劉小龍
(中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司,天津南開(kāi)300113)
·鑄造設(shè)備·
如何適應(yīng)數(shù)字化鑄造廠對(duì)鑄造裝備的需求
劉小龍
(中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司,天津南開(kāi)300113)
本文通過(guò)對(duì)我國(guó)鑄造行業(yè)基本情況的分析,指出了鑄造企業(yè)發(fā)展的方向,論述了數(shù)字化鑄造廠對(duì)鑄造裝備的要求以及中國(guó)制造2025與鑄造裝備的關(guān)系,最后展望我國(guó)鑄造裝備發(fā)展的趨勢(shì)。
鑄造裝備;數(shù)字化;鑄造廠;智能;綠色;管理;中國(guó)制造2025;系統(tǒng);檢驗(yàn)設(shè)備;節(jié)能環(huán)保;創(chuàng)新設(shè)備
我國(guó)鑄造從2002年開(kāi)始到2012年期間,得到了快速增長(zhǎng),產(chǎn)量從1 626萬(wàn)t增加到4 250萬(wàn)t,平均增速超過(guò)10%;2012年到2014年,增速明顯變緩,分別變?yōu)?.4%、4.7%、3.8%,即便如此,2014年我國(guó)鑄件產(chǎn)量仍為4 620萬(wàn)t,遙遙領(lǐng)先其他國(guó)家。
以2013年鑄件產(chǎn)量為例,世界鑄件總產(chǎn)量為10 323萬(wàn)t,我國(guó)是4 450萬(wàn)t,排在第二位的美國(guó)是1 225萬(wàn)t,領(lǐng)先的驚人!而這個(gè)產(chǎn)量,還是許多廠家沒(méi)有將產(chǎn)能發(fā)揮到極致,多數(shù)都在80%以下。
我國(guó)鑄造企業(yè)目前雖然有3萬(wàn)多家,但裝備水平較高、規(guī)模較大的企業(yè)估計(jì)不到20%,據(jù)統(tǒng)計(jì),裝備水平排在前5%的企業(yè),其產(chǎn)量總和約為我國(guó)鑄件產(chǎn)量的50%,由此可見(jiàn),我國(guó)多數(shù)鑄造企業(yè)規(guī)模較小、裝備水平比較落后。
由此可以看出,我國(guó)是鑄造大國(guó),不是鑄造強(qiáng)國(guó),進(jìn)入新常態(tài)后,我國(guó)鑄件產(chǎn)量將進(jìn)入低速或負(fù)增長(zhǎng)的時(shí)代,鑄造企業(yè)的數(shù)量會(huì)不斷減少,但裝備水平會(huì)不斷提高。正如工信部提出的“十三五”制造業(yè)的主要任務(wù)是化解過(guò)剩產(chǎn)能。
我國(guó)是鑄件生產(chǎn)大國(guó),不乏有國(guó)際頂尖的鑄造企業(yè),這些企業(yè)代表了我國(guó)鑄造方面的先進(jìn)水平,但更多的企業(yè)是落后的鑄造裝備。中國(guó)制造2025要求鑄件質(zhì)量更高;鑄件品種極端化——大型化、微小化、輕量化;鑄件生產(chǎn)工藝多樣化;鑄造裝備更先進(jìn)——機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、系統(tǒng)化及綠色化。這就決定了我國(guó)鑄造企業(yè)的發(fā)展方向是:選用最合適的鑄造工藝,采用先進(jìn)智能的鑄造裝備,依靠現(xiàn)代化的管理手段,借助全面系統(tǒng)的檢驗(yàn)設(shè)備,滿足各種鑄件生產(chǎn)的需求。
2.1 選用最合適的鑄造工藝
每種鑄件有其最合適的鑄造工藝,在邁向質(zhì)量時(shí)代、建設(shè)質(zhì)量強(qiáng)國(guó)的今天,制造業(yè)對(duì)鑄件質(zhì)量要求越來(lái)越高。為此,鑄造企業(yè)拿到訂單后要分析適合鑄件的最佳工藝,用工藝保質(zhì)量。由于這種需求,決定了不少專(zhuān)業(yè)鑄造企業(yè)有多種鑄造工藝形式,這些工藝有:潮模砂工藝、消失模工藝、V法工藝、樹(shù)脂砂工藝、金屬型工藝、殼型工藝、失蠟工藝、壓鑄工藝、石墨型工藝等等。
2.2 采用先進(jìn)智能的鑄造裝備
鑄造企業(yè)的發(fā)展必然走向數(shù)字化工廠,而數(shù)字化的鑄造廠離不開(kāi)先進(jìn)智能的鑄造裝備。為了滿足用戶對(duì)鑄件質(zhì)量和供貨周期的要求,加上人工成本和環(huán)保的壓力,很多企業(yè)生產(chǎn)是訂單式生產(chǎn),采用過(guò)去手工作坊式的生產(chǎn)方式,已經(jīng)不能滿足鑄件各方面的需求,為了企業(yè)聲譽(yù)和產(chǎn)品質(zhì)量,必然是選用自動(dòng)化、智能化的鑄造裝備,用裝備的可靠性、先進(jìn)性來(lái)保證工藝參數(shù)和工藝流程的實(shí)現(xiàn)。
2.3 依靠現(xiàn)代化的管理手段
