熱處理信息化管理

1、熱處理信息化工藝革新1 背景大力推進(jìn)制造業(yè)的信息化是走新型工業(yè)化道路的必然選擇 , 然 而 , 我廠熱處理 （含表面處理 , 下同）的現(xiàn)狀未能適應(yīng)制造業(yè)信息化 的發(fā)展 , 熱處理生產(chǎn)的信息化程度還很低。 傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)型的熱處理技 術(shù)很難通過信息整合融入集成制造系統(tǒng) , 成為制造業(yè)信息化的薄弱 環(huán)節(jié); 另一方面 , 信息化將以傳統(tǒng)技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性推動(dòng)熱處 理技術(shù)進(jìn)步。產(chǎn)品輕量化、 性能優(yōu)異、 經(jīng)久耐用和高度可靠是航天制造業(yè)不斷 追求的目標(biāo)和市場競爭的焦點(diǎn)。 熱處理在其中起著決定性的作用， 歷 來為世界著名的制造廠商所高度重視， 通過深入的研究和長期積累形 成熱處理技術(shù)上的優(yōu)勢， 視之為企業(yè)核

2、心競爭力而嚴(yán)加保密。 人們可 以仿制出外觀、 尺寸精度乃至材料化學(xué)成分一模一樣的產(chǎn)品， 但因未 能掌握其熱處理技術(shù)關(guān)鍵而難以在使用壽命和可靠性上與之媲美 。 熱處理的產(chǎn)值僅占制造業(yè)總產(chǎn)值中很小份額 （約 1%數(shù)量級 ），卻有可 能收“搞好熱處理零件一頂幾”之效， 從而成倍甚至十幾倍地提升整 機(jī)的附加值。 其作用真可謂四兩撥千斤！ 我國熱處理水平與世界先進(jìn) 水平存在階段性差距。主要表現(xiàn)于：產(chǎn)品可靠性差、使用壽命低、或 者體積自重明顯偏大；熱處理能耗大、勞動(dòng)生產(chǎn)率低；高端熱處理設(shè) 備仍然依賴進(jìn)口， 陷入引進(jìn)落后再引進(jìn)再落后的局面。 我國熱 處理的落后已成為我國從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強(qiáng)國的障礙。熱處

3、理是一種十分復(fù)雜的過程，涉及傳熱、傳質(zhì)、相變、應(yīng)力應(yīng) 變、流場或電磁場等相互耦合， 以致正確預(yù)測工藝參數(shù)對性能影響的 難度很大。 為了搞好熱處理不僅需要嚴(yán)密、 系統(tǒng)的工藝試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室 條件下的組織性能測試，還必須經(jīng)過零部件的臺(tái)架試驗(yàn)、裝機(jī)考核、 破壞性能試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)、 以及失效分析和用戶使用情況反饋等一系 列的深入研究，才能摸索到針對具體產(chǎn)品的高水平熱處理工藝。 否則， 熱處理技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)工藝就難免存在盲目性。 缺乏系統(tǒng)的深入研究 和長期積累正是造成我國熱處理水平落后的主因之一。 如果采用傳統(tǒng) 的技術(shù)路線和“試錯(cuò)式”研究方法很難縮短與世界先進(jìn)水平的差距。 只有用信息技術(shù)帶動(dòng)熱處理的技術(shù)進(jìn)步

4、才可望實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。熱處理在節(jié)能減排方面仍然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)， 熱處理能耗大， 很大 原因在于熱處理爐不能合理利用， 不合格品率和廢品率高， 導(dǎo)致原材 料的浪費(fèi)，增加能源消耗。以前采用人工手動(dòng)的方式操作熱處理爐， 容易產(chǎn)生誤差，生產(chǎn)出不合格品或廢品?，F(xiàn)在，通過熱處理爐計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)、爐群集中監(jiān)控系統(tǒng)等信息系統(tǒng)的應(yīng)用，促進(jìn)工藝優(yōu)化，提 高了熱處理精度， 減低了不合格品率和廢品率， 降低能源消耗和原材 料消耗， 助力節(jié)能減排， 從而進(jìn)一步確保熱處理節(jié)能減排目標(biāo)的最終 實(shí)現(xiàn)。通過技術(shù)進(jìn)步、管理優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要 途徑，而信息技術(shù)在技術(shù)進(jìn)步和管理優(yōu)化方面的作用日益重要。 近年 來，

