智能⼯⼚案例｜⼭东常林铸业打造⾼精密铸造数字化车间
本⽂为“2017年度中国两化融合暨智能制造应⽤领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2017年度，为中国两化融合暨智能制造领域带来突出效益的最佳实践⼯程，全⾯介绍企业推进两化融合或者智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等，分享建设过程中的经验，供⼴⼤制造业⾏业企业学习供鉴。 ⼀、企业简介
⼭东常林铸业有限公司占地⾯积4万平⽅⽶，以⽣产铸铁、球墨铸铁为主，产品为汽车、发动机、⼯程机械、液压、⽓动元件、及各种泵类、阀类等配件，年⽣产能⼒为20万吨。公司⾃成⽴以来⼀直秉承“持续改进，⼒求质量完美；不断创新，确保顾客满意”的质量⽅针。已顺利通过ISO9001：2000、TS16949质量体系认证，ISO14001环境体系认证。公司凭借完善的质量、及时的服务、良好的信誉已成功开发并为菲亚特、岱摩斯、马扎克、奇瑞、吉利、⼴汽、神龙、⼴州冷机、钱江制冷、斯太尔、伊顿、三⼀等国内外知名⼚家进⾏配套⽣产，产品先后出⼝到美国、英国、澳⼤利亚、⽇本、韩国、德国、西班⽛、意⼤利等国家，取得了良好的信誉。 图1 ⼭东常林铸业有限公司
⼆、企业两化融合暨智能制造应⽤总体现状
近年来，公司始终坚持“以市场为导向、产品开发与质量管理并举；以销售为中⼼，⽣产发展与经济效益增长同步”的企业⽅针，不断推进技术进步，利⽤信息技术改造传统产业，加快新产品开发，培植新的经济增长点。在德国提出“⼯业4.0”、美国推出“先进制造业”的国际背景下，⼭东常林铸业有限公司⼀直注重并积极推进国家倡导的两化深度融合应⽤项⽬，特别是在围绕如何赶上新⼀轮产业⾰命调整、提⾼产品附加值、降低企业运营成本、持续稳健经营等企业重⼤技术改造⽅⾯进⾏积极推进。
三、参评两化融合暨智能制造项⽬详细情况介绍
1、项⽬背景介绍
⾼精密绿⾊铸造的数字化车间项⽬规划是以“智能制造”为核⼼，以信息化推动企业创新和转型升级为抓⼿，突破传统铸造⾏业“脏、乱、差”的局限性，实现⾏业可持续发展的重要战略举措。本项⽬⽴⾜信息化应⽤，规划并开发双⾯压实智能控制系统、智能转运系统、定量浇注系统、冷却控制系统、⾃动清整系统、铸件缺陷检测及质量评定系统、能效监控系统、物流跟踪及⽣产决策管理系统等⽅⾯的数字化应⽤，研制并应⽤⾃动投料、铸件清理、缺陷检测装置、⽴体仓库、物流⼩车以及能效实时监控、中央集成控制等应⽤系统，实现从砂箱造型、冶炼、铸件表⾯清整、检测全过程数字化控制和⽣产。 2、项⽬⽬标与实施原则
项⽬⽬标：
利⽤信息技术与⼯业技术相结合，改造传统产业，在产品设计、⼯艺管理等⽅⾯实现产品设计及⼯艺数字化，迈向智能设计；利⽤制造执⾏系统，加强⽣产过程控制，建设数字化车间，迈向智能⽣产；利⽤企业资源计划ERP系统、供应链管理SCM系统、客户关系管理CRM系统、产品⽣命周期管理PLM、电⼦商务、商业智能决策BI系统，实现智能化管控，是公司整体信息化解决⽅案的重要组成部分，也是公司“⼗⼆五”及“⼗三五”信息化系统建设与管理优化的重要环节；是⽀撑集团战略运营、持续推进集团“精益⽣产、⼈⼒资源、信息化”三元管理有机结合的重要战略举措。
实施原则与⽅法：
按照“整体规划、分步实施”原则，基于⾼精密绿⾊铸造的数字化车间项⽬按业务逻辑划分产品设计⼯艺管理（PDM）、企业资源计划（ERP）、⽣产过程数据采集与分析（DCS）及车间制造执⾏（MES）四个环节，具体规划为产品设计、⼯艺系统、ERP管控系统、⽣产过程数据采集与分析系统及车间MES执⾏系统。 3、项⽬实施与应⽤情况详细介绍
