在鑄造行業(yè)“十四五”發(fā)展的開(kāi)局之年，中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)在第五屆中國(guó)鑄造節(jié)上正式向全行業(yè)發(fā)布了《鑄造行業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，《規(guī)劃》中明確了“智能制造”的發(fā)展目標(biāo)。

智能制造：加快行業(yè)信息化建設(shè)步伐，形成適用典型鑄造工藝和不同產(chǎn)品的智能制造成熟模式，制訂智能鑄造及成熟度評(píng)價(jià)系列標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)典型數(shù)字化車間/智能工廠示范建設(shè)，引領(lǐng)行業(yè)智能制造快速發(fā)展。到2025年，培育200個(gè)以上數(shù)字化車間/智能工廠。

在鑄造行業(yè)，山東隆基機(jī)械股份有限公司的智能化鑄造車間作為智能制造示范項(xiàng)目，引領(lǐng)著行業(yè)智能制造快速發(fā)展。今天將對(duì)此項(xiàng)目做詳細(xì)介紹。

智能化鑄造車間

一、企業(yè)簡(jiǎn)介

山東隆基機(jī)械股份有限公司是一家致力于汽車制動(dòng)部件產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。公司與機(jī)械科學(xué)研究總院、清華大學(xué)等高校院所建立了長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作，并建有“院士工作站”、“博士后創(chuàng)新實(shí)踐基地”等多個(gè)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)，先后獲得幾十項(xiàng)國(guó)家專利和科技成果，并主導(dǎo)和參與多項(xiàng)國(guó)標(biāo)的制定。

公司是首批符合鑄造行業(yè)準(zhǔn)入條件的企業(yè)之一；并先后被授予“國(guó)家工信部綠色工廠”、“中國(guó)綠色鑄造示范企業(yè)”、“中國(guó)鑄造行業(yè)綜合百?gòu)?qiáng)企業(yè)”、“中國(guó)海關(guān)高級(jí)認(rèn)證企業(yè)”、“山東省制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)”等榮譽(yù)稱號(hào)。產(chǎn)品榮獲“山東省名牌”、“山東優(yōu)質(zhì)品牌”、“山東知名品牌”、“山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)”和“煙臺(tái)市市長(zhǎng)質(zhì)量獎(jiǎng)”。

公司主要包含鑄造、加工、涂裝三個(gè)重要生產(chǎn)工序，下設(shè) 7 個(gè)大型智能化鑄造車間，年鑄件生產(chǎn)能力30 多萬(wàn)噸，可提供制動(dòng)盤、制動(dòng)轂成品 3000 余萬(wàn)件。

二、項(xiàng)目背景

近年來(lái)，隨著國(guó)家政策對(duì)環(huán)境和資源集約的要求進(jìn)一步增強(qiáng)，山東隆基機(jī)械股份有限公司作為一家傳統(tǒng)鑄造企業(yè)也面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切問(wèn)題。目前公司產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程人為影響、控制成分較多，質(zhì)量穩(wěn)定性需進(jìn)一步提升，設(shè)備數(shù)字化、智能化程度較低；制動(dòng)產(chǎn)品安全部件的特殊性，更需要公司生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人化、鑄造生產(chǎn)過(guò)程智能優(yōu)化控制尤為重要；國(guó)家環(huán)保政策的推進(jìn)，更是倒逼企業(yè)創(chuàng)建綠色工廠、實(shí)施綠色鑄造。

●傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的熔煉采用沖天爐,不符合環(huán)保要求，鐵水缺少實(shí)時(shí)監(jiān)控分析數(shù)據(jù)，成分不可控，影響產(chǎn)品質(zhì)量；

●原料鐵主要由人工操作機(jī)械設(shè)備投加，配料不穩(wěn)定，且效率低。

●傳統(tǒng)澆注工段采用轉(zhuǎn)運(yùn)包，由于轉(zhuǎn)運(yùn)包無(wú)加溫功能，出爐后的鐵水會(huì)隨著時(shí)間的增加而影響了鐵水溫度、成分，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，難以滿足高端客戶質(zhì)量要求；

●鐵水包用叉車轉(zhuǎn)運(yùn)到澆注機(jī)存在安全隱患；澆注機(jī)用傾倒法將鐵水注入型腔，由于澆包內(nèi)鐵水隨著澆注質(zhì)量不斷變化，澆口到型腔高度不斷變化，因而鐵水對(duì)型腔的壓力也不斷變化，從而影響工件內(nèi)在質(zhì)量，澆注設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆注，效率較低。

●傳統(tǒng)的造型、清理、拋丸工序獨(dú)立，以體力勞動(dòng)為主，效率低，過(guò)程數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控。

