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在“中国制造2025”不断深化的大背景下,传统的制造业也正面临深度转型和升级。未来工业正稳步迈向大规模柔性生产、智能自动生产,如何提升生产效率,降低制造成本,加速优质产品的创新和质量管理成为众多制造企业的共性问题。上海——作为高端装备制造业的核心区,尤其在汽车、船舶、航空航天等智能制造领域实力雄厚。上海市科学技术协会学会学术部邢文明先生在为本次峰会进行致辞时寄语道,“今天的会议将就企业生产过程中的机加工技术、材料的选择,工艺的提升及设备的管理等热点话题展开讨论,共同探究高效的先进加工解决方案!”他同时对本次的会议在为从事先进制造工程技术人员和专家学者搭建交流的平台,助力上海市先进制造业技术进步、产业的发展方面表示了肯定。
长三角地区,作为我国重要的制造业集群之一,在发展势头和产业结构上,拥有自己独特的优势。同时,在“中国制造2025”不断深化的大背景下,传统的制造业也正面临深度转型和升级。“未来工业正稳步迈向大规模柔性生产、智能自动生产,如何提升生产效率,降低制造成本,加速优质产品的创新和质量管理成为众多制造企业的共性问题。”荣格工业传媒会议部总监邵敏女士在致辞中提到,这些未来趋势也会在今天的会议议题中成为大家讨论的焦点。
图 | 荣格工业传媒会议部总监 邵敏女士
上海市机械工程学会副理事长兼秘书长于忠海先生在随后的致辞中表示,随着计算机技术、信息技术在制造业中广泛应用,与传统制造技术相结合而形成的先进制造技术正引起各国的高度重视。“高效加工”是机械制造领域永恒的主题,先进制造技术则能为高效加工赋能。采用先进的材料、工艺、设备;采用先进数字化、网络化和智能化的方法,都能提高加工效率。本次会议,针对高效加工和先进制造技术的一些关键技术问题展开交流研讨,希望大家能够收获满满。
图 |上海市机械工程学会副理事长兼秘书长 于忠海先生
上海市汽车工程学会秘书长梁元聪在《汽车产业转型发展带来的机遇与挑战》的报告中分析了我国汽车产业遇到制约因素,介绍了汽车行业突破发展瓶颈的转型发展趋势,同时还展望了中国汽车市场发展的增长潜能。
“2020年可以算是落后车企淘汰的关键年,在去产能、去库存及消费增速下滑背景下,2020年上半年整体市场探底,而2021年在疫情逐渐可控的条件下,汽车产业总体销量小幅回升1.2%,2024年中国汽车市场有望开启新一轮的繁荣,这也将进一步重振为汽车产业进行配套的供应链信心。”梁元聪分享道。他展望未来时还提到以下趋势:汽车产品技术将向电动化、智能化、网联化、共享化发展、汽车及关键零部件制造企业向数字化、智能制造进化;汽车产品及制造的转型将为材料、新型电池及电驱动、电子器件/芯片/传感器、信息通讯ICT领域、数据服务、软件开发领域,以及人工智能及算法研发领域提出新的要求。
用于小零件加工的走芯机机床以及多轴机机床的加工空间十分狭小,常规的槽刀在机床内部换刀片操作不便,需要把刀杆从机床上拆掉,在外部换刀,这种操作方式不仅费时费力,还影响刀具的定位精度。瓦尔特(无锡)有限公司产品经理王帅逢在其《瓦尔特“智锁”槽刀:智慧“制造”》的演讲中介绍了解决这一难题的新方案——瓦尔特“Smart Lock”智锁槽刀系统。通过侧面锁紧机构,实现了在机床内部快速拆装刀片,无需拆卸刀杆,在节省换刀时间的同时,保证了刀片的重复安装精度。
