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金属制品行业作为制造业的一个重要组成部分，在中国国民经济中发挥着重要作用。一直以来，金属制品行业作为传统制造业，给人的印象就是高耗能、劳动密集、手工作坊式的小散企业组成的行业。然而，传统的生产模式和工艺已经难以满足日益增长的市场需求和激烈的竞争环境。因此，自动化就成为可改变现状的一个手段。
1 金属制品行业发展历史
我国古代的铜铁拉拔技术最早出现于宋，明清的到了较大的发展，明《天工开物》卷十“锤锻针”条详细描述了拉拔制针的整个工艺过程：“凡针，先锤锻铁为细条，用铁尺一根，锥成线眼，抽过条铁成线。逐寸剪断为针，先鎈其末成颖，用小锤敲扁其本，刚锥穿鼻，复鎈其外”，其中的线眼抽过条铁成线的工艺原理与现代的拉拔生产工艺基本一致了。到了近现代，从人力拉拔，转为水力、机器，形成的现代的拉拔生产。从金属制品行业的整个生产的发展来说，其工艺原理基本未变，改变的是生产金属制品产品的装备，也就是说金属制品行业的发展历史就是生产装备的发展和进化的历史。
1. 1 拉拔工艺的发展
金属制品现代意义上拉拔生产的发展主要是拉丝模、润滑剂、拉丝机这三大块的发展：拉丝模解决的是钢丝拉拔变形方面的问题，润滑剂解决的是丝材与拉丝模之间的润滑问题，拉丝机则体现了金属制品产品生产的自动化：最早期的独罐拉丝机，发展到滑轮式连续拉丝机，是一次飞跃，极大地提高了生产效率，随后的直进式拉丝机随着电控水平、电机的发展，从直流控制到变频到现在的伺服直驱技术，进一步提高了效率和
自动化水平，也解决了滑轮拉丝机生产加工过程
中因扭转对钢丝造成的性能质量的影响，现在又加入了工业4. 0 等现代意义上的自动化元素。
1. 2 热处理的发展
金属制品行业的热处理工艺主要脱胎于和借鉴于钢铁产品的热处理工艺，炉型的发展则经 历了最早的井式炉，燃煤连续炉、上世纪90 年代的燃煤电脑自控连续炉，燃油热处理连续线，后 期的天然气热处理连续线（顶烧/侧烧-扩散/预混燃烧），并行发展的还有以电为能源的电阻炉、卡电炉、感应加热炉。得益于电控元器件、装置 的发展，目前的热处理连续线的生产效率、电气 控制水平、产品质量得到了极大的发展和提高。
1. 3 表面处理的发展
金属制品行业的表面处理的发展主要是早期的敞开式大池子酸洗，效率低，表面处理效果不稳定，污染严重，废酸和磷化渣处理困难，环保压力大；随之低碳行业率先采用弯曲剥壳等机械除锈手段进行在线表面处理，随着盘条线材的质量的提高，弯曲剥壳、钢刷、砂带、喷丸等在中高碳钢丝产品的生产中逐步得到应用和提高。酸洗也从大池子发展到在线展开式酸洗和隧道窑式盘卷连续酸洗，介质则有盐酸、硫酸、电解硫酸、磷酸酸洗等之分，同样得益于电气控制元器件和水平的而提高，整体钢丝表面处理质量有了质的提高。
2 金属制品行业自动化的现状
金属制品行业自动化的发展有了长足的进步，特别是近年来，金属制品行业的装备制造企业为此也做了极大的努力。有资料可查的在2004 年行业技术交流会上，CPA 的发言《钢帘线生产用的镀黄铜设备 现代化多丝－连续运行设备》中提到简便操作和高自动化可提高效率，降低人工成本、提高设备利用率、提高质量、降低消耗；同期的金泰隆提到机电一体化拉丝等装备， 提到在计算机、自动控制方面加大投入；当然，再 早一些，还有新科的燃煤电脑自控连续加热炉。也就是说，中国从上世纪 90 年代就开始通过引进、自研来重点关注装备的自动化问题，也取得 了一定的成绩。
2. 1 拉丝机
以效玄为代表的的拉丝机制造企业，将伺服 直驱技术率先应用于拉丝机。伺服直驱技术在 其他行业不算是新技术，如石油行业，很早就开 始在野外的抽油机上应用伺服直驱电机，建筑行 业的电梯，也早就就全部应用了伺服直驱电机， 其他驱动方式目前基本没有。伺服直驱电机最 大的特点是可以低转速运行，调速范围宽，可直 接驱动做功单元，省去了减速箱等中间传动环 节，降低了机械结构方面的复杂度，从而降低了 维修量、传动动能损失，提高了效率和降低了能 耗。当然，有数据表明，伺服直驱相较于传统的变频+减速箱技术节省电能一般不超过10%，甚至更低，但传动机构的投资和维修成本为零，极 大地提高了应用热情。伺服直驱电机在金属制 品行业的迅速推广应用，一个是电子元器件和电 气控制水平的提高，一个是效玄通过和专业电气 自动化公司专业设计开发多磁极电机，解决了伺 服直驱电机在金属制品行业应用中低速状态下 的不稳定、力矩小等问题。
