热处理信息化管理

1、热处理信息化工艺革新1 背景大力推进制造业的信息化是走新型工业化道路的必然选择 , 然 而 , 我厂热处理 （含表面处理 , 下同）的现状未能适应制造业信息化 的发展 , 热处理生产的信息化程度还很低。 传统的经验型的热处理技 术很难通过信息整合融入集成制造系统 , 成为制造业信息化的薄弱 环节; 另一方面 , 信息化将以传统技术所无法比拟的优越性推动热处 理技术进步。产品轻量化、 性能优异、 经久耐用和高度可靠是航天制造业不断 追求的目标和市场竞争的焦点。 热处理在其中起着决定性的作用， 历 来为世界著名的制造厂商所高度重视， 通过深入的研究和长期积累形 成热处理技术上的优势， 视之为企业核

2、心竞争力而严加保密。 人们可 以仿制出外观、 尺寸精度乃至材料化学成分一模一样的产品， 但因未 能掌握其热处理技术关键而难以在使用寿命和可靠性上与之媲美 。 热处理的产值仅占制造业总产值中很小份额 （约 1%数量级 ），却有可 能收“搞好热处理零件一顶几”之效， 从而成倍甚至十几倍地提升整 机的附加值。 其作用真可谓四两拨千斤！ 我国热处理水平与世界先进 水平存在阶段性差距。主要表现于：产品可靠性差、使用寿命低、或 者体积自重明显偏大；热处理能耗大、劳动生产率低；高端热处理设 备仍然依赖进口， 陷入引进落后再引进再落后的局面。 我国热 处理的落后已成为我国从制造业大国走向制造业强国的障碍。热处

3、理是一种十分复杂的过程，涉及传热、传质、相变、应力应 变、流场或电磁场等相互耦合， 以致正确预测工艺参数对性能影响的 难度很大。 为了搞好热处理不仅需要严密、 系统的工艺试验和实验室 条件下的组织性能测试，还必须经过零部件的台架试验、装机考核、 破坏性能试验和寿命试验、 以及失效分析和用户使用情况反馈等一系 列的深入研究，才能摸索到针对具体产品的高水平热处理工艺。 否则， 热处理技术指标和生产工艺就难免存在盲目性。 缺乏系统的深入研究 和长期积累正是造成我国热处理水平落后的主因之一。 如果采用传统 的技术路线和“试错式”研究方法很难缩短与世界先进水平的差距。 只有用信息技术带动热处理的技术进步

4、才可望实现跨越式发展。热处理在节能减排方面仍然面临严峻挑战， 热处理能耗大， 很大 原因在于热处理炉不能合理利用， 不合格品率和废品率高， 导致原材 料的浪费，增加能源消耗。以前采用人工手动的方式操作热处理炉， 容易产生误差，生产出不合格品或废品。现在，通过热处理炉计算机 控制系统、炉群集中监控系统等信息系统的应用，促进工艺优化，提 高了热处理精度， 减低了不合格品率和废品率， 降低能源消耗和原材 料消耗， 助力节能减排， 从而进一步确保热处理节能减排目标的最终 实现。通过技术进步、管理优化和产业结构调整是实现节能减排的重要 途径，而信息技术在技术进步和管理优化方面的作用日益重要。 近年 来，

5、我国热处理行业加快了信息化系统推广的速度， 通过信息化手段 提高管理水平、提高资源利用率、节约能源、降低生产成本。目前热处理生产中， 生产管理及工艺等人员急需随时掌握热处理 炉和工件在热处理过程中的进程状态， 并及时采取有效措施进行热处 理优化控制，实现热处理炉群的最佳生产调度和管理，因此，考虑将 车间内多台热处理炉联网， 进行联网监控， 便于管理人员随时掌握现 场各台热处理炉生产状况、 使用效率及订单的生产进度。 实现各台热 处理炉均衡、连续、高效生产，达到节能降耗，提高生产率的效果， 实现精细化生产管理思想。炉群集中管控系统的监控功能帮助企业管理者和现场操作人员 及时准确的了解到炉群中各个

6、热处理炉的使用现状， 例如，炉子是否 空闲，当前炉温， 炉子还有多长时间将转为可用，当前正在执行的工 艺。同时考虑炉温余热的有效利用及减少单炉内工艺切换次数等节能 方式，把握节能减排工作的进展情况、发现存在的问题、纠正缺点与 不足，最终提高节能减排的绩效。2现状 热处理属于特殊过程，对工厂的各工序进行不定期的监查 , 各种记录 文件都要抽查 .工厂设备数量及种类较多，主要热处理工艺 :淬火, 正火,退火, 回火 生产中主要存在的问题 :1. 温度记录为有纸记录仪 ,和用记录纸记录 . 一年下来,记录纸一大堆 , 查看比较困难2. 夜班生产效率低下 , 后来发现夜班工人未能按照工艺要求的保温时