5、我國熱處理行業(yè)加快了信息化系統(tǒng)推廣的速度， 通過信息化手段 提高管理水平、提高資源利用率、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。目前熱處理生產(chǎn)中， 生產(chǎn)管理及工藝等人員急需隨時(shí)掌握熱處理 爐和工件在熱處理過程中的進(jìn)程狀態(tài)， 并及時(shí)采取有效措施進(jìn)行熱處 理優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)熱處理爐群的最佳生產(chǎn)調(diào)度和管理，因此，考慮將 車間內(nèi)多臺(tái)熱處理爐聯(lián)網(wǎng)， 進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控， 便于管理人員隨時(shí)掌握現(xiàn) 場各臺(tái)熱處理爐生產(chǎn)狀況、 使用效率及訂單的生產(chǎn)進(jìn)度。 實(shí)現(xiàn)各臺(tái)熱 處理爐均衡、連續(xù)、高效生產(chǎn)，達(dá)到節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)率的效果， 實(shí)現(xiàn)精細(xì)化生產(chǎn)管理思想。爐群集中管控系統(tǒng)的監(jiān)控功能幫助企業(yè)管理者和現(xiàn)場操作人員 及時(shí)準(zhǔn)確的了解到爐群中各個(gè)

6、熱處理爐的使用現(xiàn)狀， 例如，爐子是否 空閑，當(dāng)前爐溫， 爐子還有多長時(shí)間將轉(zhuǎn)為可用，當(dāng)前正在執(zhí)行的工 藝。同時(shí)考慮爐溫余熱的有效利用及減少單爐內(nèi)工藝切換次數(shù)等節(jié)能 方式，把握節(jié)能減排工作的進(jìn)展情況、發(fā)現(xiàn)存在的問題、糾正缺點(diǎn)與 不足，最終提高節(jié)能減排的績效。2現(xiàn)狀 熱處理屬于特殊過程，對工廠的各工序進(jìn)行不定期的監(jiān)查 , 各種記錄 文件都要抽查 .工廠設(shè)備數(shù)量及種類較多，主要熱處理工藝 :淬火, 正火,退火, 回火 生產(chǎn)中主要存在的問題 :1. 溫度記錄為有紙記錄儀 ,和用記錄紙記錄 . 一年下來,記錄紙一大堆 , 查看比較困難2. 夜班生產(chǎn)效率低下 , 后來發(fā)現(xiàn)夜班工人未能按照工藝要求的保溫時(shí)

7、間出爐,由于沒有報(bào)警功能 ,( 補(bǔ)充做完以后監(jiān)控發(fā)現(xiàn) ,工藝要求的保 溫 1.5 個(gè)小時(shí)出爐 , 竟然大部分都超過 1,5, 竟然有達(dá)到保溫 3 個(gè)小時(shí) 的情況）和電子記錄 ,工人經(jīng)常擅自用筆頭自己劃熱處理曲線 ,真假難 辨,無法監(jiān)督, 超時(shí)間保溫造成能源浪費(fèi)和工件氧化脫碳 .3. 由于產(chǎn)品比較多 ,熱處理工藝不同 ,設(shè)定溫度更改頻繁 , 分段升溫不 好操作 . 升溫速度不可控制 . 經(jīng)常有忘記更改儀表上的設(shè)定溫度而導(dǎo) 致產(chǎn)品不合格 , 重復(fù)熱處理 .4. 生產(chǎn)日報(bào)只有紙質(zhì)記 ,無電子版 ,書寫的字跡不清晰 ,可追溯性很 差.3 目標(biāo)建立反映熱處理過程中各種現(xiàn)象變化規(guī)律及其相互影響的數(shù)學(xué) 模型

8、，藉助計(jì)算機(jī)用數(shù)值法進(jìn)行求解， 采用數(shù)字化的后處理軟件能以 多種方式演示計(jì)算結(jié)果， 從而實(shí)現(xiàn)了熱處理過程的計(jì)算機(jī)模擬。 除了 理論研究、實(shí)驗(yàn)研究之外， 計(jì)算機(jī)模擬已成為當(dāng)今第三種科學(xué)研究方 法，它和前二者相互結(jié)合使人們認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍： 1）將理論知識(shí)直接應(yīng)用于工藝過程的定量計(jì)算；2 ）實(shí)現(xiàn)材料學(xué)、傳熱學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等 多學(xué)科知識(shí)的集成，更好地描述實(shí)際生產(chǎn)過程的復(fù)雜現(xiàn)象；3 ）用多場耦合的方法反映不同因素的影響及其相互作用；4 ）直觀、逼真、有助于人們從不同的角度發(fā)掘有用的信息；5 ）高效、便捷、能在很短的時(shí)間內(nèi)完成各種方案和工藝參數(shù)的比 較和優(yōu)化，從而以過

