机械工程导报2016第3期.indd

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1 2016 年第 3 期 总第 184 期 当今机器人技术和智能制造创新前景 p01 铸造行业 十三五 技术发展规划纲要 下 p05 中国好设计案例选登 五 p19 制造业信息化 上 p24 高速高精度 PCB 数控钻孔系统 p39

2 当 今 机 器 人 技 术 和 智 能 制 造 创 新 前 景 01 铸 造 行 业 十 三 五 技 术 发 展 规 划 纲 要 ( 下 ) 年 创 刊 2016 年 第 3 期 ( 总 第 184 期 ) 2016 年 6 月 28 日 出 版 中 国 好 设 计 案 例 选 登 ( 五 ) 19 制 造 业 信 息 化 ( 上 ) 24 高 速 高 精 度 PCB 数 控 钻 孔 系 统 39 第 十 一 届 中 美 工 程 技 术 研 讨 会 创 新 与 智 能 制 造 论 坛 在 京 召 开 43 智 能 制 造 新 思 维 尽 在 三 国 高 峰 论 坛 49 中 德 美 智 能 制 造 高 端 研 讨 会 在 京 举 行 55

3 当 今 机 器 人 技 术 和 智 能 制 造 创 新 前 景 * 格 洛 丽 亚 韦 恩 斯 (Gloria J. Wiens) 佛 罗 里 达 大 学 机 械 和 航 空 航 天 工 程 系 随 着 最 近 新 兴 技 术 能 力 的 提 升 和 制 造 业 创 新 的 进 步, 机 器 人 技 术 的 发 展 前 景 正 发 生 着 迅 速 的 变 化, 新 的 发 展 趋 势 和 应 用 也 随 之 涌 现 随 着 与 物 联 网 (IoT) 和 智 能 制 造 之 间 的 联 系 不 断 加 深, 机 器 人 技 术 的 发 展 使 企 业 得 以 在 保 持 原 地 生 产 的 同 时, 提 高 生 产 效 率, 增 强 竞 争 实 力 本 文 将 对 当 今 机 器 人 技 术 和 智 能 制 造 的 创 新 前 景 进 行 综 合 概 述 1 根 据 加 拿 大 工 业 机 械 (Canadian Industrial Machinery)2015 年 10 月 刊 登 的 文 章 2, 数 据 表 明 对 机 器 人 技 术 的 投 资 正 在 持 续 增 加 文 章 报 道 了 从 北 美 机 器 人 企 业 订 购 的 机 器 人 的 数 量 是 空 前 的 (14232 台 机 器 人, 价 值 8.4 亿 美 元,2014 年 同 期, 机 器 人 数 量 增 加 1%, 收 入 增 加 7%, 保 持 了 之 前 的 记 录 ) 工 业 机 器 人 应 用 的 主 要 产 行 是 汽 车 零 部 件 尤 以 在 原 材 料 处 理 和 点 焊 中 的 应 用 最 为 突 出 同 时, 有 意 思 的 是, 在 美 国 这 一 行 业 的 劳 动 力 中, 受 过 专 业 培 训 的 焊 工 十 分 短 缺 根 据 市 场 规 模 预 测 ( 见 图 1) 3, 全 球 机 器 人 行 业 收 入 截 止 2020 年 将 有 望 超 过 1510 亿 美 元 Tractica 报 道 其 增 长 将 主 要 来 自 非 工 业 机 器 人 工 业 机 器 人 预 计 将 平 稳 增 长, 在 2020 年 收 入 约 达 到 180 亿 美 元 就 机 器 人 技 术 的 发 展 趋 势 而 言, 该 产 业 预 计 将 从 2014 到 2020 年, 主 要 在 消 费 电 子 产 品 和 电 动 汽 车 产 业 创 造 300 万 个 就 业 机 会 2015 技 术 潮 流 (Technology Trends 2015) 报 道, 从 2017 到 2020 年 间, 机 器 人 技 术 的 使 用 将 带 来 200 万 个 新 增 岗 位 4 随 着 康 复 治 疗 机 器 人 可 穿 戴 外 骨 骼 机 器 人 的 进 步, 仅 在 康 复 市 场 就 有 望 增 加 40 倍 预 计 2020 年 机 器 人 技 术 的 发 展 趋 势 是 5 : 微 型 机 器 人 可 携 带 紧 急 应 答 器 探 索 小 型 或 危 险 环 境 ; 可 穿 戴 外 骨 骼 机 器 人 用 于 增 强 使 用 者 的 体 力 ; 人 机 接 口 可 以 帮 助 截 肢 者 控 制 自 身 活 动 并 接 收 感 觉 反 馈 ; 模 块 化 机 器 人 可 在 预 设 模 式 下 完 成 专 项 任 务 ; 智 能 机 器 人 结 合 人 工 智 能 和 机 器 学 习 技 术 进 行 类 人 表 达 和 反 应 ; 通 过 引 进 弹 性 纳 米 管 肌 肉 以 增 强 机 械 强 度 ; 电 源 可 换 式 机 器 人 在 离 网 区 域 启 动 应 用 ; 机 器 人 网 络 允 许 机 器 人 接 入 数 据 库, 分 享 信 息 和 学 习 经 验 ; 远 程 监 控 机 器 人 可 代 替 人 在 遥 控 区 域 进 行 工 作 近 十 年, 美 国 联 邦 政 府 为 提 高 美 国 竞 争 力 和 促 进 就 业 提 出 了 多 项 动 议 由 美 国 联 邦 政 府 机 构 ( 美 国 国 家 科 学 基 金 会 (NSF) 美 国 农 业 部 (USDA) 美 国 国 家 航 空 航 天 局 (NASA) 和 国 家 卫 生 研 究 所 (NIH)) 共 同 赞 助 的 国 家 机 器 人 计 划 (NRI) 在 2011 年 启 动, 旨 在 促 进 机 器 人 在 美 国 的 发 展 和 使 用, 以 协 助 人 类 或 与 人 类 共 同 工 作 6 就 制 造 业 而 言, 这 一 计 划 覆 盖 了 从 基 础 研 究 和 开 * 本 文 为 中 美 工 程 技 术 论 坛 创 新 与 智 能 制 造 论 坛 报 告 嘉 宾 格 洛 丽 亚 韦 恩 斯 (Gloria J.Wiens) 特 为 本 刊 撰 写 年 第 3 期

4 图 1:Tractica 报 道 了 年, 总 的 工 业 和 非 工 业 用 机 器 人 收 益 及 其 全 球 市 场 情 况 3 发 到 产 业 制 造 和 配 置 的 整 个 生 命 周 期 此 外, 机 器 人 还 是 美 国 商 务 部 (U.S.Department of Commerce) 美 国 国 家 标 准 与 技 术 研 究 所 (National Institute of Standards and Technology, NIST) 的 优 先 主 题 特 别 是, 他 们 着 重 将 协 同 制 造 机 器 人 作 为 增 强 制 造 业 竞 争 力 的 必 要 工 具, 通 过 极 大 提 升 反 应 能 力 和 创 新 能 力 来 实 现 7 在 人 - 机 协 作 主 题 下, 与 人 协 作 的 机 器 人 以 及 自 己 动 手 (do-it-yourself) 工 业 机 器 人 成 为 工 业 机 器 人 的 新 的 生 力 军 出 现 在 大 众 面 前 这 些 机 器 人 可 以 同 人 一 起 或 者 在 人 旁 边 工 作, 完 成 之 前 需 要 人 机 分 开 完 成 的 任 务 今 天, 人 机 合 作 / 共 存 的 时 代 终 于 到 来, 在 真 实 世 界 中, 无 论 是 在 大 型 工 厂 还 是 小 型 作 坊 的 制 造 现 场, 机 器 人 同 人 类 一 起 工 作 然 而, 跳 出 当 前 应 用 局 限, 能 在 更 广 阔 的 行 业 和 制 造 商 中 广 泛 应 用 的 高 级 机 器 人 系 统 需 要 具 备 较 高 的 能 力 感 知 力 敏 捷 性 可 移 动 性 复 位 性 和 操 作 安 全 性, 还 应 便 于 指 派 任 务 和 重 复 指 派 任 务 机 器 人 不 是 单 独 的 实 体, 它 们 应 用 于 广 阔 行 业 中, 存 在 于 商 业 世 界 里, 必 须 无 缝 而 快 速 地 与 之 融 合 换 言 之, 机 器 人 技 术 改 变 着 商 业 模 式 和 一 体 化 战 略 ; 由 科 技 创 新 驱 动, 存 在 于 工 厂 内 外 机 器 人 技 术 被 视 为 是 能 够 变 革 制 造 业 的 关 键 改 造 技 术 此 外, 改 良 的 机 器 人 技 术 和 制 造 自 动 化 的 广 泛 采 用 将 享 有 知 识 产 权 和 财 富 ; 通 过 提 高 企 业 竞 争 力 来 拯 救 企 业 ; 提 供 机 器 人 维 护 和 培 训 的 工 作 岗 位 ; 使 工 厂 安 全 使 用 人 机 团 队 ; 减 少 高 额 的 医 药 问 题 ; 以 及 减 少 成 品 在 渠 道 流 通 的 时 间 来 更 快 速 响 应 零 售 商 需 求 的 变 化 8 许 多 人 将 始 于 十 八 世 纪 晚 期 的 工 业 革 命 划 分 为 四 个 阶 段 9,10 在 工 业 革 命 的 第 三 阶 段 引 入 了 机 器 人, 从 而 开 始 了 机 器 人 技 术 革 命 机 器 人 技 术 革 命 的 第 一 和 第 二 阶 段 的 形 式 是 基 础 自 动 化, 机 器 人 的 工 作 区 视 为 人 类 的 障 碍 第 四 次 工 业 革 命 ( 被 称 为 工 业 4.0) 给 我 们 带 来 了 移 动 性 更 好 更 智 能 和 感 知 更 强 能 力 更 高 的 机 器 人 机 器 人 技 术 系 统 转 变 为 信 息 物 理 系 统 (CPS) 工 业 4.0 智 能 工 厂 可 自 我 编 程 的 互 联 行 业 即 将 来 临 正 如 NRI 机 器 人 技 术 路 线 图 (NRI Robotics Roadmap) 所 报 道 8, 研 发 一 套 基 础 机 器 人 技 术 是 提 供 制 造 业 技 术 路 线 图 预 期 的 关 键 能 力 所 需 要 的 每 个 关 键 能 力 源 于 制 造 业 ( 矿 业 加 工 业 离 散 制 造 业 装 配 物 流 运 输 & 分 派 ) 中 一 个 或 多 个 重 要 的 广 泛 应 用 领 域 全 部 查 阅 弗 若 斯 特 沙 利 文 公 司 (Frost&Sullivan) 呈 现 的 2000 年 及 之 后 的 移 动 机 器 人 技 术 路 线 图 9, 在 21 世 纪 初 期, 通 过 远 程 监 控, 远 程 接 口 系 统 促 进 了 可 控 货 仓 / 管 理 系 统 可 穿 戴 式 外 骨 骼 技 术 和 遥 控 机 器 的 产 生 到 2010 年 的 十 年 间, 自 动 滑 行 随 着 半 自 主 机 器 和 仅 能 2016 年 第 3 期 02

