如何適應數(shù)字化鑄造廠對鑄造裝備的需求

劉小龍

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津南開300113）

·鑄造設備·

如何適應數(shù)字化鑄造廠對鑄造裝備的需求

劉小龍

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津南開300113）

本文通過對我國鑄造行業(yè)基本情況的分析，指出了鑄造企業(yè)發(fā)展的方向，論述了數(shù)字化鑄造廠對鑄造裝備的要求以及中國制造2025與鑄造裝備的關系，最后展望我國鑄造裝備發(fā)展的趨勢。

鑄造裝備；數(shù)字化；鑄造廠；智能；綠色；管理；中國制造2025；系統(tǒng)；檢驗設備；節(jié)能環(huán)保；創(chuàng)新設備

1 目前我國鑄造行業(yè)基本情況

我國鑄造從2002年開始到2012年期間，得到了快速增長，產(chǎn)量從1 626萬t增加到4 250萬t，平均增速超過10%；2012年到2014年，增速明顯變緩，分別變?yōu)?.4%、4.7%、3.8%，即便如此，2014年我國鑄件產(chǎn)量仍為4 620萬t，遙遙領先其他國家。

以2013年鑄件產(chǎn)量為例，世界鑄件總產(chǎn)量為10 323萬t，我國是4 450萬t，排在第二位的美國是1 225萬t，領先的驚人！而這個產(chǎn)量，還是許多廠家沒有將產(chǎn)能發(fā)揮到極致，多數(shù)都在80%以下。

我國鑄造企業(yè)目前雖然有3萬多家，但裝備水平較高、規(guī)模較大的企業(yè)估計不到20%，據(jù)統(tǒng)計，裝備水平排在前5%的企業(yè)，其產(chǎn)量總和約為我國鑄件產(chǎn)量的50%，由此可見，我國多數(shù)鑄造企業(yè)規(guī)模較小、裝備水平比較落后。

由此可以看出，我國是鑄造大國，不是鑄造強國，進入新常態(tài)后，我國鑄件產(chǎn)量將進入低速或負增長的時代，鑄造企業(yè)的數(shù)量會不斷減少，但裝備水平會不斷提高。正如工信部提出的“十三五”制造業(yè)的主要任務是化解過剩產(chǎn)能。

2 我國鑄造企業(yè)發(fā)展方向

我國是鑄件生產(chǎn)大國，不乏有國際頂尖的鑄造企業(yè)，這些企業(yè)代表了我國鑄造方面的先進水平，但更多的企業(yè)是落后的鑄造裝備。中國制造2025要求鑄件質量更高；鑄件品種極端化——大型化、微小化、輕量化；鑄件生產(chǎn)工藝多樣化；鑄造裝備更先進——機械化、自動化、智能化、系統(tǒng)化及綠色化。這就決定了我國鑄造企業(yè)的發(fā)展方向是：選用最合適的鑄造工藝，采用先進智能的鑄造裝備，依靠現(xiàn)代化的管理手段，借助全面系統(tǒng)的檢驗設備，滿足各種鑄件生產(chǎn)的需求。

2.1 選用最合適的鑄造工藝

每種鑄件有其最合適的鑄造工藝，在邁向質量時代、建設質量強國的今天，制造業(yè)對鑄件質量要求越來越高。為此，鑄造企業(yè)拿到訂單后要分析適合鑄件的最佳工藝，用工藝保質量。由于這種需求，決定了不少專業(yè)鑄造企業(yè)有多種鑄造工藝形式，這些工藝有：潮模砂工藝、消失模工藝、V法工藝、樹脂砂工藝、金屬型工藝、殼型工藝、失蠟工藝、壓鑄工藝、石墨型工藝等等。

2.2 采用先進智能的鑄造裝備

鑄造企業(yè)的發(fā)展必然走向數(shù)字化工廠，而數(shù)字化的鑄造廠離不開先進智能的鑄造裝備。為了滿足用戶對鑄件質量和供貨周期的要求，加上人工成本和環(huán)保的壓力，很多企業(yè)生產(chǎn)是訂單式生產(chǎn)，采用過去手工作坊式的生產(chǎn)方式，已經(jīng)不能滿足鑄件各方面的需求，為了企業(yè)聲譽和產(chǎn)品質量，必然是選用自動化、智能化的鑄造裝備，用裝備的可靠性、先進性來保證工藝參數(shù)和工藝流程的實現(xiàn)。

