吳殿杰，朱以松

（1.機械工業(yè)第九設(shè)計研究院有限公司,吉林長春130000；2.無錫錫南鑄造機械股份有限公司,江蘇無錫214000）

淺談鑄造裝備數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)

吳殿杰1，朱以松2

（1.機械工業(yè)第九設(shè)計研究院有限公司,吉林長春130000；2.無錫錫南鑄造機械股份有限公司,江蘇無錫214000）

以數(shù)字化、信息化和IT技術(shù)為基礎(chǔ)，將數(shù)字集成及虛擬仿真應(yīng)用于整個鑄造裝備的研制周期。在產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)、管理、服務(wù)智能一體化進(jìn)程中通過信息技術(shù)打造供應(yīng)商、經(jīng)銷商、顧客和業(yè)務(wù)系統(tǒng)相互聯(lián)系在一起的智能化工廠。

鑄造裝備；數(shù)字化工程；發(fā)展趨勢

機械制造業(yè)已成為日益競爭激烈的重要領(lǐng)域。國外一些國家一直保持其在制造業(yè)的領(lǐng)先地位，從18世紀(jì)末的第一次（工業(yè)1.0）蒸汽機為動力的紡織機徹底改變了產(chǎn)品的生產(chǎn)方式；從19世紀(jì)末的第二次（工業(yè)2.0）電力驅(qū)動實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)；第三次的20世紀(jì)70年代的電子信息技術(shù)（工業(yè)3.0），使制造過程不斷實現(xiàn)自動化。目前，以德國工業(yè)先驅(qū)正在以“數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化”為基礎(chǔ)開始實施第四次工業(yè)革命，將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)應(yīng)用到制造業(yè)以引領(lǐng)所謂的第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）.即企業(yè)將建立全球網(wǎng)絡(luò)，把他們的機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到信息物理系統(tǒng)，從根本改變包括制造、工程和材料使用、供應(yīng)鏈和生命周期管理的工業(yè)過程。，開始組織科技力量吸收機械，電子，自動化控制，計算機應(yīng)用及現(xiàn)代化管理各方面成果，將其數(shù)字化集成綜合用于鑄造裝備制造的全過程。打造各種現(xiàn)代制造模式的框架，結(jié)合數(shù)字化工程、并行工程、計算機集成制造系統(tǒng)，模擬仿真制造系統(tǒng)，敏捷制造系統(tǒng)的創(chuàng)建，由此出現(xiàn)了適應(yīng)發(fā)展品種生產(chǎn)的智能化制造模式及相關(guān)鑄造裝備工程技術(shù)群體。如結(jié)合大型鑄造生產(chǎn)線，建立項目管理制度規(guī)范性與創(chuàng)新之間的數(shù)字化管理系統(tǒng)。

目前，我國鑄造業(yè)跟蹤國外先進(jìn)制造技術(shù)并取得了很大的發(fā)展。但其基礎(chǔ)素質(zhì)，技術(shù)創(chuàng)新能力，裝備科技含量及高附加值水平的技術(shù)儲備與創(chuàng)新，適應(yīng)市場能力方面，仍有很大差距。致使我們意在建立在傳統(tǒng)制造模式基礎(chǔ)上的產(chǎn)品開發(fā)工程設(shè)計模式不可避免地存在與現(xiàn)代數(shù)字化、智能化制造模式不相適應(yīng)的矛盾。

1 智能化工程設(shè)計模式

1.1 并行工程

并行工程強調(diào)在市場開發(fā)中的“協(xié)調(diào)工作”,即把新市場開發(fā)有關(guān)職能部門和設(shè)計人員,包括銷售/開發(fā)設(shè)計/現(xiàn)場/售后服務(wù)組成一個有機體。它要求在裝備開發(fā)及工程設(shè)計的同時，同步地考慮整個周期有關(guān)的全過程，力求在開發(fā)設(shè)計階段就同步地考慮從概念產(chǎn)生到生產(chǎn)的裝備整個生命周期中的所有因素以數(shù)字化體系建立的模塊。它包括營銷/開發(fā)設(shè)計/分析/制造/裝配/檢驗/維護(hù)及裝備的可靠性，成本，質(zhì)量及未來改裝再利用等。

1.2 計算機集成設(shè)計系統(tǒng)