5 进 行 有 限 人 机 互 动 的 人 工 智 能 初 始 阶 段 的 出 现 而 出 现 可 以 预 见, 2020 年 及 之 后, 具 有 人 类 情 感 流 利 交 流 能 力 和 适 应 环 境 的 协 同 机 器 人 和 智 能 机 器 的 全 面 自 主 将 会 出 现 截 止 2020 年, 物 联 网 将 由 上 万 亿 的 海 量 传 感 器 驱 动, 其 中 许 多 传 感 器 将 嵌 入 新 兴 的 机 器 人 系 统 中, 为 物 理 世 界 提 供 物 联 网 信 息 价 值 环 的 信 息 物 理 连 接 ( 创 造 交 流 聚 合 分 析 行 动 ) 随 着 智 能 传 感 器 和 高 级 分 析 的 出 现, 介 入 应 用 将 具 体 化, 使 物 联 网 应 用 不 再 仅 限 于 监 控 智 能 制 造 是 基 于 物 联 网 信 息 物 理 系 统 和 云 系 统 的 工 业 4.0 新 创 举 就 技 术 上 而 言, 它 是 一 门 狭 义 的 学 科, 包 括 但 不 限 于 生 产 管 理 技 术 供 应 链 管 理 模 拟 维 护 机 器 对 机 器 (M2M) 设 施 和 传 感 器 网 络 根 据 会 议 共 同 组 织 者 智 能 制 造 领 导 联 盟 (Smart Manufacturing Leadership Coalition,SMLC) 和 国 家 科 学 基 金 会 12, 智 能 制 造 以 企 业 / 工 厂 为 主 导, 包 含 可 靠 且 可 扩 充 的 方 式, 为 制 造 业 提 供 基 于 模 型 的 操 作 和 决 策 支 持, 能 够 稳 健 地 应 对 变 化 和 差 异 智 能 制 造 通 过 数 据 协 同 信 息 物 理 系 统 物 联 网 和 互 联 企 业 ( 制 造 现 场 商 务 体 系 供 应 链 连 接 ) 发 展 控 制 战 略 和 开 放 性 平 台 技 术 ( 公 共 私 人 伙 伴 关 系 ) 而 进 行 智 能 产 品 制 造 的 未 来 智 能 工 厂 共 有 15 个 核 心 元 素, 其 中 三 个 毫 无 疑 问 属 于 机 器 人 技 术 领 域 ( 信 息 物 理 系 统 自 动 驾 驶 车 辆 和 柔 性 机 器 人 ) 根 据 NIST 给 出 的 描 述, 智 能 制 造 是 完 全 集 成 的 协 同 制 造 系 统, 可 以 实 时 响 应, 以 满 足 在 工 厂 供 应 网 络 和 客 户 需 求 方 面, 不 断 变 化 的 需 求 和 条 件 13 分 享 同 一 个 目 标 的 物 联 网 信 息 价 值 环 机 对 机 (M2M) 接 口 图 2 物 联 网 信 息 价 值 环 人 机 (M2H) 接 口 年 第 3 期

6 不 同 智 能 制 造 联 盟 协 作 努 力, 在 整 个 价 值 链 中 通 过 开 放 式 连 接 实 现 工 业 实 践 的 现 代 化 最 后, 物 理 和 数 字 世 界 的 聚 合 孕 育 了 智 能 工 厂 和 新 一 代 的 工 业 机 械 在 这 个 被 称 为 工 业 4.0 的 新 时 代 里, 聚 焦 使 用 物 联 网 和 信 息 网 络 系 统 以 简 化 制 造 和 业 务 流 程, 提 升 功 能 和 精 度, 增 强 质 量 和 能 力 14 几 乎 所 有 的 方 面 都 是 数 字 化 的, 包 括 机 器 控 制 监 控 管 理 以 及 数 据 上 报 和 分 析 甚 至 操 作 者 也 通 过 人 机 界 面 (HMI) 与 机 器 进 行 数 字 化 互 动 智 能 工 厂 带 来 了 许 多 好 处, 包 括 操 作 时 间 的 减 少 提 高 生 产 能 力 的 机 会 促 进 产 量 提 升 效 率 以 及 通 过 高 级 数 据 分 析 减 少 停 机 时 间 机 器 人 技 术 是 智 能 制 造 创 新 前 景 的 关 键 组 成, 也 是 工 业 4.0 和 物 联 网 提 出 的 向 计 算 机 化 工 业 生 产 和 智 能 工 厂 迈 进 这 一 构 想 的 完 美 体 现 参 考 文 献 1. G.Wiens, Today s Robotics and Smart Manufacturing Innovation Landscape, The 11th (2016) Sino- American Technology and Engineering Conference (SATEC): Innovation and Intelligent Manufacturing Forum, Beijing, China, May 20, (keynote) 2. L.Messing, Industrial Robot Orders Break All Records: Canadian manufacturers are rapidly increasing robotic installations, Canadian Industrial Machinery, Oct 9, cimindustry.com/article/automation/industrial-robot-orders-break-all-records 3. Global Robotics Industry to Surpass $151 Billion by 2020, Tractica, Nov 19, Tech Trends 2015, Deloitte University Press, website visited April 30, articles/tech-trends-2015-exponential-technologies/ 5. Robotics Technology, Gov2020, Deloitte Development LLC, website visited April 30, government-2020.dupress.com/driver/robotics-technology/ 6. National Science Foundation (NSF) Division of Information & Intelligent Systems, National Robotics Initiative (NRI) website, visited Apr 30, id= Website visited Apr 30, 2016, 8. A Roadmap for U.S. Robotic: From Internet to Robotics, 2013 Edition, Mar 20, The Future of Mobile Robots: In 2020, 26 Million Mobile Robots will Enable Autonomy in Smart Factories, Unmanned Transportation, and Connected Homes, Frost & Sullivan, published Jan 29, M. Sahi, Collaborative Robots in Industry 4.0, Tractica, Dec 4, com/automation-robotics/collaborative-robots-in-industry-4-0/ 11. The Internet of Things, Gov2020, Deloitte Development LLC, website visited Apr 30, NSF Workshop on Research needs in Advanced Sensors, Controls, Platforms, and Modeling (ASCPM) for Smart Manufacturing, Atlanta, GA, Feb 23-24, default/files/smlc_nsf_workshop_report.pdf 13. National Institute of Standards and Technology (NIST) website, visited Apr 30, nist.gov/el/isd/ms/rssm.cfm 14. Website visited Apr 30, 年 第 3 期 04

7 铸 造 行 业 十 三 五 技 术 发 展 规 划 纲 要 ( 下 ) 中 国 机 械 工 程 学 会 铸 造 分 会 ( 接 上 期 ) 第 13 章 网 络 制 造 1. 国 内 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 势 1.1 国 内 发 展 现 状 及 发 展 趋 铸 造 企 业 网 络 制 造 模 式 是 指 铸 造 企 业 按 照 敏 捷 制 造 的 思 想, 采 用 信 息 化 技 术, 对 企 业 订 单 设 计 生 产 和 销 售 等 资 源 进 行 灵 活 高 效 地 整 合, 对 产 业 链 上 下 游 企 业 进 行 协 同 集 成, 提 高 企 业 市 场 快 速 反 应 和 竞 争 能 力 的 新 模 式 具 体 来 说, 铸 造 企 业 推 行 网 络 制 造 就 是 推 行 信 息 化 建 设, 加 强 两 化 融 合 而 当 前 随 着 中 德 两 国 签 署 了 中 德 合 作 行 动 纲 要 : 共 塑 创 新, 网 络 制 造 已 经 开 始 走 入 强 调 智 能 制 造 的 工 业 4.0 时 代 : 整 个 生 产 流 程 都 由 软 件 来 控 制, 包 括 人 机 整 合 机 器 与 外 部 机 器 整 合 生 产 流 程 与 外 部 合 作 伙 伴 整 合 等 当 前 铸 造 行 业 网 络 制 造 和 信 息 化 的 现 状 总 体 为 : (1) 铸 造 企 业 信 息 化 实 力 薄 弱 ; (2) 上 下 游 企 业 信 息 集 成 与 协 同 管 控 较 少 ; (3) 生 产 质 量 数 字 化 管 控 与 ERP 普 及 率 仍 有 待 发 展 ; (4) 整 体 上 进 入 发 展 阶 段, 且 近 几 年 呈 现 蓬 勃 发 展 态 势 ; (5) 少 数 铸 造 企 业 对 工 艺 生 产 质 量 进 行 了 全 面 流 程 化 管 控, 实 现 了 单 件 全 生 命 周 期 追 溯 我 国 铸 造 企 业 的 网 络 制 造 和 信 息 化 建 设 呈 现 以 下 发 展 趋 势 : (1) 工 艺 PDM 与 管 理 ERP 的 集 成, 并 与 生 产 质 量 系 统 形 成 协 同, 做 到 相 互 驱 动 和 约 束 ; (2) 关 键 件 重 要 件 做 到 单 件 化 生 产 和 质 量 的 数 字 化 管 理, 关 键 生 产 过 程 全 过 程 数 字 化 监 控 和 管 理 ; (3) 智 能 化 管 理 技 术 与 智 能 化 铸 造 装 备 ; (4) 车 间 设 备 数 据 集 成 与 车 间 在 线 化 管 控 技 术 ; (5) 产 业 链 网 络 协 同 集 成 制 造 与 大 数 据 分 析 技 术 1.2 国 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 发 达 国 家 铸 造 企 业 从 20 世 纪 60 年 代 开 始 应 用 信 息 化 系 统, 至 今 已 积 累 宝 贵 经 验 和 大 量 历 史 数 据, 并 且 行 业 的 生 产 制 造 质 量 检 测 过 程 控 制 等 设 备 的 智 能 化 程 度 高, 数 据 双 向 集 成 与 交 互 性 能 好, 甚 至 出 现 了 符 合 工 业 4.0 标 准 的 智 能 铸 造 工 厂 发 达 国 家 铸 造 企 业 的 网 络 制 造 发 展 趋 势 如 下 : (1) 集 成 化 : 设 备 互 联, 并 与 企 业 管 理 系 统 乃 至 整 个 产 业 链 全 面 集 成 ; (2) 智 能 化 : 设 备 与 系 统 朝 着 自 动 化 智 能 化 方 向 发 展 ; (3) 柔 性 化 : 重 视 生 产 线 模 块 间 柔 性 组 合, 管 理 系 统 的 柔 性 调 整 ; (4) 大 数 据 : 基 于 云 计 算 的 大 数 据 分 析 1.3 国 内 外 的 差 距 我 国 铸 造 企 业 的 网 络 制 造 水 平 与 发 达 国 家 相 比, 主 要 差 距 如 下 : 年 第 3 期

