“十二五”期間，國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，特別是汽車產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)的繁榮為壓鑄行業(yè)帶來了極大的發(fā)展空間。這期間，工信部“重大技術(shù)裝備自主創(chuàng)新指導(dǎo)目錄（2012年版）”推動(dòng)了壓鑄行業(yè)的整體自動(dòng)化水平的提升。
2017年，我國(guó)有色金屬壓鑄行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)代。隨著“中國(guó)制造2025”和“國(guó)家十三五規(guī)劃”的發(fā)布實(shí)施，智能制造，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和信息智聯(lián)已經(jīng)成為傳統(tǒng)制造業(yè)所面臨的重大課題。目前我國(guó)壓鑄行業(yè)的生產(chǎn)水平普遍處在半自動(dòng)化和自動(dòng)化的水平，壓鑄生產(chǎn)是高效率的生產(chǎn)方式，是現(xiàn)代制造方式之一，要充分發(fā)揮壓鑄生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，必須實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，從自動(dòng)化生產(chǎn)水平向數(shù)字化、智能化生產(chǎn)水平邁進(jìn)。
壓鑄生產(chǎn)作為高效率的生產(chǎn)方式，一方面要保證生產(chǎn)的高效，另一方面要保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定，這就對(duì)生產(chǎn)過程中各個(gè)生產(chǎn)要素進(jìn)行管理和監(jiān)控，以及這些信息進(jìn)行互聯(lián)和共享。
壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化是指從產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)、原材料供應(yīng)、生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)控、產(chǎn)成品庫房管理等各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并把這些數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和共享。各個(gè)方面產(chǎn)生的信息匯集到生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES）中，生產(chǎn)管理中心再根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)掌握生產(chǎn)狀況，高效合理地調(diào)度和安排生產(chǎn)。準(zhǔn)確滿足客戶的訂單需求，最終實(shí)現(xiàn)公司運(yùn)營(yíng)的高效益和高效率。
壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化如果擴(kuò)大到公司的供應(yīng)商管理、客戶管理，就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期管理（PLM）。再進(jìn)一步延伸到成本管理和庫房管理，與公司的ERP系統(tǒng)對(duì)接，就能實(shí)現(xiàn)全公司的數(shù)字化運(yùn)營(yíng)管理。
1．壓鑄生產(chǎn)的全過程
壓鑄生產(chǎn)包括原材料、模具、壓鑄現(xiàn)場(chǎng)工藝、品質(zhì)檢驗(yàn)等四個(gè)方面。其中品質(zhì)檢驗(yàn)貫穿其他三個(gè)方面。如圖1所示。
圖1 壓鑄生產(chǎn)及品質(zhì)檢驗(yàn)
原材料方面：包括原材料的成分、機(jī)械性能要求。根據(jù)客戶的材料要求和特殊特性，提供符合要求的原材料。對(duì)原材料的檢測(cè)項(xiàng)目要求主要有光譜分析、拉力試驗(yàn)、K值K模雜質(zhì)檢測(cè)和含氣量檢測(cè)等方面。
模具方面：根據(jù)客戶提供的產(chǎn)品圖紙和壓鑄生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)壓鑄模具，利用UG或ProE軟件進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，利用模流軟件PROCAST進(jìn)行壓鑄成形模擬，優(yōu)化壓鑄模具的澆排系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，保證壓鑄生產(chǎn)時(shí)能夠尺寸符合要求，內(nèi)部質(zhì)量符合要求以及連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。
壓鑄現(xiàn)場(chǎng)工藝方面：壓鑄現(xiàn)場(chǎng)工藝是壓鑄生產(chǎn)的最基本保證，它包括壓鑄參數(shù)、模具溫度、鋁液溫度等直接工藝，還有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)條件（水、電、氣、液）等間接參數(shù)。壓鑄生產(chǎn)要求保證這些工藝參數(shù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
壓鑄參數(shù)主要指鎖模力、壓射速度、增壓壓力、建壓時(shí)間和料餅厚度等，這些參數(shù)來自于模具設(shè)計(jì)和模流分析，并在調(diào)試產(chǎn)品時(shí)的驗(yàn)證結(jié)果。壓鑄設(shè)備能夠保證這些確定好的壓鑄參數(shù)在壓鑄生產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定性，并且對(duì)這些參數(shù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，超出允差范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。
模具溫度是指壓鑄連續(xù)生產(chǎn)時(shí)為保證壓鑄件產(chǎn)品內(nèi)部和表面質(zhì)量而進(jìn)行的控制，它同樣來自于模具設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行的模具溫度場(chǎng)的分析。模具溫度的監(jiān)控主要有點(diǎn)紅外線和熱成像儀兩種方式，配置相應(yīng)的監(jiān)控儀器，實(shí)時(shí)跟蹤模具關(guān)鍵部位的溫度變化，進(jìn)行記錄以供工藝人員分析和調(diào)整，同時(shí)具有溫度報(bào)警功能。
鋁液溫度是指鋁液保溫爐的溫度監(jiān)控，鋁液溫度是直接影響壓鑄產(chǎn)品的關(guān)鍵因素，鋁液保溫爐必須具有自動(dòng)保持溫度的功能，具有低溫和超溫報(bào)警功能。
設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)主要是指壓鑄機(jī)和輔助設(shè)備的運(yùn)行方式，包括自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種方式。
其他方面主要指冷卻水的水壓、壓縮空氣壓力、電源和脫模液壓力等基本生產(chǎn)保證因素。
品質(zhì)檢驗(yàn)方面：是指在壓鑄生產(chǎn)時(shí)主要保證產(chǎn)品的首末件的尺寸檢驗(yàn)，還有中間產(chǎn)品的表面和內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)。
2.壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化