以此为基础，效玄等企业开发的伺服电机直 驱式拉丝机，主要结构为：拖动电机的转子轴直 接与拉丝卷筒主轴连接，即动力机构与作业机构 直连；电机的定子固定在拉丝卷筒主轴箱外侧； 伺服电机采用全密封工艺，将电机漆包线埋藏在导热材料当中，电机防护等级IP65，保证电机在主轴箱下面安全可靠，电机内部安装测温装置， 可对电机内部温度监测、预警或停机；卷筒传动 主轴的上、下轴承处内置测温装置，配置电机和 驱动器冷却水箱，配备循环泵，安装测温液位装 置。设备卷筒冷却配备二级增压泵，变频控制， 每个卷筒的冷却水的压力流量和拉拔速度同步， 高效、强制冷却卷筒。此外，效玄等企业还重点 强化了拉丝机一体化设计，如主机为相互对称的
独立左、右操作机台，可“背靠背”安装、操作、维修，又如拉丝机主机、电气控制柜与操作台实现统一标准设计、三者融为一体大大简化了现场安装。此类装备因主机无需皮带盘和皮带、无减速机、无机械刹车、高效节能，减少占地，减低维修成本。
随着工业4. 0 的理念和实际的应用，效玄机电也将智能物联网系统融入了伺服直驱拉丝机， 除以上检测参数、装置外，还配置了进线电源监 测装置，可显示三相电压、三相电流、设备的功 率、电源功率因数、设备电能消耗情况；配备LED 显示屏，显示当前车速以及当前工字轮满轮率。即：将装备中的工艺、工序实时信息，装备的机 械、物理、电控运行参数信息等数据采集并上传 到云端服务器，方便用户追溯，导出分析，还开发了装备专用APP，让用户在手机端就可以轻松的掌握装备的运行状况，生产状况，人员状况。
直进式拉丝机（包括其他设备和生产线）通过加装、配置相应传感器来进行工序的各项参数的检测、记录、追溯，但从某些角度来讲，这是信息化手段，自动化，从金属制品行业角度来说，换模、穿线、补充拉丝粉等基础人工操作能由“机器人”自动完成，这才是拉丝机方面的自动化。
金属制品行业的换模、引头、穿线等基本操作由于具有较大的随意性和操作复杂性，短时间内不好实现或实现成本过高，且自动化程度越高其维护成本越高，失去提效降本的意义。但是大规格冷镦钢丝拉拔所用的倒立式、卧式拉丝机一般配有电动开卷机、削头/压头机、电动/液压引头等装置，以机械解决或部分解决了大规格钢丝人力无法完成穿线、轧尖、引线等操作工序，降低了工人劳动力强度和难度，可以算是半自动化。
图1 江苏效玄伺服直驱直进式拉丝机
2. 2 收放线
目前一些有远见有实力的专业电气自动化公司，开始积极进军金属制品行业，并在小规格 钢丝收放线方面取得了一定的成果。其中主要 有苏州江锦自动化、上海智殷等企业。其实这是 一个好现象，笔者认为，电气自动化公司涉足金 属制品行业的自动化是有其天然优势的，其在电 气自动化控制方面有相应的技术，以其为主导， 所需要的是机械制造行业的外协配合，是自动化 的实际应用落地问题；而行业传统设备制造企业 涉足自动化，以其为主导，合作伙伴不好找，不一 定有现成的自动化技术等着你，需要研发、开发， 而且开发内容和量很大，且自动化的重点是在自 动控制，设备厂为主导也容易因主导权、知识产 权等方面的原因起纠纷。
目前苏州江锦自动化等企业主要服务子午线、各类绳索行业，并且深耕多年，系统开展柔性 智能收线机的研究，研发出多种收线机柔性智能 全自动上下料装备，解决关键技术难题；国内首 家实现自动模拟人工打结、穿孔、弯曲别线等高 难度柔性动作；解决全球子午线龙头行业现场复 杂工况的智能设备自动化难题，目前已经进入投 产阶段；多种专精技术专利研究突破国外在柔性 化智能装备加工领域的垄断地位，有力推动国产 高端工业机器人在研制、应用、产业化方面，填补 国内空白，提升我国高端装备的技术水平具有重 要的经济和社会效益。 在完善动作机构同时， 江锦团队开发出配套的生产调度系统WMS，确保制造执行全过程管控，精确到单工序，单工步 实时预警；灵活调度，提升设备能效，移动执行， 通过WMS 及ERP 进行数据交互对接，操作便捷， 完成生产数据可视化，便于管理，实时把控每一 步生产环节，全过程可追溯。
2. 3 成品库、仓储