规划⾼精密绿⾊铸造数字化车间项⽬是在整合产品设计及⼯艺数字化的基础上，特别是在实施Solid E
dge和Pro/E（现CREO）等三维设计软件及PLM产品⽣命周期管理、企业ERP系统及车间MES制造执⾏系统基础上的信息化综合项
CREO）等三维设计软件及PLM产品⽣命周期管理、企业ERP系统及车间MES制造执⾏系统基础上的信息化综合项⽬，是企业不断推进技术进步，利⽤信息技术及数字的设备，改造传统⽅式，打造数字化车间，实现智能制造的有效途径，其整体业务流程规划建设如下：
推拉式电磁铁图2 ⾼精密绿⾊铸造数字化车间整体业务流程规划
1）产品数字化设计⽅⾯
产品数字化设计软件的选择⾮常重要，选择国际知名三维设计软件对产品设计及系统数据集成⾄关重要。将产品的三维数字化定义为制造业信息化的源头，不仅为新产品和⼯装模具的数控加⼯提供了⼏何模型，⽽且为应⽤CAE技术创造了条件，应⽤各种计算机辅助⼯程分析软件，对开发的新产品进⾏强度分析与优化设计、机构运⾏学分析、机构动⼒学分析、液压控制系统仿真、加⼯过程仿真、可靠性分析等，从⽽保证新产品的设计质量。⽽CAM的应⽤，可以优化⽣产⼯艺过程，达到提⾼⽣产效率和保证加⼯质量的⽬的。通过信息技术推⼴应⽤，企业在提⾼产品质量、节约成本、提⾼⽣产效率和实现三化⽔平（标准化、通⽤化、系列化）等⽅⾯将会取得显著成效。
2）产品数字化⼯艺管理
⼯艺数字化项⽬就是充分利⽤企业内、外部资源优势、建⽴企业在项⽬计划控制、产品设计、⼯艺设计、⽣产管理、物料、质量控制、客户服务等业务过程中的有机统⼀。建⽴健全配套的管理规范、制度和操作控制⼿册，实现⼯艺制造数字化、信息集成化、过程敏捷化，进⼀步加强企业核⼼竞争⼒，建⽴快速响应市场需求的业务管理、控制机制，赢得产品在质量、成本、交货期、经营效益等各⽅⾯的竞争优势，从⽽进⼀步实现加强企业⽣产成本控制、增加赢利空间和提⾼市场占有率的⽬的。通过这⼀项⽬的实施应⽤，使产品⼯艺过程管理发⽣根本性变化，以信息化⼿段实现⼯艺管理的智能化、⽹络化和可视化，具体表现在以下⼏个⽅⾯：
①⾃动集成产品设计信息，并结合车间相关设备、模具信息，⾃动形成相关产品⼯艺数据，实现企业产品设计与⼯艺的数据整合。
图3 设计与⼯艺的数据整合
②借助软件系统实施，实现对企业各业务职能部门在产品研发、⼯艺制定过程中产⽣的电⼦数据进⾏统⼀控制和管理，保证这些数据版本的正确性和权威性。建⽴存放设计、⼯艺、⼯装、制造等数据的集中产品知识库，并通过数据之间的关联对产品知识库中的数据进⾏合理的组织和管理，确保对产品在结构设计、⼯艺制定等业务过程中的⽂档及时进⾏归档，改善部门之间并⾏的⼯作效率，缩短产品研发周期，提⾼⼯艺技术⼈员的⼯作效率。
③在图⽂档的存储和组织⽅⾯，系统引⼊了“容器”的概念及关联检索功能。将产品专⽤数据和企业共⽤数据分别存放在产品库容器。产品专⽤数据主要是指和产品密切相关的三维模型/⼆维图样、设计说明⽂档、明细表、⼯艺及⼯装等数据，在系统中，通过建⽴相应的图⽂档与图⽂档之间的关联关系，实现以图⽂档之间的关联关系作为导航进⾏图⽂档数据的快速查，并且在图⽂档发⽣更改时，⽅便地定位出更改的影响范围。
④图⽂档权限管理。在系统中对公司的图⽂档数据进⾏严格的权限控制，以使得⽤户在权限许可范围内对图⽂档进⾏相应的操作，确保图⽂档的安全性。金属卤化物灯镇流器
剩余污泥泵
⑤系统通过ProductView提供了良好的剖切功能，实现图⽂档的可视化。它不仅能够提供单⼀的剖⾯，还能通过游标拖动的⽅式进⾏剖切⾯的平移，⽽且能够进⾏交叉⾯的剖切。并在剖切的基础上提供测量和批注功能，从⽽简化⽤户的测量和查看，提⾼对模型的查看能⼒。
