智能化工厂是近年来各制造行业所追求和实践的目标，也是中国制造迈向工业4.0和向高端产业转型的共同特征。热处理是机械制造的基础工艺之一，早期因作业条件恶劣和设备技术发展限制等因素，长期处于劳动强度大、自动化程度低的发展状态。近年随着装备技术的发展，热处理装备自动化有了质的飞跃，热处理智能化工厂的实现具备产业基础。热处理智能化工厂的构建也得到了工信部等行政管理部门的支持。从单台装备自动化走向生产线自动化，再到无人车间、数字化车间是热处理技术发展的必由之路。五菱工业齿轮热处理车间自建厂之初就秉持行业高质量发展的标准，坚持热处理自动化和信息化的发展方向，不断提升车间自动化信息化水平，以打造行业优秀智能化工厂。
一、热处理自动化
热处理渗碳炉自动化生产线
公司齿轮热处理采用推盘式渗碳生产线，主要集成了热处理渗碳淬火及相关工艺：前清洗、预氧化、渗碳淬火、后清洗和回火。这条线出厂已实现各工序设备间的自动化集成，人工操作部分主要是人工装卸料和推盘上下线。行业内部分厂家为了实现自动化上下料，在推盘炉上下料区域集成机器人实现自动装卸料，但该方式存在工装变化大、换型困难、机器人调试程序复杂、节拍紧张等问题，应用推广受限。公司通过改造升级装载器具和物流车，实现热处理炉上下料的“自动化”，其实现方式如下：将渗碳工装通过装载物流车转运至前、后工序，并前、后置热处理装卸料工序;将原集中操作的热处理装卸料岗位的工作，分散到前、后工序的多个岗位进行，热处理区域只需将装载零件的料盘工装推盘上、下线，大大提升了车间的综合效率，并减少了热处理岗位的人员需求。岗位员工的主要操作也由装卸料转变为推盘上下线、工艺巡查及质量检测等工作。
热处理后工序自动化集成
齿轮热处理后工序主要有喷丸处理、被齿端面抛光、主齿研中心孔、校直、螺纹退火等，这些工序有设备多、人员密集、操作强度高、作业环境恶劣等特点。自动化集成可有效提升劳动效率，降低劳动强度，解决噪音、粉尘及高温烫伤等健康危害问题。齿轮热处理后工序自动化生产线通过机器人集成实现了主、被动伞齿轮喷丸自动上下料以及被齿端面抛光，主齿喷丸、研孔、校直、退火自动上下料，将原本单一设备独立作业的工作模式，转变成多台设备整线集成联线作业的工作岛模式(见图1)。工作岛具备维护便利、布局便利、效率高等特点，现热处理车间完成2组自动线的集成，每组自动线仅需1人即可维持生产线的自动运行。同时自动线实现了关键质量100%在线质量监测功能，如喷丸压力实时流量监控、主齿校直跳动在线检测、校直裂纹探测，螺纹退火能量监控功能，以保障自动线的质量监控。工作岛模式在热处理的应用，真正实现热处理各工序操作“解放双手”，操作人员主要工作重心转移到辅助上下料、生产线自动运行的维持、产品车型切换、工艺参数巡检和质量检查等工作上。整线改造减少了人工9人，大幅提高了生产效率和降低人工成本。
AGV物流系统
热处理因工艺的特殊性及产线占地面积大，通常会布置在单独的车间内，操作岗位与机加工区域有较大的物流距离，AGV物流系统是解决物料拉运距离远问题的较高效的运行方式。齿轮工厂的AGV物流系统主要包含AGV物流车及控制系统、运行轨道及物流路线、物料装运器具及其存放区、充电站及各区停靠站点等。因热处理区域有半成品、成品缓冲存放区、工装料具存放区，并形成一对多的信息处理站，故AGV物流系统的信息识别及处理区放在热处理区域。AGV小车上的显示屏在热处理区域站点可自动显示需求的物料和路线方向，以便操作人员对不同的需求信息做出判断和处理。其他站点则只提供召唤需求以及换料操作即可。AGV的物流路线形成了闭环系统，不仅是加工零件运转路线的闭环，还包括运载装具和料框的循环流转及闭环管理，以减少装运器具在某个区域的堆集和人员对系统的干预。另外，系统可自动监控小车的运行轨迹，记录各停靠点的停靠及发出时间，便于故障原因分析和后续路线优化等。
优化的生产加工过程
热处理工序、工艺流程的优化可以使热处理自动化的实现更简易，运行更高效平稳。
高效的备料方式：生产线自动化实现后，仍然需要人工辅助参与自动线的上下料，而集中高效的备料方式能减少人工对生产线的干涉，降低人工的劳动强度。如工作岛生产线，每个上、下料区采用翻转台的备料方式，员工可1 次装载约 100 件零件，备料后可 1 小时不在备料区操作;推盘炉的上线备料区可一次上线5盘物料，备料后可2小时不在备料区操作。
