文／王榮·陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司
國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》中強(qiáng)調(diào)“制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本，興國之器，強(qiáng)國之基”。制造業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃綱要中提出目標(biāo)要讓我國在2025 年邁入制造強(qiáng)國的行列。航空工業(yè)在國家制造業(yè)中有著舉足輕重的地位，特別是航空鍛造業(yè)一直為航空裝備提供鋼筋鐵骨，是材料工業(yè)、裝備制造業(yè)的重要基礎(chǔ)之一，但當(dāng)前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與《中國制造2025》綱要中提出的要求相差甚遠(yuǎn)。本文從目前航空鍛造業(yè)的現(xiàn)狀、存在的問題出發(fā)，探討了未來航空鍛造行業(yè)智能化制造模式。
航空鍛造行業(yè)現(xiàn)狀
目前，為我國航空工業(yè)提供鍛造服務(wù)業(yè)務(wù)的廠家主要有陜西宏遠(yuǎn)、貴州安大、無錫卓越、無錫航亞、德陽二重、航宇、派克、三角防務(wù)等單位，個別鋼廠以及主機(jī)科研院所也提供一部分鍛造科研業(yè)務(wù)，不同于一般傳統(tǒng)民用鍛造業(yè)的流水線、大規(guī)模、大批量生產(chǎn)模式，航空鍛造行業(yè)擁有小批量、多品種、高要求的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)。21 世紀(jì)初在國家軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略提出前，航空鍛造企業(yè)作為我國傳統(tǒng)軍工重工業(yè)產(chǎn)業(yè)的代表，大部分企業(yè)的生產(chǎn)管理模式基本是粗放式、離散型管理模式，普遍存在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新性不夠，能源利用率差，信息化水平不足，質(zhì)量效益不高等問題，具體到鍛造設(shè)備、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)線布局、人員能力等方面普遍還存在“粗、散、亂、差”的情況，隨著現(xiàn)代航空業(yè)的發(fā)展，此模式已經(jīng)無法適應(yīng)航空鍛件產(chǎn)品生產(chǎn)過程中一致性管控、質(zhì)量穩(wěn)定性及智能化制造的發(fā)展要求。
主設(shè)備方面
航空鍛造行業(yè)(中航重機(jī)為龍頭)作為重資產(chǎn)類產(chǎn)業(yè)，其主要的鍛造設(shè)備包括了模鍛液壓機(jī)、精鍛機(jī)、快鍛機(jī)、電液錘、對擊錘、空氣錘、環(huán)軋機(jī)等，設(shè)備噸位的大小直接關(guān)聯(lián)企業(yè)產(chǎn)能的大小。除近幾年二重新安裝的800MN 液壓機(jī)，陜西宏遠(yuǎn)新安裝的200MN液壓機(jī)外，其余廠家大部分設(shè)備自動化及有效利用率還較為低下，基本無法實(shí)現(xiàn)智能化的發(fā)展要求。
究其原因，筆者認(rèn)為，航空鍛造產(chǎn)業(yè)前期所需投資大，見效慢，而且還有較高的行業(yè)技術(shù)壁壘，所以產(chǎn)業(yè)一直為少數(shù)幾家國有專業(yè)化企業(yè)控制，在國家“軍民融合”發(fā)展戰(zhàn)略提出前，民營企業(yè)涉足較少。