8 (1) 企 业 对 网 络 制 造 与 管 理 信 息 化 建 设 的 理 论 与 实 践 认 识 不 足 ; (2) 企 业 网 络 制 造 模 式 与 信 息 化 建 设 普 及 率 低 水 平 低, 尤 其 是 生 产 制 造 信 息 化 管 理 能 力 弱 ; (3) 企 业 网 络 制 造 与 信 息 化 建 设 历 史 积 累 不 足, 信 息 化 技 术 的 研 究 团 队 和 人 才 队 伍 缺 乏 ; (4) 铸 造 设 备 数 据 集 成 度 与 智 能 特 性 低 1.4 问 题 分 析 与 解 决 思 路 近 年 来, 铸 造 企 业 纷 纷 启 动 信 息 化 建 设, 有 一 些 企 业 的 ERP 系 统 应 用 已 经 做 到 了 全 业 务 的 流 程 化 集 成 管 控, 但 多 数 铸 造 企 业 仍 处 于 粗 放 式 管 理 状 态 即 便 引 进 了 先 进 的 设 备 生 产 线 与 技 术, 但 高 端 铸 件 市 场 仍 然 由 发 达 国 家 垄 断 针 对 上 述 状 况, 我 们 务 必 加 速 推 进 铸 造 企 业 信 息 化 建 设 和 两 化 融 合, 提 升 自 身 精 细 化 管 理 水 平, 提 高 产 品 质 量, 降 低 成 本, 缩 短 周 期, 积 极 响 应 市 场 变 化 和 需 求, 提 升 企 业 核 心 竞 争 力 乃 至 行 业 实 力 2. 发 展 目 标 针 对 我 国 铸 造 业 网 络 制 造 与 工 业 4.0 标 准 之 间 的 差 距, 在 十 三 五 期 间, 构 建 一 个 互 联 互 通 网 络 协 同 和 数 字 化 智 能 化 的 铸 造 平 台, 做 到 产 业 链 网 络 企 业 价 值 链 网 络 数 字 化 管 理 系 统 与 车 间 设 备 软 硬 件 网 络 三 个 方 面 的 集 成, 促 进 产 业 结 构 升 级, 打 造 若 干 个 铸 造 4.0 示 范 工 厂, 提 升 行 业 整 体 实 力 3. 发 展 重 点 3.1 技 术 路 线 以 工 业 4.0 的 高 标 准 为 牵 引, 重 点 突 破 智 能 化 铸 造 装 备 技 术 和 软 硬 件 双 向 数 据 集 成 技 术 铸 件 现 场 识 别 技 术 和 设 备 铸 造 工 艺 知 识 库 铸 造 工 艺 生 产 质 量 的 数 字 化 管 理 与 协 同 技 术 柔 性 化 理 论 和 系 统 技 术 以 及 数 字 化 系 统 间 集 成 技 术, 并 加 强 培 养 铸 造 和 信 息 技 术 的 复 合 型 人 才 与 专 业 化 服 务 团 队, 提 升 我 国 铸 造 业 整 体 实 力 3.2 技 术 研 究 关 键 技 术 研 究 (1) 智 能 化 铸 造 装 备 技 术 和 软 硬 件 双 向 数 据 集 成 技 术 (2) 铸 件 识 别 技 术 和 现 场 识 别 手 持 设 备 (3) 网 络 化 制 造 软 件 系 统 的 高 度 柔 性 化 技 术 共 性 技 术 研 究 (1) 具 备 双 向 数 据 集 成 与 控 制 的 智 能 化 铸 造 装 备 技 术 (2) 高 柔 性 化 铸 造 生 产 与 检 验 装 备 技 术 (3) 铸 造 工 艺 知 识 库 以 及 工 艺 生 产 质 量 的 数 字 化 管 理 及 协 同 技 术 (4) 铸 造 生 产 制 造 过 程 精 细 化 一 体 化 管 控 技 术 (5) 高 柔 性 化 的 铸 造 管 理 系 统 技 术 (6) 铸 造 全 业 务 流 程 集 成 化 和 产 业 链 集 成 化 系 统 技 术 (7) 铸 造 车 间 现 场 在 线 化 管 控 技 术 (8) 智 能 化 和 大 数 据 分 析 技 术 4. 重 点 项 目 4.1 重 点 技 术 (1) 智 能 化 铸 造 装 备 技 术 和 软 硬 件 双 向 数 据 集 成 技 术 (2) 铸 件 单 件 化 识 别 技 术 (3) 网 络 化 制 造 软 件 系 统 的 高 度 柔 性 化 技 术 (4) 铸 造 工 艺 知 识 库 技 术 (5) 铸 造 工 艺 生 产 质 量 数 字 化 管 理 与 协 同 技 术 (6) 智 能 化 铸 造 工 艺 设 计 与 优 化 技 术 (7) 铸 造 生 产 制 造 过 程 精 细 化 一 体 化 管 控 技 术 (8) 铸 造 全 业 务 流 程 集 成 化 和 产 业 链 集 成 化 系 统 技 术 (9) 铸 造 车 间 现 场 在 线 化 管 控 技 术 (10) 智 能 化 和 大 数 据 分 析 技 术 4.2 重 点 项 目 (1) 具 备 双 向 数 据 集 成 与 控 制 的 智 能 化 铸 造 装 备 以 及 关 键 技 术 研 究 (2) 支 持 设 备 互 联 的 数 字 化 智 能 化 铸 造 软 件 平 台 及 关 键 技 术 研 究 2016 年 第 3 期 06

9 4.3 重 点 产 品 (1) 面 向 条 码 / 二 维 码 / 铸 字 等 全 标 识 码 的 车 间 现 场 软 硬 件 识 别 系 统 (2) 具 备 双 向 数 据 集 成 与 控 制 的 智 能 化 铸 造 装 备 及 软 件 系 统 (3) 支 持 设 备 互 联 流 程 再 造 和 大 集 成 化 的 数 字 化 铸 造 软 件 平 台 5. 政 策 建 议 (1) 加 强 对 智 能 化 铸 造 共 性 技 术 研 究 的 支 持 力 度, 打 造 一 批 配 套 智 能 工 厂 的 铸 造 装 备 和 系 统 (2) 加 速 推 进 信 息 化 与 铸 造 行 业 的 融 合, 打 造 几 个 互 联 网 + 铸 造 铸 造 4.0 智 能 化 示 范 工 厂 (3) 加 强 培 养 既 懂 铸 造 又 懂 信 息 技 术 的 复 合 型 人 才, 培 育 几 个 专 业 化 铸 造 信 息 化 服 务 团 队 第 14 章 造 型 材 料 1. 国 内 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 造 型 材 料 是 铸 造 工 业 的 物 质 基 础, 没 有 足 够 数 量 质 量 和 品 种 的 造 型 材 料, 铸 造 企 业 的 生 产 和 发 展 都 会 受 到 很 大 限 制 实 践 表 明, 铸 件 质 量 在 很 大 程 度 上 取 决 于 造 型 材 料 的 好 坏 造 型 材 料 的 质 量 不 过 关 是 我 国 铸 件 废 品 率 居 高 不 下 ( 平 均 10%~ 15%) 的 重 要 原 因 之 一 随 着 社 会 经 济 的 发 展 和 对 铸 件 质 量 要 求 不 断 提 高, 近 年 来 造 型 材 料 在 新 产 品 开 发 及 质 量 提 高 方 面 都 有 了 大 幅 度 的 进 步 但 是 造 型 材 料 面 临 着 两 个 方 面 的 严 重 挑 战 : (1) 为 了 满 足 铸 件 日 益 增 长 的 质 量 要 求, 对 造 型 材 料 质 量 提 出 了 更 高 的 要 求, 特 别 是 高 温 合 金 的 发 展 和 陶 瓷 芯 的 应 用, 对 造 型 材 料 的 耐 火 度 化 学 稳 定 性 和 热 稳 定 性 等 性 能 要 求 更 高 ; (2) 环 境 保 护 和 清 洁 生 产 方 面 的 要 求 日 趋 严 格, 特 别 是 在 各 种 化 学 硬 化 黏 结 剂 竞 相 发 展 和 广 泛 使 用 的 今 天, 环 境 污 染 问 题 也 就 越 来 越 明 显, 改 进 现 有 黏 结 剂 和 开 发 新 型 黏 结 剂, 已 引 起 了 各 国 铸 造 工 作 者 的 高 度 关 注 1.1 国 内 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 我 国 是 一 个 铸 造 历 史 悠 久, 但 铸 造 技 术 落 后 的 国 家, 除 了 少 数 大 型 铸 造 企 业 的 设 备 精 良 技 术 先 进 环 保 到 位 外, 大 多 数 中 小 铸 造 企 业, 尤 以 乡 镇 企 业, 还 是 以 黏 土 砂 手 工 造 型 为 主, 装 备 简 陋, 检 验 缺 乏, 导 致 铸 件 废 品 率 高, 材 料 能 耗 多, 作 业 环 境 差 为 了 提 高 铸 件 质 量, 增 强 竞 争 力,70 ~ 80 年 代 我 国 开 始 采 用 树 脂 砂 造 型 制 芯 具 体 来 说, 壳 型 法 主 要 用 于 铸 铁 件, 近 年 也 用 于 铸 钢 件 及 有 色 合 金 铸 件 ; 热 芯 盒 法 始 用 于 60 年 代 中 期, 随 后 大 量 应 用 于 汽 车 行 业 ; 酸 固 化 呋 喃 树 脂 自 硬 砂 始 用 于 70 年 代, 现 已 在 全 国 推 广 应 用, 其 黏 结 剂 销 售 量 占 各 种 铸 造 树 脂 销 售 量 之 首 ; 三 乙 胺 冷 芯 盒 法 近 些 年 已 在 我 国 一 些 汽 车 柴 油 机 厂 应 用 由 于 我 国 铸 造 厂 家 多, 多 属 于 单 件 小 规 模 生 产 的 中 小 铸 造 企 业, 作 业 环 境 恶 劣 等 现 象 在 这 些 铸 造 企 业 表 现 十 分 突 出 要 从 污 染 的 造 型 材 料 的 源 头 上 来 减 少 和 消 除 铸 造 生 产 产 生 的 污 染 问 题 还 任 重 道 远 1.2 国 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 黏 土 是 历 史 最 悠 久 应 用 最 广 泛 的 一 种 铸 造 黏 结 剂 但 是 黏 土 砂 生 产 铸 件, 质 量 差 效 率 低 和 污 染 重 直 到 20 世 纪 40 年 代, 德 国 开 发 了 用 酚 醛 树 脂 作 铸 造 黏 结 剂 的 新 型 造 型 制 芯 工 艺, 于 是, 铸 造 工 业 步 入 了 化 学 黏 结 剂 的 时 代 在 50 ~ 60 年 代, 美 国 和 欧 洲 开 始 采 用 酸 固 化 树 脂 自 硬 砂 为 了 适 应 汽 车 工 业 的 高 速 发 展, 在 欧 洲 北 美 洲 开 始 采 用 热 芯 盒 树 脂 砂 制 芯 尤 其 是 到 1968 年 美 国 Ashland 公 司 又 推 出 了 一 种 三 乙 胺 冷 芯 盒 法, 就 可 使 砂 芯 在 室 温 下 几 十 秒 内 硬 化, 并 很 快 在 各 国 汽 车 铸 造 厂 得 到 了 迅 速 推 广 虽 然 采 用 树 脂 砂 生 产 的 铸 件 质 量 有 明 显 提 高, 但 工 人 的 作 业 环 境 更 加 恶 化, 这 种 依 靠 以 污 染 环 境 为 代 价 来 换 取 铸 件 质 量 改 进 年 第 3 期