适应自动化的工装夹具和换型方式：现代汽车齿轮产品趋向多品种、小批量等特点，适应自动化的简易换型工装是影响自动线运行率和生产效率的重要因素。热处理后工序自动化上下料生产线在策划阶段便考虑了多品种产品的柔性生产，采用适应自动化的简易工装夹具，实现了高效的换型，并预留一定的其他产品类型的空间，加之自动加工程序的柔性选择，大大延长了自动化生产线的生命周期。
自动化应用小结
本文所述的自动化改造主要实现产品加工过程几个工序的自动化，距离全自动化车间还有一定的距离。(1)连续炉设备的装卸料自动化，因工装夹具变形及误差问题，需设计便于自动化实现的专用热处理工装，同时借助视觉拍照搬运系统实现自动化装卸料，可降低因热处理工装变形造成的定位基准偏移问题及不同产品定位不一致问题带来的影响。(2)自动化单元的衔接，需要充分从物流、装具转换等方面考虑，以进一步提升工厂自动化水平，这涉及与热处理前、后工序及机加工区域的料具统一，需要从工厂层级考虑自动化匹配。
二、热处理信息化
产品信息化
现阶段行业内齿轮产品热处理主要采用批次信息作为齿轮的质量追溯信息，齿轮属于汽车关键零部件，批次管理存在过程管理困难，追溯信息有限，无法做到全工序追溯，尤其是精确到件的追溯，存在追溯难度大、追溯批量大、成本高等问题，越来越难以适应信息化发展的需求。齿轮车间经过试验，实现点阵二维码在主被动伞齿轮上的刻录和识别，并能保证热处理及喷丸后仍有较高的识别率，基于此，构建了齿轮的二维码精确追溯系统。该系统从齿轮毛坯上线即打标生成二维码，一码一零件，同时关联了原材料毛坯批次号、机加工生产线或机组号、生产日期、生产班组等信息，热处理前，每个零件扫码集合装炉时则关联生成热处理批次炉号信息，后工序则是每个扫码点关联对应的加工信息，并在成品入库时集成关联生成成品批次号，从而实现齿轮全工序的信息关联。通过二维码扫码和系统查询，既可往前追溯所关联各工序的加工信息，又可向后精确追寻定位零件所在的物料批次和装车信息，大大提升了追溯效率和降低追溯管理成本。同时，二维码追溯系统与生产MES系统关联，关联生产排产计划，可系统监控各产品的生产进度信息，也可用于可疑物料的拦截遏制。
热处理生产线信息化
热处理推盘炉生产线信息化主要将生产信息、工艺程序、工艺参数和曲线等过程控制数据通过统计化、图形化整理出来，汇总形成生产数据库、工艺程序库和工艺曲线库等子系统，并通过二维码追溯系统嵌入关联，实现与前工序物料信息的交互和无纸化传输，最终完成零件信息、推盘炉设备加工信息和生产信息三者信息关联。生产数据库包含生产产品的加工信息，如生产日期、上线时间、零件名称、车型、批次号、数量等，设备系统软件具备自动统计每个加 工炉次生产信息的功能，并形成列表，便于储存及后续的追溯。这些信息的传输交互只需扫描其中一个零件的二维码，即可从追溯系统获取。工艺程序库主要用于设置不同的工艺程序，可根据不同的产品、材料、毛坯批次等，设置不一样的热处理程序，便于工艺管理。工艺曲线库可实时收集显示设备的渗碳温度、渗碳碳势、渗碳时间、淬火温度、淬火油温等工艺参数，根据需求，每个炉号均可形成对应的一个工艺曲线。工艺曲线库的形成，不仅方便当前工艺数据的实时监控，还可方便未来质量问题的工艺追溯，便于开展工艺分析。
热处理后工序设备信息化
齿轮热处理后工序信息化主要围绕喷丸、校直、退火等工序做设备信息化改造，各设备均可实现本设备的加工信息收集和记录，如喷丸机的喷丸压力、钢丸流量和加工时间;校直机的校直前、后跳动，校直次数，是否有裂纹;退火机的退火电流电压、工艺时间、加工能耗。设备信息化下一步的改进计划是零件与设备加工信息的关联，这涉及设备PLC程序的修改及系统软件的设计优化，需要设备厂家进行系统联调。
信息化应用小结
产品二维码的应用是信息化的关键，二维码追溯系统为热处理的生产管理和质量追溯提供了便利。目前齿轮车间热处理信息化更多的是应用在零件的质量追溯以及报表输出上，未能关联生产及设备管理系统，这部分与生产更紧密结合的项目如订单管理、生产管理、库房管理关联，需要结合生产需求做进一步的开发。生产信息系统和质量信息管理系统都是企业信息化系统的部分，如何统一结合分层级地实施信息化，是企业未来信息化改进需考虑的重点。
三、结论
自动化和信息化工厂的实现是一个持续升级改造的过程，需要旧产线和设备的不断改造升级，也需要新投资项目的前瞻性规划。自动化和信息化是构建智能化生产的基础，未来在互联网+、大数据和人工智能的支持下，热处理这一基础工艺将最终实现智能化生产。
参考文献略.