1 引言

拋丸清理是鑄件、鋼結(jié)構(gòu)、工程機(jī)械構(gòu)件涂裝前預(yù)處理的關(guān)鍵工序。當(dāng)前大量拋丸生產(chǎn)線仍采用人工操作模式，拋丸時(shí)間、工件旋轉(zhuǎn)速度、彈丸料位、除塵壓差等參數(shù)依靠操作人員經(jīng)驗(yàn)設(shè)置；工件除銹等級(jí)、粗糙度依靠人工目視與離線抽檢。人工模式下，人員交接班、人員技能差異都會(huì)造成工藝波動(dòng)，質(zhì)量問題發(fā)生后難以回溯根因，設(shè)備故障多為事后搶修，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)判。

數(shù)字化管控技術(shù)通過傳感器、數(shù)據(jù)采集終端、邊緣計(jì)算模塊，將拋丸設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)、質(zhì)檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上云，打通設(shè)備、工藝、質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)拋丸工序由 “經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)” 轉(zhuǎn)向 “數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。本文介紹拋丸數(shù)字化管控系統(tǒng)整體架構(gòu)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集方案、參數(shù)智能預(yù)警邏輯以及工程落地應(yīng)用效果，為表面處理車間智能化改造提供參考。

2 拋丸數(shù)字化管控系統(tǒng)總體架構(gòu)

整套數(shù)字化管控系統(tǒng)分為感知層、邊緣計(jì)算層、平臺(tái)應(yīng)用層三層架構(gòu)。

1. 感知層（現(xiàn)場(chǎng)傳感器） 在拋丸主機(jī)、除塵系統(tǒng)、彈丸循環(huán)系統(tǒng)布置各類傳感器，采集物理信號(hào)。主要采集變量：拋丸器電機(jī)電流與振動(dòng)、斗式提升機(jī)電流、除塵器進(jìn)出口壓差、清理室負(fù)壓、料倉(cāng)彈丸料位、工件旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、拋丸作業(yè)時(shí)長(zhǎng)、布袋壓差、設(shè)備溫度。
2. 邊緣計(jì)算層 邊緣網(wǎng)關(guān)就地完成數(shù)據(jù)采集、濾波、異常判斷、本地告警，過濾無效噪聲數(shù)據(jù)；將清洗后的有效數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)支持本地?cái)?shù)據(jù)緩存，避免數(shù)據(jù)丟失。可在本地完成簡(jiǎn)單邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)超限就地報(bào)警。
3. 平臺(tái)應(yīng)用層 部署在工業(yè)平臺(tái)，包含實(shí)時(shí)監(jiān)控看板、歷史數(shù)據(jù)查詢、工藝配方管理、設(shè)備健康預(yù)警、質(zhì)量數(shù)據(jù)分析、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能模塊，支持電腦端、移動(dòng)端查看。

3 核心數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位與監(jiān)測(cè)邏輯

3.1 拋丸器狀態(tài)監(jiān)測(cè)

通過振動(dòng)傳感器與電機(jī)電流采集，監(jiān)測(cè)拋丸器運(yùn)行狀態(tài)。葉片、定向套磨損會(huì)造成葉輪動(dòng)平衡失衡，振動(dòng)值上升，電機(jī)電流出現(xiàn)波動(dòng)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)幅值，超過預(yù)警閾值推送提醒，實(shí)現(xiàn)易損件磨損預(yù)判，不再依靠人工定期拆機(jī)檢查。

3.2 彈丸料位監(jiān)測(cè)

料倉(cāng)安裝料位傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼丸存量。料位過低，彈丸流量不足，工件清理效果下降；料位過高，增加提升機(jī)負(fù)荷。系統(tǒng)設(shè)置高低料位報(bào)警，提醒操作人員按需補(bǔ)丸，實(shí)現(xiàn)少量多次補(bǔ)料，穩(wěn)定彈丸流場(chǎng)。

3.3 除塵系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

采集除塵器進(jìn)出口壓差，間接反映布袋堵塞狀態(tài)。壓差持續(xù)升高代表布袋表面積塵堆積，需要啟動(dòng)脈沖清灰；壓差突然大幅下降，則提示布袋破損，粉塵泄漏，系統(tǒng)即時(shí)報(bào)警。

3.4 工藝配方管理

將不同工件的成熟工藝參數(shù)（旋轉(zhuǎn)速度、拋丸時(shí)長(zhǎng)、彈丸規(guī)格、負(fù)壓閾值）存儲(chǔ)為標(biāo)準(zhǔn)化工藝配方。生產(chǎn)時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)工件配方，一鍵下發(fā)參數(shù)，減少人為參數(shù)誤設(shè)置，實(shí)現(xiàn) “工件 + 工藝” 綁定。