10 的 发 展 思 路 再 也 不 能 采 用 了 到 90 年 代 初, 德 国 率 先 颁 布 了 严 格 的 环 境 保 护 法, 使 人 们 开 始 关 注 采 用 树 脂 砂 工 艺 时, 在 各 工 序 中 产 生 的 酚 醛 胺 类 和 苯 等 有 害 气 体 对 人 体 的 危 害 2001 年, 美 国 对 有 害 气 体 的 污 染, 制 订 了 MACT 标 准, 这 对 改 进 现 有 铸 造 黏 结 剂 和 开 发 新 型 环 保 型 黏 结 剂 的 研 究 起 了 很 大 的 推 进 作 用 目 前 生 产 中 使 用 的 自 硬 砂 黏 结 剂 有 三 种 : 呋 喃 树 脂 脲 烷 树 脂 和 碱 性 酚 醛 树 脂, 其 中 以 呋 喃 树 脂 的 用 量 最 大, 但 在 使 用 过 程 中 的 主 要 污 染 物 有 : 醛 酚 糠 醇 等 近 年 开 发 以 六 碳 糖 类 为 原 料, 脱 水 制 得 的 5- 羟 甲 基 糠 醛 为 主 的 呋 喃 树 脂, 总 的 糠 醇 含 量 可 降 至 20% ~ 30%, 不 含 或 少 含 酚 和 醛, 目 前 是 一 个 较 好 的 环 保 型 呋 喃 树 脂 在 采 用 高 效 制 芯 的 尿 烷 树 脂 时, 其 中 两 组 分 都 需 用 不 同 极 性 的 含 苯 有 机 溶 剂, 毒 性 很 大 德 国 研 制 了 以 植 物 油 为 基 的, 黏 度 低 污 染 小 的 甲 酯 代 替 有 毒 的 芳 香 烃 作 溶 剂 为 了 进 一 步 改 善 制 芯 工 艺 的 作 业 环 境, 德 国 HA 等 公 司 开 发 了 以 水 玻 璃 为 黏 结 剂 冷 芯 盒 砂, 如 Cordis 和 Innotec 等 新 型 改 性 水 玻 璃, 已 在 德 国 大 众 和 宝 马 等 汽 车 公 司 得 到 了 应 用 旧 砂 再 生 是 减 少 新 砂 用 量, 降 低 生 产 成 本, 提 高 铸 件 质 量 和 保 护 自 然 环 境 的 最 有 效 方 法 之 一 在 英 国 德 国 日 本 和 美 国 等 工 业 发 达 国 家, 已 开 发 了 黏 土 砂 水 玻 璃 砂 和 树 脂 砂 等 旧 砂 的 专 用 再 生 设 备, 已 投 入 生 产 应 用 但 近 年 来 广 泛 应 用 树 脂 芯 砂 而 产 生 的 树 脂 黏 土 混 合 旧 砂, 明 显 增 加 了 混 合 旧 砂 的 再 生 难 度, 对 于 混 合 旧 砂 的 再 生, 国 外 也 加 大 了 研 究 力 度 1.3 国 内 外 的 差 距 目 前, 我 国 造 型 材 料 在 数 量 上 能 满 足 铸 造 生 产 要 求, 但 是, 由 于 生 产 厂 家 过 于 分 散, 质 量 差, 缺 乏 竞 争 力, 与 世 界 铸 造 先 进 水 平 还 有 较 大 差 距, 具 体 可 归 纳 为 如 下 几 方 面 : (1) 我 国 大 多 数 厂 家 生 产 的 呋 喃 树 脂 黏 结 剂 是 以 糠 醇 为 主 ; (2) 我 国 自 硬 砂 造 型 应 用 的 比 重 太 小, 黏 土 砂 应 用 的 比 重 太 大 ; (3) 我 国 至 今 还 是 采 用 有 毒 的 芳 烃 溶 剂 的 冷 芯 盒 工 艺 ; (4) 国 产 涂 料 的 品 种 比 较 单 一, 质 量 很 不 稳 定 ; (5) 从 造 型 方 法 看, 我 国 是 以 手 工 造 型 为 主 ; (6) 我 国 旧 砂 再 生 回 用 率 一 般 在 30% ~ 60%, 小 型 铸 造 厂 旧 砂 不 回 用 1.4 问 题 分 析 与 解 决 思 路 针 对 我 国 造 型 材 料 与 国 外 先 进 国 家 存 在 的 差 距, 我 国 应 该 进 一 步 通 过 准 入 制 的 办 法, 在 对 现 有 造 型 材 料 专 业 制 造 厂 进 行 整 合 的 基 础 上, 加 大 技 术 设 备 人 员 和 资 金 的 投 入, 在 继 续 提 高 现 有 产 品 的 质 量 和 扩 展 产 品 品 种 的 同 时, 不 断 开 发 高 质 量 少 污 染 的 新 产 品, 以 适 用 我 国 清 洁 铸 造 生 产 的 需 要, 力 争 使 我 国 造 型 材 料 的 生 产 逐 步 实 现 批 量 化 自 动 化 科 学 化 2. 发 展 目 标 我 国 造 型 材 料 发 展 目 标 是, 在 铸 造 材 料 的 质 量 品 种 数 量 上, 以 及 在 整 体 技 术 水 平 与 企 业 管 理 上, 加 快 缩 小 与 世 界 先 进 水 平 的 差 距, 同 时, 建 立 起 一 个 高 质 量 少 污 染, 相 对 稳 定 有 序 供 应 高 度 发 达 的 中 国 铸 造 材 料 生 产 体 系 和 销 售 市 场, 以 适 应 我 国 从 铸 造 大 国 向 铸 造 强 国 迈 进 的 需 要 3. 发 展 重 点 3.1 技 术 路 线 我 国 的 铸 造 工 业 是 一 个 原 材 料 消 耗 多, 废 弃 物 排 放 量 也 多 的 国 家 当 今 我 国 造 型 材 料 的 现 状 是, 从 生 产 数 量 上 还 能 满 足 我 国 铸 造 生 产 的 需 要, 但 是 从 产 品 质 量 和 品 种 上 与 世 界 先 进 水 平 比 较, 还 有 较 大 的 差 距 而 且, 其 发 展 速 度 和 开 发 创 新 能 力 都 不 理 想, 这 主 要 是 由 于 我 国 现 有 的 铸 造 材 料 厂 小 而 多, 生 产 检 验 设 备 缺 乏 与 简 陋, 技 术 力 量 薄 弱, 生 产 成 本 高, 产 品 质 量 差, 经 济 效 益 低, 环 境 污 染 重 为 了 改 变 我 2016 年 第 3 期 08

11 国 现 有 铸 造 材 料 生 产 的 落 后 现 状, 逐 步 建 立 起 一 个 质 量 高 污 染 少, 相 对 稳 定, 有 序 供 应, 高 度 发 达 的 中 国 铸 造 材 料 市 场, 以 适 应 我 国 铸 造 产 业 不 断 发 展 的 需 要, 我 国 铸 造 材 料 行 业 今 后 发 展 的 技 术 路 线 如 下 (1) 对 铸 造 材 料 生 产 厂 必 须 实 行 准 入 制, 进 行 产 业 结 构 调 整, 淘 汰 一 批 技 术 水 平 低, 产 品 质 量 差, 污 染 严 重, 经 济 效 益 不 好 的 小 厂, 逐 步 实 现 技 术 水 平 高, 工 艺 装 备 精 良, 资 金 雄 厚, 管 理 水 平 先 进, 能 不 断 向 市 场 提 供 高 档 优 质 的 铸 造 材 料 商 品, 市 场 占 有 率 高 的 规 模 化 专 业 化 的 铸 造 材 料 企 业 (2) 在 增 长 方 式 上 由 劳 动 资 源 密 集 型 向 技 术 资 本 密 集 型 的 转 变, 由 粗 放 污 染 型 向 绿 色 集 约 型 转 变, 使 生 产 的 产 品 质 量 品 种 数 量 能 与 世 界 先 进 水 平 相 当 在 不 断 完 善 和 增 加 铸 造 材 料 技 术 性 能 的 检 测 方 法 和 仪 器 基 础 上, 加 紧 制 定 和 实 施 铸 造 材 料 技 术 标 准, 为 提 高 铸 造 材 料 的 质 量 及 其 生 产 稳 定 性, 提 供 必 要 的 条 件 (3) 强 化 铸 造 材 料 共 性 技 术 的 研 究, 不 断 开 发 出 适 合 我 国 国 情 的 新 型 绿 色 铸 造 材 料, 为 改 变 我 国 铸 造 生 产 的 造 型 制 芯 大 量 采 用 资 源 少 成 本 高 和 污 染 重 的 树 脂 砂 工 艺 3.2 技 术 研 究 关 键 技 术 的 研 究 (1) 高 强 度 高 溃 散 的 常 温 硬 化 水 玻 璃 砂 在 大 批 量 汽 车 柴 油 机 等 的 关 键 产 品 铸 件 上 的 应 用 (2) 有 机 无 机 杂 化 水 玻 璃 砂 在 单 件 小 批 量 中 大 型 铸 件 上 的 应 用 (3) 生 物 质 制 备 的 5- 羟 甲 基 糠 醛 为 基 的 自 硬 呋 喃 树 脂 及 其 配 套 固 化 剂 的 开 发 和 在 机 床 高 端 铸 件 上 的 应 用 (4) 高 耐 热 低 活 性 低 成 本 的 陶 瓷 芯 的 开 发 及 其 在 耐 热 高 化 学 活 性 的 超 合 金, 钛 锆 合 金 和 共 晶 合 金 等 铸 件 上 的 应 用 (5) 低 成 本 高 耐 热 的 刚 玉 质 ( 无 锆 英 粉 ) 的 多 功 能 铸 型 涂 料 及 其 在 大 型 重 型 铸 钢 件 上 的 应 用 (6) 铸 造 黏 土 混 合 旧 砂 和 水 玻 璃 砂 的 再 生 回 用 工 艺 和 设 备 开 发 共 性 技 术 的 研 究 (1) 化 学 交 联 与 物 理 脱 水 的 水 玻 璃 硬 化 机 理 的 研 究 (2) 低 活 性 高 耐 热 和 低 成 本 的 新 型 纳 米 陶 瓷 材 料 的 开 发 及 其 低 温 烧 结 机 理 的 研 究 (3) 果 糖 的 脱 水 和 5- 羟 甲 基 糠 醛 的 制 备 和 速 固 高 强 无 污 染 呋 喃 树 脂 合 成 方 法 的 研 究 (4) 黏 土 混 合 旧 砂 的 再 生 原 理 的 研 究 (5) 浸 涂 和 流 涂 用 水 基 快 干 铸 型 涂 料 的 流 变 学 性 能 的 研 究 (6) 有 机 聚 合 物 杂 化 改 性 水 玻 璃 的 方 法 及 其 硬 化 机 理 的 研 究 4. 重 点 项 目 4.1 重 点 技 术 (1) 开 发 高 强 度 高 硬 化 速 度 无 污 染 和 低 成 本 新 型 铸 造 黏 结 剂 及 其 配 套 的 固 化 剂 (2) 研 制 常 温 流 变 性 高 温 抗 黏 砂 性 低 成 本 多 功 能 的 铸 型 涂 料 (3) 解 决 混 有 树 脂 芯 砂 的 黏 土 砂 水 玻 璃 砂 和 碱 性 酚 醛 树 脂 砂 等 旧 砂 再 生 回 用 的 工 艺 和 设 备 (4) 提 高 无 污 染 水 玻 璃 砂 的 即 时 强 度 硬 化 速 度 抗 湿 能 力 溃 散 性 等, 以 适 用 于 大 批 量 制 芯 生 产 的 需 要 4.2 重 点 研 究 项 目 (1) 生 物 质 自 硬 呋 喃 树 脂 及 其 配 套 低 硫 固 化 剂 的 开 发 研 究, 要 求 糠 醇 含 量 在 60% 以 下 (2) 混 合 黏 土 旧 砂 和 水 玻 璃 砂 的 再 生 回 用 工 艺 和 设 备 的 研 制, 要 求 旧 砂 再 生 率 达 到 80% 以 上 (3) 高 强 度 速 固 化 易 溃 散 水 玻 璃 砂 的 开 发 应 用, 水 玻 璃 在 砂 中 的 加 入 量 < 3.0% (4) 中 大 型 铸 钢 件 水 基 快 干 低 成 本 铸 型 涂 料 的 研 究 (5) 加 强 铸 造 材 料 关 键 技 术 性 能, 特 别 是 在 流 水 线 上 的 快 速 检 测 方 法 与 相 应 仪 器 的 开 发 研 究, 例 如 含 水 量 紧 实 度 强 度 等 指 标 年 第 3 期