⑥在数据发放及归档管理⽅⾯。实现数据批准发布以后，及早传递到正确的⼈员以进⾏相应的⼯作，并对数据发放过程中的信息进⾏记录和管理，如发放的⼈员和部门、纸质⽂件的发放数量。为便于进⾏数据的电⼦存档，以确保电⼦数据以后的重新利⽤，并将审签信息填写到图⽂档的内容上，系统将数据统⼀转成PDF和TIFF的格式进⾏电⼦⽂档存储。
图4 审签信息⾃动填充到图档内容上
⑦产品结构与配置管理。系统通过以产品结构为核⼼的产品数据模型，将产品的装配层级关系、装配件间的采⽤关系、装配数量与各级装配、零部件相关的技术规格⽂件、3D/2D⼯程图纸等技术⽂档进⾏关联，⽽各类清单则通过系统根据条件⾃动输出，形成产品⼯艺BOM数据来源。具体包括产品零部件定义、使⽤情况查询、标准件/通⽤件管理、产品结
美颜棒条件⾃动输出，形成产品⼯艺BOM数据来源。具体包括产品零部件定义、使⽤情况查询、标准件/通⽤件管理、产品结构创建、展开、批注、⽐较、BOM输出、多视图管理等功能。
图5 以产品结构为核⼼的产品数据模型
⑧⼯作流程的建⽴，在系统中建⽴⼯作流程实际上是对现有的业务流程进⾏梳理、规范、固化并电⼦化的过程。其主要内容包括确定业务流程中各个活动的先后次序、确定完成各个活动中使⽤的⼯具、参与的⼈员、确定流程中各个活动的输⼊/输出信息的过程。
图6 ⼯作流程的建⽴
⑨⼯程变更管理。通过预先规定的⼯作程序，完成对设计、⼯艺数据的更改⼯作，能够根据数据与数据之间的关联关系⾃动搜索某项更改所涉及的范围，及时给有关⼈员发送通知提醒，使其关注某项更改可能会造成的影响。⼯程更改将与产品零部件的版本管理与产品的技术状态管理结合起来，有助于
确定产品零部件之间的借⽤关系，评估更改影响，提供⼀个完整的产品信息管理解决⽅案。系统中⼯程更改的实现通过和更改管理器、⽣命周期和⼯作流管理器等相互结合起来共同完成。同时，使⽤强⼤的版本控制和⼯作流管理功能，根据企业或⾏业标准（如CMII）对更改问题的描述、更改单成⽴、执⾏更改、更改发布有续控制，保证更改的正确性、及时性和完成性。
图7 ⼯程变更管理实现过程
3）关键技术装备及⽣产过程数据采集
在关键技术装备及⾃动化数据采集、检测设备配置⽅⾯，规划建设双⾯压实有箱造型机、翻箱机、合箱机、全⾃动下芯专⽤机器⼈等造型设备，中频电炉、冲天炉等熔炼设备以及砂处理系统、清理机、起重运输设备等辅助设备，实现从砂箱造型、冶炼、铸件表⾯清整、检测全过程数字化控制和⽣产，具体表现在以下⼏个⽅⾯：
①双⾯压实精密铸造线优化及虚拟设计。建⽴双⾯压实精密铸造⽣产线整线设备的模型库，利⽤虚拟现实技术实现铸件的虚拟⽣产，在虚拟现实环境中采⽤碰撞检测技术以及实时运动仿真模拟技术，合理布局⽣产线在线设备，提升产品⽣产效率。
②铸造⽣产线清整机器⼈等智能设备开发。⾃主开发并规划建设铸件表⾯清整机器⼈，具有⾃动切换
⼯作模式以及控制系统误差柔性补偿功能，⽀持多种铸件柔性清理，实现铸件⾃动化识别与表⾯柔性清整。
③⾃动检测技术开发。基于机器视觉的零部件表⾯缺陷检测分析以及尺⼨精度⾃动检测技术。
④智能化⽣产线中央集成控制系统优化。采⽤中央集成控制技术对造型线各单元及⼯序进⾏集中监控，开发数据库和专家管理系统，开发定量落砂压实、铸件定量浇注、铸件冷却、铸件⾃动化识别清整等关键单元的智能化控制系统，完成砂箱⾃动转运、下芯和清理等智能化造型控制以及零件铸造、冷却、清整、检测的智能化控制。
⑤基于物联⽹的设备、能耗、环境监控技术。建⽴以实时数据库为核⼼的管理中⼼，将分散的⾃成体系的监控系统以分层、分级的⽅式进⾏集中管理和监控并为上⼀级的MES、ERP系统提供实时数据及历史数据。
