輪胎成型機未來的發(fā)展方向

從2014年開始，我國輪胎行業(yè)進入了低速發(fā)展的“冰河時期”，人力成本的飛速上漲，原材料的日益短缺，輪胎產(chǎn)能嚴重過剩，環(huán)保要求日益嚴苛等等都使輪胎企業(yè)步履蹣跚、舉步維艱。在輪胎企業(yè)積極應對不利局面的各種舉措中，對輪胎生產(chǎn)設備提出更高的性能要求也是一項重要措施。這就逼迫著輪胎生產(chǎn)設備供應商也要積極的進行技術開發(fā)以應對用戶不斷升級的各種要求。薩馳華辰機械（蘇州）有限公司副總裁馬雙華先生分析了輪胎生產(chǎn)設備中十分重要的輪胎成型機的未來發(fā)展方向，那么下一代的輪胎成型機的發(fā)展將是怎樣的呢？馬雙華先生認為，未來的輪胎成型機將具備以下幾個主要特點。

一、智能化
智能化是指利用現(xiàn)代通信與信息技術、計算機網(wǎng)絡技術、行業(yè)技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用。根據(jù)定義，為使設備具備智能化功能，需要采用先進的通訊技術、智能技術，并將這些技術與行業(yè)技術相結合才能夠實現(xiàn)，智能化是現(xiàn)代技術與行業(yè)技術、行業(yè)經(jīng)驗的融合。具體而言，智能化輪胎成型機應該具備以下特性：
1.智能網(wǎng)絡與遠程監(jiān)控
網(wǎng)絡化、數(shù)字化、遠程服務是當今技術發(fā)展潮流，通過最前沿的網(wǎng)絡信息技術，可以實現(xiàn)產(chǎn)品設計、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)實施及服務的集成管理，使得產(chǎn)品的質量及開發(fā)速度得到大幅提升，設備服務及時有效。
企業(yè)聯(lián)網(wǎng)：通過先進的智能網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)可以在企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)、制造系統(tǒng)(成型現(xiàn)場)及供應商系統(tǒng)自由的傳輸，保證管理人員時刻了解生產(chǎn)設施的使用情況及產(chǎn)品質量信息。
設備聯(lián)網(wǎng)：通過先進的智能網(wǎng)絡，將成型機的各個元器件建立連接，使設備全數(shù)字化，使信息通訊與物理器件相融合，同時通過管理軟件可以對整機設備進行監(jiān)控與管理。如果再將服務與器件通過智能網(wǎng)絡連接，就形成了物與服務聯(lián)網(wǎng)，將形成IoTS（Internet of Things & Services）網(wǎng)絡。
遠程服務：通過先進的智能網(wǎng)絡與遠程操作軟件，管理人員或技術服務人員可以在辦公室連接全球任意一家聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)現(xiàn)場，并可借助視頻工具監(jiān)控現(xiàn)場狀況，并提供相應服務。
2.智能故障診斷，減少非計劃性停機
眾所周知，計劃外停機往往會打斷整個生產(chǎn)過程，造成巨大損失，并為現(xiàn)場車間管理帶來困擾。因此，愈發(fā)盡早的發(fā)現(xiàn)潛在故障，及時采取預防措施，效果愈明顯。根據(jù)設備運行狀況，還能夠制定出設備的最佳服務周期和維護保養(yǎng)周期。
目前國內外成型機設備的故障診斷多數(shù)僅具備后報警功能，即設備出現(xiàn)故障后發(fā)出警示。顯然，當設備發(fā)出警示時，設備已經(jīng)出現(xiàn)異常，非計劃停機在所難免，如果異常部件沒有庫存，停機時間將被迫延長。
智能故障診斷可以檢測和分析設備潛在的問題，比如動態(tài)檢測和分析電機和齒輪箱的各項參數(shù)，如震動、溫度、轉速、扭矩等參數(shù)指標，并將數(shù)據(jù)實時傳輸并記錄到數(shù)據(jù)庫，通過專用軟件對數(shù)據(jù)進行分析，并提供設備運行狀況及潛在故障信息報告。該檢測可以是本地的單個部件，也可檢測整個驅動鏈狀態(tài)。比如實時監(jiān)測輪胎成型機物料輸送帶電機的運轉狀態(tài)，旋轉主軸電機及減速機的運轉狀態(tài)等。
借助此技術，我們可以獲取零部件的使用狀況，并獲知哪個零件即將發(fā)生故障，然后在最合適的時候更換下來，這樣可以盡量貼近零件的生命周期節(jié)點，避免非計劃性停機與額外的維護費用。
3.FID技術在成型系統(tǒng)中應用
RFID(Radio Frequency IDentification)是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸。
