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輪胎成型機(jī)未來的發(fā)展方向

   2016-03-03 6400
核心提示:從2014年開始,我國輪胎行業(yè)進(jìn)入了低速發(fā)展的“冰河時期”,人力成本的飛速上漲,原材料的日益短缺,輪胎產(chǎn)能嚴(yán)重過剩,環(huán)保要求日益嚴(yán)苛等等都使輪胎企業(yè)步履蹣跚、舉步維艱。在輪胎企業(yè)積極應(yīng)對不利局面的各種舉措中,對輪胎生產(chǎn)設(shè)備提出更高的性能要求也是一項重要措施。這…

從2014年開始,我國輪胎行業(yè)進(jìn)入了低速發(fā)展的“冰河時期”,人力成本的飛速上漲,原材料的日益短缺,輪胎產(chǎn)能嚴(yán)重過剩,環(huán)保要求日益嚴(yán)苛等等都使輪胎企業(yè)步履蹣跚、舉步維艱。在輪胎企業(yè)積極應(yīng)對不利局面的各種舉措中,對輪胎生產(chǎn)設(shè)備提出更高的性能要求也是一項重要措施。這就逼迫著輪胎生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商也要積極的進(jìn)行技術(shù)開發(fā)以應(yīng)對用戶不斷升級的各種要求。薩馳華辰機(jī)械(蘇州)有限公司副總裁馬雙華先生分析了輪胎生產(chǎn)設(shè)備中十分重要的輪胎成型機(jī)的未來發(fā)展方向,那么下一代的輪胎成型機(jī)的發(fā)展將是怎樣的呢?馬雙華先生認(rèn)為,未來的輪胎成型機(jī)將具備以下幾個主要特點。

橡膠機(jī)械網(wǎng)

一、智能化
智能化是指利用現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用。根據(jù)定義,為使設(shè)備具備智能化功能,需要采用先進(jìn)的通訊技術(shù)、智能技術(shù),并將這些技術(shù)與行業(yè)技術(shù)相結(jié)合才能夠?qū)崿F(xiàn),智能化是現(xiàn)代技術(shù)與行業(yè)技術(shù)、行業(yè)經(jīng)驗的融合。具體而言,智能化輪胎成型機(jī)應(yīng)該具備以下特性:
1.智能網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控
網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、遠(yuǎn)程服務(wù)是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流,通過最前沿的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),可以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)實施及服務(wù)的集成管理,使得產(chǎn)品的質(zhì)量及開發(fā)速度得到大幅提升,設(shè)備服務(wù)及時有效。
企業(yè)聯(lián)網(wǎng):通過先進(jìn)的智能網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)可以在企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)、制造系統(tǒng)(成型現(xiàn)場)及供應(yīng)商系統(tǒng)自由的傳輸,保證管理人員時刻了解生產(chǎn)設(shè)施的使用情況及產(chǎn)品質(zhì)量信息。
設(shè)備聯(lián)網(wǎng):通過先進(jìn)的智能網(wǎng)絡(luò),將成型機(jī)的各個元器件建立連接,使設(shè)備全數(shù)字化,使信息通訊與物理器件相融合,同時通過管理軟件可以對整機(jī)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理。如果再將服務(wù)與器件通過智能網(wǎng)絡(luò)連接,就形成了物與服務(wù)聯(lián)網(wǎng),將形成IoTS(Internet of Things & Services)網(wǎng)絡(luò)。
遠(yuǎn)程服務(wù):通過先進(jìn)的智能網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程操作軟件,管理人員或技術(shù)服務(wù)人員可以在辦公室連接全球任意一家聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)現(xiàn)場,并可借助視頻工具監(jiān)控現(xiàn)場狀況,并提供相應(yīng)服務(wù)。
2.智能故障診斷,減少非計劃性停機(jī)