2.3 依靠現(xiàn)代化的管理手段

計算機技術和新的制造技術與鑄造相結合，全面提升了鑄造技術水平，數(shù)字化設計軟件的應用，不僅能對產(chǎn)品開發(fā)過程進行建模與仿真，而且還可根據(jù)產(chǎn)品的變化對生產(chǎn)系統(tǒng)的重組和運行進行仿真，使生產(chǎn)系統(tǒng)在投入運行前就了解系統(tǒng)的使用性能，分析其可靠性、經(jīng)濟性、質量、工期等，從而在建設過程中不斷優(yōu)化，得到最合理的工藝布局和設備選型，減少資源消耗[1]。有了這些技術和裝備，鑄造企業(yè)就具備了現(xiàn)代化管理的條件，就可以用現(xiàn)代化的管理手段對項目建設、產(chǎn)品開發(fā)、設備管理、生產(chǎn)管理、銷售管理等等。

2.4 借助全面系統(tǒng)的檢驗設備

中國制造2025要求鑄件質量必須提高，逐步實現(xiàn)每個鑄件都有可追溯性。為此，很多鑄造企業(yè)設立了完備的檢驗設備，如：光譜分析儀；C、S分析儀、激光刻字機、圖像識別系統(tǒng)、超聲波檢測儀、磁粉探傷機、音頻檢測儀等等?，F(xiàn)代制造技術提供了鑄件生產(chǎn)全過程可視化的可能，企業(yè)利用這些檢測設備，保證了提供合格鑄件的可能。

3 數(shù)字化鑄造廠對鑄造裝備的要求

首先，數(shù)字化鑄造廠要求鑄造裝備的自動化水平要高。數(shù)字化鑄造廠是利用“數(shù)字化工廠”軟件，由一個虛擬的鑄造廠通過仿真而來的。從“數(shù)字化工廠”的定義可以看出，數(shù)字化鑄造廠離不開自動化的鑄造裝備，沒有自動化的鑄造裝備，數(shù)字化鑄造廠虛擬的動作和節(jié)拍就無法保障，數(shù)字化鑄造廠就失去了意義。當然，數(shù)字化鑄造廠不一定需要全都是自動化的鑄造裝備，但企業(yè)鑄造裝備的自動化水平和比例，決定了數(shù)字化鑄造廠的實施價值和利用程度。

其次，數(shù)字化鑄造廠的裝備還需要智能化。數(shù)字化鑄造廠要求鑄造裝備準確無誤的完成每一個動作，而裝備的工況每時每刻都在變化，因此，要求裝備本身具有根據(jù)不同情況完成動作的功能。比如：爐料配制系統(tǒng)具有自動稱量、自動補償、動態(tài)取樣、自動累計、超差報警、自動補償?shù)裙δ埽瑥亩钩煞址€(wěn)定、配料合理。電爐除塵風量控制，在每個爐體的風管中加裝電動蝶閥，蝶閥的開啟狀態(tài)與電爐實際運行聯(lián)鎖，從而自動調(diào)節(jié)風量大小，實現(xiàn)對應爐體在各個工作狀態(tài)（加料、熔化、出鐵）配置不同的抽風量，進而達到減少熱能損失和節(jié)能降耗的目的。再如混砂水分控制，可根據(jù)舊砂水分、舊砂溫度和預設置的型砂參數(shù)，來決定和供給所需加水量。還有造型線液壓、氣動系統(tǒng)，都有氣壓、液壓系統(tǒng)意外失壓、斷電保護裝置。

第三，數(shù)字化鑄造廠還需要信息化。數(shù)字化鑄造廠要求將鑄造裝備的每一個動作進行采集，并準確無誤的傳輸?shù)较到y(tǒng)中，為此將有大量數(shù)據(jù)交換，因此，數(shù)字化鑄造廠還需要信息化。一般企業(yè)都具有有線通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡（In t rane t）系統(tǒng)、遠程抄表系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、一卡通綜合管理系統(tǒng)等。數(shù)字化鑄造廠使用的鑄造裝備要具有遠程診斷、管理功能，并可利用以太網(wǎng)將所有的過程參數(shù)，在交換機上生成EX C EL表，與企業(yè)的ME S管理軟件系統(tǒng)對接。