計(jì)算機(jī)技術(shù)和新的制造技術(shù)與鑄造相結(jié)合,全面提升了鑄造技術(shù)水平,數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用,不僅能對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行建模與仿真,而且還可根據(jù)產(chǎn)品的變化對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的重組和運(yùn)行進(jìn)行仿真,使生產(chǎn)系統(tǒng)在投入運(yùn)行前就了解系統(tǒng)的使用性能,分析其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、工期等,從而在建設(shè)過(guò)程中不斷優(yōu)化,得到最合理的工藝布局和設(shè)備選型,減少資源消耗[1]。有了這些技術(shù)和裝備,鑄造企業(yè)就具備了現(xiàn)代化管理的條件,就可以用現(xiàn)代化的管理手段對(duì)項(xiàng)目建設(shè)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、銷(xiāo)售管理等等。
2.4 借助全面系統(tǒng)的檢驗(yàn)設(shè)備
中國(guó)制造2025要求鑄件質(zhì)量必須提高,逐步實(shí)現(xiàn)每個(gè)鑄件都有可追溯性。為此,很多鑄造企業(yè)設(shè)立了完備的檢驗(yàn)設(shè)備,如:光譜分析儀;C、S分析儀、激光刻字機(jī)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、超聲波檢測(cè)儀、磁粉探傷機(jī)、音頻檢測(cè)儀等等?,F(xiàn)代制造技術(shù)提供了鑄件生產(chǎn)全過(guò)程可視化的可能,企業(yè)利用這些檢測(cè)設(shè)備,保證了提供合格鑄件的可能。
首先,數(shù)字化鑄造廠要求鑄造裝備的自動(dòng)化水平要高。數(shù)字化鑄造廠是利用“數(shù)字化工廠”軟件,由一個(gè)虛擬的鑄造廠通過(guò)仿真而來(lái)的。從“數(shù)字化工廠”的定義可以看出,數(shù)字化鑄造廠離不開(kāi)自動(dòng)化的鑄造裝備,沒(méi)有自動(dòng)化的鑄造裝備,數(shù)字化鑄造廠虛擬的動(dòng)作和節(jié)拍就無(wú)法保障,數(shù)字化鑄造廠就失去了意義。當(dāng)然,數(shù)字化鑄造廠不一定需要全都是自動(dòng)化的鑄造裝備,但企業(yè)鑄造裝備的自動(dòng)化水平和比例,決定了數(shù)字化鑄造廠的實(shí)施價(jià)值和利用程度。
其次,數(shù)字化鑄造廠的裝備還需要智能化。數(shù)字化鑄造廠要求鑄造裝備準(zhǔn)確無(wú)誤的完成每一個(gè)動(dòng)作,而裝備的工況每時(shí)每刻都在變化,因此,要求裝備本身具有根據(jù)不同情況完成動(dòng)作的功能。比如:爐料配制系統(tǒng)具有自動(dòng)稱量、自動(dòng)補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)取樣、自動(dòng)累計(jì)、超差報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?,從而使成分穩(wěn)定、配料合理。電爐除塵風(fēng)量控制,在每個(gè)爐體的風(fēng)管中加裝電動(dòng)蝶閥,蝶閥的開(kāi)啟狀態(tài)與電爐實(shí)際運(yùn)行聯(lián)鎖,從而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)爐體在各個(gè)工作狀態(tài)(加料、熔化、出鐵)配置不同的抽風(fēng)量,進(jìn)而達(dá)到減少熱能損失和節(jié)能降耗的目的。再如混砂水分控制,可根據(jù)舊砂水分、舊砂溫度和預(yù)設(shè)置的型砂參數(shù),來(lái)決定和供給所需加水量。還有造型線液壓、氣動(dòng)系統(tǒng),都有氣壓、液壓系統(tǒng)意外失壓、斷電保護(hù)裝置。
第三,數(shù)字化鑄造廠還需要信息化。數(shù)字化鑄造廠要求將鑄造裝備的每一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行采集,并準(zhǔn)確無(wú)誤的傳輸?shù)较到y(tǒng)中,為此將有大量數(shù)據(jù)交換,因此,數(shù)字化鑄造廠還需要信息化。一般企業(yè)都具有有線通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(In t rane t)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、一卡通綜合管理系統(tǒng)等。數(shù)字化鑄造廠使用的鑄造裝備要具有遠(yuǎn)程診斷、管理功能,并可利用以太網(wǎng)將所有的過(guò)程參數(shù),在交換機(jī)上生成EX C EL表,與企業(yè)的ME S管理軟件系統(tǒng)對(duì)接。