因?yàn)橛媱澖?jīng)濟(jì)的影響，產(chǎn)業(yè)內(nèi)各企業(yè)競爭力較弱，企業(yè)專業(yè)化設(shè)備更新速度緩慢，也就最終成為行業(yè)發(fā)展受阻的重要因素之一。如陜西宏遠(yuǎn)現(xiàn)在還在一直使用20 世紀(jì)60 年代建廠時就安裝的對擊錘、空氣錘及油壓機(jī)等鍛壓設(shè)備，但近幾年隨著用戶要求的不斷提高，因設(shè)備的精度不夠，打擊能量控制難、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定無法滿足新型戰(zhàn)機(jī)最新技術(shù)要求。經(jīng)過持續(xù)幾年統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，因鍛件表面質(zhì)量、加工精度問題等導(dǎo)致的客戶抱怨也在逐年增加，在航空零部件加工精細(xì)化發(fā)展的要求下，這種矛盾會日益顯性化、劇烈化。如果不能提前謀局改變，未來將失去在航空鍛件領(lǐng)域的競爭力。
產(chǎn)線配套方面
航空鍛造業(yè)除核心鍛造工序外，還必須配套相應(yīng)的鍛造加熱、熱表處理、模具制造、機(jī)械加工、理化檢測、質(zhì)量保證等基本生產(chǎn)線單元。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)槿狈τ行У目刂颇芰?，各生產(chǎn)單元間的配合效率一直較為低下。
如一般的航空鍛造企業(yè)在給主鍛造設(shè)備配置的幾臺加熱爐同時加熱過程中，基本都是由加熱操作工人工預(yù)估主設(shè)備可能的生產(chǎn)節(jié)拍，再調(diào)節(jié)不同加熱爐的加熱升溫速率與保溫時間。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中卻經(jīng)常出現(xiàn)因人為計算、控制精度不高而造成的能源、材料等的浪費(fèi)，更有甚者可能造成產(chǎn)品一致性差的結(jié)果。
再如在實(shí)際的鍛造過程中，對于關(guān)鍵參數(shù)(鍛造溫度、變形尺寸等)的監(jiān)控方面，也存在耗時、費(fèi)力、人力資源成本高、控制能力差等問題。目前，成飛、西飛等主機(jī)廠由于業(yè)務(wù)整合需要大量剝離鍛造業(yè)務(wù)，這為中航重機(jī)所屬企業(yè)成為鍛造集中地創(chuàng)造了條件，所以對生產(chǎn)單元進(jìn)行合理地產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整與智能化升級改造，可極大地提升投入產(chǎn)出比、確保產(chǎn)品質(zhì)量，為未來快速地增強(qiáng)企業(yè)競爭優(yōu)勢提供了保證。
管理方面
在當(dāng)前制造業(yè)中要成為一個現(xiàn)代化的企業(yè)，先決條件就是必須擁有現(xiàn)代化的管理模式。但在現(xiàn)有的航空鍛造企業(yè)中普遍存在企業(yè)管理效率低、信息化管理水平差且覆蓋率低的實(shí)際情況。大部分企業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的處理還是人工或半人工的狀態(tài)，缺乏現(xiàn)代企業(yè)管理中要求的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境，而且在企業(yè)內(nèi)部對管理信息的規(guī)范化、數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化方面做的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。中航重機(jī)作為母公司想收集或?qū)崟r查看下屬企業(yè)的相關(guān)信息，目前條件不具備或者需要耗費(fèi)大量的人力物力，這與現(xiàn)代化企業(yè)管理要求的效率和效益格格不入。
航空鍛造業(yè)智能化改進(jìn)的設(shè)想
“兩化”融合是國家提出的未來發(fā)展方向，5G技術(shù)應(yīng)用和物聯(lián)技術(shù)的拓展為未來智能制造提供支持和基礎(chǔ)。智能制造要求在生產(chǎn)過程中，將智能裝備通過有效的通信技術(shù)有機(jī)地聯(lián)系起來，結(jié)合鍛造行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝設(shè)計科學(xué)化、生產(chǎn)過程自動化、現(xiàn)場監(jiān)控實(shí)時化、分析改進(jìn)智能化，通過收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)并經(jīng)過軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理分析，幫助企業(yè)管理者實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)方案。