眾所周知,計劃外停機(jī)往往會打斷整個生產(chǎn)過程,造成巨大損失,并為現(xiàn)場車間管理帶來困擾。因此,愈發(fā)盡早的發(fā)現(xiàn)潛在故障,及時采取預(yù)防措施,效果愈明顯。根據(jù)設(shè)備運行狀況,還能夠制定出設(shè)備的最佳服務(wù)周期和維護(hù)保養(yǎng)周期。
目前國內(nèi)外成型機(jī)設(shè)備的故障診斷多數(shù)僅具備后報警功能,即設(shè)備出現(xiàn)故障后發(fā)出警示。顯然,當(dāng)設(shè)備發(fā)出警示時,設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)異常,非計劃停機(jī)在所難免,如果異常部件沒有庫存,停機(jī)時間將被迫延長。
智能故障診斷可以檢測和分析設(shè)備潛在的問題,比如動態(tài)檢測和分析電機(jī)和齒輪箱的各項參數(shù),如震動、溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)指標(biāo),并將數(shù)據(jù)實時傳輸并記錄到數(shù)據(jù)庫,通過專用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并提供設(shè)備運行狀況及潛在故障信息報告。該檢測可以是本地的單個部件,也可檢測整個驅(qū)動鏈狀態(tài)。比如實時監(jiān)測輪胎成型機(jī)物料輸送帶電機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài),旋轉(zhuǎn)主軸電機(jī)及減速機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)等。
借助此技術(shù),我們可以獲取零部件的使用狀況,并獲知哪個零件即將發(fā)生故障,然后在最合適的時候更換下來,這樣可以盡量貼近零件的生命周期節(jié)點,避免非計劃性停機(jī)與額外的維護(hù)費用。
3.FID技術(shù)在成型系統(tǒng)中應(yīng)用
RFID(Radio Frequency IDentification)是一種無線通信技術(shù),可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。
無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場,把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去,以實現(xiàn)自動辨識與追蹤該物品。標(biāo)簽包含了電子存儲的信息,數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是,射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi),也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi),目前RFID技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。具體在成型機(jī)中的應(yīng)用如下:
物料小車。在成型機(jī)設(shè)備中,將每個物料小車上安裝RFID電子標(biāo)簽,用于存儲該物料的基本信息,比如物料規(guī)格、物料生產(chǎn)信息、物料儲存狀態(tài)、物料流通信息等,當(dāng)物料小車裝置到成型機(jī)時,通過射頻讀取器將電子標(biāo)簽內(nèi)的物料參數(shù)傳輸給成型系統(tǒng),成型系統(tǒng)會將物料信息與成型配方比對,以確保物料選用準(zhǔn)確無誤。同時,輪胎成型機(jī)可以動態(tài)監(jiān)控物料使用狀況,并向物料配送環(huán)節(jié)發(fā)送物料需求,這樣可以大大提高車間物流效率。
關(guān)鍵工裝及關(guān)鍵零件。在輪胎成型機(jī)的關(guān)鍵工裝及關(guān)鍵零件中預(yù)置RFID電子標(biāo)簽,用于存儲該裝置的關(guān)鍵信息,當(dāng)這些裝置被安裝到設(shè)備后,輪胎成型機(jī)系統(tǒng)讀取相關(guān)信息,以確保工裝及零件選用無誤。RFID電子標(biāo)簽同時記錄零件的使用狀態(tài)數(shù)據(jù)、維修記錄、保養(yǎng)記錄等信息,根據(jù)使用狀況,輪胎成型機(jī)系統(tǒng)會動態(tài)提供潤滑、保養(yǎng)、更換等相關(guān)預(yù)警信息。RFID電子標(biāo)簽會伴隨整個零件的生命周期。
