浅谈铸造装备数字化生产管理系统

吴殿杰，朱以松

（1.机械工业第九设计研究院有限公司,吉林长春130000；2.无锡锡南铸造机械股份有限公司,江苏无锡214000）

浅谈铸造装备数字化生产管理系统

吴殿杰1，朱以松2

（1.机械工业第九设计研究院有限公司,吉林长春130000；2.无锡锡南铸造机械股份有限公司,江苏无锡214000）

以数字化、信息化和IT技术为基础，将数字集成及虚拟仿真应用于整个铸造装备的研制周期。在产品、装备、生产、管理、服务智能一体化进程中通过信息技术打造供应商、经销商、顾客和业务系统相互联系在一起的智能化工厂。

铸造装备；数字化工程；发展趋势

机械制造业已成为日益竞争激烈的重要领域。国外一些国家一直保持其在制造业的领先地位，从18世纪末的第一次（工业1.0）蒸汽机为动力的纺织机彻底改变了产品的生产方式；从19世纪末的第二次（工业2.0）电力驱动实现了大规模生产；第三次的20世纪70年代的电子信息技术（工业3.0），使制造过程不断实现自动化。目前，以德国工业先驱正在以“数字化智能化网络化”为基础开始实施第四次工业革命，将物联网和服务网应用到制造业以引领所谓的第四次工业革命（工业4.0）.即企业将建立全球网络，把他们的机器、存储系统和生产设施融入到信息物理系统，从根本改变包括制造、工程和材料使用、供应链和生命周期管理的工业过程。，开始组织科技力量吸收机械，电子，自动化控制，计算机应用及现代化管理各方面成果，将其数字化集成综合用于铸造装备制造的全过程。打造各种现代制造模式的框架，结合数字化工程、并行工程、计算机集成制造系统，模拟仿真制造系统，敏捷制造系统的创建，由此出现了适应发展品种生产的智能化制造模式及相关铸造装备工程技术群体。如结合大型铸造生产线，建立项目管理制度规范性与创新之间的数字化管理系统。

目前，我国铸造业跟踪国外先进制造技术并取得了很大的发展。但其基础素质，技术创新能力，装备科技含量及高附加值水平的技术储备与创新，适应市场能力方面，仍有很大差距。致使我们意在建立在传统制造模式基础上的产品开发工程设计模式不可避免地存在与现代数字化、智能化制造模式不相适应的矛盾。

1 智能化工程设计模式

1.1 并行工程

并行工程强调在市场开发中的“协调工作”,即把新市场开发有关职能部门和设计人员,包括销售/开发设计/现场/售后服务组成一个有机体。它要求在装备开发及工程设计的同时，同步地考虑整个周期有关的全过程，力求在开发设计阶段就同步地考虑从概念产生到生产的装备整个生命周期中的所有因素以数字化体系建立的模块。它包括营销/开发设计/分析/制造/装配/检验/维护及装备的可靠性，成本，质量及未来改装再利用等。

1.2 计算机集成设计系统

组织开发设计适应市场激烈竞争的一种手段，包括企业管理信息系统，自动化设计制造系统，计算机辅助质量保证系统，计算机数据库系统和物联网络系统在内的所有数字、技术与管理功能的集成。它以数字集成、信息集成、功能集成和系统集成为特征，要求具有高精度自动化实施手段，先进的计算机软硬件网络平台和复杂的数字信息源组成，以提高企业的敏捷设计制造效率和相应能力。它包括：

1）集成化管理与决策信息系统：协同管理体系如合同管理,计划管理,客户情报信息。

2）总体技术：包括敏捷设计,虚拟仿真设计,并行工程和标准化技术等。

3）设计自动化方法和技术：装备创新设计,工程设计,开发过程中计算机应用技术的概念,理论,方法和自动化技术工具。

4）集成质量系统。

5）计算机数字集成设计系统及计算机物联网和数据系统，其主要目标是掌握先进的网络信息工程,协同工程,数据管理,数据集成,共享技术及企业信息基础结构。

1.3 模拟仿真设计

以计算机图形处理，计算机辅助设计，计算机辅助凝固数据模拟，计算机辅助生产规划等为基础，以计算机仿真技术为前提，对装备设计过程统一建立模型。在铸造装备及工程总体设计，概念设计及上、下游工程设计阶段，实时并行地以三维动画方式模拟出铸造装备应用现场的全过程及其对设计的映射影响。从而更有效，更经济和柔性灵活地组织生产，使工艺、装备、工程设计与铸件生产用户的要求达到精密配合。