⑥智能化⽣产线可靠性安全性研究。通过研究⽣产线关键设备控制系统抗⼲扰、设备运⾏异常报警、系统安全互锁、设备冗余控制，⼯艺数据在线调整等技术，开发基于中央控制的远程诊断及故障报警系统，通过研究智能⽣产线产品质量体系，制定企业标准，有效保证造型线安全可靠性运⾏。
⑦数字化车间建设。采⽤与中央集成控制进⾏实时数据交换的智能化决策管理系统和物联⽹系统，建
polar code设双⾯压实造型单元、冶炼与铸造单元、铸件表⾯清整单元、物流配送线、成品库等，打造⾼精度绿⾊铸造数字化车间。
4）车间制造执⾏（MES）系统
通过规划并建设车间制造执⾏系统（MES），借助现场数据采集，有效管理企业的⽣产制造流程，解决⽣产过程中的数据瓶颈，做到数据的实时采集与共享，为企业决策提供⽀持。同时定制化相关统计报表及业务单据，减少⽣产现场业务⼈员⼯作量，提⾼⽣产制造执⾏效率，缩短产品加⼯周期，最终实现降低产品⽣产成本，提⾼产品质量及市场竞争⼒，
⼈员⼯作量，提⾼⽣产制造执⾏效率，缩短产品加⼯周期，最终实现降低产品⽣产成本，提⾼产品质量及市场竞争⼒，具体表现为以下⼏个⽅⾯：
图8 ⽣产过程数据采集
①集成产品⼯艺、设计数据，实现CAPP、PDM系统产品BOM数据与制造BOM及变更信息的同步，并实现现场电⼦图纸、资料预览。
②实现供应链协同管理，缩短采购及供货周期、降低采购成本，在信息相互协同的基础加强采购过程调度⼀。
图9 供应链协同管理
③与企业ERP集团管控系统集成，实现⽣产任务单分解、物料领配料作业同步，实现物料状态的跟踪与查询分析控制。
④通过电⼦化数据采集（DCS）系统，及时获取车间现场加⼯状态、设备信息等数据，实现对加⼯过程收集、进度更新以及围绕加⼯产⽣的⼯时、效率的统计；提供PC桌⾯展⽰或车间电⼦看板功能，实施跟踪并展⽰车间加⼯状态并反馈相关异常信息。
⑤实现装调任务的分类下发、执⾏跟踪，实现⼯时、进度及成本的统计。
⑥实现常⽤统计报表的⽣成与导出，如进度、⼯时、质量、异常报表等。
⑦通过基础管理模块，实现系统数据维护、权限控制及参数设置等维护管理⼯作。
5）现场设备通讯及⽹络部署
⾸先，在服务器及⽹络规划⽅⾯，可以将数据、应⽤程序及⽂件服务统⼀安装在⼀台服务器上。内部⽹络通过交换机访问服务器；外部⽹络需通过VPN专线或光纤专线（带宽不低于10兆，访问服务器延迟时间不低于30ms）连接到服务器。
MES与企业ERP系统的信息交互，通过中间数据库完成。浪潮ERP系统将MES系统所需数据发送到中间库，MES系统在中间库中读取数据并进⾏处理。
图10 MES与企业ERP系统的信息交互
其次，在车间采集终端通讯设备部署及设备数据集成、传输规划建设⽅⾯，在车间及库房现场配置相关⽆线AP设备，与企业核⼼设备互联。
最后，在车间加⼯现场层⾯，部署相关⾃动采集设备或与现有设备通讯端⼝集成。实现对现场数据的适时采集，确保系统数据的时效性和准确性。
4、效益分析
通过实施推进基于数字化应⽤⾼精密绿⾊铸造项⽬，特别是通过整合现有信息化平台、集成相关信息化应⽤系统，借助现有资源和优势，规划并建⽴企业智能化⽣产的信息⽹络体系，开展产品数字化设计、公司精细化管控、供应链⾼效协同、物流智能化应⽤等关键技术、关键项⽬的开发与使⽤，建⽴企业对内精细化管理、智能化制造和对外整合并协同产业链上下游资源、形成紧密协作的双重管控体系并不断提升企业信息化管理⽔平来说⾮常重要，具体表现在以下⼏个⽅⾯。
①在产品数字化设计⽅⾯
通过项⽬的实施推进，可使产品开发周期缩短1/5-1/2，平均1/3；制造周期缩短了25%，关键零件的废品率降低90%，⼤⼤降低了新产品性能试验和可靠性试验费⽤。在缩短新产品开发周期、提⾼市场反应速度的同时，对提⾼企业产品市