中國(guó)制造2025是鑄造裝備提升的保障:到2020年,我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,制造業(yè)大國(guó)地位進(jìn)一步鞏固,制造業(yè)信息化水平大幅提升。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得明顯進(jìn)展。到2025年,制造業(yè)整體素質(zhì)大幅提升,創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng),全員勞動(dòng)生產(chǎn)率明顯提高,兩化(工業(yè)化和信息化)融合邁上新臺(tái)階。到2035年,我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平。創(chuàng)新能力大幅提升,重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展取得重大突破,整體競(jìng)爭(zhēng)力明顯增強(qiáng),優(yōu)勢(shì)行業(yè)形成全球創(chuàng)新引領(lǐng)能力,全面實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。新中國(guó)成立100年時(shí),制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固,綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列[2]。裝備制造業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和步驟已經(jīng)確定,鑄造裝備是中國(guó)制造2025的一部分,鑄造裝備的水平取決于中國(guó)制造2025的水平,中國(guó)制造2025是鑄造裝備水平提高的保障,鑄造裝備要借助信息化設(shè)計(jì)、過(guò)程集成設(shè)計(jì)、復(fù)雜過(guò)程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等技術(shù),開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新裝備,將來(lái)鑄造裝備業(yè)要有自己的創(chuàng)新中心,過(guò)去我們經(jīng)常說(shuō)我國(guó)的鑄造裝備技術(shù)不比國(guó)外的差,差的是基礎(chǔ)工業(yè)——核心基礎(chǔ)零部件(元器件)、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)等。中國(guó)制造2025后,我國(guó)基礎(chǔ)產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命得到提升,鑄造裝備質(zhì)量將會(huì)大幅提高,加上數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的利用,各鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下,新的鑄造裝備將不斷出現(xiàn),逐漸引領(lǐng)世界。
中國(guó)制造2025為鑄造裝備提出了新的要求:中國(guó)制造2025提出全面推行綠色制造,加大先進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)、工藝和裝備的研發(fā)力度,加快制造業(yè)綠色改造升級(jí)。大力研發(fā)推廣余熱余壓回收、水循環(huán)利用、廢渣資源化、脫硫脫硝除塵等綠色工藝技術(shù)裝備,加快應(yīng)用清潔高效鑄造、鍛壓、焊接、表面處理、切削等加工工藝,實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。到2020年工業(yè)固體廢物綜合利用率要到79%。鑄造是能耗大戶且產(chǎn)塵較多,要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),必須成立專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研發(fā),利用新的技術(shù),研發(fā)出節(jié)能、環(huán)保的綠色鑄造裝備。
5.1 智能化程度更高
