铸造工艺设计与制造协同控制数字化要求团体标准编制说明

1、铸造工艺设计与制造协同控制数字化要求团体标准编制说明（ 征求意见稿）工作简要过程，任务来源、主要参加单位和工作组成员等工作简要过程计划下达后，2018 年 4 月 17 日共享智能铸造产业创新中心有限公司牵头成立了标准编制工作组，负责主要起草工作。工作组通过认真学习并研究铸造数字化工厂通用技术要求 、铸造工艺数字化设计通用要求、铸造 3D 打印砂型成形单元通用技术要求、 铸铁感应电炉熔炼浇注单元通用技术要求四项铸造数字化工厂相关的团体标准，通过内部研讨学习和外出参观交流，同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料，进行了大量的研究分析、 资料查证工作，结合公司多年的数字化工厂建设和实施经验，进行全面

2、总结和归纳，编制出铸造工艺设计与制造协同控制数字化要求标准草案初稿。经工作组及有关专家研讨后，对标准草案初稿进行了认真的修改。2018 年 5 月 - 2018 年 8 月，由共享智能铸造产业创新中心有限公司组织标准起草单位的多位专家对标准草案进行了4 次评审，专家分别对标准（草案）的标准结构、技术内容、详细章节、语言表达、验证方案、验证过程、验证结论等进行了技术审查，并就标准适用范围、标准框架结构、标准的可行性与必要性、与其它标准的协调等方面提出了意见和建议共计13 条。随后，标准编制工作组围绕专家评审意见开展标准草案修订工作，期间召开6 次标准工作组会议，经内部专家讨论确定采纳意见10 条

3、，未采纳意见3 条，并最终完成内部定稿。任务来源本项目是依据中国铸造协会2018 45 号文件 “关于中国铸造协会智能铸造工作委员会相关团体标准制修订的批复”，项目编号为T/CFA 031103.16 - 201X,项目名称为“铸造工艺设计与制造协同控制数字化要求”。本项目是制订项目，主要起草单位：共享智能铸造产业创新中心有限公司、宁夏共享集团股份有限公司、共享装备股份有限公司、共享铸钢有限公司、四川共享铸造有限公司，计划完成时间为2019 年。主要参加单位和工作组成员及其所做的工作本标准由共享智能铸造产业创新中心有限公司、宁夏共享集团股份有限公司、共享装备股份有限公司、共享铸钢有限公司、四川

4、共享铸造有限公司共同起草。主要成员 : 彭凡、杨军、原晓雷、乃晓文、刘旭东、马吉海、唐永进、刘亚宾、林凯强、常涛、宋亮、孙升、苏少静、孟庆文、李小静、冯周荣、刘方宝。所做的工作: 彭凡任工作组组长，负责资源协调、标准范围确定、内容与方向全局把控；杨军组织策划、组织协调、内容框架指导与审核；乃晓文为本标准主要执笔人，负责本标准的具体起草与编制; 原晓雷负责标准内容框架审核，具体技术内容的合规性、完备性指导；薛蕊莉负责标准化合规性审核；刘旭东、马吉海、唐永进、刘亚宾、林凯强、常 涛、宋亮、孙升、苏少静、孟庆文、李小静、冯周荣、刘方宝等人负责国内外相关技术文 献和资料的收集、分析及资料查证，对标准的

5、具体内容进行修改和完善。2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则1）标准化对象简要情况本标准对铸造过程关键控制参数设计、控制执行、实时反馈及闭环优化进行详细描述，进一步明确铸造工艺数字化设计过程中铸造过程控制方案的设计及应用要求，构建铸造工艺设计与制造协同控制的管控模式，强调工艺设计与生产制造深度融合、相互促进的闭环管控要求，为铸造智能工厂建设提供必要的技术指导和支持。作为铸造行业智能制造标准体系的重要组成部分，将为行业内企业进行数字化、网络化、智能化建设带来系统的指导意义，支撑智能制造健康有序发展。2）制修订标准的原则（ 1）制修订标准的依据或理由本标准在起草过程中主要按GB/T 1.1-2