新结构的刀杆同时搭配了精密内冷结构设计,可以有效地提高刀片寿命和断屑效果。新结构的刀具系统带来的优势包括可以减少换刀时间70%,降低机床停机时间,刀片寿命提升50%-100%,加工稳定性提升100%等。据他介绍,该刀具可以广泛应用于小零件加工行业,譬如:钟表零件、医疗器械、电子等行业,加工材料不限,可以是钢件、不锈钢、易切钢、钛合金、高温合金等材料,目前已经在市场上获得良好的口碑,为走芯机及多轴机机床小零件槽加工提供了可靠、灵活的槽加工方案。
据GGII发布的数据显示,预计到2023年,全球协作机器人销量将达8万台,市场规模将接近120亿元。上海节卡机器人科技有限公司副总裁常莉以《节卡机器人助力制造产业加速升级》为题介绍了协作机器人发展趋势、节卡机器人技术创新以及如何助力智能智造等内容。常莉认为,目前制造业面临人力成本攀升,产能效率亟待提升,小批量定制化需求增长,品质良率有待提高等诸多问题,节卡协作机器人几乎可以让一切工作实现全方位自动化,可助力企业实现智能化、标准化,为各行业生产制造赋能增效。
“工业智能的未来是人机混合智能,需要构建从发现问题到感知、到数据、到算法,再到执行的快速闭环过程。节卡协作机器人提供的是‘人人皆可自由使用的机器人’。我们以‘用机器人解放双手’为使命,助力企业迈入工业4.0时代。”常莉介绍道。她随后分享了节卡机器人的发展背景,节卡机器人创立于2014年,是全球协作机器人的革新者。节卡音译自英文名“JAKA”(Just Always Keep Amazing)永葆卓越之意。目前在驱控一体化、一体化关节、拖拽编程、无线互联等多项应用上取得了创新性突破,不断引领机器人技术发展潮流。
机床装备作为高效加工中的重要一环,是整个产业转型发展中的关键。哈斯自动数控机械(上海)有限公司维修经理黄春涛就在会上介绍了这家有着近30年历史的美国机床企业,自1983年成立至今,哈斯始终不忘初心,坚持制造高性能数控机床,并且提供最优质的服务,其独有的HFO模式为其更好地提供服务带来助力。2018年5月21日,哈斯在全球交付的第200,000台机器下线,标志着迄今为止哈斯已交付200,000台机床。其可靠性、市场认可度由此可见一斑。
在黄春涛分享的《HAAS介绍及应用案例分享》演讲中,他就哈斯的立加、卧加、车床、五轴加工中心,以及转台等组成的丰富产品线在包括医疗、刀具、航空航天、汽车、3C、模具、通用零件、传动等多个机械加工行业的应用展开讲解。据介绍,在这些解决方案中,哈斯的加工设备能轻松应对钛合金、铝合金、铸铁、球铁、合金钢、高分子塑料、轴承钢等材料。另一方面,跟随工业4.0的步伐,哈斯在自动化方面也早已深入其中,从单机自动化,一台机床加一台机械手完成工件自动上下料,加工,到自动化单元/生产线,由多台机床与机械手或桁架机械手配合加工生产。
而随着全国积极推进实施十四五规划,以自动化、数字化、智能化加工技术为核心的智能制造迎来发展良机。上海赛科利汽车模具技术应用有限公司主任工程师赵鹏以《汽车覆盖件模具的自动化、数字化、智能化加工技术开发》为题,分享了赛科利对汽车模具行业自动化的思考与探索。
赵鹏认为,模具自动化技术应由“技能”积累向“数据”积累转变,掌握数据才能掌握核心制造技术。赛科利模具自动化技术将编程员、操作员、软件、系统及管理数据作为数据来源,经编程技术、数控技术、加工技术分析处理,发现问题并形成清单,有效控制刀具尺寸、夹具、连接杆的误差。经测算,自动化技术能帮助企业减少37%的3+2铣头自动加工时间、减少51%换刀动作时间、减少77%的基准设定无效动作时间、减少68%的返修找正中心无效动作时间。
谈及未来,赵鹏表示每个企业都需要正确处理数据关系,包括:数据定义、监控、分析、处理、关联、安全。在此基础上,将设备、编程、排产、信息等每个阶段智能化,最终由数据驱动智能制造,实现智造工厂的愿景。