組織開發(fā)設(shè)計適應(yīng)市場激烈競爭的一種手段，包括企業(yè)管理信息系統(tǒng)，自動化設(shè)計制造系統(tǒng)，計算機輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)，計算機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在內(nèi)的所有數(shù)字、技術(shù)與管理功能的集成。它以數(shù)字集成、信息集成、功能集成和系統(tǒng)集成為特征，要求具有高精度自動化實施手段，先進(jìn)的計算機軟硬件網(wǎng)絡(luò)平臺和復(fù)雜的數(shù)字信息源組成，以提高企業(yè)的敏捷設(shè)計制造效率和相應(yīng)能力。它包括：

1）集成化管理與決策信息系統(tǒng)：協(xié)同管理體系如合同管理,計劃管理,客戶情報信息。

2）總體技術(shù)：包括敏捷設(shè)計,虛擬仿真設(shè)計,并行工程和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)等。

3）設(shè)計自動化方法和技術(shù)：裝備創(chuàng)新設(shè)計,工程設(shè)計,開發(fā)過程中計算機應(yīng)用技術(shù)的概念,理論,方法和自動化技術(shù)工具。

4）集成質(zhì)量系統(tǒng)。

5）計算機數(shù)字集成設(shè)計系統(tǒng)及計算機物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是掌握先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息工程,協(xié)同工程,數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)集成,共享技術(shù)及企業(yè)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

1.3 模擬仿真設(shè)計

以計算機圖形處理，計算機輔助設(shè)計，計算機輔助凝固數(shù)據(jù)模擬，計算機輔助生產(chǎn)規(guī)劃等為基礎(chǔ)，以計算機仿真技術(shù)為前提，對裝備設(shè)計過程統(tǒng)一建立模型。在鑄造裝備及工程總體設(shè)計，概念設(shè)計及上、下游工程設(shè)計階段，實時并行地以三維動畫方式模擬出鑄造裝備應(yīng)用現(xiàn)場的全過程及其對設(shè)計的映射影響。從而更有效，更經(jīng)濟(jì)和柔性靈活地組織生產(chǎn)，使工藝、裝備、工程設(shè)計與鑄件生產(chǎn)用戶的要求達(dá)到精密配合。

1.4 敏捷設(shè)計

1）敏捷設(shè)計是一種工程設(shè)計系統(tǒng)方法模式。

2）敏捷設(shè)計提出了“動態(tài)聯(lián)盟”概念，即具有工程設(shè)計所需知識和技術(shù)的人才，組成一個項目團(tuán)隊，如以項目經(jīng)理開拓市場和開發(fā)設(shè)計人員組成的項目組，以其各自具有的特點而形成的整體優(yōu)勢共同應(yīng)對市場挑戰(zhàn)，聯(lián)合參與市場的開發(fā)/競爭/操作。

3）敏捷設(shè)計以并行工程和計算機數(shù)字化集成制造系統(tǒng)為基礎(chǔ)，強調(diào)人，技術(shù)和裝備的數(shù)字集成。以高素質(zhì)人員為動力，實行設(shè)計群體敏捷的“動態(tài)聯(lián)盟“。結(jié)合企業(yè)技術(shù)設(shè)計及生產(chǎn)制造人員分布和營銷人員流動大的特點,配備以各種先進(jìn)計算機數(shù)字及網(wǎng)絡(luò)信息集成的手段,實現(xiàn)整體遠(yuǎn)程協(xié)同優(yōu)勢,快速反應(yīng)及時反饋。

2 智能化鑄造裝備及工程設(shè)計模式的探討

機械工業(yè)4.0定義的鑄造裝備及工程系統(tǒng)復(fù)雜，配套性強，自動化程度高，是一個信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的高度融合，物聯(lián)網(wǎng)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、軟件與自動化技術(shù)的深度交織產(chǎn)生的新的價值模型。需要經(jīng)受大批量連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)考驗。因此，對工程設(shè)計制造群體的設(shè)計制造水準(zhǔn)，設(shè)計儲備和整體優(yōu)化性要求極高?，F(xiàn)代工程設(shè)計必須綜合運用技術(shù)的，經(jīng)濟(jì)的，管理的各方面知識，包羅綜合,工藝，土建，采暖，空調(diào)，給水，排水，環(huán)保，電力，汽源供應(yīng)，計算機集成及網(wǎng)絡(luò)信息等各種專業(yè)技術(shù)，才能做出科學(xué)的、智能化、整體最優(yōu)的裝備及相關(guān)工程設(shè)計。可以說，智能化裝備開發(fā)設(shè)計模式所涉及的專業(yè)多且繁雜，是一個多學(xué)科，多領(lǐng)域，多群體縱向橫向的協(xié)同及網(wǎng)絡(luò)信息集成反饋的作業(yè)過程。智能化設(shè)計制造模式中涉及的許多概念，都離不開并行工程，精益生產(chǎn)，敏捷制造，虛擬制造，計算機集成技術(shù)，綠色工程，清潔生產(chǎn)等，并都給我們以新的啟迪。智能化工程設(shè)計也以其所具有的隨意性和綜合經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計可靠，快速地滿足用戶的日益嚴(yán)苛的要求。與現(xiàn)代制造模式一樣，在設(shè)計市場競爭日益激烈和互代中，不斷從“經(jīng)驗”走向“數(shù)字”，從“技藝”走向“科學(xué)”。

