行业解决方案

UFIDA-U9铸造行业解决方案作者邓洪波一、综述铸造生产是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械制造工业的重要基础，在国民经济中占着相当重要的位置。在许多机械中，铸件重量占整机重量的比例很高，内燃机80%，拖拉机5%—80%，液压件、泵类机械50%—60%。作为我国支柱产业正在大力发展的汽车工业，其心脏部分──发动机的关键零件，如缸体、缸盖、曲轴、缸套、活塞、进气管、排气管等八大件几乎全部由铸造成而成；冶金、矿山、电站等重大关键设备需求优质的重大型铸件；另外国民经济的基础设施和人民生活也需要大量铸件，输水（气）管道则需要各种尺寸的高韧性球墨铸铁管。铸件的质量直接影响着整机的质量和性能；机床铸件的耐磨性和尺寸稳定性直接关系到机床的精度保持寿命；各类泵的叶轮、壳体和液压件的内腔尺寸和表面粗糙度影响到主机工作效率；缸套和活塞环的质量影响到发动机的性能效率和工作寿命。机械工业和国民经济各部门迫切要求铸造生产向优质、精化、高性能、多品种、低消耗、低成本和低污染的方向发展。我国铸造业的现状是产量大，年产铸件约1,200万吨，厂点多，达2万多个，铸造业的从业人员在120万人以上。我国铸造行业的一大特色是改革开放以来乡镇企业迅猛发展，成为我国铸造行业的一支重要力量。乡镇铸造厂点数已超过国有铸造厂点，乡镇铸造厂点的铸件产量约占全国铸件总产量的一半。与发达国家相比,在质量、效率、能源与材料消耗、劳动条件与环境保护等方面都存在差距。造成这些差距的原因是铸造厂点规模小，经济实力差，工艺和设备落后，管理水平低，从业人员素质不高。二、行业特性铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。对于铸造工程师以及机械结构设计工程师而言，热处理是一项非常有意义，而具甚高价值用以改进材料品质的方法，借热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质，同时可以获得更高的强度、硬度，而改善其磨耗抵抗能力等等。铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口、金属毛刺、披锋和合模线，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有磨光机、抛丸机、浇冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。常见铸造分铸铁铸造、铸钢铸造和有色金属铸造。在传统的手工铸造工艺管理基础上，越来越多应用计算机辅助应用来提高铸造质量。常见应用有：（1）专用铸造CAD系统：主要用于某些特定范围和特定目的的铸造工艺设计,如压铸型CAD、齿轮类CAD、阀体类CAD、曲轴类CAD、机架类CAD、缸体类CAD、叶片类CAD、DISA造型线铸造工艺设计CAD等。上述铸造工艺CAD多为二维系统，以甩掉绘图板、红蓝铅笔及铸造手册为主要目的。(2)计算机辅助分析计算机辅助分析又称计算机辅助工程(ComputerAidedEngineering,简称CAE),是计算机应用的一个重要领域。一般说来,它是通过建立能够准确描述研究对象某一过程的数学模型,采用合适可行的求解方法,使得在计算机上模拟仿真出研究对象的特定过程,分析有关影响因素,预测这一特定过程的可能趋势与结果。铸造过程数值模拟技术便属于典型的CAE技术。