如何适应数字化铸造厂对铸造装备的需求

刘小龙

（中国汽车工业工程有限公司，天津南开300113）

·铸造设备·

如何适应数字化铸造厂对铸造装备的需求

刘小龙

（中国汽车工业工程有限公司，天津南开300113）

本文通过对我国铸造行业基本情况的分析，指出了铸造企业发展的方向，论述了数字化铸造厂对铸造装备的要求以及中国制造2025与铸造装备的关系，最后展望我国铸造装备发展的趋势。

铸造装备；数字化；铸造厂；智能；绿色；管理；中国制造2025；系统；检验设备；节能环保；创新设备

1 目前我国铸造行业基本情况

我国铸造从2002年开始到2012年期间，得到了快速增长，产量从1 626万t增加到4 250万t，平均增速超过10%；2012年到2014年，增速明显变缓，分别变为2.4%、4.7%、3.8%，即便如此，2014年我国铸件产量仍为4 620万t，遥遥领先其他国家。

以2013年铸件产量为例，世界铸件总产量为10 323万t，我国是4 450万t，排在第二位的美国是1 225万t，领先的惊人！而这个产量，还是许多厂家没有将产能发挥到极致，多数都在80%以下。

我国铸造企业目前虽然有3万多家，但装备水平较高、规模较大的企业估计不到20%，据统计，装备水平排在前5%的企业，其产量总和约为我国铸件产量的50%，由此可见，我国多数铸造企业规模较小、装备水平比较落后。

由此可以看出，我国是铸造大国，不是铸造强国，进入新常态后，我国铸件产量将进入低速或负增长的时代，铸造企业的数量会不断减少，但装备水平会不断提高。正如工信部提出的“十三五”制造业的主要任务是化解过剩产能。

2 我国铸造企业发展方向

我国是铸件生产大国，不乏有国际顶尖的铸造企业，这些企业代表了我国铸造方面的先进水平，但更多的企业是落后的铸造装备。中国制造2025要求铸件质量更高；铸件品种极端化——大型化、微小化、轻量化；铸件生产工艺多样化；铸造装备更先进——机械化、自动化、智能化、系统化及绿色化。这就决定了我国铸造企业的发展方向是：选用最合适的铸造工艺，采用先进智能的铸造装备，依靠现代化的管理手段，借助全面系统的检验设备，满足各种铸件生产的需求。

2.1 选用最合适的铸造工艺

每种铸件有其最合适的铸造工艺，在迈向质量时代、建设质量强国的今天，制造业对铸件质量要求越来越高。为此，铸造企业拿到订单后要分析适合铸件的最佳工艺，用工艺保质量。由于这种需求，决定了不少专业铸造企业有多种铸造工艺形式，这些工艺有：潮模砂工艺、消失模工艺、V法工艺、树脂砂工艺、金属型工艺、壳型工艺、失蜡工艺、压铸工艺、石墨型工艺等等。

2.2 采用先进智能的铸造装备

铸造企业的发展必然走向数字化工厂，而数字化的铸造厂离不开先进智能的铸造装备。为了满足用户对铸件质量和供货周期的要求，加上人工成本和环保的压力，很多企业生产是订单式生产，采用过去手工作坊式的生产方式，已经不能满足铸件各方面的需求，为了企业声誉和产品质量，必然是选用自动化、智能化的铸造装备，用装备的可靠性、先进性来保证工艺参数和工艺流程的实现。

2.3 依靠现代化的管理手段

计算机技术和新的制造技术与铸造相结合，全面提升了铸造技术水平，数字化设计软件的应用，不仅能对产品开发过程进行建模与仿真，而且还可根据产品的变化对生产系统的重组和运行进行仿真，使生产系统在投入运行前就了解系统的使用性能，分析其可靠性、经济性、质量、工期等，从而在建设过程中不断优化，得到最合理的工艺布局和设备选型，减少资源消耗[1]。有了这些技术和装备，铸造企业就具备了现代化管理的条件，就可以用现代化的管理手段对项目建设、产品开发、设备管理、生产管理、销售管理等等。

2.4 借助全面系统的检验设备

中国制造2025要求铸件质量必须提高，逐步实现每个铸件都有可追溯性。为此，很多铸造企业设立了完备的检验设备，如：光谱分析仪；C、S分析仪、激光刻字机、图像识别系统、超声波检测仪、磁粉探伤机、音频检测仪等等。现代制造技术提供了铸件生产全过程可视化的可能，企业利用这些检测设备，保证了提供合格铸件的可能。