株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司产品总监李树强在会上作了《数控刀具在现代机床的应用》的报告,他指出,随着科学技术的不断发展,被加工工件材料、加工工艺、制造工艺日新月异,对于刀具、加工机床的要求也越来越高。面对新形式,过去的钢类加工刀具已显得十分滞后,新加工工艺、高效绿色的加工需求等对刀具提出了更高要求。
据他介绍,欧科亿的“钢件切削用 OC 系列 CVD 涂层刀片”荣获了"2021金属加工行业-荣格技术创新奖”。“此次获奖的钢件车削产品属公司研发创新的新型系列刀片,其优良的材质、独特的设计、新颖的断屑槽形状,较好地解决了钢类加工中出现的问题。”李树强分享道。
ZERO CLAMP是一家于2006年成立的德国家族企业,致力于研发和生产高精密的零点定位系统,虎钳系统及自动化机器人系统。泽柔自动化(杭州)有限公司总经理黄逸洲在会上以《德国ZERO CLAMP夹具产品的技术革新》为题分别介绍了ZERO CLAMP的柔性零点系统、浮动零点快换系统在航空大型结构件的革新应用、定心虎钳以及单机自动化等几款产品及解决方案。
“一款优秀的产品一定是方便使用的,ZERO CLAMP零点定位系统化繁为简。”黄逸洲在介绍中提到,“传统刚性系统需要三种不同的拉钉,使用时需要对应指定的安装位置,不同种类的托板需不同的拉钉组合方式,误装率较高。而ZERO CLAMP特殊的柔性系统,只需一种拉钉,无需安装说明,不易出错。”他随后还以应用行业为例进行了分享,“航空大型结构件的加工普遍面临效率低的问题。而ZERO CLAMP浮动零点快换系统是助力航空大型结构件高效加工的不二选择。这主要是因为该系统能够缩短工件内部应力的释放时间;减少操作步骤,提高设备使用率;同时,ZERO CLAMP柔性快换系统可以满足多种工件尺寸要求,适用于多种加工中心。”
“由于空间轴承材料要求标准高,航天人一直在寻求更先进的轴承材料。”上海天安轴承有限公司院士专家工作站专家刘植群在题为《镍钛合金——下一代航空航天轴承新材料》的演讲中介绍说,“航天轴承材料通常有六类,即钢、陶瓷、高温合金、有色金属、聚合物以及无磁合金,这些材料各有优点但也存在内在的缺点。比如钢易锈蚀;高温合金硬度不够;陶瓷与钢热膨胀不匹配并且弹性差,在滚道上易产生凹痕;有色金属和聚合物硬度不足,缺乏耐高温能力。而新材料——60NiTi合金镍钛凭借其优异的物理特性,吸引了航空航天业界的关注。”
“60NiTi能承受远超过弹性极限应变量的应变,而且卸载时其应变可恢复到原来状态,这种材料特性,在材料科学上被称为‘超弹性’。我们今后将进一步进行材料特性测试,优选、落实最终轴承用户,此外还将扩大应用,按照用户不断变化的需求,继续提升材料性能。”刘植群说道。
随着光学、声学类消费品的爆发性增长,市场对表面加工需求不断提升,镜面加工的呼声也越来越高。牧野机床(中国)有限公司产品经理庄荻在会议上以《向纳米级面粗度迈进——牧野镜面加工解决方案》为题介绍了牧野镜面加工方案及优势。
据庄荻介绍,镜面加工一般需要具备高精密的加工设备,专用特殊刀具,合理的切削参数和工艺以及稳定的环境温度等。而牧野的镜面加工方案完美涵盖了这些要素。其中,iQ系列加工中心由直线电机控制,无反向间隙,精度更高;高刚性高精度电主轴,可使用较大径刀具,从而大大提高加工效率。“镜面磨刀加工系统是用于对正在旋转的刀具进行整形修正的系统。通过使用经过整形的刀具进行加工,实现镜面加工。牧野独有的镜面加工系统可直接在机床内实现刀具整形,消除跳动误差,改善刀具表面质量,并且大幅度降低刀具的使用成本。”演讲最后,他还分享了牧野在汽车PES透镜模具和汽车光学模具的应用案例。