4 鑄造裝備與中國制造2025

中國制造2025是鑄造裝備提升的保障：到2020年，我國基本實現(xiàn)工業(yè)化，制造業(yè)大國地位進一步鞏固，制造業(yè)信息化水平大幅提升。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化取得明顯進展。到2025年，制造業(yè)整體素質大幅提升，創(chuàng)新能力顯著增強，全員勞動生產(chǎn)率明顯提高，兩化（工業(yè)化和信息化）融合邁上新臺階。到2035年，我國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平。創(chuàng)新能力大幅提升，重點領域發(fā)展取得重大突破，整體競爭力明顯增強，優(yōu)勢行業(yè)形成全球創(chuàng)新引領能力，全面實現(xiàn)工業(yè)化。新中國成立100年時，制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實力進入世界制造強國前列[2]。裝備制造業(yè)的發(fā)展目標和步驟已經(jīng)確定，鑄造裝備是中國制造2025的一部分，鑄造裝備的水平取決于中國制造2025的水平，中國制造2025是鑄造裝備水平提高的保障，鑄造裝備要借助信息化設計、過程集成設計、復雜過程和系統(tǒng)設計等技術，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的新裝備，將來鑄造裝備業(yè)要有自己的創(chuàng)新中心，過去我們經(jīng)常說我國的鑄造裝備技術不比國外的差，差的是基礎工業(yè)——核心基礎零部件（元器件）、先進基礎工藝、關鍵基礎材料和產(chǎn)業(yè)技術基礎等。中國制造2025后，我國基礎產(chǎn)品的質量、可靠性和壽命得到提升，鑄造裝備質量將會大幅提高，加上數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的利用，各鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)在創(chuàng)新驅動下，新的鑄造裝備將不斷出現(xiàn)，逐漸引領世界。

中國制造2025為鑄造裝備提出了新的要求：中國制造2025提出全面推行綠色制造，加大先進節(jié)能環(huán)保技術、工藝和裝備的研發(fā)力度，加快制造業(yè)綠色改造升級。大力研發(fā)推廣余熱余壓回收、水循環(huán)利用、廢渣資源化、脫硫脫硝除塵等綠色工藝技術裝備，加快應用清潔高效鑄造、鍛壓、焊接、表面處理、切削等加工工藝，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。到2020年工業(yè)固體廢物綜合利用率要到79%。鑄造是能耗大戶且產(chǎn)塵較多，要實現(xiàn)這些目標，必須成立專門的機構進行專項研發(fā)，利用新的技術，研發(fā)出節(jié)能、環(huán)保的綠色鑄造裝備。

5 鑄造裝備發(fā)展趨勢

5.1 智能化程度更高

中國制造2025提出：我國將組織研發(fā)具有深度感知、智慧決策、自動執(zhí)行功能的高檔數(shù)控機床、工業(yè)機器人、增材制造裝備等智能制造裝備以及智能化生產(chǎn)線，突破新型傳感器、智能測量儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)、伺服電機及驅動器和減速器等智能核心裝置，推進工程化和產(chǎn)業(yè)化。這些智能裝備和智能產(chǎn)品的出現(xiàn)，必將在鑄造裝備上的應用逐漸增加，加上勞動力成本越來越高，我國將會逐步實現(xiàn)鑄件生產(chǎn)過程智能化。今后鑄造裝備廠家都將會在產(chǎn)品上安裝監(jiān)測裝置和研發(fā)遠程在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，監(jiān)測中心能夠對設備進行全過程、全天候的狀態(tài)監(jiān)測，結合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，逐步發(fā)展到為用戶提供從售前到售后的全生命周期健康管理，實現(xiàn)“全托式維修保運服務”。

在自動化方面，目前已出現(xiàn)：鐵液自動轉運系統(tǒng)；砂芯配送系統(tǒng)；機器人自動組芯系統(tǒng)；機器人自動清理系統(tǒng)；鑄件分揀系統(tǒng)；鑄件自動檢測系統(tǒng)等等。

5.2 單臺設備專業(yè)化、多臺設備系統(tǒng)化

對于不同的鑄件，有其最合適的鑄造工藝，適合某種鑄件的最佳工藝和裝備逐漸被利用，比如為了適應車輪的冷卻速度和硬度，選用石墨型工藝；為了提高磨球的生產(chǎn)率，同時還要利用鐵模的急冷作用，開發(fā)了磨球生產(chǎn)線；為了提高球化效果和降低球化劑的加入，開發(fā)了喂絲球化裝置；為了使輪轂和制動轂的冷卻更加均勻，同時節(jié)省用砂量，將砂箱做成圓形的；為了回爐的鑄件塊度合適，開發(fā)了鑄件破碎機；為了適應快速澆注球鐵需要，開發(fā)了不帶保溫裝置的底注式澆注機；為了清理小件飛邊，開發(fā)了液壓清理機等等。這些專用設備的開發(fā)，保證了系統(tǒng)供貨的可能性。

鑄造生產(chǎn)是一個系統(tǒng)工程，工序之間的連接好壞直接影響設備效率和鑄件質量，系統(tǒng)是否完善將影響到工作人員的勞動安全和環(huán)境污染，而這些方面，正是我國鑄造裝備的薄弱環(huán)節(jié)，為此，應加強有針對性的系統(tǒng)鑄造裝備開發(fā)。比如：針對一個產(chǎn)品的整個制芯單元系統(tǒng)供貨；為某種鑄件量身定做的清理單元等；為了實現(xiàn)信息化，裝備設計時要考慮數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析等要求。

