數字化鑄造工廠淺析

常 濤，劉亞賓，彭 凡，楊 軍，乃曉文，王 皓，周正學

隨著計算機、網絡技術、傳感技術、人工智能等所構成的信息技術發展，以智能制造為代表的新一輪產業變革成為制造業的主要趨勢。為加速我國制造業轉型升級、提質增效，國務院發布實施《中國制造2025》，將智能制造作為主攻方向，加速培育我國新的經濟增長動力，搶占新一輪產業競爭制高點[1]。

作為制造業基礎的鑄造業，我國鑄造行業的整體水平與國外差距較大，我國鑄件生產效率是國外先進水平的1/4~1/6，能耗是發達國家同類鑄件的1.6倍，噸鑄件的各種污染物排放總量是工業發達國家的3～5倍。鑄件質量控制標準相比國外先進水平存在顯著差距。制造過程以手工勞動為主、工作環境差、勞動強度大、社會從業愿望差，智能轉型勢在必

行[2]。

共享集團專注鑄造行業50年，擁有豐富的鑄造工藝技術經驗和鑄造公司管理經驗。在智能制造方面研究起步較早，在2012年提出了“數字化（智能化）引領、創新驅動、綠色制造、效率倍增”的轉型升級方針，主要通過3D打印等技術“點”上創新、形成鑄造智能單元“線”的集成、進而構建鑄造智能工廠“面”的新型模式，最終形成引領鑄造行業轉型升級及在相關產業“體”上的帶動。在共享集團內部，建成了第一代鑄造數字化工廠，第二代鑄造數字化→智能過渡工廠，以及正在建設的具備一定智能功能的第三代鑄造智能工廠，在鑄造智能制造的理論探索與實踐方面積累了豐富的經驗和實施方法。

1 實施過程

鑄造行業屬于離散制造業，但與機床加工等純離散行業還有一定區別，在離散中還有一些流程性的生產工序，比如熔煉。因此，共享集團在研究智能制造理論的同時，通過結合鑄造行業的特點，提出了如圖1所示的鑄造智能工廠的理論架構。

首先，設備層按照工藝特點，劃分為五大單元：成形、熔煉澆注、精整、砂處理、物流。成形單元設備進行鑄型的制作；熔煉澆注單元設備進行鐵水的生產；精整單元設備進行鑄件毛坯的表面處理及檢測；砂處理單元設備進行砂子的回收和再生；物流單元設備貫穿各個單元，是各單元間以及各單元內部的產品轉運媒介，也是各工序原料供給的轉運媒介。

控制層與設備層一一對應，各智能單元系統是對應單元設備的控制中樞：（1）接收MES下達的生產計劃、工藝參數、工藝文件、半成品質量標準以及物料BOM；（2）按照生產計劃以及操作流程，控制單元設備和（或）人按照工藝參數、文件、半成品質量標準進行生產，同時采集各單元設備的生產過程數據，與工藝要求進行實時比對，出現異常進行自調整或者指揮人進行調整；（3）采集各單元設備的物料消耗、能源消耗數據，形成生產成本核算和人員績效核算的基礎數據；（4）采集設備的開工、完工狀態，向MES反饋計劃執行情況。

圖1 鑄造智能工廠架構

車間層主要由MES和APS構成。APS主要從ERP獲取計劃主數據，然后通過對物料庫存、作業人員、設備產能、工裝工具的有效性分析，按照產品的工藝路線進行顧客交期、工廠日歷以及精益生產的邏輯算法，進行排產，形成時（或者分）、日、周、月的具體生產計劃。排產后的計劃，通過MES將工藝參數、文件、半成品質量標準以及BOM等與其進行結構化綁定后，下達到智能單元系統進行執行。實際生產過程的執行結果由智能單元進行反饋，當執行過程中的設備、質量、物料出現異常時，由智能單元系統向MES發起異常的處理流程，MES將異常處理結果再回饋到智能單元系統進行執行，形成閉環；同時，MES接收各智能單元反饋的實際生產情況，形成生產進度追蹤、質量追溯、物料追尋等統計分析功能。

企業層由全流程虛擬制造系統、ERP、SRM、CRM、HR、LIMS、特色管理系統和決策支持系統構成。全流程虛擬制造系統進行產品的鑄造工藝設計、仿真、檢驗以及制造參數、文件的生成，以及產品設計數據的歸檔管理，與ERP集成，向ERP傳送物料BOM、工藝路線，與MES集成，向MES下達制造過程所需的工藝參數、文件、半成品質量標準等；ERP進行企業資源、供應鏈、物料主數據、生產主數據的管理，與MES進行集成，實現生產計劃的閉環管理；SRM進行供應商管理，與MES系統集成，實現物料采購計劃與供應商的自動對接，與ERP集成，實現財務賬目的結算；CRM進行顧客關系管理，與ERP系統、全流程虛擬制造系統集成，實現詢報價、訂單管理，與MES集成，實現顧客訂單生產過程可視化；HR進行人力資源管理，與MES、ERP、智能單元集成，實現人員的角色、權限統一化管理；LIMS進行產品、原輔材料的物理性能、化學成分檢測，與MES集成，實現產品、原輔材料的質量管理與追溯；特色管理系統作是ERP、SRM、CRM、HR管理界限外的綜合管理系統，是共享集團多年管理經驗的總結，由企業的戰略、行政、創新、財務、計劃量化等管理模塊組成；決策支持系統，主要由BI作為軟件平臺，從企業經營、生產、質量、設備、環境安全等主題，展現企業即時的運營狀況，為企業領導決策提供數據支撐。

2 結語

通過不斷探索與實踐，共享集團已形成了以上行之有效的智能工廠建設方案，并在集團內部的幾代實驗工廠得到了驗證，產生了良好的內部效益和社會效益。共享集團旗下的共享裝備數字化工廠在2015獲得年國家首批46家智能制造/數字化工廠試點示范。實驗工廠已迎來多批政府和企業人員的蒞臨指導，為行業的發展提供了一條可借鑒的轉型之路。

[1] 王歡，田靜，古玲玲，等.鑄造企業數字化工廠建設淺析[J].中國鑄造裝備與技術，2017（3）:58-60.

[2]劉小龍.自動化鑄造裝備和數字化鑄造廠 [J].鑄造設備與工藝,2013（6）:1-3+30.