「智能制造應用案例」案例四：柳工智能鑄造現(xiàn)代化綠（智能制造的靈魂-工業(yè)軟件心得）
在鑄造行業(yè)“十四五”發(fā)展的開局之年，中國鑄造協(xié)會在第五屆中國鑄造節(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。
智能制造 ：加快行業(yè)信息化建設步伐，形成適用典型鑄造工藝和不同產品的智能制造成熟模式，制訂智能鑄造及成熟度評價系列標準，通過典型數字化車間/智能工廠示范建設，引領行業(yè)智能制造快速發(fā)展。到2025年，培育200個以上數字化車間/智能工廠。
在鑄造行業(yè)，柳工柳州鑄造有限公司的智能鑄造現(xiàn)代化綠色工廠作為智能制造示范項目，引領著行業(yè)智能制造快速發(fā)展。今天將對此項目做詳細介紹。
智能鑄造現(xiàn)代化綠色工廠
一、企業(yè)簡介
柳工柳州鑄造有限公司始建于1959年，是中國鑄造協(xié)會理事單位，多次榮獲國際鑄造博覽會優(yōu)質鑄件金獎及中國鑄造行業(yè)分行業(yè)排頭兵獎項。公司擁有一條德國HWS潮模砂靜壓生產線，一條樹脂砂生產線，一條鋁合金低壓生產線及一條消失模生產線，3套６噸中頻爐，可生產鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、合金鑄鐵、鑄鋼、合金鋼及鑄鋁等全系材質；主導產品為液壓缸泵閥、耐磨件、變速箱、驅動橋及汽車底盤鑄件等核心零部件及其加工業(yè)務；客戶覆蓋工程機械、農業(yè)機械、鐵路、汽車等行業(yè)，并與采埃孚、力士樂、康明斯、雷勃、HSW等世界知名企業(yè)建立了良好的合作關系，已成為跨行業(yè)、跨地區(qū)、多元化發(fā)展的鑄造企業(yè)。
二、項目背景
隨著國家節(jié)能、降耗、減排政策的不斷出臺，新一代信息技術與制造業(yè)的深度融合正在引發(fā)影響深遠的產業(yè)變革，形成新的生產方式、產業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經濟增長點。各個國家都在加大科技創(chuàng)新力度，推動三維（3D）打印、移動互聯(lián)網、云計算、大數據、生物工程、新能源、新材料等領域取得新的突破，基于信息系統(tǒng)的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革，是鑄造企業(yè)轉型升級、創(chuàng)新發(fā)展的重大機遇。柳工柳州鑄造有限公司積極響應國家經濟高質量發(fā)展要求，建設綠色化智能化的現(xiàn)代化工廠。
三、實施方案
柳工柳州鑄造有限公司生產線引進了大量智能化設備，包括混砂機、制芯機、自動澆注機、造型機等設備。生產線內配備相應的輥道線及托盤，進行節(jié)拍化流程作業(yè)，實現(xiàn)生產過程中自動化高度應用。在智能系統(tǒng)方面，目前已擁有SAP、Windchill、泛能效系統(tǒng)、RDM等多套信息化系統(tǒng)，信息化程度在鑄造行業(yè)整體較好。本項目將進一步提升工廠智能化水平，提高作業(yè)效率，通過生產制造過程中生產、質量、工藝、物料、能源及設備相關的關鍵數據采集、監(jiān)控和分析，實現(xiàn)鑄件全生產過程可追溯、各工序業(yè)務的高效協(xié)同、質量過程可分析、生產過程透明化、報表統(tǒng)計更省時等目標。
下圖為該項目鑄件自動化生產流程圖。其中具有3D打印制芯、靜壓線自動造型、自動化精準合箱、數控熔煉爐熔煉、自動澆注機澆鑄和后期機器人打磨鑄件等環(huán)節(jié)，該過程的實現(xiàn)結合了智能化信息系統(tǒng)建設、智能化網絡布局規(guī)劃、智能化數字工藝設計、綠色智能車間建設等具體方案。
01.智能化信息系統(tǒng)架構方案
智能化信息系統(tǒng)是智能化工廠建設的基礎，信息化管理可改善企業(yè)的管理手段，幫助企業(yè)優(yōu)化現(xiàn)行的管理流程和管理模式。智能化信息系統(tǒng)滿足企業(yè)對制造平臺功能的需求，同時將信息系統(tǒng)與整個企業(yè)信息化體系融合，成為標準化、開放式、可擴展的工廠信息平臺。