1.4 敏捷设计

1）敏捷设计是一种工程设计系统方法模式。

2）敏捷设计提出了“动态联盟”概念，即具有工程设计所需知识和技术的人才，组成一个项目团队，如以项目经理开拓市场和开发设计人员组成的项目组，以其各自具有的特点而形成的整体优势共同应对市场挑战，联合参与市场的开发/竞争/操作。

3）敏捷设计以并行工程和计算机数字化集成制造系统为基础，强调人，技术和装备的数字集成。以高素质人员为动力，实行设计群体敏捷的“动态联盟“。结合企业技术设计及生产制造人员分布和营销人员流动大的特点,配备以各种先进计算机数字及网络信息集成的手段,实现整体远程协同优势,快速反应及时反馈。

2 智能化铸造装备及工程设计模式的探讨

机械工业4.0定义的铸造装备及工程系统复杂，配套性强，自动化程度高，是一个信息技术与工业技术的高度融合，物联网、计算机技术、信息技术、软件与自动化技术的深度交织产生的新的价值模型。需要经受大批量连续生产作业考验。因此，对工程设计制造群体的设计制造水准，设计储备和整体优化性要求极高。现代工程设计必须综合运用技术的，经济的，管理的各方面知识，包罗综合,工艺，土建，采暖，空调，给水，排水，环保，电力，汽源供应，计算机集成及网络信息等各种专业技术，才能做出科学的、智能化、整体最优的装备及相关工程设计。可以说，智能化装备开发设计模式所涉及的专业多且繁杂，是一个多学科，多领域，多群体纵向横向的协同及网络信息集成反馈的作业过程。智能化设计制造模式中涉及的许多概念，都离不开并行工程，精益生产，敏捷制造，虚拟制造，计算机集成技术，绿色工程，清洁生产等，并都给我们以新的启迪。智能化工程设计也以其所具有的随意性和综合经济性，设计可靠，快速地满足用户的日益严苛的要求。与现代制造模式一样，在设计市场竞争日益激烈和互代中，不断从“经验”走向“数字”，从“技艺”走向“科学”。

从总体上讲,国内铸造装备许多企业，已经拥有一批具有一定设计水准和成熟经验的铸造装备工程设计制造队伍，但要不断地研究和探讨现代化的智能化设计模式以快速适应现代制造技术的严格要求,已经成为不可回避的事实。客观地说,目前的铸造装备产品及工程设计系统虽然大面积采用C AD系统,部分具备计算机集成,三维动画仿真模拟系统等现代设计模式的基础条件，但基本软硬件平台环境不理想或掌握应用程度不平衡。上述情况的存在不仅不能适应现代制造模式的需求,恐怕不仅影响整个铸造装备开发设计群体的设计水准，还严重影响物联网产业化进程。现结合我国制造业现状和发展趋势以及设计市场发展特点,提出下列粗浅看法，仅供同行参考。

1）铸造装备开发及技术中心的决策机构和工程技术人员要有开发智能化数字化现代设计模式的紧迫感，抓住国内现代制造模式跟随世界工业4.0大举进入国内的机遇，客观地对待本行业所面临的差距，认真吸取国内外工程设计模式的经验和教训。高起点，大跨度，跳越式发展当代物联网信息技术，综合自动化技术，计算机应用技术，现代管理技术等。以改造传统的不适应现代制造模式的理念，思路和手段，敢于创新，敢于突破，建立开发设计群体整体优势，占领自硬砂装备及工程智能化制造模式的制高点，赢得市场主动权。

2）结合一些装备大型化，复杂化，系统配套强及自动化，稳定可靠运行的特殊性的大型项目之特点，本公司已经把大型自硬砂装备开发设计模式的研究作为一个整体技术优势来对待。以市场和效益为驱动，集中力量，重点解决传统设计模式中弱点，对一些关键工程设计软硬件要积极引进和开发，形成并强化工程设计的数字化模拟仿真系统，进一步缩短与现代制造模式的差距。