6、009标准化工作导则第1 部分 : 标准的结构和编写规则的要求编写。在确定本标准主要技术指标时，综合考虑生产企业的能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和合理性。（ 2）制修订标准的原则本标准在制订过程中，遵循 “面向市场、 服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的原则，注重标准修订与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的制定工作。3、与国际、国外对比情况本标准没有采用国际标准。本标准制定过程中未查到同类国际、国外标准。本标准制定

7、过程中未测试国外的样品。本标准水平为国内先进水平。4、标准主要内容1）标准适用范围本标准规定了铸造工艺设计与制造协同控制实现方法、技术路线以及铸造过程控制方案的参数设计、控制执行、实时反馈、闭环优化的数字化要求。本标准适用于应用计算机技术开展黑色金属砂型铸造工艺设计与制造过程控制协同管控，有色金属可做参考。2）标准内容（ 1）铸造工艺设计与制造协同控制实现方法铸造工艺设计与制造协同控制一定是基于信息化系统才能实现的，在具体实施过程中，首先，应保证工艺控制要求通过参数化的方式进行管理，为协同控制提供数据基础；其次，应保证生产制造过程中具备数字化装备、信息技术手段等控制与管理方式，为协同控制提供技

8、术基础；最后， 通过信息系统集成实现工艺设计与制造的数据互联互通和业务协同。) 铸造工艺设计与制造协同控制技术路线本章主要描述了铸造工艺设计与制造协同控制的完整流程，包括参数设计、控制执行、实时反馈和闭环优化的主流程，以及实时反馈和闭环优化节点的闭环流程。其中，在实时反馈节点，通过铸造工艺设计给出的关键控制参数标准值与生产制造管控系统反馈的参数实际值进行比较，当实际值不符合标准值要求时，应实时对生产制造过程中设备、物料或人员进行相应的调整；在闭环优化节点，通过对产品的大量生产制造数据进行多维度的统计分析，可帮助工艺设计人员持续优化工艺设计方案，从质量、成本、效率等方面全面提高工艺设计的质量。)

9、 参数设计我国是典型的铸造大国，随着先进铸造技术和装备的快速发展，在关键复杂铸件生产方面，我国已经具备相应的研发和生产能力，但是仍然处于“大而不强”的局面，其主要原因是铸造工艺方案不完善、工艺设计规范不严格、工艺纪律执行不稳定等，导致铸件质量波动较大。传统铸造生产模式下，工艺纪律的执行往往依靠工艺设计输出关键工序作业指导书，通过产前培训、现场技术支持等方式进行控制，由于产前培训的频次有限，操作人员对培训内容的获取程度有限，以及技术人员不能实时在现场进行技术支持等原因，导致工艺纪律不能严格执行。同时，对产品质量的追溯主要集中在产品终检结果上，缺乏对生产过程质量的追溯和控制。本节针对以上问题，从生

10、产过程质量管控的源头出发，要求工艺设计阶段应该充分考虑实际生产过程的关键影响因素，结合实际生产过程中人员、设备、物料等相互协调的情况，输出关键工序的过程控制参数。参数可分为生产、质量、成本、设备、绿色、人员等方面，一般包括控制内容、控制标准、数据来源、应用方式、应用频次等内容。其中，生产参数主要包括工艺路线、物料明细、生产车间等要求，一方面与ERP1成，作为生产订单下发和物料需求计划运算的依据；另一方面与MES1成，指导详细生产作业计划编制。成本参数主要包括包含原辅材料成本、能源动力成本、人工成本等要求，该成本数据理论上应与产品的实际生产成本一致，作为标准成本指导ERP进行成本管控，也可作为生

