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环形锻件行业的发展现状及发展路径

2021-08-30 来源:怀化机械信息网

环形锻件是机械零件制造技术与轧制技术交叉复合而成的环形锻轧成形的新技术,与普通的自由锻等锻造成形相比,具有载荷小、效率高、变形充分均匀、节材、无冲击、低噪声、组织性能好及工作环境好等优点,环形轧制技术当今已成为先进制造技术中的重要组成部分。

环形锻件广泛应用于风电设备、工程机械、矿山机械、船舶和航空航天等领域,其中风电设备和工程机械是最主要的两个应用领域。在风电和工程机械领域,环形锻件主要用于偏航和变桨齿圈(图1),以及大型矿山机械齿圈的制造。

图1偏航和变桨齿圈安装位置图

近年来,国内环形锻件企业日益增多,既有少数资金实力雄厚的老牌国有或外资锻造企业,如德国罗特艾德、中航安大;又有像中环海陆一样由中小民营锻件企业发展起来的国内知名环锻企业。随着国内外市场对环形锻件需求从量到质的新需求,国内锻件行业逐步从低端向中高端转移,环形锻件行业的竞争更为激烈。

环锻行业的发展现状

目前环锻行业存在着以下4个方面的问题:

⑴工作条件恶劣和招聘工人困难的问题。由于行业特殊性,生产车间中都是大型的原材料加热、制坯、辗环、热处理和金属加工等设备(图2),其中车间工人需要长时间近距离接触800~1250℃之间的高温锻件和设备,其产生的热辐射和锻压时飞溅的高温氧化皮会烧伤工人皮肤。一线工人年龄普遍呈现“老龄化”趋势,即使有新的年轻人加入,工作岗位也多是设备操作工。所以,未来一线工人的招聘难度和企业招聘工人的成本会不断增大。

⑵严控能耗和环保限制问题。当前,国家严格控制能源消耗指标,屡屡强调环保问题,更是通过一系列政策来约束地方的能源消耗指标和有关部门的能源消耗审批权,以此来限制高能耗和不利于环保的项目。传统环锻行业大型设备的用气和用电折合标煤量远远超出规定要求,所以环锻行业往绿色制造、节能制造和智能制造发展已是必然趋势。

图2传统环锻生产线工序流程图

⑶产能低和质量差问题。大型锻造、热处理和机加工设备加工能力过剩,车间布置和排产不合理,设备基本处于机械化或半自动化,锻件加工余量过大,技术落后,大部分需要人工操作,导致产能始终无法有效提升,产品质量受人为因素影响大。

⑷模具寿命低。根据实际生产难以获取精确的工艺参数,模具的设计无法最大优化,在使用一定次数后模具性能下降明显,需要定期更换和修理,不仅影响生产进度,且增加生产成本。

环锻行业走智能制造市场需求巨大

随着风电产品的要求越来越高,风电产业的发展也逐渐从数量向质量转变,风电产业进入稳定持续增长的新阶段,图3为2008-2017年全球海上风电累计装机容量。在国家政策红利的推动下,我国风电行业发展前景广阔,为上游风电装备及配套环形锻件行业的发展提供良好的发展机遇。同时,除了近年来国际四大市场对工程机械行业的需求依然处于稳步增长阶段,其他新兴的区域市场对基础设施建设需求逐步旺盛,大批的铁路、公路等国家级项目等待开发,工程机械行业将迎来新的发展阶段。

图3 2008-2017年全球海上风电累计装机容量

环锻行业智能化生产的条件

结合环锻行业发展现状,我公司组建的生产线智能管控一体化平台分为五大层级——设备控制层、自动化集成控制层、车间制造执行层(MES)、工厂资源层(ERP/PLM)和决策支持层,如图4所示。

图4生产线智能管控一体化平台

⑴设备控制层。实现整体的智能化制造和管理,首先是通过建立单个设备的数字化和网络化,再将各个设备形成车间联网的模式,从而建立生产监控平台。

⑵自动化集成控制层。利用生产监控平台与PLC、工业机器人、传感器等连接,实时监控设备、生产、车间环境和车间人员工作状态,达到准确收集数据和确保生产安全的目的。

⑶车间制造执行层(MES)。在自动化集成控制层的基础上,MES系统可以对收集的数据进行简单分析总结,这样就可以及时发现并解决问题。除此之外,通过与ERP系统的联通,可以及时获取车间的排产计划,达到自动排产和全面管理的效果。

⑷工厂资源层(ERP/PLM)。在车间制造执行层的基础上,通过MES系统和ERP系统的联系,不仅可以实现车间自动排产和销售订单处理的结合。最重要是在此基础上,建立工厂资源层,已达到科学化经营管理的目的。

⑸决策支持层。在工厂资源层的基础上,企业决策层可以通过数据采集与监控系统(SCADA),运用PC机和手机APP实时掌握生产现场的实际生产情况,这样可以达到智能系统搭建单位和企业高层管理直接干预的目的,起到决策支持的作用。

智能制造对环锻行业发展具有战略意义

智能制造是实现环锻行业发展的重要路径。长期以来,我国环锻行业主要集中在中低端环节,生产和管理模式落后粗犷。为转变这样的处境,实现我国环锻业从低端模式向节能、环保和绿色模式发展,推广智能制造是重要路径。

智能制造是实现节能减排的强有力方式。相比传统环锻生产线,智能化生产线可节约原材料8000余吨、节约用电1000余万度、节约用气300余万立方米,总节约折合标煤4500余吨,发展智能制造有助于从根本上解决环锻行业的节能减排问题。

结束语

近年来,随着风电、矿山机械、核电和海洋能源装备等市场的不断发展,对于环锻件类产品需求不断提升,环锻类生产企业决不能安于现状,应该顺应国家发展智能制造的浪潮,加大创新力度,为实现环锻产品高质量发展而努力奋斗。

作者简介

马苏,技术主管,主要从事锻造和热处理方面工作,参与了10米超大铝环轧制和风电机组用偏航变桨大型环锻件等研发工作,目前正参与高效节能智能化生产线的建设工作,已发表文章2篇,拥有3项发明专利。

——来源:《锻造与冲压》2019年第19期

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