12 (6) 加 强 铸 造 材 料 产 品 标 准 的 定 期 修 订 制 定 和 实 施 的 工 作 4.3 重 点 产 品 (1) 生 物 质 自 硬 呋 喃 树 脂 及 配 套 固 化 剂 (2) 大 型 铸 件 用 CO 2 碱 性 酚 醛 树 脂 黏 结 剂 (3) 综 合 性 能 好 的 水 基 快 干 消 失 模 铸 造 涂 料 (4) 强 度 高, 硬 化 速 度 快 和 溃 散 性 好 的 水 玻 璃 黏 结 剂 5. 政 策 建 议 (1) 对 铸 造 原 辅 材 料 厂 实 行 准 入 制 的 办 法, 对 那 些 污 染 大 质 量 差 和 成 本 高 的 铸 造 原 辅 材 料 厂 使 之 逐 步 淘 汰 (2) 在 购 置 环 保 设 备 和 材 料 方 面, 应 给 与 小 微 铸 造 企 业 一 定 的 优 惠 (3) 在 税 收 方 面 也 应 给 与 效 益 较 差 的 小 微 铸 造 企 业 一 定 的 优 惠 第 15 章 铸 造 装 备 与 检 测 技 术 1. 国 内 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 势 1.1 国 内 发 展 现 状 及 发 展 趋 国 内 铸 造 工 厂 ( 车 间 ) 所 用 铸 造 装 备 水 平 参 差 不 齐, 大 体 可 分 三 等 大 型 国 有 汽 车 生 产 企 业 铸 造 厂 及 少 量 民 营 专 业 化 铸 造 厂 拥 有 大 量 的 进 口 先 进 仪 器 装 备 或 生 产 线, 设 备 自 动 化 程 度 高, 运 行 效 果 好, 并 且 能 实 时 更 新, 代 表 着 我 国 铸 造 领 域 装 备 的 最 高 水 平 大 部 分 中 等 规 模 的 铸 造 厂 只 在 某 一 工 部 采 用 不 同 程 度 自 动 化 或 机 械 化 的 装 备 或 生 产 线, 多 数 仅 在 造 型 工 部 使 用 造 型 机 或 造 型 线 制 备 砂 型, 其 他 工 部 仍 采 用 手 工 操 作, 整 个 生 产 环 节 应 用 检 测 装 置 不 多, 车 间 总 体 铸 造 装 备 属 中 等 水 平 另 一 部 分 属 小 规 模 铸 造 厂, 从 熔 化 造 型, 到 浇 注 清 理, 几 乎 全 部 生 产 环 节 采 用 手 工 操 作, 质 量 控 制 靠 经 验 判 断, 铸 造 装 备 无 机 械 化 和 自 动 化 可 言 国 内 铸 造 装 备 和 检 测 仪 器 生 产 企 业 研 发 能 力 不 强, 创 新 设 计 能 力 不 足, 近 年 来 产 品 质 量 虽 有 较 大 提 高, 但 总 体 上 还 不 能 满 足 铸 件 生 产 企 业 对 先 进 检 测 仪 器 和 高 端 铸 造 装 备 的 需 求 国 内 铸 造 装 备 研 究 应 用 的 发 展 趋 势 可 归 结 为 : 一 是 在 消 化 国 外 先 进 铸 造 装 备 技 术 的 基 础 上, 研 究 开 发 适 合 中 等 规 模 以 上 铸 造 企 业 需 求 的 铸 造 装 备, 以 尽 快 提 高 中 国 铸 造 业 装 备 自 动 化 的 总 体 水 平, 例 如 高 效 环 保 型 落 砂 清 理 装 备 智 能 型 铸 件 表 面 打 磨 与 处 理 装 备 等 ; 二 是 自 主 研 发 涉 及 铸 造 全 过 程 的 关 键 参 数 在 线 检 测 装 置, 为 单 机 铸 造 装 备 和 智 能 铸 造 生 产 线 提 供 可 靠 信 息 参 数, 为 构 建 智 能 化 铸 造 车 间 奠 定 基 础, 例 如, 金 属 熔 体 化 学 成 分 力 学 性 能 金 相 组 织 等 参 数 炉 前 检 测 ( 预 测 ) 装 置 造 型 材 料 组 分 及 性 能 在 线 检 测 装 置 铸 件 内 外 缺 陷 无 损 检 测 装 置 等 ; 三 是 研 究 开 发 低 成 本 工 业 机 器 人 并 在 有 条 件 铸 造 工 厂 较 大 面 积 应 用, 例 如, 先 期 研 发 适 合 在 落 砂 清 理 和 打 磨 等 工 段 使 用 的 机 器 人 或 机 械 手 等 ; 四 是 少 数 铸 造 装 备 水 平 较 高 的 铸 造 生 产 企 业 先 期 建 造 基 于 在 线 检 测 技 术 和 物 联 网 技 术 的 智 能 化 铸 造 厂 ( 车 间 ), 例 如, 一 汽 二 汽 等 国 有 大 型 企 业 的 铸 造 公 司 及 其 他 专 业 化 铸 件 生 产 企 业 1.2 国 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 工 业 发 达 国 家 铸 造 工 厂 ( 车 间 ) 普 遍 采 用 自 动 化 程 度 较 高 的 铸 造 装 备 或 生 产 线, 包 括 熔 炼 装 备 金 属 熔 体 质 量 评 价 装 置 自 动 浇 注 设 备 浇 注 过 程 监 测 装 置 砂 处 理 自 动 装 备 高 效 率 铸 型 生 产 线 铸 件 落 砂 清 理 线 铸 件 打 磨 处 理 线, 以 及 铸 件 无 损 检 测 装 备 等 铸 造 装 备 生 产 企 业 研 发 能 力 强, 多 种 品 牌 装 备 进 军 世 界 各 地, 创 造 了 非 常 好 的 声 誉 国 外 铸 造 装 备 研 究 与 应 用 的 发 展 趋 势 有 三 : 其 一, 研 究 开 发 基 于 新 工 艺 的 铸 造 装 备, 例 如 半 固 态 铸 造 装 备 3D 打 印 铸 件 及 铸 型 装 备 等 ; 其 二, 基 于 全 程 监 测 和 物 联 网 技 术 的 智 能 化 铸 造 工 厂 ( 车 间 ), 例 如, 跟 踪 原 材 料 参 数 变 动 不 同 铸 件 性 能 要 求 而 动 态 自 动 调 整 熔 化 工 艺 浇 注 工 艺 凝 固 过 程 等 ; 其 三, 工 业 机 器 人 2016 年 第 3 期 10

13 在 高 劳 动 强 度 环 节 的 大 量 应 用, 例 如 在 清 理 打 磨 等 高 粉 尘 高 噪 音 环 节 采 用 机 器 人 或 机 械 手 1.3 国 内 外 的 差 距 目 前 我 国 铸 造 装 备 企 业 缺 乏 自 主 创 新 意 识, 只 有 少 数 企 业 具 有 自 主 设 计 制 造 铸 造 设 备 的 能 力, 其 余 企 业 主 要 依 靠 在 国 外 铸 造 设 备 基 础 上 修 改 关 键 部 件 和 参 数 来 制 造, 甚 至 有 些 企 业 完 全 仿 制 设 备 很 少 有 企 业 能 够 做 到 从 我 国 实 际 国 情 出 发, 在 对 我 国 铸 造 行 业 现 状 包 括 铸 造 原 辅 料 铸 造 工 艺 水 平 铸 件 质 量 需 求 等 进 行 合 理 分 析 后, 有 针 对 性 地 设 计 制 造 相 关 铸 造 设 备 我 国 每 年 铸 造 建 设 和 技 改 方 面 有 大 量 的 投 资, 但 关 键 设 备 大 型 成 套 设 备 及 重 要 检 测 装 置 仍 然 依 靠 进 口, 国 内 虽 有 发 展, 但 由 于 技 术 含 量 质 量 稳 定 性 及 使 用 效 果 仍 与 国 外 存 在 一 定 的 差 距, 导 致 国 内 一 些 大 型 铸 造 企 业 使 用 的 主 要 装 备 及 重 要 检 测 装 置 仍 以 从 国 外 引 进 为 主 与 先 进 国 家 相 比, 我 国 铸 造 装 备 的 差 距 主 要 体 现 在 以 下 几 方 面 (1) 行 业 内 水 平 参 差 不 齐, 几 家 国 有 大 型 企 业 主 要 装 备 来 自 不 同 国 家, 与 国 外 先 进 铸 造 企 业 装 备 技 术 水 平 相 当, 甚 至 优 于 某 些 先 进 国 家 的 现 今 铸 造 厂 ( 车 间 ), 但 多 数 铸 造 企 业 装 备 落 后, 工 人 劳 动 强 度 大, 生 产 效 率 低 (2) 铸 造 装 备 生 产 企 业 力 量 薄 弱, 创 新 能 力 不 足, 其 产 品 难 以 满 足 铸 件 生 产 厂 对 铸 造 装 备 功 能 和 性 能 的 要 求, 企 业 间 缺 乏 协 同, 各 自 长 期 在 中 低 端 装 备 生 产 的 困 境 中 徘 徊 (3) 铸 件 生 产 企 业 对 铸 造 装 备 的 维 护 能 力 不 足, 一 些 性 能 本 来 不 差 的 装 备 在 生 产 中 难 以 发 挥 应 有 的 作 用, 更 谈 不 上 铸 造 装 备 的 功 能 再 造, 这 一 点 在 中 小 规 模 铸 造 企 业 尤 为 突 出 (4) 铸 造 检 测 仪 器 与 自 动 化 装 置 专 业 化 生 产 企 业 数 量 少 自 主 创 新 能 力 不 强, 原 有 几 家 专 业 化 生 产 厂, 产 品 长 期 不 变, 很 少 有 直 接 用 于 生 产 现 场 质 量 监 测 的 新 产 品 推 出 近 几 年 虽 有 一 些 独 资 合 资 企 业 代 销 国 外 产 品, 但 品 种 仍 然 不 多 1.4 问 题 分 析 与 解 决 思 路 我 国 铸 造 行 业 铸 造 装 备 方 面 存 在 的 突 出 问 题 是 技 术 水 平 参 差 不 齐, 铸 造 检 测 技 术 应 用 不 广, 铸 造 装 备 及 检 测 装 置 自 主 开 发 及 创 新 设 计 能 力 不 足, 短 时 间 内 普 遍 提 高 行 业 装 备 水 平 难 度 很 大 解 决 问 题 的 思 路 是, 从 提 高 铸 件 生 产 厂 自 动 化 装 备 使 用 率 提 高 铸 造 装 备 生 产 厂 自 主 创 新 水 平 和 提 高 铸 造 装 备 专 门 人 才 培 养 能 力 三 方 面 入 手, 逐 步 提 高 铸 造 行 业 总 体 装 备 水 平 2. 发 展 目 标 快 速 提 升 中 国 铸 件 生 产 企 业 铸 造 装 备 总 体 水 平 ; 快 速 提 升 中 国 铸 造 装 备 制 造 企 业 自 主 创 新 能 力 3. 发 展 重 点 3.1 技 术 路 线 针 对 少 数 高 水 平 铸 造 企 业, 以 实 现 智 能 铸 造 为 目 标 提 高 铸 造 装 备 水 平, 引 领 中 国 铸 造 业 装 备 发 展 ; 针 对 大 量 一 般 水 平 铸 造 企 业, 以 提 高 机 械 化 自 动 化 装 备 使 用 率 为 目 标 提 高 其 铸 造 装 备 水 平, 提 高 中 国 铸 造 业 铸 造 装 备 总 体 水 平 ; 针 对 铸 造 装 备 和 检 测 仪 器 生 产 企 业, 以 提 高 装 备 自 动 化 程 度 和 仪 器 可 靠 性 为 目 标 提 高 产 品 水 平, 助 推 中 国 铸 造 装 备 自 动 化 智 能 化 早 日 实 现 3.2 技 术 研 究 关 键 技 术 研 究 (1) 大 型 铸 件 浇 注 过 程 及 凝 固 过 程 控 制 方 法 及 配 套 装 备 (2) 低 压 差 压 铸 造 充 型 及 凝 固 过 程 控 制 方 法 与 装 备 (3) 砂 型 高 精 度 无 模 制 造 技 术 与 装 备 (4) 砂 处 理 造 型 方 法 与 装 备 (5) 熔 体 自 动 转 运 机 及 智 能 型 铸 造 浇 注 机 (6) 铸 件 清 理 专 用 机 器 人 设 计 与 制 造 技 术 (7) 铸 造 合 金 熔 体 质 量 炉 前 快 速 评 价 与 优 化 控 制 技 术 (8) 造 型 材 料 质 量 参 数 在 线 检 测 与 优 化 控 制 技 术 (9) 铸 件 缺 陷 无 损 检 测 与 在 线 自 动 分 拣 技 术 (10) 基 于 物 联 网 技 术 的 智 能 铸 造 工 厂 ( 车 间 ) 构 建 方 法 年 第 3 期

