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以工业4.0为基础的智能化铸造系统

2020-12-07 15:55:34 点击：

从德国工业4.0基本概念出发，结合铸造行业大胆提出创新性的智能化铸造系统。该系统中铸造云平台是核心基础，柔性智能铸造系统是基本组成单元，有效集成供应商、客户、专家团队，在高效网络及智能物流帮助下构成有机整体，打造高效的运行体系。
一、概述
工业4.0概念首先由德国在2013年4月汉诺威工业博览会上首次提出。对于工业1.0至工业4.0，大体划分如下：
工业革命 1.0：蒸汽驱动的机械生产代替了手工劳动，即“蒸汽时代”。
工业革命 2.0：第二次工业领域大变革发生在20世纪初期，电力驱动的生产线模式，实现了产品的批量生产，即“电气时代”。
工业革命3.0：20世纪70年代以后，随着电子工程和信息技术充实到工业过程之中，生产过程高度的优化和自动化，机械逐步替代人类作业。
工业革命4.0：未来10～15年，第四次工业革命将步入“智能化”、“网络化”生产的新时代。工业4.0通过应用生产制造过程、物流等的智能化、网络化技术，实现实时管理，全球分布式生产制造。如图1所示。

二、智能化铸造系统
面对当今铸造行业生产形势，工业4.0是解决目前诸多发展中难题的有效途径，这是铸造行业发展的机会。
工业4.0是人、智能化设备、产品在数字网络基础上的融合，使生产全球化、质量精确化、加工个性化成为可能。铸造行业作为制造业的基础性产业，有其特殊性、复杂性。本文基于德国工业4.0基本概念，结合铸造行业生产状况设计出全新的铸造行业概念，并提出铸造行业工业4.0系统框架，系统组成如图2所示。

1.基于云计算的铸造行业云平台
组建铸造行业自己的云端数据库平台。该平台是柔性智能铸造系统的数据基础，与系统实时通信。该云端是专家团队、设计人员共同使用的公共资源，该平台的完善与科学设计可以使公用资源充分利用、避免重复研究等浪费的发生。我们需要一个专门的团队来完成这项工作并且在工作中不断地补充、完善。例如铸造工艺开发，可充分利用虚拟模拟技术，降低开发成本，缩短产品上市周期。在云端上，提供可靠的相关软件服务，云服务商改变以往的传统商业模式，可以按流量计费，使用者无需购买相关软件，无需维护软件的升级更新，仅按需使用，按流量付费。
2. 高质量的通信网络
无论是系统与云端之间的沟通，还是系统内部的数据信息的传递，都离不开高效的网络，现场无处不在的RFID技术、蓝牙、二维码，构建现场基础网络，EPC编码技术可以满足唯一单品的标识，高速稳定的网络可以保证系统在实时监控状态下受控。未来的网络，将是开放的、分层的、可扩展的体系结构框架，以满足物物相连的要求。
3.柔性智能铸造系统
为铸造工作者量身定制一个铸造工作中心，它具有工艺形式多样化、技术要求个性化的性能特点，模块化结构使这项工作变的简单且富有创造性，尤其是能源管理、安全管理、排放控制等模块作为基础配置使之成为了节能环保型的加工系统。此系统具有高度的模块化设计功能，可以从云端获取模块化标准设计方案、生产流程进行相关二次开发。
4.社会化专家团队
在新的生产模式下，人们的工作方式也将发生显著变化。一个人或一个团队服务于更多的生产系统将成为可能。这样一来，充分利用了社会资源，也给技术人员创造了更大的发展空间。建立远程服务机制，减少通勤、出差路途时间，提高服务及时性。
5. 模块化、标准化供应
用模块化来分割，组织柔性智能铸造系统。每个模块完成一个特定的子功能，各个模块按某种标准化方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。模块化处理可更好地实现柔性智能铸造系统的管理。通过在不同组件设定不同的功能，把一个问题分解成多个小型的独立、互相作用的组件，来处理复杂、大型任务。
依据标准化的基本原理，即统一原理、简化原理、协调原理和最优化原理，对系统进行科学的管理，可以避免重复劳动，可以缩短设计周期，使生产在科学、有秩序的基础上进行，促进统一、协调、高效率。另外，甚至可以包括原材料供应商的材料标准化供应。
6.集成客户
利用客户集群来对产品进行客户满意度、产品意见及建议的调查，更准确的把握客户的消费脉搏，使企业经营更贴近消费者，及时更新产品设计，提高顾客满意度。
三、展望
以上各项组成智能化铸造系统。智能化、模块化、数字化管理的生产系统形成一个典型的工作中心，就像机床设备中的加工中心一般，承载着铸造各个工序的执行过程。能源管理、安全管理及排放管理以固定的模块方式作为系统的基础，会按照高标准要求的管理模式运行。铸造云平台是系统运行控制中枢，可以独立控制系统的运行，与各系统实时通信，也可以接受授权专家团队的指令，实施远程控制与监督。云平台作为公众资源，是整个系统的基础，柔性智能铸造系统可以直接调取相应的数据指导生产过程，设计人员、专家团队以及其他个人都可以调取使用。专家团队通过物联网实现跨地域技术管理与监督，是本系统的一个创新点。
工业4.0的创新引入为铸造行业带来了机会，站在全新的视角，你将发现更多的不同。系统的设计不但满足大批量产品的稳定化生产也适应小批量的个性化精确加工甚至是单件产品的加工。专家团队通过无处不在的网络为您提供远程服务支持，遇有重大攻关项目时可集结成为一个密切协作的整体。

来源：《金属加工（热加工）》

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