從總體上講,國內(nèi)鑄造裝備許多企業(yè)，已經(jīng)擁有一批具有一定設(shè)計水準(zhǔn)和成熟經(jīng)驗的鑄造裝備工程設(shè)計制造隊伍，但要不斷地研究和探討現(xiàn)代化的智能化設(shè)計模式以快速適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)的嚴(yán)格要求,已經(jīng)成為不可回避的事實?？陀^地說,目前的鑄造裝備產(chǎn)品及工程設(shè)計系統(tǒng)雖然大面積采用C AD系統(tǒng),部分具備計算機集成,三維動畫仿真模擬系統(tǒng)等現(xiàn)代設(shè)計模式的基礎(chǔ)條件，但基本軟硬件平臺環(huán)境不理想或掌握應(yīng)用程度不平衡。上述情況的存在不僅不能適應(yīng)現(xiàn)代制造模式的需求,恐怕不僅影響整個鑄造裝備開發(fā)設(shè)計群體的設(shè)計水準(zhǔn)，還嚴(yán)重影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?，F(xiàn)結(jié)合我國制造業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢以及設(shè)計市場發(fā)展特點,提出下列粗淺看法，僅供同行參考。

1）鑄造裝備開發(fā)及技術(shù)中心的決策機構(gòu)和工程技術(shù)人員要有開發(fā)智能化數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計模式的緊迫感，抓住國內(nèi)現(xiàn)代制造模式跟隨世界工業(yè)4.0大舉進(jìn)入國內(nèi)的機遇，客觀地對待本行業(yè)所面臨的差距，認(rèn)真吸取國內(nèi)外工程設(shè)計模式的經(jīng)驗和教訓(xùn)。高起點，大跨度，跳越式發(fā)展當(dāng)代物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，綜合自動化技術(shù)，計算機應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)代管理技術(shù)等。以改造傳統(tǒng)的不適應(yīng)現(xiàn)代制造模式的理念，思路和手段，敢于創(chuàng)新，敢于突破，建立開發(fā)設(shè)計群體整體優(yōu)勢，占領(lǐng)自硬砂裝備及工程智能化制造模式的制高點，贏得市場主動權(quán)。

2）結(jié)合一些裝備大型化，復(fù)雜化，系統(tǒng)配套強及自動化，穩(wěn)定可靠運行的特殊性的大型項目之特點，本公司已經(jīng)把大型自硬砂裝備開發(fā)設(shè)計模式的研究作為一個整體技術(shù)優(yōu)勢來對待。以市場和效益為驅(qū)動，集中力量，重點解決傳統(tǒng)設(shè)計模式中弱點，對一些關(guān)鍵工程設(shè)計軟硬件要積極引進(jìn)和開發(fā)，形成并強化工程設(shè)計的數(shù)字化模擬仿真系統(tǒng)，進(jìn)一步縮短與現(xiàn)代制造模式的差距。

3）建立敏捷設(shè)計群體模式。以計算機集成設(shè)計系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以動態(tài)組合，并行系統(tǒng)，虛擬設(shè)計，以及工程從設(shè)計到成品的全方位的仿真集成。

（1）效益驅(qū)動：即敏捷裝備開發(fā)設(shè)計模式必須以贏得市場和社會綜合效益為前提，以低成本，高質(zhì)量，短周期，高可靠性為目標(biāo)。

