液压精密(案例六：江苏恒立液压高精密液压铸件绿色铸造智能工厂)

Posted 2023-06-01

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液压精密(案例六：江苏恒立液压高精密液压铸件绿色铸造智能工厂)

在铸造行业“十四五”发展的开局之年，中国铸造协会在第五届中国铸造节上正式向全行业发布了《铸造行业“十四五”发展规划》，《规划》中明确了“智能制造”的发展目标。

智能制造：加快行业信息化建设步伐，形成适用典型铸造工艺和不同产品的智能制造成熟模式，制订智能铸造及成熟度评价系列标准，通过典型数字化车间/智能工厂示范建设，引领行业智能制造快速发展。到2025年，培育200个以上数字化车间/智能工厂。

在铸造行业，江苏恒立液压股份有限公司的高精密液压铸件绿色铸造智能工厂作为智能制造示范项目，引领着行业智能制造快速发展。今天将对此项目做详细介绍。

高精密液压铸件绿色铸造智能工厂

一、企业简介

江苏恒立液压股份有限公司（以下称“恒立液压”）是一家集高压油缸、液压泵阀、液压马达、液压系统和高精密液压铸件等系列产品的研发、生产和销售为一体的国家高新技术企业、中国智能制造百强企业、中国绿色铸造企业、工信部强基工程项目示范企业、江苏省两化深度融合示范企业、国家和行业标准制定单位。

恒立液压是国内较早实现规模化生产挖掘机专用油缸的自主品牌企业， 2010 年“恒立牌”液压油缸被评为江苏省名牌产品；2012 年，被江苏省经济和信息化委员会纳入“江苏省信息化与工业化融合试点企业”。2015 年以来，恒立液压的 “挖掘机专用高压油缸生产车间”、“高精密液压铸件生产车间”、“液压泵阀智能生产车间”等三个车间先后被江苏省经济和信息化委员会认定为“江苏省示范智能车间”。“恒立牌”液压产品已销往全球 20 多个国家和地区，遍及工程机械、港口机械、船舶海事、新能源发电、特种车辆、盾构、水泥等诸多领域，服务于全球各领域 1200 多家企业。公司客户包括三一、柳工、徐工等国内主机一线品牌，同时服务于包括卡特彼勒、神钢、久保田、日立、TTS、麦基嘉、国民油井等全球多家 500 强企业。

二、项目背景

液压件行业是装备制造业的基础配套性产业，蕴含着装备制造业的核心技术，是我国制造业从大国向强国迈进的标志性产业。但我国液压件产业大而不强，自主创新能力相对较弱，核心技术缺失，无法适应高端主机配套要求。国内高端装备用高压柱塞泵与液压多路阀高端产品市场基本由德国博世力士乐、日本川崎等企业垄断，中国液压件行业龙头企业恒立液压已成功开发 40Ton 以下挖掘机用柱塞泵与液压多路阀，并在徐工、三一重工等企业批量配套，实现进口替代，但作为高压液压元件的基础材料，液压铸件产品品质一致性差、成品率低、生产效率低，影响高端液压件的精度与性能及产量。

基于上述原因，2018 年，恒立液压在现有年产 2.5 万吨高精密液压铸件工厂的基础上扩产新建，新增多路高压阀等产品 3 万吨产能，依托江苏省智能制造领军服务机构机械科学研究总院江苏分院、德国铸造智能化控制系统供应商 Zorc Cybernetics GmbH 等单位，重点突破高精密液压铸件智能工厂整体设计、工艺流程与设备布局、产品数据管理系统、铸造过程数据采集与分析系统、设备能源管理系统、ERP 系统、MES系统与 PLM 系统等信息化集成等关键技术，全面集成应用具有国际先进水平的全自动浇注机、智能加配料系统、制芯立体库等智能制造装备，实现高压柱塞泵、液压多路阀、液压马达等200 余种高精密液压铸件高效高质量生产，打造世界一流水平的智能制造标杆性工厂，引领行业示范，助推中国高端装备制造业升级，践行中国制造 2025。

本项目高精密液压铸件绿色制造智能工厂综合运用增材制造、合金绿色熔炼、精确喂丝球化、全自动化浇注等先进技术与装备，全面集成铸造信息系统、PLM、MES、ERP 等信息化系统，实现产品从合金熔炼—制芯造型—定量浇铸—柔性清理—砂再生处理等制造全流程智能化生产与信息化管控。