经过几十年的发展,铸造CAE所涉及的范围已相当广泛,在温度场模拟、流动场模拟、应力场模拟、组织模拟、等方面发挥巨大作用。（3)计算机检测与控制利用计算机实现对生产设备或生产过程进行检测与控制是计算机在铸造生产中应用的重要内容。近些年来，已经出现了很多利用微机来测试各种参数、监视生产状况、控制生产过程的设备及装置，从而有效地提高了铸件质量及生产效率，降低铸造成本。目前在铸造生产中运用的微机检测与控制系统主要有如下几个方面：①型砂性能及砂处理过程微机检测与控制。主要功能有紧实率、抗压强度、抗拉强度、有效粘土含量、透气性测定及水分控制。②冲天炉熔炼的微机检测与控制。主要功能有配料的自动控制、风量调节、冷却水量控制、湿度及温度控制。③金属液质量的炉前快速检测及微机处理。主要功能有各元素成分测定、金属液温度、共晶度、孕育效果、抗拉强度、硬度的测定。④铸件成形过程的微机检测与控制。主要功能有金属液流动性检测、铸型性能检测、造型线主辅机工作状态的监控。⑤铸件成品质量的微机检测。主要功能有检测铸件内部空洞的大小、检测铸件表面的粗糙度。此外还有低压及压铸生产过程微机控制系统、料库监控系统及生产组织协调监控系统等。（4)专家系统专家系统(ExpertSystem)是近几十年来人工智能领域研究开发的计算机系统,它是人类长期以来对智能科学的探索成果和实际问题求解需要相结合的必然产物。专家系统是一种基于知识的智能系统,以求解那些人类专家才能解决的高难度问题为特征。一般包括知识库、数据库、推理机、知识获取机制、解释机制及用户接口等部分。铸造生产是一个复杂的过程,产品质量受诸多影响因素的制约。而这些因素一般是随机的、复杂的、很难用数学公式描述。在处理一些突发事件时,往往需要丰富的知识与经验,而这些知识与经验并不是所有人都能够掌握的。一个性能优越的铸造生产专家系统就可以处理生产中错综复杂的情况,在不确定信息基础上得到正确的结论,及时准确地解决问题。国外铸造专家系统的研制起始于80年代,一些不同类型的铸造专家系统先后推向市场,如冲天炉控制专家系统,铸件缺陷分析诊断专家系统,铸造过程规划、咨询系统,熔模铸造专家系统等,在实际生产中已取得较好的应用效果。三、行业管理重点与常见困扰精确成本核算需求铸造加工过程受行业特点影响，材料用量无法及时准确计量到每一件产品上，同时因存在浇冒口、拼接缝、毛刺等副产出，兼之废料的回用，导致在铸件成本核算上，很难做到精确核算，手工管理模式下多采用按重量分摊的方式大略核算。对企业管理者而言，需要知道因工艺改进或材料出水率提高而引起的成本变化；对大件铸造需要知道每件产品的实际成本构成；对贵金属铸造更需严格管控材料消耗，精确成本核算。业务环节多计量单位需求铸造行业对产品更多关注的是重量。销售报价、成本核算、产量分析等都用重量作为基础依据。对每件铸件而言，一般存在三种单重：工艺重量，也就是设计理论重量，根据铸件材质、体积计算出来的标准重量。生产重量，也就是实际重量。在产品铸造完成后实际称量得到的重量。销售重量，也就是合同重量。在按重量计量的合同中，对客户标示的重量。三种不同单重，在各业务阶段要分别记录，从而指导企业分析当利润率变化时，是因为工艺改进导致的成本下降，还是销售行为导致的收益增加。同时，在库存管理环节，既要了解库存重量及单重成本，也要了解当前库存下每件产品的实际数量及成本。在销售报价时，也存在按数量销售的行为。铸造排产需求对铸造行业的排产，同离散制造排产存在一定的不同之处。铸造产能主要受限于熔炼资源及造型资源。国内铸造熔炼主要设备为冲天炉和电炉。熔炼方式

