智能鍛造的意義
智能制造概念自20 世紀80 年代末被提出以來，得到了世界各國政府、企業的高度重視與大力發展。進入21 世紀智能制造更是引領了新一輪制造業的革命，開始深入到各行各業。“中國制造2025”從國家層面確定了我國建設制造強國的總體戰略，在戰略計劃中明確指出，要以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，實現制造業由大變強的歷史跨越。智能化將進一步提高制造系統的柔性化和自動化水平，使生產系統具有更完善的判斷與適應能力，也將會顯著減少制造過程的資源消耗，提升傳統制造業的水平。在制造業變革的引領下，鍛造行業發展智能化是必然的趨勢。
智能化鍛造系統
響應行業發展潮流，一批國內有實力、有前瞻性的鍛造企業，已在智能鍛造工廠的建設上披荊斬棘、勇于實踐，并取得了一定的成果。下面就以桂林福達重工鍛造有限公司為例，對智能鍛造工廠中的智能系統應用情況進行初步介紹。
智能化鍛造車間的智能系統由四個層級組成，分別包括自動化、無人化曲軸鍛造生產線，智能化感知與在線檢測設備，數字化鍛造智能控制系統集成及網絡構架和鍛造生產專家決策系統，層級結構如圖1所示。
自動化、無人化曲軸鍛造生產線
根據鍛造生產過程中物料的傳輸過程和鍛造工藝特點，整個智能化鍛造生產線的物料傳送均由多關節工業機器人實現，選配設備均配置了數字化系統和在線監控裝置，關鍵智能部件包括自動上下料、工件姿態視覺識別、均衡化柔性生產，并可在線進行典型曲軸產品鍛造生產的故障診斷和智能處理。此外，還可通過MES 系統實現鍛造生產的管理監控，包括產能統計、物流管理、成本統計、生產進度、生產質量等。
鍛造生產智能化感知與在線檢測設備
鍛造生產智能化感知與在線檢測設備包括工件位置及姿態識別的智能視覺識別系統，關鍵設備打擊力、軋制力、輸出能量實時測量的檢測裝置以及鍛件溫度、模具溫度實時測量的檢測裝置。在成形過程中，智能視覺識別系統對鍛件所處位置進行實時檢測、反饋，并將統計存儲數據通過MES 系統實時上傳到工藝設計部門，作為修改工藝和模具設計的依據。鍛件終鍛后溫度變化對鍛后熱處理有著重要的影響，終鍛結束實時檢測鍛件溫度，經專家系統分析和處理，由總線控制系統支配執行元件（機器人）將鍛件送到不同的鍛后熱處理工藝通道。
數字化鍛造智能控制系統集成及網絡構架
數字化鍛造智能控制系統已實現四部分功能：⑴聯接生產線各單機設備、現場感知元件與執行系統，并將采集到的信號分析重組、通過中繼PLC 進行智能決策后，對生產線各設備進行協調管理與監控。⑵聯接車間全部生產設備，通過MES 系統將生產線運行信息可視化的直觀輸出，加強企業對生產狀態的了解，便于生產計劃的實施及成本的控制。
另外，鍛造生產線的鍛件高溫、機器人高速、壓力機重載荷等特性，使得生產線控制系統必須集成安全功能，才能更好的保護人員和設備。⑶開辟安全數據專屬通道，提升控制系統的安全等級也是智能控制系統集成的重要組成部分。⑷建立能快速排查生產線故障的遠程診斷系統，可實現對現場設備的狀態監控、故障診斷、故障排除、遠程協助等功能。
鍛造生產專家決策系統
在鍛造過程中，一旦MES系統智能感應設備或在線測量設備獲取的結果超過警戒值，專家決策系統自動將發現的問題及建議處置方案告知用戶。專家決策系統實時采集各種現場檢測和控制數據信息，在出現問題時，能夠迅速通過自身的推理模式及知識庫數據給出處置意見。根據這些處置意見，現場工程師與系統人機交互、各司其職，能夠迅速給出最終決策。
智能系統下的產品開發特點
智能工廠以數字化、自動化為前提，在產品的整個生命周期采用PLM 系統進行管理，這與以往以人工經驗為主的開發模式存在一定差異。特別是曲軸鍛件，結構復雜、成形困難，靠人工經驗設計往往需要較長的驗證周期。常見的四缸乘用車曲軸結構如圖2所示。
產品設計階段