14 3.2.2 共 性 技 术 研 究 (1) 铸 件 凝 固 过 程 控 制 技 术 (2) 造 型 材 料 紧 实 理 论 与 成 形 控 制 技 术 (3) 铸 造 机 器 人 技 术 (4)3D 打 印 技 术 (5) 物 联 网 技 术 4. 重 点 项 目 (1) 生 产 大 型 优 质 铸 件 用 铸 造 装 备 (2) 生 产 高 端 精 密 铸 件 用 特 种 铸 造 装 备 (3) 熔 体 自 动 转 运 机 及 智 能 型 自 动 浇 注 机 (4) 高 效 智 能 节 能 环 保 型 自 动 化 造 型 线 及 砂 处 理 系 统 (5) 高 效 智 能 节 能 环 保 型 自 动 化 清 理 装 备 (6) 铸 造 全 过 程 关 键 参 数 系 列 检 测 装 置 (7) 智 能 铸 造 工 厂 ( 车 间 ) 设 计 方 法 (8) 创 新 性 铸 造 装 备 专 门 人 才 培 养 体 制 机 制 5. 政 策 建 议 (1) 以 国 有 大 型 企 业 为 重 点, 进 一 步 提 升 铸 造 厂 ( 车 间 ) 的 智 能 制 造 水 平, 以 中 等 规 模 铸 件 生 产 企 业 为 重 点, 采 取 总 体 设 计 分 步 实 施 的 办 法, 逐 步 提 高 铸 造 车 间 自 动 化 装 备 的 使 用 率 和 开 工 率 (2) 由 行 业 主 管 部 门 牵 头, 以 协 同 创 新 的 方 式, 组 建 由 铸 造 装 备 和 检 测 仪 器 专 业 化 生 产 厂 大 专 院 校 和 科 研 院 所 参 加 的 产 业 联 盟, 针 对 关 键 装 备 和 检 测 仪 器 开 展 联 合 攻 关 (3) 加 强 铸 造 装 备 专 业 化 人 才 培 养 和 培 训, 发 挥 大 学 专 长, 采 取 定 制 式 培 养 模 式 为 铸 件 生 产 和 铸 造 装 备 生 产 企 业 量 身 定 制 培 养 专 门 人 才, 或 采 取 继 续 教 育 方 式 为 企 业 开 办 各 类 专 项 技 术 的 在 岗 培 训, 为 企 业 提 升 装 备 维 护 能 力 和 装 备 创 新 设 计 能 力 提 供 人 员 保 障 第 16 章 环 保 与 安 全 1. 国 内 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 势 1.1 国 内 发 展 现 状 及 发 展 趋 国 内 铸 造 企 业 对 环 保 的 关 注 始 于 20 世 纪 70 年 代 中 期, 环 保 设 备 的 开 发 研 究 与 国 外 基 本 同 步 随 着 国 内 铸 造 业 的 技 术 进 步, 我 国 铸 造 企 业 环 保 设 施 的 投 入 以 及 环 保 设 施 的 档 次 也 均 有 所 提 高, 少 数 单 位 环 保 设 施 和 投 入 已 达 到 国 际 先 进 水 平 但 由 于 各 种 原 因, 我 国 铸 造 企 业 环 保 设 施 整 体 水 平 偏 低, 重 生 产 轻 环 保, 重 经 济 效 益 轻 社 会 效 益 的 固 疾 一 直 存 在 于 国 内 铸 造 行 业 中, 导 致 国 内 排 放 量 较 大, 生 产 吨 合 格 铸 件 排 放 量 约 是 国 外 的 3 ~ 5 倍 我 国 虽 然 制 定 了 严 格 的 环 保 法 规 准 则, 但 有 效 的 监 督 和 自 觉 执 行 长 期 以 来 难 以 真 正 落 实 在 安 全 领 域, 一 直 以 来 国 家 对 安 全 问 题 都 给 予 了 高 度 关 注, 安 全 生 产 理 论 研 究 有 了 长 足 的 发 展, 安 全 生 产 科 学 技 术 取 得 较 大 进 步, 安 全 生 产 法 规 体 系 初 步 建 立, 安 全 管 理 体 制 基 本 形 成, 安 全 文 化 建 设 不 断 发 展 但 出 于 最 大 化 经 济 利 益 的 目 的, 国 内 企 业 普 遍 存 在 着 安 全 教 育 程 度 不 够 安 全 管 理 不 受 重 视 安 全 问 题 事 后 处 理 等 问 题, 安 全 事 故 总 体 形 势 严 峻, 员 工 健 康 和 安 全 得 不 到 应 有 的 保 障 近 期, 国 家 出 台 一 系 列 与 铸 造 生 产 安 全 方 面 有 关 的 政 策 和 法 规, 完 善 了 安 全 生 产 工 作 的 方 针, 适 应 了 安 全 生 产 全 范 围 覆 盖 多 层 次 多 角 度 的 工 作 要 求 工 业 和 信 息 化 部 于 2013 年 5 月 10 日 颁 布 了 铸 造 行 业 准 入 条 件, 准 入 条 件 就 劳 动 保 护 进 行 了 明 确 的 要 求, 将 安 全 作 为 考 察 铸 造 企 业 生 存 能 力 的 标 准 之 一 1.2 国 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 国 外 经 历 了 雾 都 伦 敦 等 较 大 环 境 问 题 的 可 怕 破 坏 力 之 后, 环 保 意 识 强 烈, 不 仅 制 定 了 极 其 严 厉 的 环 境 保 护 法 来 最 大 限 度 地 减 轻 工 业 生 产 对 环 境 的 损 害, 还 尽 可 能 限 制 有 害 生 产 的 能 力, 并 使 之 向 不 发 达 国 家 和 地 区 转 移 国 外 铸 造 企 业 所 承 受 2016 年 第 3 期 12