本項(xiàng)目是以鑄造流水線為主的制造模式，項(xiàng)目建成后，項(xiàng)目產(chǎn)品在尺寸精度、外觀和相關(guān)性能指標(biāo)各方面均達(dá)到了世界先進(jìn)水平；工藝裝備智能化水平達(dá)到目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

三、實(shí)施方案

本項(xiàng)目采用“自動(dòng)化創(chuàng)新技術(shù)+綠色智能鑄造”的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)。車間達(dá)到年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸高端鑄件的能力，產(chǎn)品合格率超過(guò)98%，實(shí)現(xiàn)了綠色智能鑄造目標(biāo)。

本項(xiàng)目是以鑄造流水線為主的制造模式，通過(guò)將鑄造生產(chǎn)流程的配料工藝過(guò)程智能單元、熔煉工藝過(guò)程智能單元、澆鑄工藝智能單元、清理智能單元、砂處理檢測(cè)智能單元等 5 大單元閉環(huán)控制系統(tǒng)，使各智能單元的控制實(shí)現(xiàn)局部智能制造，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量管理、質(zhì)量管理、能源管理、安全管理、排放控制等全過(guò)程智能控制。

工藝流程圖

該項(xiàng)目，綜合應(yīng)用了 AGV、桁架機(jī)器人、自動(dòng)澆注造型系統(tǒng)、自動(dòng)加配料熔煉系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng)、爐料回收系統(tǒng)、分揀機(jī)械手、拋丸系統(tǒng)、打磨系統(tǒng)等智能裝備、傳感器、智能單元管理與控制系統(tǒng)等，通過(guò)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、上傳至云信息系統(tǒng)，在共享工業(yè)云上實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成，打通人、設(shè)備、系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同。

主要有以下設(shè)備：

自動(dòng)加配料熔煉系統(tǒng) 4 套、智能化熔煉系統(tǒng)鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) 1 套、自動(dòng)澆注造型系統(tǒng) 1 套、落砂系統(tǒng) 1 套、抓件機(jī)械手 1 臺(tái)、緩存系統(tǒng)、智能化拋丸機(jī) 1 套、智能打磨機(jī) 2 臺(tái)、立體倉(cāng)庫(kù)等。

（左）自動(dòng)加配料熔煉系統(tǒng)（右）自動(dòng)造型系統(tǒng)

制芯智能系統(tǒng)

該項(xiàng)目鑄造車間按照智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，以訊號(hào)、數(shù)據(jù)采控為主的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)層，5 大智能單元的閉環(huán)控制層，信息集成與生產(chǎn)管控車間層，運(yùn)營(yíng)管理與決策支持的企業(yè)層、提供智能服務(wù)的協(xié)同層的五層架構(gòu)方案運(yùn)行，與 PLM、ERP、MES、LIMS、EHS 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同、環(huán)保運(yùn)行。

1、訊號(hào)、數(shù)據(jù)采控的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)層

基于優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝流程，按照五大智能單元搭建底層的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，上料系統(tǒng)、熔煉設(shè)備、機(jī)器人、造型機(jī)、電子標(biāo)簽、條碼采集裝備、自動(dòng)物料傳送系統(tǒng)等通過(guò)串口和以太網(wǎng)接口兩種方式聯(lián)網(wǎng)，為五大智能單元系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集提供數(shù)據(jù)支撐。項(xiàng)目實(shí)施從設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控軟件、后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

設(shè)備聯(lián)網(wǎng)目的是生產(chǎn)線移動(dòng)采集，采集實(shí)際節(jié)拍、線速或滑橇到位，用于同步或自控。產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集，包括加工參數(shù)、測(cè)量數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)等，用于質(zhì)量管理。設(shè)備維護(hù)監(jiān)測(cè)，故障碼或監(jiān)測(cè)值，用于設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視、設(shè)備周期性和預(yù)防性維護(hù)等。設(shè)備使用監(jiān)測(cè)，用于設(shè)備 OEE(Overall Equipment Effectiveness)改善分析等。人工操作反饋，用于監(jiān)督人工作業(yè)到位。自動(dòng)控制，車型參數(shù)下發(fā)(加工參數(shù)/檔位設(shè)定)、NC 下發(fā)、遠(yuǎn)程控制等。

2、閉環(huán)控制層

該鑄造車間生產(chǎn)過(guò)程是以流水線為主的制造模式，既有專線也有混和線和離散制造，所涉及的流程和設(shè)備復(fù)雜，本項(xiàng)目通過(guò)將鑄造生產(chǎn)流程分為配料工藝過(guò)程智能單元、熔煉工藝過(guò)程智能單元、澆鑄工藝智能單元、清理智能單元、檢測(cè)智能單元等 5 大單元閉環(huán)控制系統(tǒng)，使各智能單元的控制實(shí)現(xiàn)局部智能制造。

