絲繩水箱拉絲機(jī)的自動(dòng)換盤(pán)收線

空間,，進(jìn)出庫(kù)目前均設(shè)了1個(gè)人的崗位,，主要職 責(zé)是進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控,，不對(duì)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行進(jìn) 行任何干預(yù),。出庫(kù)時(shí),，運(yùn)貨卡車(chē)進(jìn)入出庫(kù)區(qū)的指 定車(chē)位，停好車(chē)后運(yùn)輸人員自己將出庫(kù)單交由自 動(dòng)掃描識(shí)別設(shè)備掃描，自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)行 (類(lèi)似電梯),從庫(kù)區(qū)將指定盤(pán)條抓取出來(lái)并放置 轉(zhuǎn)運(yùn)裝置上,，再由轉(zhuǎn)運(yùn)裝置將盤(pán)條吊裝到卡車(chē) 上,，完成出庫(kù)。因庫(kù)區(qū)每盤(pán)盤(pán)條在入庫(kù)時(shí)均有材 質(zhì),、規(guī)格,、放置位置等信息，從庫(kù)區(qū)抓取到轉(zhuǎn)運(yùn)裝 置上,，其自動(dòng)控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,，轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝則還 需要機(jī)器視覺(jué)等的配合,，解決吊裝上車(chē),、擺放位 置,、多層碼放等,。入庫(kù)則反向進(jìn)行，但因?yàn)槭蔷€ 材廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn),，自動(dòng)控制難度相對(duì)小一些，因?yàn)榭?nbsp;實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),。

圖3 濰坊特鋼盤(pán)條立體化倉(cāng)庫(kù)

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(shuō)階 段性的革命性生產(chǎn)裝備——集前處理、拉絲機(jī),、 鍍銅裝置,、收線一體化的氣保焊絲生產(chǎn)線，也就  是說(shuō)可以直接從盤(pán)條到焊絲成品都在一條生產(chǎn)