15 的 环 保 压 力 巨 大, 铸 造 环 保 产 业 技 术 与 装 置 等 发 展 全 面 先 进 20 世 纪 90 年 代 开 始, 国 外 新 建 铸 造 厂 基 本 都 采 用 了 较 先 进 的 环 保 设 备 在 安 全 方 面, 欧 美 日 等 工 业 发 达 国 家 在 安 全 管 理 方 面 经 历 了 100 多 年 的 发 展 历 史, 形 成 了 较 为 科 学 的 符 合 市 场 经 济 条 件 的 机 制 和 制 度, 在 管 理 方 法 管 理 手 段 机 构 建 设 等 方 面 积 累 了 成 熟 的 经 验 国 外 安 全 卫 生 标 准 化 较 早 开 展, 拥 有 完 善 严 谨 的 法 律 法 规 体 系 和 成 熟 健 全 的 安 全 监 管 机 制 发 达 地 区 全 社 会 具 有 良 好 的 安 全 意 识 和 习 惯, 企 业 在 日 常 管 理 工 作 中 也 非 常 注 重 安 全 工 作, 特 别 是 安 全 投 入 人 员 教 育 等, 从 而 较 好 地 落 实 了 安 全 1.3 国 内 外 差 距 (1) 管 理 差 距 我 国 在 环 保 与 安 全 问 题 上 存 在 着 上 层 政 策 不 严 监 管 不 利 下 层 企 业 盲 目 追 求 利 润 忽 视 环 境 与 劳 动 安 全 的 现 状 虽 制 定 了 广 泛 的 法 律 规 章 标 准, 但 单 行 法 却 不 够 细 致, 使 法 律 在 实 行 时 缺 乏 可 操 作 性, 造 成 执 法 主 体 不 明, 并 缺 乏 强 制 实 施 的 有 效 手 段 (2) 资 金 差 距 在 工 业 发 达 国 家 铸 造 厂 用 于 环 境 保 护 和 安 全 卫 生 治 理 的 投 资 占 整 个 铸 造 厂 设 备 投 资 的 20% ~ 30%, 而 我 国 环 保 安 全 投 入 严 重 不 足, 只 占 总 投 资 5% ~ 8%, 有 相 当 多 的 企 业 甚 至 不 足 3% (3) 我 国 的 工 艺 水 平 仍 与 发 达 国 家 有 差 距, 高 能 耗 低 产 出 本 身 就 决 定 了 排 放 量 的 增 加 ; 基 础 材 料 研 究 落 后, 在 使 用 过 程 中 排 放 物 浓 度 高 成 分 复 杂, 增 加 了 治 理 的 难 度 虽 然 国 内 铸 造 装 备 水 平 已 有 提 升, 但 在 减 少 排 放 和 增 加 操 作 安 全 性 方 面 重 视 不 够, 国 内 装 备 产 业 的 价 格 的 恶 性 竞 争 也 加 剧 了 这 种 现 象 另 外, 国 内 从 业 人 员 自 身 对 环 保 安 全 的 意 识 也 不 够, 也 在 一 定 程 度 上 放 任 了 企 业 的 违 法 行 为 1.4 问 题 分 析 和 解 决 思 路 造 成 我 国 环 保 安 全 问 题 严 重 的 主 要 原 因 有 铸 造 设 备 和 工 艺 技 术 整 体 发 展 水 平 仍 与 国 外 有 差 距 ; 国 内 铸 件 产 品 附 加 值 低, 投 入 环 保 设 备 将 增 加 投 资 和 运 行 成 本, 削 弱 企 业 竞 争 力 ; 废 弃 物 协 同 处 理 行 业 发 展 不 健 全 ; 环 保 和 安 全 意 识 不 高, 外 部 缺 乏 社 会 监 督, 内 部 管 理 不 善 等 等 主 观 层 次 的 原 因 则 可 简 要 概 括 成 两 方 面 : 政 府 监 管 方 面 对 违 法 或 事 故 的 监 督 不 严 和 处 罚 力 度 不 够 ; 生 产 企 业 经 济 效 益 压 倒 一 切, 其 他 都 可 以 淡 化 解 决 现 有 问 题 行 业 应 不 断 提 高 设 备 自 动 化 水 平 和 工 艺 水 平 ; 有 效 控 制 污 染 源 ; 消 除 安 全 隐 患 ; 产 学 研 结 合 提 高 我 国 环 保 设 备 的 效 率 并 降 低 投 资 成 本 和 运 行 成 本, 健 全 发 展 环 保 相 关 产 业 ; 加 大 法 律 层 面 的 控 制 完 善 监 督 管 理 体 制 和 执 行 力 度 ; 加 大 宣 传 力 度 提 高 从 业 人 员 对 环 保 和 安 全 的 意 识 以 及 企 业 管 理 人 员 的 责 任 感 ; 依 靠 科 技 创 新 机 制, 以 技 术 创 新 促 进 环 保 安 全 工 作 的 进 步, 以 解 决 国 内 铸 造 产 业 环 保 安 全 问 题 2. 发 展 目 标 (1) 环 保 目 标 新 老 铸 造 工 厂 在 十 三 五 期 间 应 达 到 废 气 全 部 捕 集 处 理, 粉 尘 烟 尘 排 放 浓 度 不 超 过 100mg/Nm³,50mg/ Nm³ 应 作 为 企 业 下 一 步 追 求 的 排 放 标 准, 并 鼓 励 先 进 企 业 达 到 30mg/Nm³ 的 标 准, 接 近 或 部 分 达 到 发 达 国 家 水 平, 有 条 件 的 企 业 可 以 进 行 排 放 情 况 实 时 监 测 ; 废 水 排 放 固 体 废 弃 物 排 放 噪 声 治 理 完 全 满 足 国 家 标 准 规 范 要 求 (2) 安 全 目 标 铸 造 企 业 全 面 贯 彻 落 实 新 修 订 的 安 全 生 产 法 及 国 家 相 关 的 法 律 法 规 规 章 标 准 和 产 业 政 策, 对 人 机 环 境 生 产 三 要 素 进 行 系 统 的 治 理, 实 现 以 人 为 本, 安 全 发 展 的 目 标 3. 发 展 重 点 3.1 技 术 路 线 加 强 管 理 监 察 建 立 切 实 有 效 的 管 理 制 度, 从 铸 造 企 业 污 染 源 和 危 险 源 辨 识 入 手, 确 定 重 点 问 题 和 共 性 问 题, 加 大 资 金 技 术 投 入, 进 行 产 学 研 全 方 面 的 技 年 第 3 期

16 术 研 究, 攻 关 技 术 难 关 并 进 行 技 术 推 广, 从 源 头 上 减 少 污 染 物 和 危 险 源, 减 少 对 环 境 从 业 人 员 的 影 响, 力 争 十 三 五 规 划 内 接 近 或 达 到 国 外 先 进 水 平 3.2 技 术 研 究 关 键 技 术 研 究 (1) 绿 色 铸 造 工 厂 建 设 (2) 数 字 化 工 厂 (3) 冲 天 炉 和 电 弧 炉 除 尘 (4) 黏 土 废 砂 再 生 技 术 (5) 铸 造 废 弃 物 复 合 材 料 的 制 备 技 术 共 性 技 术 研 究 (1) 从 工 厂 总 体 设 计 平 面 布 置 尘 源 密 闭 除 尘 系 统 设 计 及 设 备 选 择 等 方 面 科 学 合 理 治 理 车 间 粉 尘 和 烟 尘 (2) 铸 造 生 产 现 场 安 全 防 护 措 施 (3) 环 境 安 全 综 合 监 测 技 术 的 联 网 应 用, 建 设 环 境 综 合 监 控 系 统 地 区 连 续 自 动 监 测 系 统 4. 重 点 项 目 (1) 绿 色 铸 造 工 厂 建 设 综 合 采 用 多 种 环 保 节 能 技 术 数 值 模 拟 3D 技 术 精 益 化 设 计 PLM 虚 拟 仿 真 与 生 产 优 化 等 技 术, 按 三 星 级 绿 色 工 业 建 筑 标 准 规 划 设 计, 建 设 绿 色 铸 造 工 厂 (2) 发 展 高 效 除 尘 设 备 袋 式 除 尘 器 除 尘 效 率 高, 适 应 能 力 强, 运 行 稳 定, 且 管 理 简 单 维 修 方 便, 台 可 处 理 废 气 量 范 围 广, 最 为 适 合 工 厂 的 需 求 布 袋 除 尘 器 的 关 键 是 滤 料, 发 展 过 滤 精 度 高 透 气 性 好 表 面 光 洁 的 滤 料, 提 高 过 滤 效 率, 降 低 粉 尘 排 放 浓 度, 降 低 运 行 阻 力, 是 今 后 袋 式 除 尘 器 应 努 力 发 展 的 方 向 (3) 热 法 再 生 热 法 再 生 是 目 前 唯 一 既 能 使 旧 砂 达 到 芯 砂 使 用 标 准, 又 不 产 生 二 次 污 染 的 砂 再 生 方 式, 市 场 化 的 热 法 再 生 装 置 主 要 有 焙 烧 装 置, 流 化 床 式 装 置, 直 接 加 热 喷 吹 砂 型 达 到 落 砂 砂 再 生 目 的 的 装 置 等 单 纯 热 法 方 式 再 生 的 砂 比 新 砂 成 本 稍 高, 且 单 台 装 置 处 理 能 力 较 小 开 发 高 效 热 法 再 生 装 置, 或 热 法 与 其 他 再 生 方 式 结 合 的 组 合 式 再 生 将 是 今 后 砂 再 生 的 关 键 5. 政 策 建 议 (1) 完 善 绿 色 铸 造 企 业 评 价 体 系, 帮 助 企 业 尽 快 建 立 环 保 安 全 生 产 的 理 念, 夯 实 绿 色 铸 造 技 术 基 础 的 研 究, 实 行 绿 色 管 理 进 行 清 洁 生 产 通 过 不 断 创 新 发 展 而 赢 得 可 持 续 竞 争 力 (2) 建 议 将 职 业 安 全 和 职 业 卫 生 连 接 在 一 起, 把 预 防 控 制 职 业 病 职 业 危 害 以 及 职 业 伤 害 并 列 在 同 一 法 律 法 规 文 件 中 的 同 一 条 款 内, 旨 在 全 面 保 护 工 人 的 健 康 (3) 推 动 数 字 化 信 息 化 技 术 与 基 础 装 备 的 融 合, 提 高 设 备 自 动 化 水 平 和 智 能 水 平, 可 有 效 地 减 少 常 见 安 全 事 故 (4) 推 动 数 字 化 信 息 化 技 术 与 检 测 监 控 技 术 的 接 合, 利 用 物 联 网 平 台 建 立 企 业 和 政 府 联 网 的 重 点 控 制 排 放 物 质 的 动 态 监 控 管 理 网 络 试 推 行 职 业 安 全 管 理 网 络 (5) 加 大 环 保 执 法 力 度, 依 法 严 厉 打 击 违 法 企 业 ; 增 强 环 保 安 全 的 宣 传, 提 高 公 众 意 识, 促 成 学 协 会 和 政 府 联 合 监 督 机 制, 建 立 企 业 违 法 行 为 查 处 结 果 等 情 况 的 定 期 通 报 机 制, 公 开 重 点 排 污 企 业 的 环 境 信 息, 提 高 公 众 参 与 程 度 (6) 加 大 对 企 业 的 安 全 管 理, 采 取 企 业 员 工 安 全 保 险 ( 保 金 高 低 与 企 业 安 全 现 状 挂 钩 ) 等 经 济 杠 杆 机 制, 倒 逼 企 业 改 善 安 全 状 况 第 17 章 汽 车 铸 件 1. 国 内 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 势 1.1 国 内 发 展 现 状 及 发 展 趋 汽 车 产 业 是 中 国 国 民 经 济 的 重 要 产 业, 在 我 国 经 济 发 展 社 会 进 步 和 人 们 生 活 质 量 提 升 中 发 挥 了 重 要 作 用 进 入 新 世 纪 以 来, 中 国 汽 车 产 业 呈 现 出 快 速 发 展 势 头,2014 年 我 国 累 计 生 产 汽 车 万 辆, 同 比 增 长 7.3%, 销 售 汽 车 万 辆, 同 比 增 长 6.9%, 连 续 第 六 年 蝉 联 世 界 第 2016 年 第 3 期 14

