輪胎成型機未來的發展方向
從2014年開始,我國輪胎行業進入了低速發展的“冰河時期”,人力成本的飛速上漲,原材料的日益短缺,輪胎產能嚴重過剩,環保要求日益嚴苛等等都使輪胎企業步履蹣跚、舉步維艱。在輪胎企業積極應對不利局面的各種舉措中,對輪胎生產設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設備供應商也要積極的進行技術開發以應對用戶不斷升級的各種要求。薩馳華辰機械(蘇州)有限公司副總裁馬雙華先生分析了輪胎生產設備中十分重要的輪胎成型機的未來發展方向,那么下一代的輪胎成型機的發展將是怎樣的呢?馬雙華先生認為,未來的輪胎成型機將具備以下幾個主要特點。
一、智能化
智能化是指利用現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用。根據定義,為使設備具備智能化功能,需要采用先進的通訊技術、智能技術,并將這些技術與行業技術相結合才能夠實現,智能化是現代技術與行業技術、行業經驗的融合。具體而言,智能化輪胎成型機應該具備以下特性:
1.智能網絡與遠程監控
網絡化、數字化、遠程服務是當今技術發展潮流,通過最前沿的網絡信息技術,可以實現產品設計、生產工程、生產規劃、生產實施及服務的集成管理,使得產品的質量及開發速度得到大幅提升,設備服務及時有效。
企業聯網:通過先進的智能網絡,數據可以在企業資源規劃系統(ERP)、生產控制系統、制造系統(成型現場)及供應商系統自由的傳輸,保證管理人員時刻了解生產設施的使用情況及產品質量信息。
設備聯網:通過先進的智能網絡,將成型機的各個元器件建立連接,使設備全數字化,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設備進行監控與管理。如果再將服務與器件通過智能網絡連接,就形成了物與服務聯網,將形成IoTS(Internet of Things & Services)網絡。
遠程服務:通過先進的智能網絡與遠程操作軟件,管理人員或技術服務人員可以在辦公室連接全球任意一家聯網的生產現場,并可借助視頻工具監控現場狀況,并提供相應服務。
2.智能故障診斷,減少非計劃性停機
眾所周知,計劃外停機往往會打斷整個生產過程,造成巨大損失,并為現場車間管理帶來困擾。因此,愈發盡早的發現潛在故障,及時采取預防措施,效果愈明顯。根據設備運行狀況,還能夠制定出設備的最佳服務周期和維護保養周期。
目前國內外成型機設備的故障診斷多數僅具備后報警功能,即設備出現故障后發出警示。顯然,當設備發出警示時,設備已經出現異常,非計劃停機在所難免,如果異常部件沒有庫存,停機時間將被迫延長。
智能故障診斷可以檢測和分析設備潛在的問題,比如動態檢測和分析電機和齒輪箱的各項參數,如震動、溫度、轉速、扭矩等參數指標,并將數據實時傳輸并記錄到數據庫,通過專用軟件對數據進行分析,并提供設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,也可檢測整個驅動鏈狀態。比如實時監測輪胎成型機物料輸送帶電機的運轉狀態,旋轉主軸電機及減速機的運轉狀態等。
借助此技術,我們可以獲取零部件的使用狀況,并獲知哪個零件即將發生故障,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點,避免非計劃性停機與額外的維護費用。
3.FID技術在成型系統中應用
RFID(Radio Frequency IDentification)是一種無線通信技術,可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。
無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場,把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去,以實現自動辨識與追蹤該物品。標簽包含了電子存儲的信息,數米之內都可以識別。與條形碼不同的是,射頻標簽不需要處在識別器視線之內,也可以嵌入被追蹤物體之內,目前RFID技術已經在許多領域廣泛應用。具體在成型機中的應用如下:
物料小車。在成型機設備中,將每個物料小車上安裝RFID電子標簽,用于存儲該物料的基本信息,比如物料規格、物料生產信息、物料儲存狀態、物料流通信息等,當物料小車裝置到成型機時,通過射頻讀取器將電子標簽內的物料參數傳輸給成型系統,成型系統會將物料信息與成型配方比對,以確保物料選用準確無誤。同時,輪胎成型機可以動態監控物料使用狀況,并向物料配送環節發送物料需求,這樣可以大大提高車間物流效率。
關鍵工裝及關鍵零件。在輪胎成型機的關鍵工裝及關鍵零件中預置RFID電子標簽,用于存儲該裝置的關鍵信息,當這些裝置被安裝到設備后,輪胎成型機系統讀取相關信息,以確保工裝及零件選用無誤。RFID電子標簽同時記錄零件的使用狀態數據、維修記錄、保養記錄等信息,根據使用狀況,輪胎成型機系統會動態提供潤滑、保養、更換等相關預警信息。RFID電子標簽會伴隨整個零件的生命周期。
輪胎。輪胎內部嵌入RFID電子標簽技術目前已經取得了實質性進展,在輪胎生產過程中,將電子標簽植入輪胎內部,并將輪胎規格、生產信息、流通信息、維修記錄等存儲到電子標簽,并建立一套輪胎的信息管理系統。RFID技術在輪胎的倉儲管理、質量跟蹤、輪胎安全等方面起到重要的作用,目前法國米其林集團正在加快推廣RFID智能輪胎的技術,國內的主要廠商也在加速對智能輪胎技術的研究。
4.智能機器人應用
智能機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表,是最典型的機電一體化、數字化裝備,目前已廣泛應用到多種行業,但在輪胎成型裝備上卻鮮有機器人的身影。隨著人力成本的日趨提高,設備自動化、信息化的提升及工廠自動化的需求,將智能機器人技術引入成型機勢在必行。
