在铸造行业“十四五”发展的开局之年，中国铸造协会在第五届中国铸造节上正式向全行业发布了《铸造行业“十四五”发展规划》，《规划》中明确了“智能制造”的发展目标。
智能制造：加快行业信息化建设步伐，形成适用典型铸造工艺和不同产品的智能制造成熟模式，制订智能铸造及成熟度评价系列标准，通过典型数字化车间/智能工厂示范建设，引领行业智能制造快速发展。到2025年，培育200个以上数字化车间/智能工厂。
在铸造行业，共享铸钢有限公司的大型铸钢件制造数字化工厂作为智能制造示范项目，引领着行业智能制造快速发展。今天将对此项目做详细介绍。
大型铸钢件制造数字化工厂
一、企业简介
共享铸钢有限公司 2006 年 5 月 9 日正式建成投产的大型铸钢件制造企业。公司目前铸造生产能力为 15000 吨/年，可生产最大铸件单重 150 吨；拥有大型零部件铸造和加工能力， 产品最大加工尺寸 11000×6000×4000mm，最大加工重量 150 吨。
公司主要生产高技术含量、高难度、高附加值铸件，主要产品有发电设备类（含核电、水电、燃气轮 机、蒸汽轮机、燃气-蒸汽联合循环机组等）铸件、矿山机械类铸件、近海石油设备类铸件、压缩机类铸件 等。尤其在大型发电设备等动力机械铸造领域在国际市场上具有较强的竞争力——大型燃气轮机铸钢件生 产技术世界一流，大型水轮机铸件铸造技术世界一流，大型核电机组铸件制造技术世界一流，超临界、超超临界蒸汽轮机铸钢件制造技术世界一流。
公司客户覆盖“三洲一国”——亚洲、欧洲、美洲、中国，主要顾客有美国通用电气(GE)、美卓矿机 （METSO）、德国西门子（SIEMENS）、法国阿尔斯通（ALSTOM）、丹麦福勒史密斯（FLSMITH）、日本日立 (HITACHI)、日本三菱重工(MHI)、日本东芝(TOSHIBA)、哈尔滨汽轮机厂(HTC)、东方汽轮机厂(DF)、上海 汽轮机厂(STC)和东方电机有限公司（DEC）等国际国内知名的大企业。
公司技术开发工作配备有 MAGMA、大型真空精炼炉、激光跟踪仪、LIMUS 快速光谱分析仪等行业领先的 软硬件装备。公司注重“产、学、研、企”合作，与清华大学、中国科学院金属研究所以及顾客中的德国 SIEMENS 公司、美国 GE 公司等都开展了各方面的科研技术合作。
二、项目背景
传统的砂型铸造是一个劳动强度大，劳动环境恶略，对环境污染影响较大的产业。随着近年来中国经济的飞速发展，在保证了基本的物质需求时，人们开始偏向于追求精神层面的东西，开始注重自己工作的环境是否有利于身体健康，所从事的工作是否有一定的技术含量等。年轻人在选择职业的时候对工作环境 的关注度表现的尤为明显。因此，传统的铸造厂普遍出现了用人荒、招工难、留人难等现象。改观传统铸 50 造环境，提升员工劳动环境已经成为铸造行业普遍的问题之一。 铸造企业自身面临的另一个自身的问题就是产品结构的变化。目前定制化、个性化的需求已经是社会发展的主流，多品种、小批量的生产模式已经越来越趋于常态化，需求拉动供应的模式已经成为企业走可持续发展道路的唯一途径。随着管理成本的不断上升，大量的积压与库存会对企业形成巨大的负担，导致资金利用率大幅下降，使得企业的灵活性大幅下降，因此，利用新兴技术来促使企业转型升级迫在眉睫。作为工业基础的铸造企业必须快速转型，增强自身的活力与竞争力。
三、实施方案
本项目围绕传统重型铸造企业的运营，打造 “7+1” （市场、生产、技术、质量、HR、EHS、设备+运 营）全方位数字化管理系统，见图 4.4.1。具体分为设备层、单元层、车间层、企业层以及协同层，使得公司市场、生产、技术、质量、HR、EHS、设备、运营数据全部集中到数据仓库中，通过大数据、云计算等先进的计算机技术，结合 LEAN、TOC、6σ、TRIZ、海因里希、阿米巴等创新方法理论，最终挖掘公司运营数据的相关性，为公司打造风险管理为主导的管理模式，形成数字化、可视化的管理方式。
01.设备层
基于优化后的铸造工艺流程，将诸如浇注机、热处理炉、抛丸设备等工艺运行单元，通过 OPC 技术和 以太网接口联网，为各生产设备平台的数据采集提供了技术支持。设备层安装的智能传感器可以实时感知产品生产状态、质量、设备动作、设备安全和生产成本等关键信息，如温度、压力传感器和热分析仪等， 此信息可通过设备层 PLC 或控制器模块进行实时采集并进行逻辑分析与计算。