中國(guó)制造2025提出:我國(guó)將組織研發(fā)具有深度感知、智慧決策、自動(dòng)執(zhí)行功能的高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、增材制造裝備等智能制造裝備以及智能化生產(chǎn)線,突破新型傳感器、智能測(cè)量?jī)x表、工業(yè)控制系統(tǒng)、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器和減速器等智能核心裝置,推進(jìn)工程化和產(chǎn)業(yè)化。這些智能裝備和智能產(chǎn)品的出現(xiàn),必將在鑄造裝備上的應(yīng)用逐漸增加,加上勞動(dòng)力成本越來(lái)越高,我國(guó)將會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)鑄件生產(chǎn)過(guò)程智能化。今后鑄造裝備廠家都將會(huì)在產(chǎn)品上安裝監(jiān)測(cè)裝置和研發(fā)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng),監(jiān)測(cè)中心能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行全過(guò)程、全天候的狀態(tài)監(jiān)測(cè),結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng),逐步發(fā)展到為用戶提供從售前到售后的全生命周期健康管理,實(shí)現(xiàn)“全托式維修保運(yùn)服務(wù)”。
在自動(dòng)化方面,目前已出現(xiàn):鐵液自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng);砂芯配送系統(tǒng);機(jī)器人自動(dòng)組芯系統(tǒng);機(jī)器人自動(dòng)清理系統(tǒng);鑄件分揀系統(tǒng);鑄件自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)等等。
5.2 單臺(tái)設(shè)備專(zhuān)業(yè)化、多臺(tái)設(shè)備系統(tǒng)化
對(duì)于不同的鑄件,有其最合適的鑄造工藝,適合某種鑄件的最佳工藝和裝備逐漸被利用,比如為了適應(yīng)車(chē)輪的冷卻速度和硬度,選用石墨型工藝;為了提高磨球的生產(chǎn)率,同時(shí)還要利用鐵模的急冷作用,開(kāi)發(fā)了磨球生產(chǎn)線;為了提高球化效果和降低球化劑的加入,開(kāi)發(fā)了喂絲球化裝置;為了使輪轂和制動(dòng)轂的冷卻更加均勻,同時(shí)節(jié)省用砂量,將砂箱做成圓形的;為了回爐的鑄件塊度合適,開(kāi)發(fā)了鑄件破碎機(jī);為了適應(yīng)快速澆注球鐵需要,開(kāi)發(fā)了不帶保溫裝置的底注式澆注機(jī);為了清理小件飛邊,開(kāi)發(fā)了液壓清理機(jī)等等。這些專(zhuān)用設(shè)備的開(kāi)發(fā),保證了系統(tǒng)供貨的可能性。
鑄造生產(chǎn)是一個(gè)系統(tǒng)工程,工序之間的連接好壞直接影響設(shè)備效率和鑄件質(zhì)量,系統(tǒng)是否完善將影響到工作人員的勞動(dòng)安全和環(huán)境污染,而這些方面,正是我國(guó)鑄造裝備的薄弱環(huán)節(jié),為此,應(yīng)加強(qiáng)有針對(duì)性的系統(tǒng)鑄造裝備開(kāi)發(fā)。比如:針對(duì)一個(gè)產(chǎn)品的整個(gè)制芯單元系統(tǒng)供貨;為某種鑄件量身定做的清理單元等;為了實(shí)現(xiàn)信息化,裝備設(shè)計(jì)時(shí)要考慮數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析等要求。
5.3 系統(tǒng)功能更齊全
隨著人們生活水平和安全意識(shí)的提高,效率、環(huán)境、能耗、排放、人員等因素對(duì)鑄造裝備影響越來(lái)越大,新的鑄造裝備,在滿足主要功能的前提下,還要注重投資、安全、可實(shí)施性、可靠性、環(huán)保、節(jié)能等方面的要求,因此,其輔助功能將更多。比如:為了滿足數(shù)字化的需要,鑄造裝備要有數(shù)據(jù)采集和傳輸功能;為了人員安全,必須有完整的安全保護(hù)裝置;為了環(huán)保,設(shè)備需要增加除塵裝置;為了節(jié)能,需要增加余熱利用裝置;為了工人健康,需要設(shè)置送新(冷)風(fēng)系統(tǒng);為了人機(jī)對(duì)話,設(shè)備需增加觸摸屏等等。
5.4 質(zhì)量更高