3 数字化铸造厂对铸造装备的要求

首先，数字化铸造厂要求铸造装备的自动化水平要高。数字化铸造厂是利用“数字化工厂”软件，由一个虚拟的铸造厂通过仿真而来的。从“数字化工厂”的定义可以看出，数字化铸造厂离不开自动化的铸造装备，没有自动化的铸造装备，数字化铸造厂虚拟的动作和节拍就无法保障，数字化铸造厂就失去了意义。当然，数字化铸造厂不一定需要全都是自动化的铸造装备，但企业铸造装备的自动化水平和比例，决定了数字化铸造厂的实施价值和利用程度。

其次，数字化铸造厂的装备还需要智能化。数字化铸造厂要求铸造装备准确无误的完成每一个动作，而装备的工况每时每刻都在变化，因此，要求装备本身具有根据不同情况完成动作的功能。比如：炉料配制系统具有自动称量、自动补偿、动态取样、自动累计、超差报警、自动补偿等功能，从而使成分稳定、配料合理。电炉除尘风量控制，在每个炉体的风管中加装电动蝶阀，蝶阀的开启状态与电炉实际运行联锁，从而自动调节风量大小，实现对应炉体在各个工作状态（加料、熔化、出铁）配置不同的抽风量，进而达到减少热能损失和节能降耗的目的。再如混砂水分控制，可根据旧砂水分、旧砂温度和预设置的型砂参数，来决定和供给所需加水量。还有造型线液压、气动系统，都有气压、液压系统意外失压、断电保护装置。

第三，数字化铸造厂还需要信息化。数字化铸造厂要求将铸造装备的每一个动作进行采集，并准确无误的传输到系统中，为此将有大量数据交换，因此，数字化铸造厂还需要信息化。一般企业都具有有线通信系统、计算机网络（In t rane t）系统、远程抄表系统、安全防范系统、有线电视系统、一卡通综合管理系统等。数字化铸造厂使用的铸造装备要具有远程诊断、管理功能，并可利用以太网将所有的过程参数，在交换机上生成EX C EL表，与企业的ME S管理软件系统对接。

4 铸造装备与中国制造2025

中国制造2025是铸造装备提升的保障：到2020年，我国基本实现工业化，制造业大国地位进一步巩固，制造业信息化水平大幅提升。制造业数字化、网络化、智能化取得明显进展。到2025年，制造业整体素质大幅提升，创新能力显著增强，全员劳动生产率明显提高，两化（工业化和信息化）融合迈上新台阶。到2035年，我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平。创新能力大幅提升，重点领域发展取得重大突破，整体竞争力明显增强，优势行业形成全球创新引领能力，全面实现工业化。新中国成立100年时，制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列[2]。装备制造业的发展目标和步骤已经确定，铸造装备是中国制造2025的一部分，铸造装备的水平取决于中国制造2025的水平，中国制造2025是铸造装备水平提高的保障，铸造装备要借助信息化设计、过程集成设计、复杂过程和系统设计等技术，开发具有自主知识产权的新装备，将来铸造装备业要有自己的创新中心，过去我们经常说我国的铸造装备技术不比国外的差，差的是基础工业——核心基础零部件（元器件）、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础等。中国制造2025后，我国基础产品的质量、可靠性和寿命得到提升，铸造装备质量将会大幅提高，加上数字化、网络化、智能化的利用，各铸造装备生产企业在创新驱动下，新的铸造装备将不断出现，逐渐引领世界。

中国制造2025为铸造装备提出了新的要求：中国制造2025提出全面推行绿色制造，加大先进节能环保技术、工艺和装备的研发力度，加快制造业绿色改造升级。大力研发推广余热余压回收、水循环利用、废渣资源化、脱硫脱硝除尘等绿色工艺技术装备，加快应用清洁高效铸造、锻压、焊接、表面处理、切削等加工工艺，实现绿色生产。到2020年工业固体废物综合利用率要到79%。铸造是能耗大户且产尘较多，要实现这些目标，必须成立专门的机构进行专项研发，利用新的技术，研发出节能、环保的绿色铸造装备。

5 铸造装备发展趋势

5.1 智能化程度更高

中国制造2025提出：我国将组织研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线，突破新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机及驱动器和减速器等智能核心装置，推进工程化和产业化。这些智能装备和智能产品的出现，必将在铸造装备上的应用逐渐增加，加上劳动力成本越来越高，我国将会逐步实现铸件生产过程智能化。今后铸造装备厂家都将会在产品上安装监测装置和研发远程在线监测及故障诊断系统，监测中心能够对设备进行全过程、全天候的状态监测，结合互联网、物联网，逐步发展到为用户提供从售前到售后的全生命周期健康管理，实现“全托式维修保运服务”。