5.3 系統(tǒng)功能更齊全

隨著人們生活水平和安全意識的提高，效率、環(huán)境、能耗、排放、人員等因素對鑄造裝備影響越來越大，新的鑄造裝備，在滿足主要功能的前提下，還要注重投資、安全、可實施性、可靠性、環(huán)保、節(jié)能等方面的要求，因此，其輔助功能將更多。比如：為了滿足數(shù)字化的需要，鑄造裝備要有數(shù)據(jù)采集和傳輸功能；為了人員安全，必須有完整的安全保護裝置；為了環(huán)保，設備需要增加除塵裝置；為了節(jié)能，需要增加余熱利用裝置；為了工人健康，需要設置送新（冷）風系統(tǒng)；為了人機對話，設備需增加觸摸屏等等。

5.4 質量更高

我國將堅持把質量作為建設制造強國的生命線，強化企業(yè)質量主體責任，加強質量技術攻關、自主品牌培育。新常態(tài)下鑄造企業(yè)對鑄造裝備質量的要求越來越高，需要鑄造裝備在可靠性上能夠做到隨時開機，隨時運行，完成任務后及時停機；在生產(chǎn)效率上，基本達到標稱生產(chǎn)率的100%；在設備精度上，逐步向加工中心靠攏；在設備結構上，要剛性好且便于維修；在元器件選擇上，要有一定的安全系數(shù)。

我國已邁向質量時代，正在建設質量強國。近年來鑄造裝備質量得到了長足的發(fā)展，也改變了過去的工藝布局，過去沖天爐是成對出現(xiàn)的，為的是能夠滿足二班生產(chǎn)，自從長爐齡沖天爐出現(xiàn)后，再也沒有同時上兩臺的；混砂機過去都是一用一備，現(xiàn)在進口混砂機都是單臺布線。

5.5 更偏重節(jié)能環(huán)保

我國將堅持把可持續(xù)發(fā)展作為建設制造強國的重要著力點，加強節(jié)能環(huán)保技術、工藝、裝備推廣應用，全面推行清潔生產(chǎn)。要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高資源回收利用效率，構建綠色制造體系，走生態(tài)文明的發(fā)展道路。鑄造行業(yè)更應該發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保?，F(xiàn)在家電行業(yè)的空調(diào)、冰箱等已經(jīng)必須在產(chǎn)品上顯示能耗等級，不久的將來，鑄造裝備的能耗指標必然成為衡量裝備水平的一個重要指標，將逐步在鑄造裝備上實現(xiàn)能耗等級標識。為此，大量的能耗計量和檢測設施將應用到鑄造裝備中。

5.6 創(chuàng)新設備不斷出現(xiàn)

我國將跨領域跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，突破一批重點領域關鍵共性技術，促進制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化，走創(chuàng)新驅動的發(fā)展道路。鑄造裝備行業(yè)將抓住這一有利時機，開發(fā)創(chuàng)新型的鑄造裝備，比如新的造型技術；新的制芯裝備；各種余熱利用設備；新型環(huán)保設備；物料輸送設備；各種利用機器人的鑄造設備等等。

6 結語

數(shù)字化鑄造廠對鑄造裝備提出了更高的要求，鑄造裝備必須具備自動化、智能化、信息化功能，中國制造2025，為鑄造裝備各方面提升提供了有力保證，同時也提出了更高的要求。相信在不遠的將來，我國很多適合于數(shù)字化鑄造廠的鑄造裝備將不斷出現(xiàn)，在鑄造裝備方面引領世界，數(shù)字化鑄造廠的比例也不斷增加，逐漸成為鑄造強國。

［1］劉小龍.自動化鑄造裝備和數(shù)字化鑄造廠［J］.鑄造設備與工藝，2013（6）：1-3.

［2］劉小龍.我國鑄造裝備發(fā)展展望［J］.鑄造設備與工藝，2009（1）：4-7.

Analysis of How to Adapt Foundry Equipment to the Need of Digital Foundry

LIU Xiao-long
（China Automotive Engineering Corporation，Tianjin 300113，China）

Through the analysis on the basic situation of domestic foundry，this paper points out the developing direction of foundry enterprises，discusses the requirements of digital foundry for foundry equipment and relationship between“Made in China 2025”and foundry equipment.Finally，it forecasts the developmentof foundry equipment in our country.

foundry equipment，digital，foundry，intelligence，green，management，made in China 2025，system，inspection equipment，energy saving and environmental protection，equipment innovation

TG23

A

1674-6694（2015）06-0001-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.001

2015-08-15

劉小龍（1964-），男，教授級高工，主要從事鑄造工程與非標設備設計。