冲天炉熔炼感应电炉熔炼冲天炉-感应电炉双联

铸铁种类

灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁；某些中、低合金铸铁

合金铸铁；灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁

合金铸铁；灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁对炉料要求

块度适当；可使用不同比例的废钢、切屑、原生铁、回炉料；配料中C、Si含量可与铁液有较大差别；可使用渣铁及部分球团；可不作净化处理

块度适当；不宜大量使用原生铁及回炉料；配料的成分应与铁液成分一致；应作净化处理；不宜使用低质炉料

同冲天炉熔炼产品批量

批量、大批量生产

中小批量

各种批量生产规模

大规模

中小规模

大规模生产方式

平行工作制、连续工作制、阶段工作制

阶段工作制

平行工作制、连续工作制、阶段工作制

造型机械化程度

高

中低

高电力供应量

较小

大

中等操作技术要求

较高

不高

较高设备容量

宜大

不宜大

宜大铁液质量

不同类型冲天炉，铁液质量及其稳定性差别较大

铁液质量不高，但稳定性易于控制

铁液质量高，稳定性易于控制从上表可以对比看出，不同熔炼设备适合不同熔炼需求，铸造企业往往多种设备混合使用，这在排产上给人工管理带来很大难题。行业专用软件与ERP接口需求对于一个铸造企业来说,企业内部各管理部门之间、各生产部门之间、管理和生产部门之间以及企业和外部之间需要传递大量的信息；另一方面企业内部各部门技术的进步往往会发生一些阻碍信息交流的"孤岛"。同时铸造行业专用的一些计算机辅助处理系统，如CAD、CAE、CAM、CAPP需要和企业信息管理系统能够有效的衔接起来，以达到资源共享、协同应用的效果。同主机厂计划的协同铸造厂的产品主要为发动机、风电产品、大型机械等配套。其计划受主机厂的生产计划，成车上线计划以及主机厂的生产订单影响。为了避免呆滞料的发生并及时出货，配套厂经常花大量的时间将主机厂的计划信息进行数据转换，并协同各个部门将数据整合，以便制订相应的生产计划。由于数据繁多，变更频率高，造成资料经常不准确,管理困难。现场生产管理难度大由于交货频繁，生产周期长，铸造工艺复杂，为满足客户的需求并避免主机厂断料情况的发生，需随时跟踪现场的生产进度，并平衡生产设备的负荷能力，但由于基础数据的不完整，生产进度不能及时反馈，要求生产管理人员有丰富的管理经验，对人员的依赖性较大，给企业带来了管理困扰。严谨的质量追溯铸件质量很难做到每次生产质量标准都一致，经常需要进行试浇铸。其用料配比受原料成分影响巨大，需要靠多年铸造经验或精密检验设备来保证产品质量。因此质量管控工作相当繁重铸件产品往往应用于大型机械关键部位，质量标准要求非常高，需对原材料、中间生产过程、及产成品的质量进行全程跟踪，以便发生异常时可从产成品到半成品、原材料、供应商等进行跟踪追溯，以符合主机厂质量标准要求。但手工作业情况下往往无法有效的追溯来源并消除问题的根源。四、U9铸造行业解决方案4.1铸件浇铸排产4.1.1业务场景描述铸件的原料是生铁、焦炭、废钢等，经过大炉熔炼后变成铁水，浇注到砂型后变成不同的铸件产品。铸件的生产计划是日计划，每天下达第二天的生产计划，下达生产计划时要考虑熔炼大炉的熔化率要求，不能超过炉子的日熔炼能力，但也不能太少，略低于炉子容量即可，否则动能消耗较大。4.1.2行业管理需求铸件排产不是常规离散制造模式下由产品主计划推到物料需求计划，而是受铁水熔炼能力限制，由铁水产量反推铸件产品主计划。材质是铸件的一个主要属性，同一材质的配方（即BOM）是一样的，不同比例的原料（生铁、焦炭、废钢等主料加一些辅料）经过熔炼后材质是一样的，由于模具砂型的不同，可以浇注成不同的铸件。排产时已知的是客户的铸件需求数量、交期以及熔炼设备的日熔炼能力，需要先正排，根据铸件需求量计算出铁水需求量，然后再倒排，根据日铁水熔炼能力推出铸件的日产量和交期。 排产过程中要考虑同材质铁水的合并及最小铁水开工量、烧损率等因素。4.1.3U9解决方案 1.系统流程图： 2.系统应用在排定铁水生产订单时，可根据铁水材质获取到铸件的生产需求量，然后根据日熔炼能力排定铸件的日产量，同时排定生产日期。4.2铸件成本核算4.2.1业务场景描述铸造是将熔融金属浇入铸型，经凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。利用铸造方法获得的金属物件称为铸件。因铸造过程的特殊性，有如下特殊业务处理：会产生浇口、冒口、拼接缝等废料，回收后作为回炉料继续使用。同时未浇铸的砂型不能长时间停放，会粉碎后作为旧料重新使用。在浇铸原料投入上，新料与回炉料会搭配投入。铸件清理、打磨下的废料要回收作为回炉料再使用。浇铸产生的废品会回收，作为回炉料再使用。浇铸剩余的铁水或保温存放，或浇铸成废品块以回炉料方式重新使用。4.2.2行业管理需求从上述业务场景可以看出，对铸件的成本核算比照常规加工件存在如下特殊需求：产生的水冒口、清理下的废料其成本要从直接材料费中剥离对废品的成本核算和统计需求强烈，废品损失要单独作为一成本要素进行核算，同时废品成本要被良品分担。因每次浇铸投入的原料种类、配比都不同，无法建立统一的标准BOM指导加工，必须在每次生产时根据实际原料投入进行工艺配方调整。因原材料的投入和铸件的产出在实际管理中无法做到每件精确称量，现场所能获得的实际数据往往只有总投入量和回炉料总回收量。每次浇铸成的毛坯件单重都会有差异。要进行每件精确成本核算，存在管理难度。4.2.3U9解决方案针对铸造行业业务特性，传统的按BOM进行料品成本卷积的方式在实际执行过程中是不可行的。U9ERP提供了专业的成本核算模式解决铸造行业成本核算需求。搭建标准配方BOM，用于指导浇铸原料投入在生产订单备料表上，由工艺员根据实际原料使用，确定本次生产实际配方。原料的投入按每次总投入量计量，保证总投入量计量的准确。回炉料的回收按每次回收的总量计量，保证总回收量的准确。对水冒口、金属屑等以副产品产出计量独有的按配方一次性成本分配处理模式，将净用料量按实际配方比分配的每件产出的铸件上，合理计算铸件实际材料成本。记录废品产出，可定义是否独立核算废品损失，废品损失成本由良品承担。对报废的废品成本可选择进存货还是进费用。4.3铸件双单位应用4.3.1业务场景描述铸件在生产、销售和成本核算各环节，都需要既体现数量单位，又体现重量单位。料号品名库存主单位生产单位采购单位销售单位计价单位成本单位重量单位库存单位重量转换率