因投资问题，金属制品行业的上游——线材厂，率先进行了成品盘条库的投资建设，其原理、结构类似于立体停车库，但比之更智能。潍坊特 钢也投资建设了自动化无人值守的盘条库—— 整个约3、40m 高的盘条成品库内，整整齐齐的分列着12 行立体盘条货架，每个货架12 层，车间中部完全被盘条货架充满，在车间两头分设进出库空间，进出库目前均设了 1 个人的岗位，主要职责是进行设备运行监控，不对设备的自动运行进行任何干预。出库时，运货卡车进入出库区的指定车位，停好车后运输人员自己将出库单交由自动扫描识别设备扫描，自动执行机构开始运行
（类似电梯），从库区将指定盘条抓取出来并放置转运装置上，再由转运装置将盘条吊装到卡车上，完成出库。因库区每盘盘条在入库时均有材质、规格、放置位置等信息，从库区抓取到转运装置上，其自动控制系统相对简单，转运吊装则还需要机器视觉等的配合，解决吊装上车、摆放位置、多层码放等。入库则反向进行，但因为是线材厂内转运，自动控制难度相对小一些，因为可实现标准化作业。
图2 苏州江锦用于钢丝绳水箱拉丝机的自动换盘收线
图3 潍坊特钢盘条立体化仓库
2. 4 成套连续线
杭州星冠率先向焊丝行业推出了可以说阶段性的革命性生产装备——集前处理、拉丝机、镀铜装置、收线一体化的气保焊丝生产线，也就 是说可以直接从盘条到焊丝成品都在一条生产线上完成，后续也可匹配上层绕机、自动包装机、AGV 转运、成品入库等工序环节，实现不算太完整的自动化（因为还需要人工进行盘条原料换 装、穿线、引线等操作）。目前也有其他企业在开 发、推广。其难点主要在生产线超长，各工艺工 序之间的生产能力匹配，全生产线的稳定、长时 间运行，辅料、镀液的添加、调整、控制等。当然， 难点不是仅仅笔者简单说的这几点，它是一个系 统工程，涉及电气、控制、机械等方方面面。
图4 杭州星冠组合式气保焊丝高速镀铜生产线
1 目前行业自动化的问题
从目前行业的自动化现状来看，应该说，取 得了一些成果和应用，在某些单独工序或产品上 实现了有限的自动化，但金属制品行业的自动化 智能化还有很长的路要走。这主要是和行业的 特性所决定——金属制品行业是传统的钢铁制造业，工艺复杂、工序繁多、劳动密集型，盲目的 全盘自动化智能化一是目前的自动化智能化技 术水平达不到，二是部分工序人工干预的成本肯 定低于自动化，如穿线，又如引头，简单的工作， 人工很快能完成，且随着大盘重生产的普及，这 些工作的节拍时间会非常长，不一定适合采用自 动化设备，且配套的机械手装置、电气控制、动作 实现等的研发就是一个庞大的工程。所以目前 金属制品行业的自动化有以下几个问题：1）部分 工序目前技术和条件达不到完全替代人工；2）部 分可替代工序技术成本过高；3）只能完成部分标 准化程度较高的工序的自动化。
2 思考与建议
金属制品行业的自动化任重而道远，需要全行业的努力，需要科学技术的进一步发展。但目前我们能做和可做的有以下几点，和行业专家共同探讨：
（1） 要想自动化，先要标准化，从工序、装备、操作规程甚至收放线盘的尺寸大小、运输摆放 工装等，方方面面去标准化，才能实现自动化；
（2） 大力推进部分工序的自动化，方向有：①仓储，每个企业的原料、产成品基本上是符合一定 的标准的，很容易实现仓储库的立体化、标准化贮 存，辅以托盘、自动抓取转运装置、AGV 小车、二维码、扫码装置等现有成熟技术，轻松实现仓储的黑 灯、无人，且从管理效率、成本、统计、准确性等方面具有人工所不可比拟的优势；②拉丝模加工清洗管理，可以实现（已实现，有成套装备，未见大规 模应用）拉丝模的自动清洗、抛光、测量、打标记、分类包装码放、自动根据工艺单出入库；③中小规格钢丝的收线自动换盘、启停车、分盘、运输、包装、入库；④各工序之间的AGV 小车自动转运。
（3） 部分工序依据现有条件有限实现半自动化，降低工人劳动强度，改变工作环境，提升质 量。如大规格钢丝的拉拔，穿线、引头、轧尖等工 序不复杂，但人力有限，辅以合适的半自动机械 可以大大降低劳动强度，提高安全性；又如，对 焊，目前基本上实现了以钢丝材质、规格来自动 进行电压、电流、顶锻压力、回火等参数的调节， 但还需人工装卡线、焊后修磨，如加上自动修磨 装置将进一步提高对焊接点的质量。
3 结语
金属制品行业的自动化和智能化发展是整个社会发展和中国制造业转型发展的趋势，它会为企业提供更多的机会和挑战。通过引入自动化设备和智能化技术，金属制品行业可以实现生产效率的提升、产品质量的改进，并为日益复杂的市场需求做出快速响应。但是自动化智能化的过程受方方面面制约，要走的路还很长，且必须要走有自己行业特色的自动化智能化之路。
（原载《金属材料》杂志）