我國(guó)將堅(jiān)持把質(zhì)量作為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的生命線,強(qiáng)化企業(yè)質(zhì)量主體責(zé)任,加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)攻關(guān)、自主品牌培育。新常態(tài)下鑄造企業(yè)對(duì)鑄造裝備質(zhì)量的要求越來(lái)越高,需要鑄造裝備在可靠性上能夠做到隨時(shí)開(kāi)機(jī),隨時(shí)運(yùn)行,完成任務(wù)后及時(shí)停機(jī);在生產(chǎn)效率上,基本達(dá)到標(biāo)稱生產(chǎn)率的100%;在設(shè)備精度上,逐步向加工中心靠攏;在設(shè)備結(jié)構(gòu)上,要?jiǎng)傂院们冶阌诰S修;在元器件選擇上,要有一定的安全系數(shù)。
我國(guó)已邁向質(zhì)量時(shí)代,正在建設(shè)質(zhì)量強(qiáng)國(guó)。近年來(lái)鑄造裝備質(zhì)量得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,也改變了過(guò)去的工藝布局,過(guò)去沖天爐是成對(duì)出現(xiàn)的,為的是能夠滿足二班生產(chǎn),自從長(zhǎng)爐齡沖天爐出現(xiàn)后,再也沒(méi)有同時(shí)上兩臺(tái)的;混砂機(jī)過(guò)去都是一用一備,現(xiàn)在進(jìn)口混砂機(jī)都是單臺(tái)布線。
5.5 更偏重節(jié)能環(huán)保
我國(guó)將堅(jiān)持把可持續(xù)發(fā)展作為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重要著力點(diǎn),加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)、工藝、裝備推廣應(yīng)用,全面推行清潔生產(chǎn)。要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),提高資源回收利用效率,構(gòu)建綠色制造體系,走生態(tài)文明的發(fā)展道路。鑄造行業(yè)更應(yīng)該發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)?!,F(xiàn)在家電行業(yè)的空調(diào)、冰箱等已經(jīng)必須在產(chǎn)品上顯示能耗等級(jí),不久的將來(lái),鑄造裝備的能耗指標(biāo)必然成為衡量裝備水平的一個(gè)重要指標(biāo),將逐步在鑄造裝備上實(shí)現(xiàn)能耗等級(jí)標(biāo)識(shí)。為此,大量的能耗計(jì)量和檢測(cè)設(shè)施將應(yīng)用到鑄造裝備中。
5.6 創(chuàng)新設(shè)備不斷出現(xiàn)
我國(guó)將跨領(lǐng)域跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新,突破一批重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵共性技術(shù),促進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化,走創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展道路。鑄造裝備行業(yè)將抓住這一有利時(shí)機(jī),開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型的鑄造裝備,比如新的造型技術(shù);新的制芯裝備;各種余熱利用設(shè)備;新型環(huán)保設(shè)備;物料輸送設(shè)備;各種利用機(jī)器人的鑄造設(shè)備等等。
數(shù)字化鑄造廠對(duì)鑄造裝備提出了更高的要求,鑄造裝備必須具備自動(dòng)化、智能化、信息化功能,中國(guó)制造2025,為鑄造裝備各方面提升提供了有力保證,同時(shí)也提出了更高的要求。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái),我國(guó)很多適合于數(shù)字化鑄造廠的鑄造裝備將不斷出現(xiàn),在鑄造裝備方面引領(lǐng)世界,數(shù)字化鑄造廠的比例也不斷增加,逐漸成為鑄造強(qiáng)國(guó)。
[1]劉小龍.自動(dòng)化鑄造裝備和數(shù)字化鑄造廠[J].鑄造設(shè)備與工藝,2013(6):1-3.
[2]劉小龍.我國(guó)鑄造裝備發(fā)展展望[J].鑄造設(shè)備與工藝,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
劉小龍(1964-),男,教授級(jí)高工,主要從事鑄造工程與非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)。