本智能工厂建立以客户关系管理为出发点的 PLM 系统，实现产品设计、工艺数据等与客户服务、客户关系管理相结合，形成企业智力资产的集散中心；建立起自动配料与定量熔炼系统、全自动造型与浇注系统、高效柔性清洁打磨系统、型砂回收再利用系统等，通过以太网等技术实现设施高度互联，基于铸造信息数据库、工艺控制系统等建立MES系统，结合人工智能技术，实现产品智能生产，物流自动运转，数据在线实时监测，质量可追溯；实现 PLM、MES 与 ERP 系统互联互通，并利用云服务平台，实现生产车间远程监控、指令实时调整，科学配置资源。

三、实施方案

本项目高精密液压铸件绿色制造智能工厂总投资 5 亿，固定资产投资 4.5 亿元，采用低能耗、少污染的绿色铸造工艺、智能制造装备、信息化系统等技术，通过联合国内外知名智能制造供应商实现“产学研用”合作开发，突破以精密液压铸件为代表的轻量化设计、绿色铸造、智能制造、清洁后处理、在线检测与分析、信息化系统集成等关键技术，建立多品种精密液压铸件智能工厂，大幅度降低能耗、材耗，减少污染物产生、降低污染物排放，同时全面提高产品质量，提升生产效率、工艺出品率以及产品合格率等关键指标，打通生产制造数据流、产品数据流、供应链数据流，形成自下而上的数据自动流动，实现横跨企业内部的纵向集成，打造世界一流水平的智能制造标杆性工厂，实现年产 5.5 万吨高精密液压铸件生产能力，智能工厂整体系统架构。

恒立液压高精密液压铸件绿色制造智能工厂整体系统架构

整个智能工厂架构中，分设备层-控制层-执行层—企业计划层-决策层。以底层端到端的数据流为基础，无缝集成 ERP、MES、PLM、MDC 系统,打通生产执行数据流、产品数据流、供应链数据流，形成自下而上的数据自动流动，实现横跨企业内部的纵向集成。

智能工厂主要建设内容如下：

1、高精密液压铸件铸造生产线建设，设备集成互联

本项目智能工厂设备核心是 3 条高精密液压铸件智能铸造生产线，包括全自动浇注系统、智能加配料系统、水平无箱造型线/静压造型线、砂处理回收利用系统、高精密打磨专机、余热回收系统、废气自动化处理系统等装备，根据液压铸件铸造生产工艺流程，采用虚拟现实技术，建立装备数字化模型，合理布局生产线及设备，实现工艺优化、流程模拟、装备运行、过程验证的有机集成。设备之间互联采用专用协议局域网，实现智能设备之间的通信协作，提高工业装备的智能化水平，同时基于信息物理系统，将物理设备联网，使之具备感知、通信、计算、远程控制、自我管理的功能，实现人、产品、设备、网络之间的互动关系，进一步提升智能工厂设备互联的智能化水平。

造型线

全自动浇注系统

（左）立体库（右）传输带立体库

2、PLM 系统、MES 系统等信息管理系统搭建，并与现有 ERP 系统互联

以 PDM 管理系统作为核心，建立液压铸件产品全生命周期管理系统，基于二维、三维 CAD 设计与分析平台（UG、PROE、Magma、Procast 等软件），采用数字化工艺 CAPP 解决方案，持续优化和改进工艺，实现轻量化，达到保质生产和数据可追溯的目标。综合应用云计算、物联网、互联网、移动互联网、大数据以及人工智能等信息技术，针对高精密液压铸件工艺特点与装备特征，形成一套由智能制造终端及支持优势资源网络化集成、协同的功能软件等构成的软硬件一体化智能车间 MES 系统，实现基础数据管理、生产计划动态排产、生产数据实时采集、生产质量实时监控、生产工艺优化决策、车间设备网络化运维和液压铸件铸造生产知识一体化管理、现场无纸化终端等功能。

3、信息化控制室与可视化驾驶舱建设

信息化控制室与可视化驾驶舱是面向液压铸件智能制造生产系统的控制器，为管理者提供包括：车间可视化监控、生产状态与信息监控、工业大数据分析、KPI 报表统计分析、关键设备运行信息、动态决策、集成化控制等。通过可视化驾驶舱企业管理者可以远程、实时在线对液压铸件铸造车间生产系统的运行情况进行监控、分析、诊断、仿真、优化，从而实时、有效地驾驭车间生产系统的运行情况。通过可视化驾驶舱控制参量实现车间管理者与系统软硬件的人机结合，车间的精益化、透明化、实时化和集成化的管控，通过定义关键信息的交互，实现对现场的指挥和决策，由 Web 服务器，提供给公司决策层关键信息，开发对应工业 APP，即时处理公司决策层的执行指令，并实现对 MES 系统的操作，从而达到资源的有效利用，形成动态生产与运营管理能力。

