智能制造和机器替人对刀具意味着什么
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那对刀具而言,智能制造意味着什么?智能制造意味着在加工过程中由智能机器和我们人类的专家来对加工中种种条件进行分析、推理、判断,从而合理地选出适合这个加工任务的刀具,并智能地选择合适的初始加工速度等加工规范,决定使用什么样的加工策略,以维持切削加工既经济又安全地运行。
德国的工业4.0和中国制造2025是近来的两个热词。这两个词的内涵不完全一致,但中间都有一个非常重要的要素——智能制造。
何谓智能制造?按百度百科的解释,智能制造(Intelligent Manufacturing,IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能进行智能活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事,去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
那对刀具而言,智能制造意味着什么?智能制造意味着在加工过程中由智能机器和我们人类的专家来对加工中诸如机床、夹具、工件、加工余量、精度和表面质量要求、切削液等等种种条件进行分析、推理、判断,从而合理地选出适合这个加工任务的刀具这个选择的范围会涵盖刀体刀片、刀柄、拉钉等等所有部件,甚至包括刀片螺钉、螺钉旋具、润滑剂等各种附件,并智能地选择合适的初始加工速度等加工规范,决定使用什么样的加工策略,甚至判断这样的加工参数和加工策略是否合理,知道排屑是否正常,预判磨损方式和大致的刀具失效时机,适时向机床或系统下达换刀指令,以维持切削加工既经济又安全地运行。
要达到这样的智能制造选刀用刀,其实很不简单。由于机床、夹具、工件(包括材质及热处理、形状、刚性)等等条件每个都有多种可能,其组合更是千变万化,比较理想的加工条件也许是由许多厂商提供自己的云数据以便计算分析,但这种方法会牵涉各厂商的商业秘密,目前恐怕还难以实现,那这样的云计算智能就只能是假设和遐想。按照国外高端刀具商的推荐,现在选刀的步骤中机床夹具等组成的工艺系统刚性肯定是其中的重要因素,刀具自身的各种要素也必须考虑在内(具体选刀方法和思路可参见老杨编著机械工业出版社出版的《数控车刀选用全图解》和《数控铣刀选用全图解》),这就给智能制造的选刀用刀提出了挑战。
我们可以看看现在我们的专家们是如何选刀的。他们多通过用手贴在机床上感知机床的振动和听切削的声响,观察切屑的状态,结合观察到的其它状况来对加工状态作出基本的判断,将来的刀具选用我认为会用类似的方法用智能设备来解决,就像现在正在许多汽车厂在开发的无人驾驶汽车一样,在机床上安装多个传感器来感知机床切削时的运行状态,从而帮助我们更正确地选刀用刀。当然,达到这一步还有很多路要走。
但这些只是外围的条件。对于我们刀具行业而言,我们要清楚我们的刀具合适用在哪些场合,哪些场合需要我们的刀具作什么样的改变,我们的刀具在各种条件下用什么样的加工参数和加工策略(如精度最佳该怎么用,寿命最佳该怎么用,平稳性最佳该怎么用等等)。这些是我们国内刀具商极其缺乏的一面,我们缺乏的就是为客户服务的理念。
我们许多国内企业非常缺乏服务理念。前几年曾与国内一麻花钻专业生产厂的厂长交流,与他讨论向用户提供服务的问题,没想到的是他一脸茫然地问我,说我们主要就生产一种类型的麻花钻,好像用户也从来没要求过什么样的服务,我们能给客户提供什么样的服务?当时我觉得有些无奈和感叹。我记得我当时说的就是我们能不能向用户推荐一些切削参数?比如,切削钢应该如何?切削铸铁应该如何?切削盲孔应该如何?切削通孔应该如何?斜面的钻入或者钻出又应该如何?这个月我同另一个国内刀具厂商交流,也提到我们的产品比较单一,尤其是麻花钻,几乎都是30度的螺旋角和118度的顶角,千厂一面,几乎无差别,因此价格战就会相当惨烈(据说前面提到的专业麻花钻厂家2015年产值同比下滑接近一半)。我想问国内的麻花钻及丝锥(这两类也许是单个品种市场量最大的品种)生产商,能不能针对加工量最大的钢件和铸铁件,通孔和盲孔,做一些有变化的产品以更适合市场的需求?我想这些用量极大的品种,即使分成几个最主要的应用需要,仍然会是属于量大面广的产品,制造的经济性应该不会有问题。我们的品种规格更多,加工经验更专业更丰富,就更能适应智能制造的需要。
要完成产品多样化,就必须更多地到客户中去,了解客户现实和未来的加工需求,例如现在在用什么样的机床,如刚性怎样,转速范围如何,功率如何,机床的功能如何(如机床是不是支持刚性攻丝)等等;又例如工件的材质如何,热处理如何,大部分应用的余量。在这些场合下,他们现在所使用的刀具如何,哪种刀具更合适,为什么等等。老杨认为以前我们常说切削数据库,主要由研究所和大学来做。但这样的数据库基于经费和试验条件,能覆盖的加工条件比较少。如今如果我们引入大数据概念,由许许多多的用户将自己的加工数据上传到加工数据库中,要找出合适的加工参数就会容易得多。
图 我国工业机器人保有量(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
2015年我们听到的一个与刀具会有密切关系的词是工业机器人,即以机器人来代替工人从事制造工作。附图是中商情报网对于近年来我国工业机器人保有量的变化趋势。由图可以看到,我国的工业机器人增长很快,虽然我国目前的工业机器人焊接、装配、搬运等工作,但也有相当部分用于加工的范围。报告透露,国内劳动力成本不断上升,工业机器人在不少领域已经形成替代人工的趋势。国内一些大型制造企业。如比亚迪、富士康等均已将工业机器人应用到生产车间,并大规模投放。同时我们看到我国工业机器人行业近两年发展速度显著快于下游汽车行业增速,原因主要有两点:一是因为下游汽车行业新投资的生产线都很先进,均会配置相应工业机器人系统,二是由于汽车行业(主要是汽车零部件行业)部分老旧生产线的置换和自动化升级改造带来的对工业机器人的需求。未来随着电子行业自动化程度的提高,其对工业机器人的需求将呈现大幅增长。
这种趋势将也对刀具需求提出新的要求。我们现在大量的刀具用户换刀由工人观察所确定,或由声响,或由切削的火花,不一而足。但这些判据对于机器人而言却可能不是那么方便。对于机器人而言,如果需要现场判断,也许用机床的主轴扭矩、功率等技术参数, 但目前的技术进展而言,最为简单易行的就是现在一些汽车发动机厂正在使用的定时强制换刀。在这一措施下,生产线将要求在规定的寿命期刀具不破损,而对超过这个寿命值的刀具寿命将被视为无价值的冗余寿命。这一技术措施要求我们的刀具企业重视对刀具的可置信的最低寿命的保证。之前一些国内刀具企业对刀具寿命只重视平均寿命而对寿命值的分散程度重视程度不重视的思维模式必须得到改变。
另一个需要提出的问题,是大量使用工业机器人的自动化工厂会有相当一部分操作工人离开现有工作岗位,他们中间也一定会有工作认真、富有加工经验的操作工。如果我们能将这些人加以培训,进一步掌握选刀用刀的服务能力,将他们充实到解决方案的现场服务团队中,相信我们的刀具能进一步由单纯的制造业向制造业和制造服务业结合的转变,这也是转型发展的一个方向,帮助我们的制造业整体实现由制造大国向制造强国的转变。
本文作者:切削技术网首席执行官 杨晓
原载:《今日制造与升级——金属切削》2015年11月号
上载于:2016-9-22 10:33:38

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