11、产制造环节绩效评价的依据。质量参数主要包含型砂质量、施涂质量、熔炼浇注质量、铸件精整质量等质量要求，组型关键尺寸、浇注系统定位尺寸、去浇冒口方向等过程控制要求，机械手抓取定位、烘干温度、烘干时间、抛丸时间、热处理时间、热处理温度等设备执行参数。质量参数是工艺纪律在现场有效执行的依据和标准，通过对质量参数的实时管控，可有效提高过程质量从而保证产品最终质量。设备参数主要应包含转运设备能力、流水线宽度、设备加工精度等要求，可指导生产计划编制和生产准备做相应的调整。绿色参数主要包括车间温度、湿度、粉尘、光照度等要求，是绿色制造的集中体现。人员参数主要包含操作人员数量、技能等级、任职资格等要求，是对生产

12、计划排产的更高要求，应在生产计划编制时充分考虑重点产品对操作者的技能要求。) 控制执行关键过程控制参数设计完成后，其核心是如何保证相应的参数在现场得到有效的执行和控制。传统工艺设计在下发执行方面，往往依靠作业指导书进行产前培训，并将作业指导书打印、张贴于生产现场的工位上，供操作者随时查阅。此方式存在两个突出的问题，一个是实时性和全面性较差，因作业指导书的形式和内容有限且不能及时更新，导致现场获取的技术要求可能会存在较大偏差，对于工艺纪律执行的情况只能依靠操作者的个人理解程度进行控制。另一个是只有技术要求的输出，缺乏相应的反馈，因此不能有效跟踪产品生产过程的质量状况。本标准要求铸造工艺数字化设计

13、系统应利用中间表、接口等方式与MES、SCADA、单元系统等集成，从而实现关键控制参数下发、执行、反馈的闭环管控，具体包括通过 MES、SCADA、单元系统等直接控制设备的机械运动、电气传动及运行功率等自动调整；通过自动检测、图像识别、人工智能等实时检测并记录过程质量结果，依据控制标准进行判断、分析和决策；通过人工进行过程质量检查等。5） 实时反馈关键过程控制参数下发执行后，应实时采集实际的执行结果，并与标准的技术要求进行对比， 一方面在生产过程中进行实时监控，保证质量问题在每一个关键节点都能得到有效的控制，质量问题不传递、不扩大；另一方面在产品终检质量出现问题后，可通过过程反馈数据进行质量问

14、题跟踪和分析，指导工艺优化。其核心都是对实际执行数据的反馈和采集，由于关键参数的属性不同，下发执行的对象也不同，因此参数反馈的方式也有较大差别，具体包括通过 MES、SCADA、单元系统等自动跟踪、记录并反馈；通过 PLC、传 感器等自动采集、存储并反馈；通过人工记录并反馈，可采用手动录入、拍照等方式等。在具体实施过程中，依据不同企业、不同生产线的生产特点，可采用多种方式协作的方式，建立符合企业需求的有效的反馈方式。6）闭环优化基于生产制造数据的实时反馈，依据合格、返修、报废等判定结果，可对数据进行不同维度的统计分析，指导铸造工艺设计持续优化，动态调整关键参数的设计值。综合考虑质量、成本、效率

15、等影响因素，即使某一因素没有问题，同样可以围绕其他因素的变化进行不断优化，追求完美工艺。统计分析可分为按材质、顾客、 产品进行统计分析，按工厂、车间、班组、人员进行统计分析，按年、月、周、日、班次进行统计分析等。5、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效果等1）验证方法本标准（草案）主要采用平台验证的方法，基于共享智能铸造产业创新中心有限公司研发的全流程虚拟铸造系统和智能单元管理与控制系统搭建设计制造协同控制试验验证平台，搭建多个验证场景，明确验证场景的输入、输出、验证流程、操作步骤等内容，直接、 有效地验证铸造工艺设计方案向铸造过程控制方案转化过程中，参数设计、控