近幾年，鍛造產(chǎn)業(yè)發(fā)展最好的企業(yè)就是以民用汽車鍛件生產(chǎn)加工為代表的大型汽車零部件企業(yè)(如陜汽重卡)，由于其產(chǎn)品批量大的特點(diǎn)，鍛件鍛造和機(jī)加產(chǎn)線自動化程度達(dá)到90%以上，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的無人工干預(yù)操作、自動化生產(chǎn)和自動化檢測等，這給航空鍛造行業(yè)提供了一個有效的參考。
航空鍛造企業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能化制造，首先需要具備高效的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，即企業(yè)必須采用相應(yīng)的信息化管理系統(tǒng)(中航重機(jī)已經(jīng)開發(fā)信息化系統(tǒng)，初步具備這樣的模式)，逐步將原來粗放式、人工化的傳統(tǒng)流程型管理模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。在訂單接收(輸入)、生產(chǎn)計劃分解、生產(chǎn)進(jìn)度管理(處理)、庫存發(fā)貨(輸出)、售后信息處理(反饋)等環(huán)節(jié)，將過程控制的信息處理方式轉(zhuǎn)變?yōu)槔糜嬎銠C(jī)信息系統(tǒng)對企業(yè)所有資源進(jìn)行整合、集成和管理，即使用企業(yè)資源計劃(ERP 系統(tǒng))來處理企業(yè)管理過程中的物流、信息流、價值流。作為鍛造類企業(yè)來講，主要企業(yè)管理過程有三大模塊：生產(chǎn)過程控制(綜合生產(chǎn)計劃、作業(yè)計劃、輔助生產(chǎn)計劃等)、物料管理(原材料采購、輔料采購、庫存管理等)和財務(wù)管理(會計核算、財務(wù)分析、財務(wù)計劃等)。智能化管理模式就是利用企業(yè)資源管理系統(tǒng)，集成鍛造生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、工藝管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫等，實(shí)現(xiàn)鍛造企業(yè)整體資源的管理與配置，暢通企業(yè)生產(chǎn)管理過程中的“神經(jīng)脈絡(luò)”。
針對品種多、批量小、數(shù)量少的問題，對鍛造生產(chǎn)及輔助設(shè)備進(jìn)行智能化改造可以最直接提高鍛造生產(chǎn)過程中產(chǎn)品真實(shí)數(shù)據(jù)的積累，便于后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的分析改進(jìn)提高；對鍛造輔助性設(shè)備進(jìn)行智能化改造，可有效提高生產(chǎn)效率，改善勞動環(huán)境。如針對鍛造及熱處理工序中大批量的加熱爐進(jìn)行爐群集中管理，將加熱參數(shù)設(shè)置，升溫速率控制，生產(chǎn)節(jié)拍協(xié)調(diào)，加熱過程記錄等統(tǒng)一進(jìn)行處理，將原來20 臺加熱設(shè)備需要5～6 個人操作的傳統(tǒng)管理方式改變?yōu)橹灰粋€人即可全過程管控的新生產(chǎn)模式。另外，鍛造現(xiàn)場推廣省力裝置(裝夾機(jī)器人、機(jī)械臂)降低鍛工勞動強(qiáng)度；使用自動潤滑裝置，提高模具使用壽命；復(fù)雜形狀鍛件實(shí)現(xiàn)自動化測量，提高檢測準(zhǔn)確率與效率。
未來鍛造模式的改進(jìn)方向
自動化模式讓設(shè)備的自動化消除人為操作帶來的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的隱患；現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動化錄入，減少重復(fù)和人工記錄帶來的錯誤和大量重復(fù)勞動，為生產(chǎn)現(xiàn)場提高生產(chǎn)效率提供了可能。節(jié)拍管理模式結(jié)合精益化準(zhǔn)時生產(chǎn)的管理，減少生產(chǎn)主設(shè)備的資源浪費(fèi)、提高生產(chǎn)效率，為準(zhǔn)時交付提供支持。