（2）總體設(shè)計：將某一現(xiàn)代設(shè)計模式當(dāng)作一個有機整體來設(shè)計，即從信息集成，功能集成，系統(tǒng)集成，軟硬件平臺集成，直到人員，技術(shù)和組織集成等出發(fā),構(gòu)成敏捷的裝備設(shè)計系統(tǒng)模式的基本框架和結(jié)構(gòu)體系。

（3）模擬仿真：為提高設(shè)計裝備的質(zhì)量可靠性，運行穩(wěn)定性，配套系統(tǒng)性和設(shè)計裝備多樣性等問題,以并行工程為支撐，以虛擬仿真系統(tǒng)為突破口，建立虛擬設(shè)計開發(fā)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行裝備工程設(shè)計、制造、評估、修改、完善、裝配、運行模擬仿真。建立現(xiàn)實制造系統(tǒng)和虛擬設(shè)計系統(tǒng)之間的映射，在計算機上仿真各種虛擬工程，虛擬單元，虛擬生產(chǎn)線，虛擬車間和工廠模塊化的靜態(tài)運行。

為此，在取得各接口信息集成的基礎(chǔ)上，逐次取得其他關(guān)鍵技術(shù)的突破，實現(xiàn)人,技術(shù)、信息及組織的集成和協(xié)調(diào)，以適應(yīng)“2025”機械工業(yè)4.0智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的設(shè)計制造市場的需要。

3 如何適應(yīng)現(xiàn)代裝備工程設(shè)計模式之建議

如何適應(yīng)現(xiàn)代機械制造及鑄造業(yè)的發(fā)展，使國內(nèi)鑄造裝備企業(yè)成為國內(nèi)外“鑄造裝備及工程首選供應(yīng)商”，將是擺在每一個鑄造裝備企業(yè)面前的一個艱巨的任務(wù)。關(guān)鍵要做到：

1）以抓隊伍和市場開發(fā)為中心,以提高設(shè)計質(zhì)量和可靠性為突破.在市場競爭日益激烈情況下,處危求變，扎實工作.通過對國內(nèi)外鑄造自硬砂行業(yè)以及其他相關(guān)設(shè)計市場的深入研究,爭市場求效益,為今后盡快走出困境做好準(zhǔn)備。

2）結(jié)合自身裝備開發(fā)設(shè)計特點，以設(shè)計市場為突破點，搞清鑄造業(yè)動態(tài)，做好快速相應(yīng)的裝備開發(fā)智能化設(shè)計模式。培育較高的應(yīng)變能力和較強的競爭能力。如無錫錫南鑄造機械股份有限公司通過一些大型項目如俄羅斯、青島海納等大型高精項目的工程，研究自硬砂鑄造及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，分析自己的優(yōu)勢和因素，爭取自硬砂裝備工程市場的延伸，積極研制智能化管理系統(tǒng)工程軟件研發(fā)等相關(guān)系統(tǒng)工程已經(jīng)取得初步進(jìn)展。

3）強化設(shè)計管理，加速設(shè)計組織的改革，改組，改造步伐。目標(biāo)是通過深化改革跟進(jìn)中國鑄造2025規(guī)劃的步伐，將智能化鑄造裝備系統(tǒng)建成真正的市場，設(shè)計，研發(fā)三位一體的優(yōu)勢整體。將專有技術(shù)集成為成熟一個，申報保護(hù)一個，研發(fā)一批，儲備一批。

4）建立項目經(jīng)理負(fù)責(zé)制，加速人員動態(tài)優(yōu)勢組合，實現(xiàn)技貿(mào)型團(tuán)隊或單位和人員集研發(fā)、設(shè)計、銷售、調(diào)試、服務(wù)、國際培訓(xùn)一體的復(fù)合人才。

總之，機械工業(yè)4.0已經(jīng)成為國內(nèi)鑄造行業(yè)一個以物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術(shù)為主要特征的強進(jìn)的跟進(jìn)趨勢。業(yè)內(nèi)同仁要以現(xiàn)代智能化工廠所高度依賴的要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并建立數(shù)據(jù)庫，加強物聯(lián)網(wǎng)、智能化、數(shù)字化等對傳感器、計算機軟件、執(zhí)行單元及智能機械人等關(guān)鍵硬件的研制。力爭納入當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域主要的生產(chǎn)元素與資源，建立起一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的鑄造裝備產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，努力成為中國鑄造制造業(yè)構(gòu)建數(shù)字化智能工廠的應(yīng)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

吳殿杰（1949-），男，高級工程師，主要從事鑄造工程研究。