在整個智能工廠系統的輔助下，曲軸鍛造工廠已不再是傳統的來圖加工企業。通過數據庫的經驗積累，鍛造工廠在鍛件設計領域有比主機廠更深入的研究。在此基礎上，主機廠商與鍛件供應商進行聯合設計的開發模式得到推廣、應用。在滿足主機廠性能要求的前提下，聯合設計開發的鍛件產品在輕量化、機加工工藝合理性、鍛造工藝合理性等方面擁有顯著的優勢。聯合設計開發使產品的整個供應鏈資源得到整合，不僅保證了產品質量，在成本和效率方面也有明顯提升。在整個社會價值體系里，既節約了社會資源的消耗，又為企業創造了更大的價值。
產品設計階段的基本流程包括：接收產品性能、功能指標輸入→經驗數據庫查詢→鍛件外形初步設計→鍛件動平衡校核→鍛件強度校核→鍛件充型工藝校核→鍛件圖紙輸出。
區別于傳統靠人工經驗的產品CAD、CAE設計開發，整個開發過程以MES 系統記錄的海量數據做支撐，通過引入大數據分析方法，從MES 數據庫調取數據，獲得符合鍛造實際現場工藝的CAD尺寸補償參數及各項CAE 分析的邊界條件，以此為基礎完成的產品設計，能很好的滿足產品的功能、性能要求，也能夠進一步縮小理論設計與實際生產結果的偏差，減少調試時間，縮短開發周期。
工藝設計階段
應用專家系統、工藝數據庫、數值模擬等智能技術，根據鍛件材料成分、微觀組織和性能要求，設計并優化出切實可行的鍛造工藝方案。
工藝開發階段，技術部門通過MES系統提交材料BOM 清單及產品開發流程后，系統直接將開發任務分發給原材料采購部門、生產計劃部門、設備管理部門等。原材料采購部門按項目節點完成原材料采購；生產計劃部門按MES 系統上呈現的各部門負荷，進行資源協調、安排生產任務；設備管理部門則依據PLM 系統傳遞的設計3D 數據，應用專家系統進行各設備的程序開發。
依托智能系統，能夠實現“三維到工藝”、“三維到現場”、“三維到設備”的實踐應用。
過程控制階段
MES 系統依托現場智能化感知與檢測設備形成的網絡，對現場生產線運行狀態、產品質量狀態具有實時監控能力。
“三維到工藝”、“三維到設備”的實現，在產品工藝開發期間，MES 系統協調工藝部門、設備部門，完成系統上各工藝控制節點的工藝控制范圍及各個設備運行參數允許范圍的設定。
生產線開始運行后，在MES 系統的實時監控下，不管是設備運行參數、工件狀態（位置、姿態、溫度等）發生異常，還是監控結果超出設定的警戒范圍，MES 系統在提供報警的同時聯動專家系統，迅速給相關人員提供處置建議，協助完成異常報警的快速處置。
在MES系統的大數據采集基礎上，產品質量CPK控制曲線、設備穩定性CMK控制曲線及各設備運行狀態曲線等，能夠實現自動記錄、自動輸出及智能判斷，給產品質量的早期預防及設備的早期維護提供了切實可靠的依據。預防性措施的實施，進一步提升了生產過程穩定性及產品的一致性。
實時過程監控及專家系統的介入，在質量提升、效率提升、成本節約方面得到了更好的體現。
產品過程追溯
MES 系統實時監控產品從原材料入庫到成品發運的整個過程，應用二維碼為產品做好身份標識后，通過掃描產品二維碼，實現產品的全狀態追溯。可追溯的信息包括產品的原材料信息、生產過程各個設備運行狀態、各工序工件質量狀態、鍛件成品檢驗數據等，一旦數據出現異常，能夠清晰的區分出隔離范圍，有效控制質量風險，節約質量成本。
通過大數據分析，能夠找出各個設備運行狀態與產品質量指標的對應關系，為產品的持續改進提供量化依據。MES 系統過程記錄查詢界面如圖3 所示。
結束語
鍛造行業現場較其他傳統機械行業，工作環境惡劣、工人勞動強度大，自動化、智能化生產線的推廣能夠顯著的改善這些問題。同時，鍛造工序及配套的熱處理工序均為特殊制造過程，傳統工藝控制方法的過程穩定性、產品一致性都存在較大的風險，通過智能系統的管控，產品風險能夠得到明顯改善。
在近些年新建的鍛造生產線上，自動化、數字化已得到了大量的推廣應用，但智能化系統的建設還僅在少量企業實施。即使已實施智能化系統的企業，仍處于非常初級的智能化階段。作為鍛造行業企業，要加快我國鍛造行業智能化的發展，必須開展相關前沿技術研究，重視相關人才的培養，并加快相關標準的制定與完善。
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