網(wǎng)絡(luò)化模式為各工序提供支持和信息，為工序間甚至外部供應(yīng)商提供實(shí)時改進(jìn)條件、方向和空間；為用戶提供提升的機(jī)會及生產(chǎn)工藝設(shè)計、質(zhì)量等方面的支持。
智能化模式通過智能化、減少管理的冗余過程、優(yōu)化生產(chǎn)流程、數(shù)據(jù)信息共享和有效利用。
云計算模式為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造和標(biāo)準(zhǔn)編制提供數(shù)據(jù)積累，為質(zhì)量問題改進(jìn)提供預(yù)警。
單件生產(chǎn)模式(鍛造、熱處理和機(jī)加)將成為未來的主流方向，單件流的生產(chǎn)模式為流水線奠定基礎(chǔ)，也為柔性化制造針對多樣化用戶需求提供了支持。單件加熱模式的形成將會改變目前傳統(tǒng)的鍛造批和熱處理批的概念，勢必沖擊和引領(lǐng)行業(yè)的變革。
例如，改變目前加熱爐的加熱方式應(yīng)該是作為鍛造企業(yè)主體提出來的責(zé)任和專利技術(shù)方向，目前應(yīng)用的傳統(tǒng)箱式爐加熱方式將向著精細(xì)化、個性化的發(fā)展方向改變。在前端采取工藝設(shè)計和編制的CAPP 系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)程序控制傳輸給單件連續(xù)加熱爐的模式成為可能，確保加熱爐系統(tǒng)在溫度和保溫時間達(dá)到工藝設(shè)計要求后才能自動開啟爐門，機(jī)器人夾持鍛造，鍛造設(shè)備數(shù)字化控制工藝參數(shù)(溫度、時間、變形量、變形速度等)，熱處理爐自動控制熱處理，機(jī)器人夾持操作冷卻(油冷、水冷、空冷)在工藝要求的時間、精度、準(zhǔn)確度方面都能達(dá)到。
質(zhì)量監(jiān)控模式的變化
目前，我們多數(shù)企業(yè)采取視頻監(jiān)控現(xiàn)場操作的方式、檢驗(yàn)員現(xiàn)場監(jiān)控和檢驗(yàn)的方式以及部分監(jiān)控軟件收集操作信息三種方式，這些方式都是各自孤立的、割裂的不同系統(tǒng)，沒有形成合力，所以無法快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)判和整合。
自動化裝備(鍛造設(shè)備和爐子)能夠自動收集相關(guān)的信息，涉及溫度監(jiān)控和變形量監(jiān)控，在大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模式下可以實(shí)時對比分析歷史數(shù)據(jù)并形成產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的趨勢分析。為現(xiàn)場實(shí)時糾正錯誤，提高質(zhì)量和鞏固工藝成果提供依據(jù)。宏遠(yuǎn)公司已初步實(shí)現(xiàn)爐群集中監(jiān)控系統(tǒng)的模式，但仍有很大的改進(jìn)空間。
目前，熱工成形的尺寸監(jiān)控是一個技術(shù)難點(diǎn)，據(jù)悉清華大學(xué)已有這方面的高溫測量技術(shù)貯備，可以借鑒開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)控測量工具。低、中、高溫度測量也是目前的一個技術(shù)難點(diǎn)，福祿克公司買斷了美國一家光管公司的專利，可以生產(chǎn)手持或在線紅外測溫設(shè)備，宏遠(yuǎn)公司已購置了兩臺定制手持測溫設(shè)備。
冷尺寸在線測量、自動測量和無線(有線)測量專用工具已經(jīng)有了成套、成熟的設(shè)備和技術(shù)，但在鍛造行業(yè)的機(jī)加工序還應(yīng)用甚少。
以上新模式下的監(jiān)控手段和技術(shù)的應(yīng)用可以集成到公司的管理系統(tǒng)中，逐漸將紙質(zhì)的檔案和記錄退出歷史舞臺，形成電子化記錄，為今后授權(quán)查閱、統(tǒng)計分析、技術(shù)提升、應(yīng)用擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。