各智能單元利用 OPC 接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)通訊與 PLC 或控制器進(jìn)行通訊，向上與ERP、MES、PLM、SCM等系統(tǒng)集成，引入生產(chǎn)計(jì)劃、維保計(jì)劃、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)等信息，并向 MES 系統(tǒng)反饋設(shè)備、生產(chǎn)等信息，向下與底層設(shè)備及功能部件集成，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工藝與參數(shù)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，同時(shí)采集的數(shù)據(jù)，與工藝優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)定值實(shí)時(shí)對(duì)比，優(yōu)化決策后閉環(huán)調(diào)整控制。

3、車間管控層

車間層是以 MES 系統(tǒng)為主，對(duì)本車間所有資源的集成管理。MES 系統(tǒng)主要有制造數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、計(jì)劃排程管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、工具工裝管理系統(tǒng)、采購(gòu)管理系統(tǒng)、成本管理系統(tǒng)、項(xiàng)目看板管理系統(tǒng)、生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)等模塊，向上通過(guò)以太網(wǎng)與 ERP、PLM 等系統(tǒng)集成，向下通過(guò)接口與各智能單元集成，形成一個(gè)可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。

4、企業(yè)運(yùn)營(yíng)決策層

企業(yè)層由企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、采購(gòu)管理、銷售管理、人員管理、財(cái)務(wù)管理等信息化系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化集成管理，主要包括企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)和客戶關(guān)系管理（CRM）系統(tǒng)等，各系統(tǒng)與 MES 和全流程虛擬制造系統(tǒng)集成，將企業(yè)各種信息通過(guò)分類、匯總后形成中間數(shù)據(jù)庫(kù)，然后按照不同管理主體的要求，進(jìn)行對(duì)應(yīng) KPI 信息展示，指導(dǎo)、輔助企業(yè)管理人員做出客觀決策。

5、協(xié)同層

協(xié)同層實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、供應(yīng)鏈協(xié)同等內(nèi)容，協(xié)同還包括半成品運(yùn)輸，訂單分配，調(diào)度，運(yùn)輸資源，運(yùn)輸計(jì)劃，運(yùn)輸跟蹤，品質(zhì)管理，費(fèi)用管理，KPI(Key Performance Indicator)，3PL(3rd PartyLogistics)管理，倉(cāng)儲(chǔ)管理等功能，與供應(yīng)商通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)共享信息實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)、精準(zhǔn)物流和智能服務(wù)等。

五層架構(gòu)方案

四、項(xiàng)目實(shí)施效果

項(xiàng)目通過(guò)對(duì)設(shè)備的升級(jí)改造，應(yīng)用智能制造技術(shù)和裝備以及全面數(shù)字化管理，建設(shè)智能化車間。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能、降耗、減排，以及清潔、安全生產(chǎn)，提高了鑄件產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、成本的集成管控；全面推動(dòng)公司的技術(shù)提升和產(chǎn)品升級(jí)，加速產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)隆基機(jī)械的綠色、可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步夯實(shí)隆基機(jī)械在國(guó)內(nèi)高端商用車 OEM 配套市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。

1、采用自動(dòng)加料和合金配料系統(tǒng)，產(chǎn)品不良率降低了約 30%

該項(xiàng)目熔煉采用先進(jìn)的應(yīng)達(dá)中頻電爐，同時(shí)配備自動(dòng)加料裝置、合金配料系統(tǒng)等智能設(shè)備，對(duì)接廠區(qū)智能化系統(tǒng)控制軟件。原料鐵加料、合金配料實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，鐵水實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，根據(jù)光譜化驗(yàn)的實(shí)際成分，自動(dòng)計(jì)算原料、合金的加入量，并由系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)配料，保證了鐵水合金成分的穩(wěn)定目標(biāo)值，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品不良率降低了約 30%。

2、采用無(wú)芯自動(dòng)氣壓保溫澆注爐，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)澆注，生產(chǎn)效率提升了約 30%

該項(xiàng)目澆注采用無(wú)芯自動(dòng)氣壓保溫澆注爐，本澆注爐配備的多個(gè)電壓分接頭、塞桿控制澆注、光學(xué)澆注系統(tǒng)等裝置，對(duì)于各種工況(慢速控制、標(biāo)準(zhǔn)控制、慢速超高加熱、快速超高加熱)鐵水溫度、末端澆注最大化鐵水節(jié)約以及采用焦距對(duì)準(zhǔn)注入鐵水，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)澆注，可提升生產(chǎn)效率約 30%。