车间大屏

本项目创新性的采用人工智能技术，在铸造信息系统，通过人工智能对高精度液压铸件铸造过程进行智能化指引，基于大数据的在线采集与数理技术，对高精密液压铸件熔炼与浇注生产过程质量监控、生产设备运行监控、关键位置监测等，对数据库和数据相关性进行人工智能分析，形成智能化控制与决策功能。

四、项目实施效果

智能工厂采用大量国产高端核心智能制造装备及信息化软件系统，形成高精密液压铸件协同设计、柔性定制、智能制造一体化解决方案，促进国产装备及软件的推广应用，引领行业制造水平提升，发挥行业龙头企业智能制造领域的带头作用。通过智能制造装备应用、信息化系统搭建，完成多品种精密液压铸件智能工厂建设，实现年产 5.5 万吨高精密液压铸件高效、稳定智能生产，产品柔性制造能力提升 50%，企业生产效率提高 33.3%，能源利用率提升 15%，单位制造成本降低 24%，产品不良品率降低 33.3%，为本行业智能化水平提升提供技术支撑与典型示范。

1、突破精密液压件绿色设计技术，实现短流程、节能节材减排设计开发

基于工业生态设计要求，在高精密液压件制造工艺技术取得重大突破基础上，全面贯彻绿色设计理念，突破液压件轻量化设计、制造短流程精确模拟与数字化设计技术，建立绿色生产工艺设计专家系统；建立多品种产品个性化定制工艺路线，缩短制造周期 50%；综合应用轻量化设计、数字化铸造模拟分析系统，基于温度场分析、应力场分析建模，持续优化设计浇口、冒口和浇道，合理设计和布置铸型结构，减少缺陷的产生，减少浇冒口、浇道等材料 25%。

2、综合运用无模铸造、增材制造、精密砂芯均质化制备、合金绿色熔炼浇注等先进工艺，实现多品种复杂精密液压件绿色、柔性制造

结合精密无模铸造、增材制造技术以及自动化成套装备的技术基础，开展高精密液压件批量生产的适应性研究，实现多品种产品的快速短流程、柔性化生产，降低劳动强度，提高生产效率，减少物料消耗。节约型砂、模具等工艺材料消耗 30%，综合提升产品工艺出品率 5%以上，降低产品废品率 33.3%。突破高性能铸造合金熔炼和定量化浇注技术，实现原材料化学成分设计、熔炼工艺及金属液处理技术的融会贯通，通过光谱仪、热分析仪等实时检测铁水成分、温度等参数，并反馈到球铁/蠕铁专业分析与导航软件 Navigator 中，通过 Navigator 软件生成喂丝球化处理工艺，实现对增碳剂、孕育剂、合金元素、稀土等添加剂的定量精度全自动控制，提高废钢用量，合金元素含量波动范围控制在 0.05％，并降低产品成本 5%；突破精准喂丝球化技术，实现全自动化控制，精确定量控制镁合金含量，整个过程密闭处理，镁光及烟尘污染集中处理，球化质量稳定可靠，球化级别 1 级（球化率≥95％），碳化物≤1％，减少材料成本 5％以上。

3、掌握精密液压件铸造过程废砂废气处理技术，实现循环利用，减少污染物排放

基于气流清砂技术，研究高压、旋式气流处理工艺，改造开发自动化成套设备，实现高端液压铸件内腔、流道的快速有效清理，避免盐浴或高压水射流等其他清理方法带来的损伤或污染，提高效率 20%。改造采用烘芯炉废气治理技术，以组合工艺方式替代单一吸附方式，实现烘芯炉高温废气全部回收利用，减少废气排放 40%。

4、综合运用能源管理系统、设备管理系统、信息管理系统等信息化技术，提高产品生产效率与能源利用率，减少污染物排放

搭建设备管理系统、能源管理系统等信息化系统，提升设备能源利用率与运行效率。精密液压件生产过程涉及水、电、气、砂等大量资源消耗，涉及熔化工部、砂处理工部、制芯工部、造型工部、清理工部等五大单元百余台套设备，原有车间缺乏有效的能量计量与设备控制优化管理方法，导致生产过程中大量无效能源的消耗，造成不必要的生产成本和环境资源成本的浪费。本项目结合智能传感、工业互联等智能网络技术的应用，搭建能源管理系统，提升能源使用效率，减少设备空载率，能源利用率提升 15%以上。

江苏恒立液压股份有限公司的高精密液压铸件绿色铸造智能工厂项目联合各方集中优势资源，全力推进核心技术研发与应用示范工作，确保智能工厂建设达到世界一流水平，在行业内形成示范效应，项目建设完成积累了大量经验，形成系列标准文件，为本领域企业智能工厂建设提供标准化参考依据，有利于助推国内液压件产品向高端化迈进。

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