16、制执行、实时反馈和闭环优化的所有节点要求。验证标准的条款及对应的验证方法如下：表 1 验证标准的条款及验证方法厅P标准内容验证方法举证平台验证现场验证1范围V2规范性引用文件V3术语和定义V4缩略语V5总则-5.1铸造工艺设计与制造协同控制实现方法V5.2铸造工艺设计与制造协同控制技术路线V6铸造工艺设计与制造协同控制通用耍求-6.1参数设计V6.2控制执行V6.3实时反馈V6.4闭环优化V2）验证情况分析本标准（草案）基于共享装备股份有限公司、共享铸钢有限公司、四川共享铸造有限 公司、共享智能铸造产业创新中心有限公司等多家铸造企业的全流程虚拟铸造系统和智能 单元控制与管理系统的建设实施情况和

17、实际应用效果进行验证，建立并验证了铸造工艺设计和制造协同控制的管理模式，围绕铸造工艺过程控制的关键要求，实现了生产、质量、 成本、设备、绿色、人员六个维度的关键控制参数的数字化管控。通过信息集成技术，实 现了工艺设计与生产制造的实时数据互联和全面融合，并指导设计和制造环节持续优化。根据铸造工艺设计与制造协同控制数字化要求中要求进行逐条验证，验证情况分 析如下：验证条款6.1参数设计验证场景全流程虚拟铸造系统验证方案检查是否有关键过程控制参数设计模块，检查关键过程控制参数是否覆盖生产、质量、成本、设备、绿色和人员，随机抽查 3个 产品的数据是否真实、有效。验证结论1）在系统的“虚拟制造”节点进行

18、生产、质量、成本、设备、 绿色和人员的关键过程控制参数设计，通过选择生产工厂和 生产线，可自动从后台匹配相应的标准工艺路线、物料信息和通用控制参数等，由设计人员修改调整后下发执行。2）抽查所有数据均为真实数据，具有实时性、完整性和有效性。3）标准要求合理、后效。验证条款6.2控制执行验证场景全流程虚拟铸造系统、智能单元控制与管理系统验证方案检查全流程虚拟铸造系统是否将关键过程控制参数自动下发至 智能单元控制与管理系统,检查智能单元控制与管理系统是否依 据关键过程控制参数进行过程控制，并实时采集反馈数据，随机 抽查3个产品的数据是否真实、有效。验证结论1）生产数据自动与ERP ME砥现集成，作为

19、物料需求计划和生 产作业计划编制的依据。2）成本数据未实现集成。3）质量、设备、绿色和人员数据自动与成形智能单元、熔炼智 能单元和过程检验APP实现集成，作为现场执行控制的标准。4）标准要求合理、后效。验证条款6.3实时反馈验证场景智能单元控制与管理系统、过程检验 APP验证方案检查智能单元控制与管理系统和过程检验 APP1否实时获取关键 过程控制参数的执行反馈结果，随机抽查3个产品的数据是否真 实、后效。验证结论1）智能单元控制与管理系统通过 PLG传感器等自动米集关键 过程控制参数的反馈结果。2）过程检验APP!过人为录入或拍照的方式采集关键过程控制 参数的反馈结果。3）标准要求合理、后效

20、。验证条款6.4闭环优化验证场景全流程虚拟铸造系统验证方案检查是否实现关键过程控制参数的统计分析并对结果进行有效 应用，随机抽查3个产品的数据是否真实、有效。验证结论1）在系统的“统计分析”模块对砂芯半成品的报废率、返修率 进行统计分析，支持按时间、产品、顾客等多维度的数据展 示。2）统计分析可追溯到单个产品的过程参数。3）标准要求合理、后效。6 、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调一致。根据中华人民共和国标 准化法的要求，本标准科学、合理、先进、适用，有利于提高生产企业的技术水平和经 济效益，有利于保护消费者的利益，有利于保护环境，有利于合理利用国家资源，推广科 学技术成果，有利于促进对外经济技术合作和对外贸易，并符合技术上先进，经济上合理 的要求，具有合法性、实用性、规范性、协调性。7、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据无。8、标准水平建议，预期的社会经济效果1）标准水平建议建议本标准的性质为团体标准。2）