件-公斤组合一1-0-0X2飞轮铸件件件件件件件公斤3838组合二1-0-0X2飞轮铸件件件件件件公斤公斤3838组合三1-0-0X2飞轮铸件件件件件公斤件公斤3838组合四1-0-0X2飞轮铸件件件件件公斤公斤公斤3838同一料品，在不同组织内，有不同成本单位的需求，比如：铸造公司生产铸件毛坯，制造费用按重量分摊，成本单位为公斤。铸件毛坯销售给机加组织进行机加工，机加组织按件计费，成本单位为件。在产品销售时，考虑盈利问题等因素，对不同客户报价时既会按件，也会按公斤。库存数量查询时，既要看到数量，也要看到重量。4.3.2行业管理需求 铸造行业核算时，重点关注重量。比如费用分配等，按重量分配相对合理。同时库存管控时是以数量计量。销售利润统计要统计单位重量盈利能力。4.3.3U9解决方案 U9提供多维度计量单位设置。库存单位支持主、辅单位，满足既看数量又看重量的需求；销售单位、采购单位、生产单位、计价单位、成本单位、领料单位满足不同业务环节不同计量单位的需求。 在转换率设置上，可设置固定转换率，也可设置动态转换率，针对不同产品在不同业务环节设置不同转换率，满足设计重量、制造重量、报价重量不同的业务需求。五、U9铸造行业解决方案图六、铸造行业样板客户大连新重集团有限公司主营产品：新重集团主导产品为柴油机飞轮总成及部件、各种牌号的蠕墨铸铁、球墨铸铁件、灰铁件、合金球铁铸件、合金灰铁铸件、铸钢小件、有色金属铸件和机电产品及其备件的制造和安装等，具有雄厚的工艺基础和生产能力。每年为汽车柴油机配套零部件数量约10万套，并以每年5%的数量递增，国内为一汽等汽车生产厂配套，同时产品出口美国、德国、意大利、日本等国。在机电产品方面新重集团已为国内各大钢厂（鞍钢、首钢、广钢等）提供产品（如烧结台车、铸铁机、电动平车、熄焦车等）。管理特点：按订单生产现场改制过程多特殊铸造、大型单件铸造为主要发展方向对铸造成本、质量管控需求强烈实施效果： 通过ERP项目的实施，已给新重带来全面提升管理水平的机会，实现“企业组织扁平化、企业工作规范化、