上面分析了壓鑄生產(chǎn)全過程的各個(gè)方面，壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化就是要對(duì)壓鑄全過程各個(gè)要素實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，利用軟件對(duì)這些要素的信息進(jìn)行分析和判斷，生成各種參數(shù)趨勢(shì)圖和管理報(bào)表，具有智能決策支持的功能。
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，特別是自動(dòng)化的發(fā)展，為壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化提供了實(shí)現(xiàn)的工業(yè)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代壓鑄機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了工控電腦時(shí)代，它具備了壓鑄工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)能力，也全面集成了輔助設(shè)備的運(yùn)行信息，包括澆注機(jī)、取件機(jī)、噴霧機(jī)、模溫機(jī)和真空機(jī)等輔助設(shè)備。壓鑄機(jī)與這些輔助設(shè)備最主要的通訊方式是Profibus。
壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化另外一個(gè)重要的方面是各種數(shù)字化傳感器的普遍應(yīng)用，主要有壓力、溫度、位移、熱成像儀以及視覺識(shí)別系統(tǒng)等等。這些傳感器為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化甚至智能化奠定了基礎(chǔ)。
2.1 壓鑄單元的數(shù)字化
壓鑄生產(chǎn)過程的主要數(shù)據(jù)如下：
（1）原材料的數(shù)據(jù)：主要有原材料的成分檢測(cè)報(bào)告，力學(xué)性能報(bào)告和K值報(bào)告；
（2）模具的數(shù)據(jù)：主要有模具的3D模型報(bào)告，模流分析報(bào)告，模具準(zhǔn)備報(bào)告；
（3）壓鑄工藝數(shù)據(jù)：壓鑄單元的生產(chǎn)狀態(tài)，壓鑄參數(shù)，模具溫度，鋁液溫度和水電氣等基本生產(chǎn)保證參數(shù)；
（4）品質(zhì)數(shù)據(jù)：產(chǎn)品的全尺寸檢驗(yàn)報(bào)告，過程尺寸報(bào)告、過程表面質(zhì)量報(bào)告和過程內(nèi)部質(zhì)量報(bào)告；
（5）生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)：生產(chǎn)訂單、物料準(zhǔn)備報(bào)告和產(chǎn)品產(chǎn)出報(bào)告，生產(chǎn)訂單和物料準(zhǔn)備報(bào)告來自于公司ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃，產(chǎn)品產(chǎn)出報(bào)告來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的條形碼掃描系統(tǒng)。
2.2 壓鑄數(shù)字單元的智能互聯(lián)
基于上述數(shù)據(jù)的壓鑄生產(chǎn)單元就是一個(gè)數(shù)字化的基本壓鑄單元，實(shí)現(xiàn)整個(gè)壓鑄車間的數(shù)字化還需要建立這些壓鑄單元的智能互聯(lián)，智能互聯(lián)目前國(guó)內(nèi)主要的方式是DNC和MDC，DNC方式是“distributed numerical control”，即分布式數(shù)字控制，它可以通過一臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)字壓鑄單元的雙向并發(fā)通訊，具有遠(yuǎn)程通訊和強(qiáng)制上傳等功能，MDC方式是“manufacturing data collection”，即制造數(shù)據(jù)采集，它能夠?qū)崿F(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器同時(shí)自動(dòng)采集4096個(gè)數(shù)字單元，兼容壓鑄機(jī)、機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線等。
NDC和MDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。
2.3數(shù)字化管理
在數(shù)字生產(chǎn)單元和智能互聯(lián)建立的基礎(chǔ)上，建立數(shù)字管理系統(tǒng)才能把數(shù)字化的功能發(fā)揮出來。
MES系統(tǒng)是數(shù)字化壓鑄生產(chǎn)的中心，MES是“manufacturing execution system”，即制造執(zhí)行系統(tǒng)。MES系統(tǒng)是指位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)，它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)。它能夠通過信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能對(duì)此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。
MES系統(tǒng)的主要作用有：
（1）優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)制造管理模式，強(qiáng)化過程管理和控制，達(dá)到精細(xì)化管理目的。
（2）加強(qiáng)各生產(chǎn)部門的協(xié)同辦公能力，提高工作效率、降低生產(chǎn)成本。
（3）提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，避免人為干擾，促使企業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化。
（4）為企業(yè)的產(chǎn)品、中間產(chǎn)品、原材料等質(zhì)量檢驗(yàn)提供有效、規(guī)范的管理支持。
（5）實(shí)時(shí)掌控計(jì)劃、調(diào)度、質(zhì)量、工藝、裝置運(yùn)行等信息情況，使各相關(guān)部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題?！?/p>
（6）最終可利用 MES系統(tǒng)建立起規(guī)范的生產(chǎn)管理信息平臺(tái)，使企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)控制層與管理層之間的信息互聯(lián)互通，以此提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
MES系統(tǒng)的架構(gòu)如圖3。
MES系統(tǒng)通過數(shù)字化排產(chǎn)、數(shù)字化生產(chǎn)協(xié)同、數(shù)字化資源管理、數(shù)字決策支持等方面的打造，可極大提升公司計(jì)劃科學(xué)化、生產(chǎn)過程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對(duì)企業(yè)進(jìn)行透明化、量化的管理，可極大提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。
綜上所述，壓鑄生產(chǎn)數(shù)字化是時(shí)代的潮流，是企業(yè)發(fā)展的需要，也是“中國(guó)制造”走上“中國(guó)智造”的需要。每一個(gè)壓鑄企業(yè)都應(yīng)該為實(shí)現(xiàn)“中國(guó)智造”邁出數(shù)字化的腳步，為企業(yè)的發(fā)展，為中國(guó)智造作出努力和貢獻(xiàn)！