⼤⼤降低了新产品性能试验和可靠性试验费⽤。在缩短新产品开发周期、提⾼市场反应速度的同时，对提⾼企业产品市场占有率及提⾼产品三化（标准化、通⽤化、系列化）⽅⾯都发挥了重要作⽤。通过对员⼯进⾏软件操作技能培训活动，提⾼了职⼯的业务素质，造就了⼀批掌握先进设计、制造技术的职⼯队伍。
②在产品数字化⼯艺管理⽅⾯
⾸先，通过实施数字化⼯艺过程管理项⽬，在公司范围内建⽴了统⼀的产品电⼦化数据共享知识库，实现对产品所有相关的设计、⼯艺、⼯装、模具、⽣产制造、质量、计划等数据的存放和管理，建⽴了相关信息共享策略和应⽤，提⾼了信息的可⽤度并⽅便⽤户统⼀查询、快速检索。建⽴异构⽂档可视化机制，改善信息获取、共享、查看、批注与反馈效率，利⽤统⼀⼯具实现各种⽂件的在线圈阅和批准，消除前期产品研发过程中的协作障碍。
其次，借助协同信息化门户建设，建⽴基于PLM系统的企业数据集成平台，各信息化系统得到有效整合、各种应⽤⼯具之间进⾏有效集成。并在此基础上引⼊了产品多视图管理机制，在产品功能分解结
构的基础上，增加按照⼯艺进⾏分解的制造结构，确保设计、⼯艺制造数据的有效衔接，减少产品制造过程中的质量问题，降低产品开发和试制成本。实现电⼦化的⼯作流程管理，确保设计、校对、审核、批准、发放等⼯作都能够基于⽹络进⾏，充分发挥⽹络效应，实现并⾏操作，保证产品电⼦数据的快速流转、有效发放，提⾼数据归档质量及时效性。
③在渠道整合、供应链协同应⽤⽅⾯
建⽴基于互联⽹应⽤的供应链协同平台，有效整合基于供应链的协同应⽤是企业增加竞争⼒最为有效的⼿段。因此打破企业间地域及企业内部IT技术壁垒的限制，规划并建设相关信息化核⼼应⽤，通过协同创新平台，实现产业链上、下游企业的业务协同，显得更为重要。通过供应链及⽹上营销平台建设、规范并理顺采购销售三包服务业务关系、创新业务实现⽅式、建⽴财务业务的⼀体化管控模式，有利于提⾼业务处理速度、降低采购成本、提⾼客户满意度。
④在车间制造执⾏（MES）系统⽅⾯
通过MES系统的实施，为企业建⽴⽣产制造执⾏管理⽅⾯的信息化平台，使相关⽣产制造⼈员适时、适地进⾏⽣产现场监控，实时发现问题，及时处理问题，实现⽣产管理信息化、可视化、透明化，保证⽣产的稳定和效率。
电石发气量
基于数字化应⽤⾼精密绿⾊铸造项⽬，特别是其系统集成的先进性及内部业务流程优化的科学性，必将在本⾏业起到率先⽰范作⽤，促进整个⾏业的管理创新与技术起步，实现信息化与⼯业化的有效融合，促进企业和社会共同进步。
项⽬的成功推⼴及实施，必将促进企业从梳理内部管控策略、精简业务流程，降低整体供应链库存⽔平，减少存货资⾦占⽤，加快资⾦流动，提升和供应商的战略性合作关系等⽅⾯进⾏优化改善，有助于创新企业合作模式、拓宽合作领域，建⽴新型的企业关系，最⼤限度的实现企业双赢。
四、企业智能制造的未来发展规划
①结合公司特点，借鉴产品⽣命周期(PLM)协同管理理念及规范，构建适合公司产品设计、满⾜产品全过程管理的⼯程管控平台及管理体系。
②利⽤公司和⼭东浪潮集团的战略合作关系，充分借鉴浪潮在⾏业的管理经验和在ERP系统的最佳实践，继续做好公司ERP管控系统的应⽤集成⼯作。
③在产品制造装备数字化⽅⾯，继续做好⽣产制造执⾏系统（MES）的推⼴和应⽤。
④在企业物流智能化系统应⽤建设⽅⾯，配合项⽬合作单位，借助物联⽹技术及供应链管理理念，通过条码、射频识别（RFID）、全球定位系统、激光扫描器、3D打印等信息传感设备，实现企业物资
⽣产制造、供应、配送、装配、验货、三包服务等业务过程管理，实现相关环节物品⾝份认证及信息交换和通信的有效集成。
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