輪胎。輪胎內(nèi)部嵌入RFID電子標(biāo)簽技術(shù)目前已經(jīng)取得了實質(zhì)性進(jìn)展,在輪胎生產(chǎn)過程中,將電子標(biāo)簽植入輪胎內(nèi)部,并將輪胎規(guī)格、生產(chǎn)信息、流通信息、維修記錄等存儲到電子標(biāo)簽,并建立一套輪胎的信息管理系統(tǒng)。RFID技術(shù)在輪胎的倉儲管理、質(zhì)量跟蹤、輪胎安全等方面起到重要的作用,目前法國米其林集團(tuán)正在加快推廣RFID智能輪胎的技術(shù),國內(nèi)的主要廠商也在加速對智能輪胎技術(shù)的研究。
4.智能機(jī)器人應(yīng)用
智能機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表,是最典型的機(jī)電一體化、數(shù)字化裝備,目前已廣泛應(yīng)用到多種行業(yè),但在輪胎成型裝備上卻鮮有機(jī)器人的身影。隨著人力成本的日趨提高,設(shè)備自動化、信息化的提升及工廠自動化的需求,將智能機(jī)器人技術(shù)引入成型機(jī)勢在必行。
在輪胎成型機(jī)設(shè)備中,機(jī)器人可以替代員工從事的工作包括胎圈預(yù)置、物料更換及卸胎工作。隨著機(jī)器人智能化的提升,越來越重要的成型作業(yè)將由智能機(jī)器人完成,發(fā)展空間廣闊。屆時,員工的職責(zé)將從簡單的執(zhí)行層面轉(zhuǎn)為更加復(fù)雜而重要的控制、操作和規(guī)劃等工作。
5.自優(yōu)化系統(tǒng)
自優(yōu)化功能是設(shè)備智能化的一個重要的體現(xiàn)。比如,在輪胎成型機(jī)系統(tǒng)中增加智能影像傳感器,對物料敷貼到貼合鼓上的接頭進(jìn)行拍照,通過影像分析軟件,對接頭質(zhì)量進(jìn)行分析,根據(jù)分析結(jié)果,系統(tǒng)會啟動自優(yōu)化處理,以確保輪胎貼合效果。同樣道理,在物料預(yù)裁斷輸送環(huán)節(jié),通過智能傳感器,可以實時檢測預(yù)裁斷物料的長度,并與配方數(shù)據(jù)比較,出現(xiàn)偏差時,自優(yōu)化系統(tǒng)啟動,以實現(xiàn)物料與配方的最佳匹配。
二、高柔性
柔性指快速、低成本地從提供一種產(chǎn)品或服務(wù)轉(zhuǎn)換為提供另一種產(chǎn)品或服務(wù)的能力。目前輪胎規(guī)格品種繁多,半鋼子午線輪胎規(guī)格就高達(dá)幾百種,另外隨著生活的提高,定制化、個性化輪胎需求逐年增加。為滿足市場需求,如果按照成型機(jī)現(xiàn)有技術(shù),只能通過增加機(jī)臺數(shù)量或增加單臺設(shè)備工裝來實現(xiàn)。增加機(jī)臺數(shù)量無疑將大大增加企業(yè)成本,而同一機(jī)臺頻繁的工裝切換又會帶來時間的浪費,另外過多的工裝會對生產(chǎn)管理帶來麻煩。高柔性輪胎成型機(jī)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu),操作人員只需在軟件中做簡單的修改或設(shè)定,就可以在不同輪胎規(guī)格之間快速切換,其結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備以下特點:
1.物料自動切換
為了減少設(shè)備在規(guī)格更換中的停機(jī)時間,物料的供料方式至關(guān)重要?,F(xiàn)有成型機(jī)結(jié)構(gòu)不能滿足需求,設(shè)備在規(guī)格間切換時,勢必需要更換物料,因此不同規(guī)格物料之間的自動切換必不可少。
2.成型機(jī)組
如果在單臺成型機(jī)設(shè)備上實現(xiàn)不同規(guī)格間物料自動切換,必然會帶來結(jié)構(gòu)的復(fù)雜與占地面積的增加,同時會帶來投資成本的增加及設(shè)備利用率的降低。如果將多臺成型機(jī)設(shè)計成成型機(jī)組,成型系統(tǒng)與供料系統(tǒng)之間可以自由組合,多種規(guī)格同時生產(chǎn),這樣即能滿足輪胎規(guī)格間的快速切換,又能夠提升設(shè)備利用率。
3.模塊化
為充分利用設(shè)備資源,將不同功能的結(jié)構(gòu)模塊化成為必要,模塊之間通過智能網(wǎng)絡(luò)連接,模塊可單獨完成一項任務(wù),又可協(xié)同工作。
4.智能軟件及虛擬模擬技術(shù)
高柔性輪胎成型機(jī)較通用成型機(jī)復(fù)雜很多,每個部件必須高效的協(xié)同工作,才能發(fā)揮其作用,因此成型機(jī)控制軟件變得尤為復(fù)雜。為提高柔性系統(tǒng)的利用率,降低故障率,虛擬模擬軟件技術(shù)將被采用,通過建立虛擬成型機(jī)模擬系統(tǒng),將設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況、生產(chǎn)環(huán)境與虛擬系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián),使虛擬模擬系統(tǒng)實時反映生產(chǎn)狀態(tài)。當(dāng)需要變換輪胎規(guī)格或?qū)嶒炐乱?guī)格時,技術(shù)人員首先在虛擬系統(tǒng)中模擬生產(chǎn)效果,確保無誤后,將虛擬系統(tǒng)與實際系統(tǒng)同步,實現(xiàn)現(xiàn)實設(shè)備的變更。
