烟台冰轮以工艺集成设计为中心，基于“云＋网＋厂”的新一代铸造智能工厂架构，综合应用智能装备、传感器、智能单元管理与控制系统等，并搭建了企业级数据中心，形成按照设备层、控制层、车间层、企业层和协同层共五层打造的项目总体架构方案，项目总体架构方案如下图所示：

图 智能化铸造工厂系统架构图

（1）设备层 

主要包括3D打印机、桁架机器人系统、移载机器人、智能立体库、智能化熔炼系统、智能化压箱浇注系统、智能翻箱机、热法再生系统、抓件机械手、智能化抛丸机等设备。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。

（2）控制层 

主要包括成型、熔化浇注、砂处理和物流四大智能单元的管理与控制系统。各单元利用OPC接口，通过现场总线、以太网通讯与PLC或控制器进行通讯，并采集设备、生产、成本、质量、绿色、人员等六维信息，向MES系统反馈。同时与数据中心专家知识库设定值实时比对，优化决策后闭环调整控制。

（3）车间层 

以MES系统为主，对本车间所有资源进行集成管理。系统主要有制造数据、计划排程、生产调度、库存、质量、人力资源、设备、工具工装、采购、成本、项目看板、生产过程控制等模块，向上通过以太网与ERP、VCS、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..。

（4）企业层 

该层由企业的生产计划管理、采购管理、销售管理、人员管理、财务管理等各类信息化管理系统所构成，主要包括企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)和客户关系管理(CRM)、LIMS等系统，各系统与MES系统和铸造工艺集成设计系统集成，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，进行对应信息展示，指导、辅助企业管理人员作出客观决策，实现企业产品全生命周期的数字化集成管理。

（5）协同层 

该层主要是通过互联网络实现与供应商共享信息，进而实现协同研发、智能生产、精准物流和智能服务等。

 

下面着重介绍冰轮的成型、熔炼、砂处理三个关键铸造工艺智能单元。

1、3D打印成型智能单元

3D打印技术工艺方法，是通过计算机进行三维立体建模，将模型导入3D打印设备，采用“逐层递增”的原理，精准打印出所需产品铸型。冰轮引入了全球工业化生产最大、效率最高的3D打印机。并以此为核心设备，配备了缓存线、清砂站、桁架机械手、浸涂池、微波烘干、立体库等配套设备。

3D打印成型智能单元的管理控制系统具备砂芯、组芯计划管理（接收计划、计划跟踪等）、过程控制（打印、清砂、出入库、组芯等）、成本管理（液料、砂子、能耗等）、设备管理（设备运行监控、保养及维护等）、统计分析（产量、质量、成本）等功能。底层单元设备通过与上层信息管理系统集成，接收上层系统指令，指挥设备与设备、设备与人员的协同配合，实现从砂芯打印到组芯配箱的全过程管控。

图 成型智能单元架构图

图 砂型3D打印机   

图 桁架机器人系统

2、熔炼智能单元

熔炼智能单元包含自动加料系统、中频电炉、浇注机、球化站、烤包器等设备。该单元的控制系统具有计划管理（如接收计划、计划跟踪等）、过程控制（加配料、铁水熔化、球化孕育、浇注、生产指令下达、工艺参数监控等）、生产成本管理（原辅材料、电耗等）、设备管理（设备运行监控、保养及维护等）、统计分析（产量、质量、成本）等功能。通过集成底层单元设备及上层信息管理系统，指导操作人员与设备配合，实现从生产准备（如炉前巡检、烤包、电炉预热等）、配料、加料、熔炼、成份调整、过热、铁水转运等业务流程的全过程监控。

图  熔炼智能单元架构图

图 熔炼智能单元现场图

3、精整砂处理智能单元

砂处理智能单元包含振动落砂机、抓件机械手、抛丸室、热法再生等设备。该单元的控制系统具有计划管理（如接收计划、计划跟踪等）、过程控制（打箱、去冒口、抛丸、砂再生、生产指令下达、工艺参数监控等）、生产成本管理（再生砂损耗、能源消耗等）、设备管理（设备运行监控、保养及维护等）、统计分析（生产、质量、成本）等功能。通过集成底层单元设备及上层信息管理系统，指导操作人员与设备配合，可以实现从打箱到砂再生的全过程监控。

图  精整砂处理智能单元架构图

图  精整砂处理智能单元现场图

三、全流程数字化革新

绿色铸造成效显著