基礎(chǔ)研究
作為中國鍛造的重型企業(yè)，需要引領(lǐng)鍛造行業(yè)和熱加工行業(yè)的發(fā)展，但我們目前的基礎(chǔ)還比較薄弱，工業(yè)化和信息化結(jié)合的程度偏低，無法擔(dān)當(dāng)國家和集團(tuán)的重?fù)?dān)以及適應(yīng)未來重點(diǎn)型號發(fā)展的步伐。
目前，要著手以鍛造行業(yè)為重心的基礎(chǔ)研究工作，形成以鍛造、熱處理為中心的工藝技術(shù)、設(shè)備(鍛造、加熱爐)、測量(熱冷尺寸監(jiān)控和測量)、管理(例如批的管理)、材料、標(biāo)準(zhǔn)等系統(tǒng)性策劃，形成行業(yè)權(quán)威、專利，控制并帶動與鍛造相關(guān)聯(lián)的所有上下游企業(yè)，替代目前被動接受用戶設(shè)計要求來生產(chǎn)鍛件的模式，研究內(nèi)容見表1。
表1 鍛造行業(yè)的基礎(chǔ)研究工作表
以上可以擴(kuò)展為按照不同設(shè)備、不同材料種類的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)族和管理標(biāo)準(zhǔn)族，并對照當(dāng)前現(xiàn)有的GB、GJB、ASTM、EN 等標(biāo)準(zhǔn)體系查漏補(bǔ)缺，起草具有自主專利技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)未來的發(fā)展提供動力。
人才隊(duì)伍建設(shè)
從未來公司發(fā)展的要求來看，真正實(shí)現(xiàn)企業(yè)競爭力的中堅(jiān)力量是高素質(zhì)和能力的人員，目前公司沒有系統(tǒng)的專家隊(duì)伍，至少沒有在行業(yè)內(nèi)有影響力的專家隊(duì)伍。專家隊(duì)伍的組建和培養(yǎng)不是一朝一夕實(shí)現(xiàn)的，需要時間和歷練，更需要行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。我們培養(yǎng)的專家隊(duì)伍不能光在重機(jī)下屬公司內(nèi)知名，還要在航空業(yè)內(nèi)、國內(nèi)知名才行。專家隊(duì)伍不能僅是技術(shù)、質(zhì)量類專家，應(yīng)該系統(tǒng)地籌劃和培養(yǎng)方方面面的管理專家隊(duì)伍，比如精益專家、AOS 專家、信息化專家，通過專家名片宣傳和提升公司乃至行業(yè)的企業(yè)形象。
結(jié)束語
目前航空鍛造業(yè)存在管理模式粗放、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新性不足、能源利用率差、信息化水平不足，質(zhì)量效益不高等問題，與國家《中國制造2025》要求差距很大。目前智能化裝備和自動化信息技術(shù)已經(jīng)普及應(yīng)用，對鍛造行業(yè)未來的應(yīng)用不存在問題，航空鍛造業(yè)智能化制造有可行性。未來國防裝備、航空裝備等會對鍛造產(chǎn)品的技術(shù)要求越來越高，這為我們自身提升提供了動力和源泉，同時也可以借助國防技改等項(xiàng)目進(jìn)行更新改造。
工業(yè)4.0 的制造要求已經(jīng)普及，也推動了各個行業(yè)的發(fā)展，5G 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，我們不進(jìn)則退，未來無法和主機(jī)廠、發(fā)動機(jī)廠進(jìn)行業(yè)務(wù)和管理的信息化、智能化對接。
網(wǎng)絡(luò)化云計算已經(jīng)應(yīng)用于多個行業(yè)和領(lǐng)域，為產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)經(jīng)營提供預(yù)警，為裝備建設(shè)提供云數(shù)據(jù)支持，為行業(yè)發(fā)展大數(shù)據(jù)平臺提供保證。
航空鍛造從業(yè)人員要解放思想，在思維模式、管理模式等方面不斷創(chuàng)新，才能順應(yīng)國家戰(zhàn)略發(fā)展要求。