CRC 是MRO“维保运营”领域的特殊化学品全球性领导品牌,聚焦工业、汽车、轨道交通、食品、五金、船舶、电子和矿产等多个行业。希安斯贸易(上海)有限公司(CRC China)董事总经理周行健在题为《加工业者的维保运营化学品解决方案》的演讲中介绍了该公司的背景以及发展历程。
据周行健分享:“CRC的故事开始于1958年在宾夕法尼亚州的一个汽车修理厂。作为腐蚀反应顾问,当时CRC只提供单一产品:CRC缓蚀剂,也就是后来的5-56多用途防锈润滑剂。今天,CRC工业是一家全球性的特殊化学品供应商,生产超过1,300个产品,在全球现有26个生产基地,CRC公司拥有的注册商标包括:CRC®, K&W®, Sta-Lube®, SmartWasher®, Marykate®, Ambersil, KF, Kontakt Chemie®, Ados, Action Can®, Kitten® 和Q20®。”随后,他还介绍了CRC多款产品和解决方案。
“所谓黑灯工厂,表面上是把生产厂房的灯都关掉,实际上是无人值守和操作的全智能生产工厂。也就是人们理想的——躺在家里,心里一闪念,通过一种未来的通信波,就可以启动工厂的生产,这边原材料进去,那边就会一架架飞机腾空而起。”中国商飞上海飞机制造有限公司副总工程师兼型号总工艺师王建华在题为《新一代飞机制造对加工工艺提出的要求》的演讲中描述道,随后,他从飞机的制造历史、现代飞机制造工艺和如何参与飞机制造三个方面进行了分享。“传统飞机设计方法是通过二维几何图样进行,即便是立体几何,也会通过复杂的投影来表示。而现代的飞机设计,已经见不到纸质图样,所有飞机几何要素均在虚拟空间里生成,再通过虚拟网络,实现无失真传递。因此,对于飞机制造部门来说,接收到虚拟空间的信息后,尽可能地要用虚拟方法来制造出符合设计要求的飞机。
智能制造,是目前最热门的话题。王建华分析说:“飞机进入智能制造阶段,尽管还有待时日,但是,国内外飞机制造商们都在关注这个话题,而中国飞机制造商已经成立了专门机构进行研究,中国商飞成立了智能制造5G研究中心。中国航空工业各个主机厂也都有自己的研究团体。智能制造,就是要解决在数字量传递时期无法解决的飞机制造过程中的零部件无规律变化所带来的种种问题,我期待这个阶段尽快到来。”
目前,我国机加工污染物治理具备高标准、严要求的特点,但是现有系统不符合预期,行业生存环境恶劣,存在运营隐患。唐纳森(中国)贸易有限公司销售服务总监丁红伟在题为《机加工行业工业过滤的“值”与“质”》的演讲中介绍说:“机械加工分为干法加工和湿法加工两大类。其中,干法加工主要有切割、焊接、打磨、喷砂、抛丸、喷涂、喷粉等形式,易产生烟尘;而湿法加工为压铸、成型、切削、冷镦、热处理、冷拔、轧制、清洗等,主要面临的问题是如何处理油雾。”
据他介绍,烟尘成分复杂,含有金属颗粒物、树脂、填充剂等,有易燃、磨损性特点,此外还有爆炸风险。而油雾有易扩散,难捕集等特点,此外由于室内排放,净化效率要求高,因此处理起来有诸多难点。“面对日益严峻的节能减排和碳中和大趋势,企业任重而道远,更加需要借助专业科学的治理方法。唐纳森机加工行业解决方案能够助力企业治理机加工全场景的粉尘、烟尘和油雾。”丁红伟总结说道。