4 智能預(yù)警與質(zhì)量預(yù)測(cè)邏輯

4.1 參數(shù)超限預(yù)警

系統(tǒng)預(yù)設(shè)各參數(shù)上下限閾值。當(dāng)拋丸器振動(dòng)超標(biāo)、負(fù)壓不足、料位偏低、布袋壓差異常時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)聲光、移動(dòng)端消息預(yù)警，提示操作人員及時(shí)干預(yù)，防止批量工件質(zhì)量不良。預(yù)警分為提示預(yù)警、嚴(yán)重告警兩級(jí)，分級(jí)管控。

4.2 工藝漂移識(shí)別

長(zhǎng)期生產(chǎn)中，彈丸持續(xù)破碎、葉片逐步磨損，會(huì)緩慢改變拋丸流場(chǎng)，即工藝漂移。平臺(tái)持續(xù)比對(duì)實(shí)時(shí)參數(shù)與基準(zhǔn)工藝區(qū)間，識(shí)別緩慢漂移趨勢(shì)，提前提示工藝微調(diào)或者備件更換。

4.3 質(zhì)量關(guān)聯(lián)分析

將工件抽檢的除銹等級(jí)、粗糙度檢測(cè)結(jié)果錄入系統(tǒng)，建立工藝參數(shù)與表面質(zhì)量的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集。利用歷史數(shù)據(jù)挖掘參數(shù)最優(yōu)區(qū)間，為新工件工藝調(diào)試提供參數(shù)推薦，縮短試拋調(diào)試周期。

5 數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用功能

1. 實(shí)時(shí)可視化看板：車間大屏實(shí)時(shí)展示產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備在線數(shù)量、報(bào)警信息、當(dāng)班產(chǎn)量。
2. 生產(chǎn)全鏈路追溯：每件工件綁定生產(chǎn)批次、操作員、工藝配方、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，出現(xiàn)質(zhì)量缺陷可一鍵回溯全流程數(shù)據(jù)，定位根因。
3. 設(shè)備健康檔案：自動(dòng)記錄設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、故障記錄、備件更換記錄，生成設(shè)備全生命周期健康檔案，輔助優(yōu)化維保周期。
4. 統(tǒng)計(jì)報(bào)表自動(dòng)生成：自動(dòng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備稼動(dòng)率、耗材消耗、不良品率、能耗數(shù)據(jù)，減少人工填報(bào)臺(tái)賬工作量。

6 工程應(yīng)用案例

某重型裝備鑄件車間吊鉤式拋丸生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)字化改造。加裝振動(dòng)、料位、壓差傳感器，搭建拋丸數(shù)字化管控平臺(tái)，內(nèi)置工藝配方庫(kù)。改造前，依靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)試，工件粗糙度一致性較差，設(shè)備突發(fā)停機(jī)每月 2～3 次。 改造后，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拋丸器振動(dòng)、彈丸料位與除塵壓差，提前預(yù)警葉片磨損與布袋堵塞；工藝配方一鍵調(diào)用，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。工件表面質(zhì)量一致性顯著提升，設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間下降，彈丸耗材消耗降低。

7 落地實(shí)施難點(diǎn)與對(duì)策

難點(diǎn) 1：現(xiàn)場(chǎng)粉塵環(huán)境惡劣，傳感器易積塵失效。 對(duì)策：傳感器選用防塵防護(hù)外殼，設(shè)計(jì)吹掃清潔裝置，定期維護(hù)探頭。 難點(diǎn) 2：老舊拋丸設(shè)備改造空間有限。 對(duì)策：優(yōu)先選擇非侵入式安裝方案，不破壞主機(jī)原有結(jié)構(gòu)，采用免開孔外置傳感器。 難點(diǎn) 3：操作人員數(shù)字化能力不足。 對(duì)策：簡(jiǎn)化平臺(tái)操作界面，開展現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，保留本地手動(dòng)操作兜底模式，數(shù)字化系統(tǒng)不替代人工操作。

8 結(jié)論

拋丸工藝數(shù)字化管控系統(tǒng)依靠傳感器采集、邊緣計(jì)算、工業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)拋丸設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、工件質(zhì)量數(shù)據(jù)一體化管理。通過建立標(biāo)準(zhǔn)化工藝配方、在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警機(jī)制，減少人工經(jīng)驗(yàn)帶來的工藝波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)判、生產(chǎn)過程可追溯。 數(shù)字化改造不是完全替代人工，而是以數(shù)據(jù)輔助操作人員，推動(dòng)拋丸工序由粗放經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向精細(xì)化智能管控。該數(shù)字化方案可為鑄造、鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)拋丸產(chǎn)線智能化升級(jí)提供可行方案。