無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標簽上傳送出去，以實現(xiàn)自動辨識與追蹤該物品。標簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內，目前RFID技術已經(jīng)在許多領域廣泛應用。具體在成型機中的應用如下：
物料小車。在成型機設備中，將每個物料小車上安裝RFID電子標簽，用于存儲該物料的基本信息，比如物料規(guī)格、物料生產(chǎn)信息、物料儲存狀態(tài)、物料流通信息等，當物料小車裝置到成型機時，通過射頻讀取器將電子標簽內的物料參數(shù)傳輸給成型系統(tǒng)，成型系統(tǒng)會將物料信息與成型配方比對，以確保物料選用準確無誤。同時，輪胎成型機可以動態(tài)監(jiān)控物料使用狀況，并向物料配送環(huán)節(jié)發(fā)送物料需求，這樣可以大大提高車間物流效率。
關鍵工裝及關鍵零件。在輪胎成型機的關鍵工裝及關鍵零件中預置RFID電子標簽，用于存儲該裝置的關鍵信息，當這些裝置被安裝到設備后，輪胎成型機系統(tǒng)讀取相關信息，以確保工裝及零件選用無誤。RFID電子標簽同時記錄零件的使用狀態(tài)數(shù)據(jù)、維修記錄、保養(yǎng)記錄等信息，根據(jù)使用狀況，輪胎成型機系統(tǒng)會動態(tài)提供潤滑、保養(yǎng)、更換等相關預警信息。RFID電子標簽會伴隨整個零件的生命周期。
輪胎。輪胎內部嵌入RFID電子標簽技術目前已經(jīng)取得了實質性進展，在輪胎生產(chǎn)過程中，將電子標簽植入輪胎內部，并將輪胎規(guī)格、生產(chǎn)信息、流通信息、維修記錄等存儲到電子標簽，并建立一套輪胎的信息管理系統(tǒng)。RFID技術在輪胎的倉儲管理、質量跟蹤、輪胎安全等方面起到重要的作用，目前法國米其林集團正在加快推廣RFID智能輪胎的技術，國內的主要廠商也在加速對智能輪胎技術的研究。
4.智能機器人應用
智能機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是最典型的機電一體化、數(shù)字化裝備，目前已廣泛應用到多種行業(yè)，但在輪胎成型裝備上卻鮮有機器人的身影。隨著人力成本的日趨提高，設備自動化、信息化的提升及工廠自動化的需求，將智能機器人技術引入成型機勢在必行。
在輪胎成型機設備中，機器人可以替代員工從事的工作包括胎圈預置、物料更換及卸胎工作。隨著機器人智能化的提升，越來越重要的成型作業(yè)將由智能機器人完成，發(fā)展空間廣闊。屆時，員工的職責將從簡單的執(zhí)行層面轉為更加復雜而重要的控制、操作和規(guī)劃等工作。
5.自優(yōu)化系統(tǒng)
自優(yōu)化功能是設備智能化的一個重要的體現(xiàn)。比如，在輪胎成型機系統(tǒng)中增加智能影像傳感器，對物料敷貼到貼合鼓上的接頭進行拍照，通過影像分析軟件，對接頭質量進行分析，根據(jù)分析結果，系統(tǒng)會啟動自優(yōu)化處理，以確保輪胎貼合效果。同樣道理，在物料預裁斷輸送環(huán)節(jié)，通過智能傳感器，可以實時檢測預裁斷物料的長度，并與配方數(shù)據(jù)比較，出現(xiàn)偏差時，自優(yōu)化系統(tǒng)啟動，以實現(xiàn)物料與配方的最佳匹配。
二、高柔性
柔性指快速、低成本地從提供一種產(chǎn)品或服務轉換為提供另一種產(chǎn)品或服務的能力。目前輪胎規(guī)格品種繁多，半鋼子午線輪胎規(guī)格就高達幾百種，另外隨著生活的提高，定制化、個性化輪胎需求逐年增加。為滿足市場需求，如果按照成型機現(xiàn)有技術，只能通過增加機臺數(shù)量或增加單臺設備工裝來實現(xiàn)。增加機臺數(shù)量無疑將大大增加企業(yè)成本，而同一機臺頻繁的工裝切換又會帶來時間的浪費，另外過多的工裝會對生產(chǎn)管理帶來麻煩。高柔性輪胎成型機通過優(yōu)化結構，操作人員只需在軟件中做簡單的修改或設定，就可以在不同輪胎規(guī)格之間快速切換，其結構應該具備以下特點：
1.物料自動切換
為了減少設備在規(guī)格更換中的停機時間，物料的供料方式至關重要?，F(xiàn)有成型機結構不能滿足需求，設備在規(guī)格間切換時，勢必需要更換物料，因此不同規(guī)格物料之間的自動切換必不可少。
2.成型機組
如果在單臺成型機設備上實現(xiàn)不同規(guī)格間物料自動切換，必然會帶來結構的復雜與占地面積的增加，同時會帶來投資成本的增加及設備利用率的降低。如果將多臺成型機設計成成型機組，成型系統(tǒng)與供料系統(tǒng)之間可以自由組合，多種規(guī)格同時生產(chǎn)，這樣即能滿足輪胎規(guī)格間的快速切換，又能夠提升設備利用率。