7、间出炉,由于没有报警功能 ,( 补充做完以后监控发现 ,工艺要求的保 温 1.5 个小时出炉 , 竟然大部分都超过 1,5, 竟然有达到保温 3 个小时 的情况）和电子记录 ,工人经常擅自用笔头自己划热处理曲线 ,真假难 辨,无法监督, 超时间保温造成能源浪费和工件氧化脱碳 .3. 由于产品比较多 ,热处理工艺不同 ,设定温度更改频繁 , 分段升温不 好操作 . 升温速度不可控制 . 经常有忘记更改仪表上的设定温度而导 致产品不合格 , 重复热处理 .4. 生产日报只有纸质记 ,无电子版 ,书写的字迹不清晰 ,可追溯性很 差.3 目标建立反映热处理过程中各种现象变化规律及其相互影响的数学 模型

8、，藉助计算机用数值法进行求解， 采用数字化的后处理软件能以 多种方式演示计算结果， 从而实现了热处理过程的计算机模拟。 除了 理论研究、实验研究之外， 计算机模拟已成为当今第三种科学研究方 法，它和前二者相互结合使人们认识客观规律的能力产生质的飞跃： 1）将理论知识直接应用于工艺过程的定量计算；2 ）实现材料学、传热学、固体力学、流体力学、物理学、化学等 多学科知识的集成，更好地描述实际生产过程的复杂现象；3 ）用多场耦合的方法反映不同因素的影响及其相互作用；4 ）直观、逼真、有助于人们从不同的角度发掘有用的信息；5 ）高效、便捷、能在很短的时间内完成各种方案和工艺参数的比 较和优化，从而以过

9、去无法想象的效率推动热处理工艺的创新。另一方面整个模拟计算过程及计算结果的存贮、 调用、演示和传递 都在数字化环境下实现， 便于和其他数字化单元连接和集成， 有利于 企业不同部门和生产环节的工作人员共享模拟计算的结果， 也使远程 交流和异地异构的合作研究成为可能。基于上述特点， 热处理计算机模拟在优化热处理工艺， 正确控制热 处理生产过程和正确预测工件热处理后组织与性能等方面具有突出 的优越性。4 具体实现：4.1 目标1. 计算机上有实时画面 （显示炉子的状态 ,采用的工艺 ,当前温度 , 设定曲线和当前实际温度曲线的状态 ）2. 操作界面（对各炉进行加热曲线的选择 ,运行控制 ,装炉信息的

10、自动 和半自动录入 , 设定曲线完成报警 , 退火实现无人职守曲线完成自动 停炉）3. 辅助设施界面 （对淬火介质的浓度 ,压力,淬火水池的水位 , 冷却装 置的自动控制进行 , 对工艺参数进行自动记录 ）4. 生产日报界面 （记录各种生产相关的数据 ）5. 设备实时信息报表 （实时集中显示设备的各种工艺参数 ）6. 工艺管理界面 （按照工艺要求创建和编辑工艺 ）4.2 实现的功能 :1. 所有的作业日报信息 （零件名称 ,开炉时间 ,采用工艺 ,操作方式 ,出炉时间,炉号, 操作者) 进入数据库 .实现组合查询2. 热处理炉各加热区的温度时间曲线历史记录曲线 , 各工辅设施参数 历史曲线查询

11、 .3. 水泵 , 冷却装置等工辅助设备的远程手动操作和自动操作冷却装置 与淬火介质温度进行闭环控制 .4. 扩展了加热炉的功能 ,实现了无限段数的分阶升温功能的实现 . 在 设备最大功率允许的条件下实现按照设定曲线斜率加热的功能 . 实现 了工艺曲线的自动加载 , 操作人员在计算机上为加热炉选择加热曲线 系统根据用户的权限大小 ,对不同的操作进行权限管理 , 比如热处理 技术员可以创建和修改工艺曲线 , 操作人员只有读取曲线的权限 .5. 冷却装置和淬火液温度进行关联 ,实现根据设定温度自动控制冷却 装置的起停 . 并对各种工艺想关的参数进行自动记录 , 可以对历史数 据进行查询 .6. 完成加热和保温工艺后自动报警提醒操作人员出炉 .并可