在自动化方面，目前已出现：铁液自动转运系统；砂芯配送系统；机器人自动组芯系统；机器人自动清理系统；铸件分拣系统；铸件自动检测系统等等。

5.2 单台设备专业化、多台设备系统化

对于不同的铸件，有其最合适的铸造工艺，适合某种铸件的最佳工艺和装备逐渐被利用，比如为了适应车轮的冷却速度和硬度，选用石墨型工艺；为了提高磨球的生产率，同时还要利用铁模的急冷作用，开发了磨球生产线；为了提高球化效果和降低球化剂的加入，开发了喂丝球化装置；为了使轮毂和制动毂的冷却更加均匀，同时节省用砂量，将砂箱做成圆形的；为了回炉的铸件块度合适，开发了铸件破碎机；为了适应快速浇注球铁需要，开发了不带保温装置的底注式浇注机；为了清理小件飞边，开发了液压清理机等等。这些专用设备的开发，保证了系统供货的可能性。

铸造生产是一个系统工程，工序之间的连接好坏直接影响设备效率和铸件质量，系统是否完善将影响到工作人员的劳动安全和环境污染，而这些方面，正是我国铸造装备的薄弱环节，为此，应加强有针对性的系统铸造装备开发。比如：针对一个产品的整个制芯单元系统供货；为某种铸件量身定做的清理单元等；为了实现信息化，装备设计时要考虑数据采集、数据传输、数据分析等要求。

5.3 系统功能更齐全

随着人们生活水平和安全意识的提高，效率、环境、能耗、排放、人员等因素对铸造装备影响越来越大，新的铸造装备，在满足主要功能的前提下，还要注重投资、安全、可实施性、可靠性、环保、节能等方面的要求，因此，其辅助功能将更多。比如：为了满足数字化的需要，铸造装备要有数据采集和传输功能；为了人员安全，必须有完整的安全保护装置；为了环保，设备需要增加除尘装置；为了节能，需要增加余热利用装置；为了工人健康，需要设置送新（冷）风系统；为了人机对话，设备需增加触摸屏等等。

5.4 质量更高

我国将坚持把质量作为建设制造强国的生命线，强化企业质量主体责任，加强质量技术攻关、自主品牌培育。新常态下铸造企业对铸造装备质量的要求越来越高，需要铸造装备在可靠性上能够做到随时开机，随时运行，完成任务后及时停机；在生产效率上，基本达到标称生产率的100%；在设备精度上，逐步向加工中心靠拢；在设备结构上，要刚性好且便于维修；在元器件选择上，要有一定的安全系数。

我国已迈向质量时代，正在建设质量强国。近年来铸造装备质量得到了长足的发展，也改变了过去的工艺布局，过去冲天炉是成对出现的，为的是能够满足二班生产，自从长炉龄冲天炉出现后，再也没有同时上两台的；混砂机过去都是一用一备，现在进口混砂机都是单台布线。

5.5 更偏重节能环保

我国将坚持把可持续发展作为建设制造强国的重要着力点，加强节能环保技术、工艺、装备推广应用，全面推行清洁生产。要发展循环经济，提高资源回收利用效率，构建绿色制造体系，走生态文明的发展道路。铸造行业更应该发展循环经济、节能环保。现在家电行业的空调、冰箱等已经必须在产品上显示能耗等级，不久的将来，铸造装备的能耗指标必然成为衡量装备水平的一个重要指标，将逐步在铸造装备上实现能耗等级标识。为此，大量的能耗计量和检测设施将应用到铸造装备中。

5.6 创新设备不断出现

我国将跨领域跨行业协同创新，突破一批重点领域关键共性技术，促进制造业数字化、网络化、智能化，走创新驱动的发展道路。铸造装备行业将抓住这一有利时机，开发创新型的铸造装备，比如新的造型技术；新的制芯装备；各种余热利用设备；新型环保设备；物料输送设备；各种利用机器人的铸造设备等等。

6 结语

数字化铸造厂对铸造装备提出了更高的要求，铸造装备必须具备自动化、智能化、信息化功能，中国制造2025，为铸造装备各方面提升提供了有力保证，同时也提出了更高的要求。相信在不远的将来，我国很多适合于数字化铸造厂的铸造装备将不断出现，在铸造装备方面引领世界，数字化铸造厂的比例也不断增加，逐渐成为铸造强国。

［1］刘小龙.自动化铸造装备和数字化铸造厂［J］.铸造设备与工艺，2013（6）：1-3.

［2］刘小龙.我国铸造装备发展展望［J］.铸造设备与工艺，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

刘小龙（1964-），男，教授级高工，主要从事铸造工程与非标设备设计。