9、去無法想象的效率推動(dòng)熱處理工藝的創(chuàng)新。另一方面整個(gè)模擬計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果的存貯、 調(diào)用、演示和傳遞 都在數(shù)字化環(huán)境下實(shí)現(xiàn)， 便于和其他數(shù)字化單元連接和集成， 有利于 企業(yè)不同部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作人員共享模擬計(jì)算的結(jié)果， 也使遠(yuǎn)程 交流和異地異構(gòu)的合作研究成為可能?；谏鲜鎏攸c(diǎn)， 熱處理計(jì)算機(jī)模擬在優(yōu)化熱處理工藝， 正確控制熱 處理生產(chǎn)過程和正確預(yù)測工件熱處理后組織與性能等方面具有突出 的優(yōu)越性。4 具體實(shí)現(xiàn)：4.1 目標(biāo)1. 計(jì)算機(jī)上有實(shí)時(shí)畫面 （顯示爐子的狀態(tài) ,采用的工藝 ,當(dāng)前溫度 , 設(shè)定曲線和當(dāng)前實(shí)際溫度曲線的狀態(tài) ）2. 操作界面（對各爐進(jìn)行加熱曲線的選擇 ,運(yùn)行控制 ,裝爐信息的

10、自動(dòng) 和半自動(dòng)錄入 , 設(shè)定曲線完成報(bào)警 , 退火實(shí)現(xiàn)無人職守曲線完成自動(dòng) 停爐）3. 輔助設(shè)施界面 （對淬火介質(zhì)的濃度 ,壓力,淬火水池的水位 , 冷卻裝 置的自動(dòng)控制進(jìn)行 , 對工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)記錄 ）4. 生產(chǎn)日報(bào)界面 （記錄各種生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù) ）5. 設(shè)備實(shí)時(shí)信息報(bào)表 （實(shí)時(shí)集中顯示設(shè)備的各種工藝參數(shù) ）6. 工藝管理界面 （按照工藝要求創(chuàng)建和編輯工藝 ）4.2 實(shí)現(xiàn)的功能 :1. 所有的作業(yè)日報(bào)信息 （零件名稱 ,開爐時(shí)間 ,采用工藝 ,操作方式 ,出爐時(shí)間,爐號(hào), 操作者) 進(jìn)入數(shù)據(jù)庫 .實(shí)現(xiàn)組合查詢2. 熱處理爐各加熱區(qū)的溫度時(shí)間曲線歷史記錄曲線 , 各工輔設(shè)施參數(shù) 歷史曲線查詢

11、 .3. 水泵 , 冷卻裝置等工輔助設(shè)備的遠(yuǎn)程手動(dòng)操作和自動(dòng)操作冷卻裝置 與淬火介質(zhì)溫度進(jìn)行閉環(huán)控制 .4. 擴(kuò)展了加熱爐的功能 ,實(shí)現(xiàn)了無限段數(shù)的分階升溫功能的實(shí)現(xiàn) . 在 設(shè)備最大功率允許的條件下實(shí)現(xiàn)按照設(shè)定曲線斜率加熱的功能 . 實(shí)現(xiàn) 了工藝曲線的自動(dòng)加載 , 操作人員在計(jì)算機(jī)上為加熱爐選擇加熱曲線 系統(tǒng)根據(jù)用戶的權(quán)限大小 ,對不同的操作進(jìn)行權(quán)限管理 , 比如熱處理 技術(shù)員可以創(chuàng)建和修改工藝曲線 , 操作人員只有讀取曲線的權(quán)限 .5. 冷卻裝置和淬火液溫度進(jìn)行關(guān)聯(lián) ,實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)定溫度自動(dòng)控制冷卻 裝置的起停 . 并對各種工藝想關(guān)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)記錄 , 可以對歷史數(shù) 據(jù)進(jìn)行查詢 .6. 完成加熱和保溫工藝后自動(dòng)報(bào)警提醒操作人員出爐 .并可