某合资汽车企业发动机车间工长张新宇在题为《浅谈汽车发动机制造机加生产线降本增效方法及痛点》的演讲中,从成本构成、人效提升、刀具降本、数字化管理、工废痛点、备件痛点六个方面展开了分享。他认为机械行业费用管控主要有三个维度,即:制造成本、人员成本和运行质量成本,而机加行业成本痛点维度则更加具体,要从人员、质量、刀具、备件和效率几个方面着手。
以备件为例,其痛点主要在于车间内大部分涉及特殊材料类或力学相关的机床备件价格昂贵,通常是国产件的3-5倍。此外,购买周期长(需要1个月以上的订货周期)。不仅如此,关键技术封锁,必须要从进口供应商处进行购买。而在谈及数字化管理,张新宇认为目前生产全集数据无法实时采集,成本优化遇到瓶颈,测量数据分散,缺陷主要发现靠人工,大量统计工作纯手工进行。“我们要基于这些痛点去解决实际问题,同时也要从经济性方面进行考量,实现效率提升、降低成本、质量优化和低碳环保的目标。”他总结说道。
数字化是圣戈班诺顿发展战略的核心。圣戈班磨料磨具中国应用技术总监潘名军在其《诺顿数字化磨削解决方案Norton 4SIGHT》的演讲中介绍了圣戈班推出的数字化磨削解决方案Norton 4SIGHT,它集成了传感器、采集卡、数据分析和云平台等一系列软硬件,连接在机床上可实现数据采集和数据分析,并实现反馈控制。通过实时、远程监控和反馈磨削过程,能够实现磨削车间数字化,进而提升客户的生产力。
Norton 4SIGHT可应用于汽车、齿轮、轴承、航空航天、通用机械、钢铁轧辊等多个行业,可解决如振纹/螺旋纹、烧伤/裂纹、划伤、精度超差等的磨削问题。对于那些有降本增效的需求,但没有明确的路径实现指标量化,或是希望实现自动化生产等目标的企业,Norton 4SIGHT都是极富竞争力的选择。
随后,潘名军通过2个实际案例,展示了Norton 4SIGHT是如何为用户企业降本增效的。其中,某汽车轴类零件加工企业在安装Norton 4SIGHT磨削功率监控系统之后,通过大数据分析单个磨削循环以及磨削循环之间的功率信息,找出了工件烧伤时的磨削功率特征值。在设定磨削功率上限后,系统会在实际磨削功率超过上限时,自动进行修整砂轮,避免连续烧伤,从而稳定实现了自动化生产和0报废,降本超过30%。
机床监测的一个重要指标是机床振动。振动总是存在于机床中,它们会对机床和主轴产生一定负面影响,比如磨损、破损等。通过监测机床的振动曲线,可以在问题变得严重之前发现问题,避免产生高昂代价。马波斯(上海)商贸有限公司大部门经理Simone Frignani分享了《马波斯Artis机床在线监控,助力智能制造》。“马波斯Artis高度集成的GEMVM系统可持续监测机床振动水平,机床发生突发状况时,系统会在1毫秒内发出警报。这在避免停机风险、节约成本等方面至关重要。”
Simone Frignani随后介绍了模块化GEMVM的特点和优势——结构紧凑:可轻松地放置在机床电气柜内;智能化:所有接口都可以完美集成到工业4.0解决方案中;灵活:可设置8种不同场景或加工过程,定义不同警报;快速:模块在1毫秒内提供报警信号输出;模块化:模块可以单独使用,也可以与更高级的GENIOR模块化工具监控系统结合使用。
一直以来,德国、美国和日本等国家长期占据燃气轮机研发制造的核心技术。为打破国际垄断,我国在“十四五”规划进一步明确了对航空发动机及燃气轮机行业的规划,进一步推进技术向高端化、专业化发展,推进燃气轮机行业国产化进程。对此,上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂蒋飞雄在会议中作《燃气轮机关键制造技术及工艺数据库构建》演讲,介绍了上海汽轮机厂在燃气轮机制造技术上的成果。