3、采用機(jī)器人自動(dòng)取芯，使取芯和制芯鋼性聯(lián)接，減少用人，提高制芯系統(tǒng)生產(chǎn)效率 15%

該項(xiàng)目采用三工位冷芯盒制芯單元，該設(shè)備剛性強(qiáng)，高效可靠，生產(chǎn)率≥100 型/ h。射砂時(shí)應(yīng)用上部射頭下壓射芯，徹底杜絕了因采用油缸舉升工作臺(tái)，而產(chǎn)生工作臺(tái)搖擺等嚴(yán)重不良后果，先進(jìn)的功能和強(qiáng)大的低壓射砂系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)在不增壓的狀況下完成射砂，并確保砂芯的精度。機(jī)外下頂芯取芯，頂芯平穩(wěn)，取芯方便，采用機(jī)器人自動(dòng)取芯，使取芯和制芯剛性聯(lián)接，減少用人，提高制芯系統(tǒng)的生產(chǎn)效率 15%。

4、實(shí)現(xiàn)低排放、物料回收循環(huán)使用的綠色鑄造生產(chǎn)模式

粉塵、噪聲、能源、物料消耗偏高是鑄造行業(yè)較突出問(wèn)題。該項(xiàng)目落砂、清理、打磨工段采用進(jìn)口振動(dòng)落砂設(shè)備，該設(shè)備采用振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)激振框進(jìn)行振動(dòng)落砂、振幅小效率高噪音小，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，以機(jī)器人為橋梁，通過(guò)程序控制有條不紊地完成各個(gè)工藝流程，實(shí)現(xiàn)落砂、清理、拋丸、檢測(cè)全流程自動(dòng)化。同時(shí)，配備機(jī)械手分揀工件，配備兩條制動(dòng)鼓、制動(dòng)盤外圓全智能打磨設(shè)備，整個(gè)過(guò)程 90%實(shí)現(xiàn)輕體力勞動(dòng)，同時(shí)降低了粉塵等污染物排放量。

爐料、廢料智能回收系統(tǒng)、智能高效除塵系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的使用，使單位產(chǎn)值能耗降低 12%，固體廢棄物利用率達(dá)到 98%，顆粒物排放濃度低于 10mm/Nm3,大大降低了能源消耗的廢棄物排放對(duì)環(huán)境的影響，成為鑄造行業(yè)綠色工廠。

5、打造綠色鑄造新模式，助力工廠智能化發(fā)展

智能化鑄造車間總投資 1.5 億元，形成年產(chǎn)高端制動(dòng)盤鼓 150 萬(wàn)件的生產(chǎn)能力。以“綠色智能化鑄造”為標(biāo)準(zhǔn)，采用目前行業(yè)領(lǐng)先的數(shù)字化、智能化設(shè)備進(jìn)行部署，主要圍繞鑄造五大工部展開(kāi)，對(duì)車間所有的計(jì)劃執(zhí)行、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、上料數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)能數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)過(guò)程預(yù)警、排放數(shù)據(jù)采集等進(jìn)行實(shí)時(shí)地跟蹤與記錄，并通過(guò)遠(yuǎn)程信息展示屏、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、手機(jī) APP 等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)距離現(xiàn)場(chǎng)管理。

項(xiàng)目建成后，在質(zhì)量、效率、排放等指標(biāo)有效提升的前提下，將進(jìn)一步提升公司的行業(yè)地位和影響力，對(duì)助力公司全面智能化發(fā)展具有重大意義。同時(shí)可為行業(yè)鑄造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供借鑒，促進(jìn)行業(yè)向智能制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。

從以上方案實(shí)施中可以看出，山東隆基機(jī)械的智能化鑄造車間通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)層、控制層、車間層、企業(yè)層、協(xié)同層五層架構(gòu)方案，與 PLM、ERP、MES、LIMS、EHS 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同、環(huán)保運(yùn)行。

鑄造執(zhí)行系統(tǒng)（KOCEL  MES）

KOCEL MES針對(duì)鑄造行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、訂單管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、工裝模具管理、質(zhì)量管理、庫(kù)存管理、設(shè)備管理、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表管理等功能模塊。

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KOCEL MES基于B/S結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)快速部署，通過(guò)JS接口可與企業(yè)內(nèi)部ERP、LIMS、智能單元等系統(tǒng)快速集成，為用戶提供高效透明的制造環(huán)境，幫助企業(yè)科學(xué)掌控生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高交貨速度。