在輪胎成型機設備中,機器人可以替代員工從事的工作包括胎圈預置、物料更換及卸胎工作。隨著機器人智能化的提升,越來越重要的成型作業將由智能機器人完成,發展空間廣闊。屆時,員工的職責將從簡單的執行層面轉為更加復雜而重要的控制、操作和規劃等工作。
5.自優化系統
自優化功能是設備智能化的一個重要的體現。比如,在輪胎成型機系統中增加智能影像傳感器,對物料敷貼到貼合鼓上的接頭進行拍照,通過影像分析軟件,對接頭質量進行分析,根據分析結果,系統會啟動自優化處理,以確保輪胎貼合效果。同樣道理,在物料預裁斷輸送環節,通過智能傳感器,可以實時檢測預裁斷物料的長度,并與配方數據比較,出現偏差時,自優化系統啟動,以實現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品或服務轉換為提供另一種產品或服務的能力。目前輪胎規格品種繁多,半鋼子午線輪胎規格就高達幾百種,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,如果按照成型機現有技術,只能通過增加機臺數量或增加單臺設備工裝來實現。增加機臺數量無疑將大大增加企業成本,而同一機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管理帶來麻煩。高柔性輪胎成型機通過優化結構,操作人員只需在軟件中做簡單的修改或設定,就可以在不同輪胎規格之間快速切換,其結構應該具備以下特點:
1.物料自動切換
為了減少設備在規格更換中的停機時間,物料的供料方式至關重要。現有成型機結構不能滿足需求,設備在規格間切換時,勢必需要更換物料,因此不同規格物料之間的自動切換必不可少。
2.成型機組
如果在單臺成型機設備上實現不同規格間物料自動切換,必然會帶來結構的復雜與占地面積的增加,同時會帶來投資成本的增加及設備利用率的降低。如果將多臺成型機設計成成型機組,成型系統與供料系統之間可以自由組合,多種規格同時生產,這樣即能滿足輪胎規格間的快速切換,又能夠提升設備利用率。
3.模塊化
為充分利用設備資源,將不同功能的結構模塊化成為必要,模塊之間通過智能網絡連接,模塊可單獨完成一項任務,又可協同工作。
4.智能軟件及虛擬模擬技術
高柔性輪胎成型機較通用成型機復雜很多,每個部件必須高效的協同工作,才能發揮其作用,因此成型機控制軟件變得尤為復雜。為提高柔性系統的利用率,降低故障率,虛擬模擬軟件技術將被采用,通過建立虛擬成型機模擬系統,將設備實時運行數據、生產狀況、生產環境與虛擬系統建立關聯,使虛擬模擬系統實時反映生產狀態。當需要變換輪胎規格或實驗新規格時,技術人員首先在虛擬系統中模擬生產效果,確保無誤后,將虛擬系統與實際系統同步,實現現實設備的變更。
三、節能性
日前,世界能源需求的不斷攀升和自然資源的日益枯竭,對能源供應商、工業企業及消費者都提出了新的挑戰,盡可能以高效和可持續的方式使用能源成為了當務之急,輪胎行業是一個高能耗行業,隨著資源的短缺及環保意識的深入,能源在生產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,節能不僅是改善生產環境、生態環境的要求,也是提升企業經濟效益的需求。現有的先進技術給我們帶來巨大的節能潛力,針對輪胎成型機裝備,具體措施包括:
1.引進能源管理系統,高效采集、計算、記錄設備各項能源數據,實現能源使用優化。
2.采用最新節能驅動產品
輪胎成型機設備上主要能耗產品為伺服電機,變頻電機等驅動產品,約占整機能耗的80%以上,因此降低驅動產品的能耗是首要選擇。
采用具有能源回收功能的伺服系統及變頻器,如西門子的共直流母線多軸系統中的SLM(智能型電源模塊)與ALM(調節型電源模塊)電源模塊具有能量回饋功能,當伺服電機制動時,電機處于發電狀態,該模塊可將直流電回饋給電網或內部平衡,節能可高達20%~30%。新型的變頻器采用創新的能量回饋技術,將制動能量回饋到電網,在升降型負載等部位使用,可降低能源成本高達50%。
采用高效電機,一臺電機的能耗成本在整個電機生命周期成本中占97%以上,而其采購和安裝維護成本僅占不到3%。高效電機產品在原有的基礎上,通過電、磁、機械和通風的優化,優質材料及先進制造工藝的使用,并結合先進全面的實驗及測試手段,可以切實有效地降低電動機的各方面損耗,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可將電機功率損耗降低高達45%,并且由于溫度降低,延長了電機和潤滑劑的使用壽命。
3.優化控制系統,節約能源
設備上多數部件為間歇性工作,每個輪胎循環工作一次,因此優化設備動作、改進控制方式可有效的節約能源,具體措施如下:
增加待機功能,設備在規格更換,班組切換,異常處理等期間,設備處于非連續運行狀態,這種情況下,系統可將設備的部分運動部件切換至待機狀態。在待機狀態下,伺服驅動將關斷使能,釋放保持扭矩,提升性負載將使用抱閘保持其位置代替電機扭矩保持。
采用瞬時裁刀加熱技術,目前設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,現有裁刀的加熱方式大多24小時不間斷加熱。考慮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,裁切完成后關斷加熱。這樣可以大幅度降低裁刀加熱的能源損耗。
優化設備動作,減少設備空運轉。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生電能的小型發電機,也可以使用電能動能轉換器或包含特殊壓電晶體的元器件。比如,目前成型機設備中,大量采用氣動元件,常規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,在出風口增加小型發電機,即可實現能量采集。這部分能量足夠為部分傳感器供電。