隨著汽車工業的飛速發展，人們對車輛安全、環保、節能的要求日趨嚴格，鋁合金車輪以其安全、節能、輕量化、散熱性好、循環利用率高，降低能耗和生產成本，提高市場競爭力等特點，逐步取代了鋼制車輪。但是，鍛造鋁合金車輪存在加工工藝復雜、小批量多品種、生產不確定性強、生產效率和質量穩定性低、生產可追溯程度低等問題。總體技術路線
從智能制造的角度出發，結合鋁合金車輪本身的生產特點，我公司提出了構建鍛造鋁合金車輪智能化車間的總體技術路線（圖1）。該技術路線包括以精密成形裝備、多關節機器人等核心智能裝備及控制系統等為核心的設備層；通過總線控制系統實現設備的互聯互通，通過多種通訊協議的融合連接各種智能傳感器、刻碼讀碼設備及車間現場工作站的控制層；實現車輪數字化生產車間各個工序、工藝區的無縫連接，操作者、自動化設備、物料的互聯互通，完成制造過程質量數據、工藝數據、能源數據、設備數據、操作行為的讀取和存儲的執行層；為決策層提供決策數據，最終實現PLM、MES、ERP高度集成的生產過程透明化管理的應用層。
車間物聯網的建設
基于物聯網實現每一單獨工件、每道加工工序的身份識別；基于工業協議轉換器聯接每一臺設備的控制器，實現所有設備的互聯互通互操作；基于邊緣控制器實現機器視覺、溫度傳感、能源儀表等各種智能傳感和儀表的互聯及數據采集。有線網絡、無線網絡覆蓋整個車間，連接設備、傳感器、智能儀表、現場看板、現場終端等幾百個網絡節點，并與辦公網絡、中央機房、中控中心相聯，組成完整的數字化車間網絡系統。
鍛造生產線建設
鍛造生產線由自動高速鋸切機、12000t、16000t數控液壓機，智能溫控加熱保溫爐、上下料六軸搬運機器人、沖孔擴口機、鍛造尺寸在線視覺檢查系統、自動線總成控制系統、信息傳感系統、噴霧潤滑系統等組成。其中數控液壓機主機的鍛造溫度范圍為460～1100℃，滑塊位移控制測量和顯示精度達到0.01mm，閉環控制速度范圍為0.05～2.00mm/s（可隨意調整），能完成與機械手IO點對接，達到全自動化生產功能。數控液壓機具有故障代碼輸出、壓力行程曲線輸出能力，并且自帶數據通信接口。每個鍛造區工作島配備兩部六軸搬運機器人，實現預熱、壓扁、鍛造、沖中孔、擴口、旋壓六個工序自動化生產。前置工序上料設備將鋸切后的鋁錠運至稱重裝置，經初篩稱重后合格鋁錠進入加熱環節，實現了鍛造→自動噴霧→沖孔擴口→在線檢測→旋壓的全流程自動化生產；基于生產線物流的合理優化縮短了鍛造在制品的流轉時間；基于工業通信網絡和數據采集系統實現了鍛造制造過程現場數據采集與可視化；通過熱態件激光刻碼讀碼技術實現了單個鍛件全流程追溯；基于鍛件尺寸在線視覺檢查系統實現了熱態輪轂毛坯在線檢測，整體上實現了工業化與信息化的深度融合。
熱態件激光刻碼讀碼全流程追溯技術
工件在生產制造過程中要經過多道次的加工和較長的流轉過程，因此對工件追溯介質的研究是實現鋁合金輪轂全過程質量追溯的重要環節。針對高溫鋁合金鍛件的在線標識需求（420～480℃），我們采用100W大功率激光打標頭，以從下向上標刻的形式避免高溫氣場的熱輻射效應，并加裝工業空調循環風冷，實現了良好的打標效果并延長了光纖激光打標機的使用壽命。當發現產品存在質量問題時，首先進行逆向追溯，通過掃描鋁車輪表面標識二維碼，獲得產品的唯一二維碼（ID）如圖2所示，通過二維碼追溯數據庫中各個工序的工藝參數、設備參數和檢測數據，逐級的進行質量問題分析，從而定位出現質量問題的環節。然后通過正向的追蹤，對該環節同批次產品進行追蹤，定位產品的流向，如毛坯線邊庫、物流輥道上的在制品、成品庫和已售出產品的整車廠商等。
在線三維視覺測量
視覺檢測系統（圖3）工作在鍛壓工位，在運動裝置、隔熱降溫裝置和工裝的輔助下，對鍛壓后仍處于熱態的輪轂毛坯進行在線抽檢。檢測內容為輪轂毛坯的關鍵尺寸、表面缺陷，并根據設定以數據或固定格式的檢測報告的形式輸出檢測結果，上傳到車間網絡。檢測結果供分析與評估工藝路線和工藝參數的執行情況、設備的運行情況，形成MES系統中產品質量檔案的一部分，供質量追溯模塊調用；并結合MES系統，根據由檢測獲得的工藝結果參數（包括表面缺陷）反推壓機工作狀態是否異常及模具磨損情況。
數據采集
為滿足數字化車間總體技術路線和規劃要求，生產制造執行和可視化系統必須從傳感器、設備、儀表等待測單元中自動采集數據信息。數據采集依賴標準的通訊協議、專用的接口訪問方式，通過完整的網絡拓撲實現從底層采集到頂層數據的存儲分析，同時將采集的底層數據信息進行實時顯示。鍛造生產線數據采集系統采集對象主要包括兩種類型數據：⑴電能數據。生產車間安裝16臺智能電表用于采集4條鍛造線包括預熱爐、液壓機、擴孔機、機械臂等設備的電能消耗。電表支持MODBUS通信協議和RTU傳送方式，支持RS485接口串行通信。⑵生產過程數據。鍛造生產過程中衍生出大量過程數據，包括鍛造產量信息、鍛造質量信息、鍛造設備狀態信息、激光打碼等數據信息。各種數據信息經現場總線控制系統PLC處理匯總，定制開發支持訪問現場總線控制系統的采集軟件，實現數據讀取，如圖4所示。
⑴MODBUS通訊協議。對于同一工序中不同設備的電表，通過屏蔽雙絞線T形網絡的連接方式，將該工序中的各電表節點進行串行通信，將采集的數據匯總到分配的串口服務器中，將RS-485接口的數據轉換成TCP/IP端口的數據，實現數據的單向轉換，從而使得采集的電表參數可以進行IP化的數據通訊，最后，將IP化的數據通過交換機傳送到專用采集軟件中進行分析和展示。⑵多種PLC轉換協議。根據采集數據種類和精度要求，每條生產線布置的傳感器和PLC的種類與數量也隨之增多，導致控制系統中包含多種廠商品牌的PLC。為了得到不同廠商PLC中的數據，引入協議轉換網關如圖5、圖6所示。在專用采集軟件中，設置協議轉換網關中相關的PLC轉換協議，實現與生產車間控制系統中的PLC交互通訊，從而得到PLC實時采集到的傳感器數據和質量過程數據。
功能實現
通過現場數據和生產管理軟件的集成，能夠幫助管理層實時掌控計劃、調度、質量、設備運行等信息情況，使各相關部門及時發現問題和解決問題。實現對生產過程全監控、優化生產調度、實現產品正反追蹤追溯，幫助企業實現多品種生產管理和實現生產透明化，從而降低生產成本和提高生產效率，完成精益化生產。ERP訂單執行狀況和鍛造生產線工單執行狀況如圖7、圖8所示。