三、節(jié)能性
日前,世界能源需求的不斷攀升和自然資源的日益枯竭,對能源供應(yīng)商、工業(yè)企業(yè)及消費者都提出了新的挑戰(zhàn),盡可能以高效和可持續(xù)的方式使用能源成為了當(dāng)務(wù)之急,輪胎行業(yè)是一個高能耗行業(yè),隨著資源的短缺及環(huán)保意識的深入,能源在生產(chǎn)中的成本比重會越來越大,提高能源利用率、降低能耗、能量回收等措施勢在必行,節(jié)能不僅是改善生產(chǎn)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的要求,也是提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的需求。現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)給我們帶來巨大的節(jié)能潛力,針對輪胎成型機(jī)裝備,具體措施包括:
1.引進(jìn)能源管理系統(tǒng),高效采集、計算、記錄設(shè)備各項能源數(shù)據(jù),實現(xiàn)能源使用優(yōu)化。
2.采用最新節(jié)能驅(qū)動產(chǎn)品
輪胎成型機(jī)設(shè)備上主要能耗產(chǎn)品為伺服電機(jī),變頻電機(jī)等驅(qū)動產(chǎn)品,約占整機(jī)能耗的80%以上,因此降低驅(qū)動產(chǎn)品的能耗是首要選擇。
采用具有能源回收功能的伺服系統(tǒng)及變頻器,如西門子的共直流母線多軸系統(tǒng)中的SLM(智能型電源模塊)與ALM(調(diào)節(jié)型電源模塊)電源模塊具有能量回饋功能,當(dāng)伺服電機(jī)制動時,電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),該模塊可將直流電回饋給電網(wǎng)或內(nèi)部平衡,節(jié)能可高達(dá)20%~30%。新型的變頻器采用創(chuàng)新的能量回饋技術(shù),將制動能量回饋到電網(wǎng),在升降型負(fù)載等部位使用,可降低能源成本高達(dá)50%。
采用高效電機(jī),一臺電機(jī)的能耗成本在整個電機(jī)生命周期成本中占97%以上,而其采購和安裝維護(hù)成本僅占不到3%。高效電機(jī)產(chǎn)品在原有的基礎(chǔ)上,通過電、磁、機(jī)械和通風(fēng)的優(yōu)化,優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)制造工藝的使用,并結(jié)合先進(jìn)全面的實驗及測試手段,可以切實有效地降低電動機(jī)的各方面損耗,幫助用戶降低運行成本,加快投資回收。目前西門子的高效電機(jī)可將電機(jī)功率損耗降低高達(dá)45%,并且由于溫度降低,延長了電機(jī)和潤滑劑的使用壽命。
3.優(yōu)化控制系統(tǒng),節(jié)約能源
設(shè)備上多數(shù)部件為間歇性工作,每個輪胎循環(huán)工作一次,因此優(yōu)化設(shè)備動作、改進(jìn)控制方式可有效的節(jié)約能源,具體措施如下:
增加待機(jī)功能,設(shè)備在規(guī)格更換,班組切換,異常處理等期間,設(shè)備處于非連續(xù)運行狀態(tài),這種情況下,系統(tǒng)可將設(shè)備的部分運動部件切換至待機(jī)狀態(tài)。在待機(jī)狀態(tài)下,伺服驅(qū)動將關(guān)斷使能,釋放保持扭矩,提升性負(fù)載將使用抱閘保持其位置代替電機(jī)扭矩保持。
采用瞬時裁刀加熱技術(shù),目前設(shè)備上主要部件裁切方式多為熱刀裁切,即通過加熱管將熱刀加熱,現(xiàn)有裁刀的加熱方式大多24小時不間斷加熱??紤]到裁刀工作為間歇性,單次工作時間大約十幾秒,然后間隔幾十秒。瞬間加熱裁刀技術(shù)可以在裁刀使用時瞬間將裁刀加熱到需要溫度,裁切完成后關(guān)斷加熱。這樣可以大幅度降低裁刀加熱的能源損耗。
優(yōu)化設(shè)備動作,減少設(shè)備空運轉(zhuǎn)。裝配能量采集器,采集多余能源。能量采集器可以是熱電偶等通過溫差產(chǎn)生電能的小型發(fā)電機(jī),也可以使用電能動能轉(zhuǎn)換器或包含特殊壓電晶體的元器件。比如,目前成型機(jī)設(shè)備中,大量采用氣動元件,常規(guī)做法是將氣缸排出的氣體直接排出到大氣中,如果我們將這部分排氣集中起來,在出風(fēng)口增加小型發(fā)電機(jī),即可實現(xiàn)能量采集。這部分能量足夠為部分傳感器供電。

 
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