02.单元层
重型铸造企业属于离散型制造企业，产品生产过程中涉及的流程和设备复杂，本项目将重型铸造企业 的生产过程划分为不同的生产节点（工作中心），以设备为主的生产节点建立智能单元，以人为主的生产 节点通过移动端进行控制，在单元层综合生产计划、过程控制、设备管控、质量监控、文档管理、经营量 化、绿色制造、统计分析等功能，对单元涉及的业务进行统筹管理，从而实现控制局部的智能制造，如下 图抛丸智能单元控制系统功能图，见图 4.4.2。
03.车间层
车间层是以 MES 系统为主，对本车间所有资源的集成管理。MES 系统主要有制造数据管理系统、计划排 程管理系统、生产调度管理系统、库存管理系统、质量管理系统、人力资源管理系统、设备管理系统、工 具工装管理系统、采购管理系统、成本管理系统、项目看板管理系统、生产过程控制系统等模块，向上通过以太网与 ERP、PLM、LIMS 等系统集成，向下通过接口与各智能单元集成，形成一个可靠、全面、可行的 制造协同管理平台，见图 4.4.3。
04.企业层
企业层由企业的生产计划、采购管理、销售管理、人员管理、财务管理等信息化系统所构成，实现企 业生产的数字化集成管理，主要包括企业资源计划（ERP）系统、供应商关系管理（SCM）系统和客户关系 管理（CRM）系统、LIMS 等系统，各系统与 MES 系统和铸造工艺全流程虚拟制造系统（VCS）集成，将企业各种信息通过分类、汇总后形成中间数据库，然后按照不同管理主体要求，进行对应 KPI 信息展示，指导、 辅助企业管理人员作出客观决策。其中，作为铸造企业产品工艺设计的核心软件，VCS 系统起到了巨大的作 用，其系统功能架构，见图 4.4.4。
05.协同层
协同层通过租用铸造云平台上的各类 SaaS 软件，实现与公司上下游企业的协同，实现企业各项经营管理的数字化，大幅降低公司数字化实施的成本和风险。通过铸造云平台，公司数据通过互联网络与协同方实时共享信息，公司内部人员多数业务流程也可通过互联网连接到公有云进行业务操作；车间层与单元层位于私有云内，内部工作人员通过私有云网络，可以实时掌握现场生产、设备、人力资源、绿色制造等关键信息，进而对生产状态做出清晰明确的判断。
四、项目实施效果
本项目已建设完成，项目形成的解决方案已在多家企业进行了推广，为企业的转型升级提供可行的解决方案，具有非常好的市场推广前景。通过采用虚拟制造理念和技术、集成应用智能制造技术和装备、数 字化管理，构建数字化、智能化工厂，项目产品定位高难度、高技术含量、高附加值；制造过程采用先进 的理念和制造工艺流程，具有较强的市场竞争力，项目实施效果明显，具体体现如下：
公司各项管理效率提升：通过对公司的 9 大关键过程（生产、质量、销售、设备、供应链、安全环境、财务、人力资源、经 营管理）的梳理及改进，关键过程数字化率平均提升 55%，关键数据自动采集率平均提升 50%，极大地提升了公司各项管理效率，见图 4.4.5。
公司产品生产周期大幅度降低：通过实施本项目，公司产品生产周期大幅度降低，其中燃气轮机铸件生产周期缩短 12.73%；冶金机械铸件生产周期缩短 12.3%；蒸汽轮机铸件生产周期缩短 9.74%。加快了公司生产效率，提高了公司的市场竞争力。
有效降低公司焊补率：结合公司 2019 年的质量目标，本项目通过质量 APP、焊接管控 APP 等系统，通过管控过程质量，规范过程质量信息，管控焊接过程，有效地降低了公司焊补率。到 2019 年底焊补率已降低 58.21%，按 10000T 的年产量计算，共计节约 11700 dm³的焊材，2020 年预计能够节约生产成本超 500 万元。
共享铸钢有限公司的大型铸钢件制造数字化工厂项目的成功实施，在带动行业智能制造发展方面具有重大意义，为铸造行业企业转型升级赋能，推动行业健康发展。
文章来源: 铸造云
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