3.模塊化
為充分利用設備資源，將不同功能的結構模塊化成為必要，模塊之間通過智能網(wǎng)絡連接，模塊可單獨完成一項任務，又可協(xié)同工作。
4.智能軟件及虛擬模擬技術
高柔性輪胎成型機較通用成型機復雜很多，每個部件必須高效的協(xié)同工作，才能發(fā)揮其作用，因此成型機控制軟件變得尤為復雜。為提高柔性系統(tǒng)的利用率，降低故障率，虛擬模擬軟件技術將被采用，通過建立虛擬成型機模擬系統(tǒng)，將設備實時運行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況、生產(chǎn)環(huán)境與虛擬系統(tǒng)建立關聯(lián)，使虛擬模擬系統(tǒng)實時反映生產(chǎn)狀態(tài)。當需要變換輪胎規(guī)格或實驗新規(guī)格時，技術人員首先在虛擬系統(tǒng)中模擬生產(chǎn)效果，確保無誤后，將虛擬系統(tǒng)與實際系統(tǒng)同步，實現(xiàn)現(xiàn)實設備的變更。
三、節(jié)能性
日前，世界能源需求的不斷攀升和自然資源的日益枯竭，對能源供應商、工業(yè)企業(yè)及消費者都提出了新的挑戰(zhàn)，盡可能以高效和可持續(xù)的方式使用能源成為了當務之急，輪胎行業(yè)是一個高能耗行業(yè)，隨著資源的短缺及環(huán)保意識的深入，能源在生產(chǎn)中的成本比重會越來越大，提高能源利用率、降低能耗、能量回收等措施勢在必行，節(jié)能不僅是改善生產(chǎn)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的要求，也是提升企業(yè)經(jīng)濟效益的需求?，F(xiàn)有的先進技術給我們帶來巨大的節(jié)能潛力，針對輪胎成型機裝備，具體措施包括：
1.引進能源管理系統(tǒng)，高效采集、計算、記錄設備各項能源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能源使用優(yōu)化。
2.采用最新節(jié)能驅動產(chǎn)品
輪胎成型機設備上主要能耗產(chǎn)品為伺服電機，變頻電機等驅動產(chǎn)品，約占整機能耗的80%以上，因此降低驅動產(chǎn)品的能耗是首要選擇。
采用具有能源回收功能的伺服系統(tǒng)及變頻器，如西門子的共直流母線多軸系統(tǒng)中的SLM(智能型電源模塊)與ALM(調節(jié)型電源模塊)電源模塊具有能量回饋功能，當伺服電機制動時，電機處于發(fā)電狀態(tài)，該模塊可將直流電回饋給電網(wǎng)或內部平衡，節(jié)能可高達20%~30%。新型的變頻器采用創(chuàng)新的能量回饋技術，將制動能量回饋到電網(wǎng)，在升降型負載等部位使用，可降低能源成本高達50%。
采用高效電機，一臺電機的能耗成本在整個電機生命周期成本中占97%以上，而其采購和安裝維護成本僅占不到3%。高效電機產(chǎn)品在原有的基礎上，通過電、磁、機械和通風的優(yōu)化，優(yōu)質材料及先進制造工藝的使用，并結合先進全面的實驗及測試手段，可以切實有效地降低電動機的各方面損耗，幫助用戶降低運行成本，加快投資回收。目前西門子的高效電機可將電機功率損耗降低高達45%，并且由于溫度降低，延長了電機和潤滑劑的使用壽命。
3.優(yōu)化控制系統(tǒng)，節(jié)約能源
設備上多數(shù)部件為間歇性工作，每個輪胎循環(huán)工作一次，因此優(yōu)化設備動作、改進控制方式可有效的節(jié)約能源，具體措施如下：
增加待機功能，設備在規(guī)格更換，班組切換，異常處理等期間，設備處于非連續(xù)運行狀態(tài)，這種情況下，系統(tǒng)可將設備的部分運動部件切換至待機狀態(tài)。在待機狀態(tài)下，伺服驅動將關斷使能，釋放保持扭矩，提升性負載將使用抱閘保持其位置代替電機扭矩保持。
采用瞬時裁刀加熱技術，目前設備上主要部件裁切方式多為熱刀裁切，即通過加熱管將熱刀加熱，現(xiàn)有裁刀的加熱方式大多24小時不間斷加熱。考慮到裁刀工作為間歇性，單次工作時間大約十幾秒，然后間隔幾十秒。瞬間加熱裁刀技術可以在裁刀使用時瞬間將裁刀加熱到需要溫度，裁切完成后關斷加熱。這樣可以大幅度降低裁刀加熱的能源損耗。
優(yōu)化設備動作，減少設備空運轉。裝配能量采集器，采集多余能源。能量采集器可以是熱電偶等通過溫差產(chǎn)生電能的小型發(fā)電機，也可以使用電能動能轉換器或包含特殊壓電晶體的元器件。比如，目前成型機設備中，大量采用氣動元件，常規(guī)做法是將氣缸排出的氣體直接排出到大氣中，如果我們將這部分排氣集中起來，在出風口增加小型發(fā)電機，即可實現(xiàn)能量采集。這部分能量足夠為部分傳感器供電。