3）建立敏捷设计群体模式。以计算机集成设计系统为基础，以动态组合，并行系统，虚拟设计，以及工程从设计到成品的全方位的仿真集成。

（1）效益驱动：即敏捷装备开发设计模式必须以赢得市场和社会综合效益为前提，以低成本，高质量，短周期，高可靠性为目标。

（2）总体设计：将某一现代设计模式当作一个有机整体来设计，即从信息集成，功能集成，系统集成，软硬件平台集成，直到人员，技术和组织集成等出发,构成敏捷的装备设计系统模式的基本框架和结构体系。

（3）模拟仿真：为提高设计装备的质量可靠性，运行稳定性，配套系统性和设计装备多样性等问题,以并行工程为支撑，以虚拟仿真系统为突破口，建立虚拟设计开发网络结构体系，进行装备工程设计、制造、评估、修改、完善、装配、运行模拟仿真。建立现实制造系统和虚拟设计系统之间的映射，在计算机上仿真各种虚拟工程，虚拟单元，虚拟生产线，虚拟车间和工厂模块化的静态运行。

为此，在取得各接口信息集成的基础上，逐次取得其他关键技术的突破，实现人,技术、信息及组织的集成和协调，以适应“2025”机械工业4.0智能化、网络化、信息化的设计制造市场的需要。

3 如何适应现代装备工程设计模式之建议

如何适应现代机械制造及铸造业的发展，使国内铸造装备企业成为国内外“铸造装备及工程首选供应商”，将是摆在每一个铸造装备企业面前的一个艰巨的任务。关键要做到：

1）以抓队伍和市场开发为中心,以提高设计质量和可靠性为突破.在市场竞争日益激烈情况下,处危求变，扎实工作.通过对国内外铸造自硬砂行业以及其他相关设计市场的深入研究,争市场求效益,为今后尽快走出困境做好准备。

2）结合自身装备开发设计特点，以设计市场为突破点，搞清铸造业动态，做好快速相应的装备开发智能化设计模式。培育较高的应变能力和较强的竞争能力。如无锡锡南铸造机械股份有限公司通过一些大型项目如俄罗斯、青岛海纳等大型高精项目的工程，研究自硬砂铸造及相关行业的发展现状和趋势，分析自己的优势和因素，争取自硬砂装备工程市场的延伸，积极研制智能化管理系统工程软件研发等相关系统工程已经取得初步进展。

3）强化设计管理，加速设计组织的改革，改组，改造步伐。目标是通过深化改革跟进中国铸造2025规划的步伐，将智能化铸造装备系统建成真正的市场，设计，研发三位一体的优势整体。将专有技术集成为成熟一个，申报保护一个，研发一批，储备一批。

4）建立项目经理负责制，加速人员动态优势组合，实现技贸型团队或单位和人员集研发、设计、销售、调试、服务、国际培训一体的复合人才。

总之，机械工业4.0已经成为国内铸造行业一个以物联网、移动互联网、大数据、云计算等新兴技术为主要特征的强进的跟进趋势。业内同仁要以现代智能化工厂所高度依赖的要素进行数据采集并建立数据库，加强物联网、智能化、数字化等对传感器、计算机软件、执行单元及智能机械人等关键硬件的研制。力争纳入当前工业生产领域主要的生产元素与资源，建立起一个高度灵活的个性化和数字化的铸造装备产品与服务的生产模式，努力成为中国铸造制造业构建数字化智能工厂的应用示范。

Introduction to Casting Equipment Digital Production M anagement System

WU Dian-jie1,ZHU Yi-song2
（1.MINinth Design and Research Institute CO.，LTD.，Changchun Jilin 130011，China 2.Wuxi Xinan Foundry Machinery CO.，LTD.，Wuxi Jiangsu，214000，China）

To apply the digital integration and virtual simulation in the whole casting equipment development cycle with digitalization，informatization and IT technology.To build the intelligent factory of suppliers，distributors，customers and business system linked with each other in the product，equipment，production，management and service in intelligent integration process through information technology.

casting equipment，digital engineering，development trend

C931

A

1674-6694（2015）06-0004-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.002

2015-08-24

吴殿杰（1949-），男，高级工程师，主要从事铸造工程研究。