蒋飞雄介绍:燃气轮机是一种绿色高效的发电设备,它代表着世界顶级制造技术,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”。其中F级燃气轮机转子被评为“2020年央企十大国之重器”之一,制造难度极高。上海汽轮机厂采用燃机转子轮盘叠加技术,实现了转子中心拉缸、转子轮盘这两个核心部件的高精度组装,螺纹啮合间隙小于0.50mm。自研的AE94.3A转子工艺流程,保证了转子套装后落缸间隙和整体动平衡数据。自主创新的燃机一次落转子技术,实现了与西门子同步完成一次落转子。经“测量、计算、加工”三部曲后,缩短总装周期3~4周,实现“月产一台”。此外,透平静叶持环制造技术、高精度HCO轴承制造技术、静叶环制造技术、总装调试技术等,提升了我国F级燃气轮机转子的制造水平。
蒋飞雄认为:西门子、安萨尔多、三菱等国际企业已建立起完善的重型燃气轮机工艺体系,国内目前差距较大。对此,上海汽轮机厂联合上汽、东汽、哈汽等已具备燃气轮机制造能力的企业,整合完整供应链,构建我国的燃气轮机工艺体系,携手未来,合作共赢。
在自动化程度较低的生产现场,人工出错、机器故障等问题严重影响了生产效率。如何帮助企业及时发现问题、解决问题、优化流程?会议中,伟马快德机电科技(上海)有限公司销售总监邓敬之作《精益流程 优化生产》主题演讲,分享了伟马快德SmartMONITOR可视化管理工具是如何帮助传统制造企业应对现代生产的挑战。
据介绍,SmartMONITOR适用于所有机器和手动工位的优化改造方案。不需要PLC编程、不需要多余的布线、不需要特别的IT知识。能快速实施,轻松监控所有工作站的状态,收集数据以优化制造流程的方法,自动触发警报或者发送信息至移动客户端,深入分析生产过程,发现并优化流程中的瓶颈。同时,还支持拓展硬件功能,软件二次开发。为传统的复杂MDE系统提供了一种简单,低成本的改造替代方案。
邓敬之表示,SmartMONITOR的优点在于能更快地识别和记录故障和非生产时间,缩短响应时间并防止停机,且兼容性高,不挑设备。实现生产效率可视化、跟踪生产计划与实际产量差异、获取生产报表,有效提高OEE 10~15%,员工平均等待时间小于90秒。对企业而言,SmartMONITOR能帮助企业生产智能化、精益化,是企业降低生产成本,增加收益最有效的方式之一。
目前制造业企业转型升级共涉及4个方面,即成本控制;新工艺、新材料的应用;新技术的推广以及管理思路升级。资深模具企业管理专家刘群在其《制造成本管理与新形势下转型升级》的演讲中重点从管理思路升级角度,为模具企业支招。“标准化建立有助于企业的可持续发展。”刘群说道,目前按照标准化法规定,按标准适用范围划分,我国标准分五级——国家标准、行业标准、地方标准和团体标准以及企业标准。
中国正积极参与和开展国际标准制定,已申报并制定“冲模术语”国际模具标准(ISO 21223:2019),该标准已于2019年12月11日正式发布。而从行业层面来看,相应的标准依然匮乏,模具生产的各个环节还不能做到标准可依、有规范可循。
随着模具技术向数字化、信息化、自动化、智能化、绿色制造方向发展,加快模具先进技术特别是一些关键技术领域的标准化工作,能够促进模具先进技术成果向产业化、市场化和规模化发展。刘群也指出了未来模具行业标准制定的需要关注方向,例如:模具数字化工厂(车间)通用模型;智能化模具工厂软硬件设备互联互通技术规范;模具零件特征信息颜色识别规范;注塑模试模技术规范;模具3D打印再制造技术规范。