在智能化信息平臺架構上，主要通過四層架構支撐系統(tǒng)運轉，分別為生產資源層、物聯(lián)層、中間執(zhí)行層和運營層（見下圖）。
生產資源層：包括生產線設備如造型機、澆鑄機、電爐、自動加料系統(tǒng)等，該層主要為制造層提供各種底層設備相關數據，方便后續(xù)的統(tǒng)一整合和分析。
物聯(lián)層：包括車間應用的輔助管理手段，如物料條碼、設備二維碼、掃碼槍、工控機及平板電腦等，該層主要為連接資源層和制造執(zhí)行層提供媒介。
中間執(zhí)行層：包括面向車間管控人員部署的各種客戶端，該層主要進行各種信息的數據采集、統(tǒng)一管理。
運營層：信息數據處理和信息發(fā)布服務器負責整個系統(tǒng)數據采集、存儲、接口轉換、分析處理、發(fā)布及指揮。
02.智能工廠的網絡布局方案
網絡架構和信息系統(tǒng)作為智能化發(fā)展的基礎條件，該項目的網絡主要由三層組成，分別是生產線自動化控制網絡、車間信息化系統(tǒng)以及工業(yè)以太網、廠級辦公網絡，見圖下圖。
生產線自動化控制網絡層：信息化系統(tǒng)通過OPC通訊協(xié)議連接工藝設備PLC。
車間信息化系統(tǒng)工業(yè)以太網層：在車間建設工業(yè)以太網，數據采集系統(tǒng)的服務器通過工業(yè)以太網與生產線的管理客戶端、LED大屏、車間工控機、平板電腦、PDA等連接。
辦公網絡層：智能系統(tǒng)的服務器通過廠級辦公網與ERP、PLM、泛能效管理系統(tǒng)等外圍系統(tǒng)進行通訊。
系統(tǒng)以千兆以太網方式組LAN、服從TCP/IP通信協(xié)議，基于Client/Server結構建立統(tǒng)一數據庫，以多工作站式分功能、分級別實現(xiàn)網上資源共享、網絡協(xié)調運作功能，并實現(xiàn)與集團公司聯(lián)網工作。
03.智能化工藝設計
智能化工藝設計平臺具有鑄件和模具等工藝的設計（CAD）和鑄件凝固仿真（CAE）能力，平臺通過計算機軟件，如CREO、Anycasting等，實現(xiàn)鑄件的結構設計、鑄件的工藝設計、鑄件凝固模擬分析以及后期的鑄件3D尺寸對比分析，大幅提升了工藝設計合格率。
04.綠色車間的智能化
項目中HWS潮模砂生產線主要生產液壓泵閥鑄鐵件，生產節(jié)拍可達到105箱／小時，整個潮模砂造型生產線上僅需要6個工作崗位，且無重體力勞動崗位。
生產線上的生產數據可直接同步到互聯(lián)網管理系統(tǒng)，通過電腦數據端智能化完成生產質量的管控。生產線配備全自動澆注機，工作節(jié)拍達到每箱20s左右，澆注全程由計算機程序精確控制澆注量，保證平穩(wěn)澆注。澆注機配備專用澆注煙塵除塵器，可吸收90% 以上的澆注煙塵。潮模砂砂處理系統(tǒng)運行一次混2噸砂僅需6分鐘，在計算機數據化控制下，整個系統(tǒng)運行僅需1人遠程監(jiān)控。整個工廠環(huán)境整潔，粉塵含量降低至0.3㎎/m3以下，噪聲程度降低至 82 分貝以下。
四、項目實施效果
項目實施后，可以從設備、工藝角度對生產進行數字化管控，3D打印砂芯、靜壓生產線自動造型、全自動澆注機、半自動淋涂涂料站、機器人打磨鑄件等智能生產技術的應用，取代了傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的手工制芯、造型、澆注、打磨等生產方式，極大地改善了車間生產環(huán)境；同時降低了生產成本，生產效率提高了50%以上，工廠安全也得到了全面提升。
柳工柳州鑄造有限公司的智能鑄造現(xiàn)代化綠色工廠項目的成功實施，在帶動行業(yè)智能制造發(fā)展方面具有重大意義，為鑄造行業(yè)企業(yè)轉型升級賦能，推動行業(yè)健康發(fā)展。
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