17 一 汽 车 产 销 国 在 未 来 很 长 一 段 时 间 内, 我 国 仍 将 成 为 全 球 最 具 市 场 潜 力 的 国 家 之 一 十 二 五 期 间 我 国 汽 车 产 业 的 快 速 发 展 也 给 汽 车 铸 造 业 发 展 带 来 新 的 机 遇, 汽 车 铸 造 业 也 取 得 了 长 足 的 进 步 节 能 与 新 能 源 汽 车 产 业 发 展 规 划 ( ) 中 提 出, 2015 年 企 业 平 均 油 耗 6.9L/100km (CO 2,155g/km), 节 能 惠 民 标 准 5.9L/100km;2020 年 企 业 平 均 油 耗 5.0L/km(CO 2,155g/ km), 节 能 惠 民 标 准 4.5L/km 规 划 明 确 表 示 我 国 将 重 点 发 展 新 能 源 汽 车, 要 求 掌 握 轻 量 化 材 料 等 汽 车 节 能 关 键 核 心 技 术 在 汽 车 轻 量 化 的 需 求 拉 动 下, 汽 车 铸 件 轻 量 化 的 材 料 工 艺 装 备 技 术 将 得 到 快 速 发 展 商 用 车 乘 用 车 用 铸 铁 件, 如 气 缸 体 气 缸 盖 后 桥 壳 减 速 器 壳 曲 轴 支 架 类 产 品 国 内 均 具 备 了 生 产 能 力 灰 铸 铁 牌 号 主 要 为 HT250 和 HT300, 球 墨 铸 铁 件 牌 号 主 要 有 QT450-10, QT600-3,QT700-2,QT800-2 等 蠕 墨 铸 铁 牌 号 主 要 有 RT400 和 RT450 造 型 和 制 芯 的 装 备 水 平 和 国 际 先 进 水 平 基 本 一 致 铸 件 的 尺 寸 精 度 和 国 外 同 类 产 品 基 本 相 同 在 十 二 五 期 间 国 内 在 铝 铸 件 方 面 也 取 得 了 快 速 发 展, 压 铸 铝 缸 体 批 量 生 产, 缸 盖 变 速 箱 壳 各 类 壳 体 支 架 等 均 满 足 合 资 和 自 主 品 牌 的 需 求 镁 铸 件 获 得 了 批 量 生 产 应 用, 但 是 主 要 还 是 局 限 于 中 小 壳 体 类 铸 件 汽 车 铸 件 产 品 开 发 周 期 长, 产 品 质 量 有 待 提 高 1.2 国 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 随 着 汽 车 排 放 和 安 全 法 规 越 来 越 严 格, 汽 车 铸 件 也 在 向 着 轻 量 化 薄 壁 化 精 确 化 强 韧 化 集 成 化 均 一 化 方 向 发 展 铸 造 生 产 自 动 化 高 成 品 率 低 成 本 绿 色 环 保 成 为 常 态 近 年 来 铝 镁 汽 车 结 构 件 已 批 量 应 用, 由 于 铝 合 金 车 身 和 底 盘 结 构 件 的 大 批 量 应 用, 预 计 单 车 铝 合 金 用 量 将 增 长 一 倍 以 上 1.3 国 内 外 的 差 距 在 铸 件 材 质 的 研 究 和 应 用 产 品 的 开 发 周 期 产 品 的 废 品 率 产 品 的 成 熟 期 方 面, 国 内 与 国 外 先 进 水 平 相 比, 还 有 一 定 的 差 距 我 国 汽 车 铸 造 业 与 国 外 铸 造 企 业 仍 然 存 在 较 大 差 距 (1) 企 业 数 量 多, 技 术 发 展 不 均 衡, 企 业 水 平 差 异 大 (2) 产 品 结 构 不 合 理, 制 约 专 业 化 发 展 (3) 企 业 的 精 细 化 精 确 化 生 产 方 式 有 待 继 续 培 育 (4) 铸 件 轻 量 化 生 产 技 术 继 续 发 展 (5) 自 主 技 术 创 新 能 力 尚 需 强 化 (6) 节 能 减 排, 实 施 低 碳 经 济 时 代 下 的 绿 色 化 生 产 方 式 迫 在 眉 睫 1.4 问 题 分 析 与 解 决 思 路 在 材 质 方 面, 国 内 投 入 的 研 究 还 不 够 在 生 产 高 牌 号 铸 铁 上, 国 内 在 材 质 的 稳 定 性 铸 件 的 缩 松 和 渗 漏 问 题 上, 存 在 不 小 的 差 距 复 杂 产 品 ( 以 气 缸 体 气 缸 盖 为 代 表 ) 的 开 发 周 期 长, 铸 件 的 质 量 需 要 较 长 时 间 的 稳 定 和 提 升 期 个 别 铸 件 的 废 品 率 高 ( 国 外 同 类 产 品 废 品 率 3% 以 下, 国 内 在 5% 以 上 ) 对 于 一 些 先 进 技 术 和 工 艺 的 跟 踪 和 投 入 不 足, 导 致 国 内 的 技 术 储 备 薄 弱, 这 些 都 是 亟 待 解 决 的 问 题 大 力 促 进 汽 车 铸 件 轻 量 化 的 技 术 发 展, 提 高 自 主 创 新 能 力 推 进 企 业 精 细 化, 精 确 化 生 产 方 式, 使 产 品 结 构 更 合 理, 促 进 专 业 化 发 展 提 倡 节 能 减 排, 实 施 绿 色 低 碳 生 产 方 式 2. 发 展 目 标 通 过 技 术 创 新 提 高 我 国 汽 车 铸 件 的 轻 量 化 薄 壁 化 精 确 化 强 韧 化 集 成 化 均 一 化 水 平 3. 发 展 重 点 3.1 技 术 路 线 围 绕 轻 量 化 薄 壁 化 精 确 化 强 韧 化 的 汽 车 铸 件 发 展 目 标, 开 展 相 关 技 术 研 究 与 应 用 3.2 技 术 研 究 关 键 技 术 研 究 (1) 以 汽 车 三 大 总 成 年 第 3 期

18 铸 造 零 部 件 为 核 心, 开 展 薄 壁 高 强 度 铸 铁 缸 体 缸 盖 铝 合 金 缸 体 缸 盖 高 强 韧 性 球 铁 曲 轴 耐 热 铸 铁 排 气 管 高 强 韧 性 铸 铁 或 铸 钢 桥 壳 高 耐 磨 耐 热 制 动 盘 ( 毂 ) 等 汽 车 重 要 零 部 件 的 开 发 生 产 (2) 推 进 铝 镁 合 金 在 汽 车 铸 件 上 的 应 用 力 度, 开 展 高 强 度 灰 铸 铁 高 强 韧 性 球 墨 铸 铁 等 温 淬 火 球 墨 铸 铁 在 汽 车 铸 造 零 部 件 上 的 研 究 应 用 (3) 推 广 应 用 真 空 压 铸 技 术, 开 展 高 真 空 压 铸 及 挤 压 铸 造 生 产 汽 车 结 构 件 技 术 研 究 与 应 用 (4) 发 展 铸 件 集 成 化 轻 量 化 设 计, 提 高 铸 件 结 构 设 计 水 平 开 发 新 能 源 汽 车 轻 量 化 铸 件 共 性 技 术 研 究 (1) 推 进 铸 造 CAD/CAE/CAM 数 字 化 铸 造 技 术 研 究 与 应 用, 建 立 高 水 平 的 复 杂 汽 车 铸 件 快 速 制 造 中 心 (2) 强 化 铸 造 企 业 产 品 自 主 开 发 能 力, 提 高 铸 件 产 品 的 深 加 工 与 总 成 能 力 (3) 推 进 湿 型 砂 静 压 造 型 铝 镁 合 金 压 力 ( 高 压 低 压 差 压 ) 铸 造 半 固 态 铸 造 等 先 进 技 术 工 艺 在 铸 造 生 产 上 的 应 用 (4) 开 展 高 寿 命 模 具 材 料 研 发 和 高 精 度 模 具 的 制 造 技 术, 推 广 机 器 人 柔 性 生 产 线 先 进 检 测 控 制 技 术 等 的 应 用 (5) 节 能 减 排, 大 力 开 展 铸 造 节 能 减 排 和 废 弃 物 再 利 用 先 进 技 术 研 究 与 应 用, 开 展 近 净 型 技 术 和 低 污 染 生 产 研 究 与 应 用, 推 进 企 业 精 细 化 生 产 方 式, 提 高 材 料 利 用 率, 节 能 减 排, 推 广 低 碳 经 济 时 代 的 绿 色 化 铸 造 生 产 技 术 的 广 泛 应 用 4. 重 点 项 目 (1) 汽 车 结 构 件 材 料 及 高 真 空 压 铸 生 产 技 术 (2) 底 盘 件 挤 压 铸 造 材 料 及 工 艺 技 术 (3) 镁 合 金 铸 造 技 术 及 产 品 开 发 技 术 (4) 铸 件 快 速 开 发 技 术 (5) 无 机 树 脂 材 料 及 应 用 技 术 (6) 高 牌 号 铸 铁 开 发 及 生 产 技 术 5. 政 策 建 议 铸 造 行 业 在 国 民 经 济 发 展 中 占 据 重 要 地 位, 汽 车 铸 造 业 对 我 国 汽 车 行 业 的 发 展 也 起 到 重 要 的 支 撑 作 用, 政 府 的 相 关 政 策 支 持 和 引 导, 将 会 更 有 利 于 行 业 的 健 康 发 展 (1) 积 极 推 动 政 府 出 台 相 关 汽 车 铸 造 企 业 减 税 政 策 扶 植 补 贴 等, 推 动 汽 车 铸 造 园 区 建 设 并 在 政 策 上 给 予 支 持 (2) 推 动 政 府 与 行 业 出 台 汽 车 铸 造 产 业 准 入 制 度, 鼓 励 重 组 兼 并, 淘 汰 落 后 产 能, 避 免 恶 性 竞 争, 促 进 行 业 健 康 发 展 (3) 申 请 政 府 加 大 对 铸 造 行 业 科 技 创 新 项 目 的 资 金 支 持, 扶 持 优 势 铸 造 技 术 发 展, 提 高 企 业 技 术 创 新 能 力 第 18 章 铸 造 标 准 1. 国 内 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 势 1.1 国 内 发 展 现 状 及 发 展 趋 十 二 五 期 间, 铸 造 标 准 化 工 作 紧 紧 围 绕 机 械 工 业 十 二 五 标 准 化 发 展 思 路, 在 铸 造 通 用 基 础 标 准 性 能 检 测 等 诸 多 标 准 领 域, 积 极 开 展 标 准 研 究 组 织 标 准 制 修 订 宣 贯 推 广 等 标 准 化 工 作 十 二 五 期 间, 新 增 加 了 45 项 标 准 ( 国 标 20 项, 行 标 25 项 ), 修 订 了 24 项 标 准 ( 其 中 国 家 标 准 11 项, 行 业 标 准 13 项 ) 通 过 对 69 项 标 准 的 制 修 订 补 充 和 完 善 了 铸 造 标 准 体 系, 使 铸 造 标 准 体 系 涵 盖 所 有 铸 造 工 艺 各 类 不 同 的 铸 件 材 料 铸 造 生 产 所 用 的 原 材 料 和 辅 助 材 料, 构 建 起 了 具 有 系 统 性 协 调 性 适 用 性 前 瞻 性 的 初 步 适 应 铸 造 行 业 科 学 发 展 要 求 的 标 准 体 系 铸 造 标 准 体 系 得 到 了 扩 展, 涵 盖 了 原 来 所 没 有 的 一 些 领 域, 对 涉 及 人 身 安 全 铸 造 节 能 安 全 生 产 资 源 再 生 再 利 用 铸 造 清 洁 生 产 及 安 全 生 产 方 面 的 标 准 得 到 补 充, 提 升 标 准 体 系 与 产 业 发 展 需 求 的 贴 合 度 有 效 地 解 决 了 标 准 缺 失, 为 铸 件 的 生 产 质 2016 年 第 3 期 16

19 量 检 验 提 供 技 术 依 据, 为 产 业 的 发 展 起 到 技 术 支 撑 作 用 制 定 并 发 布 了 一 批 行 业 所 急 需 的 标 准, 如 铸 造 用 再 生 硅 砂 标 准, 规 范 废 旧 砂 资 源 的 综 合 利 用 ; 铸 造 企 业 清 洁 生 产 综 合 评 价 方 法, 引 导 企 业 走 清 洁 化 生 产 的 道 路 ; 三 项 压 铸 合 金 安 全 生 产 和 压 铸 废 料 的 回 收 标 准, 对 保 障 操 作 者 人 身 安 全 具 有 重 要 指 导 作 用 ; 铸 造 高 纯 生 铁 低 温 球 墨 铸 铁 件 ADI 等 温 淬 火 球 墨 铸 铁 件 三 项 标 准 的 制 定, 对 低 温 条 件 下 高 强 度 球 墨 铸 铁 件 的 生 产 及 所 用 原 材 料 的 保 障 有 重 要 意 义, 对 推 动 球 墨 铸 铁 件 产 品 升 级 有 很 大 促 进 作 用 砂 型 烘 干 炉 能 耗 评 定, 冲 天 炉 烟 尘 排 放, 铸 造 配 砂 熔 化 浇 注 清 理 安 全 生 产 规 范 等 标 准 的 制 定, 使 铸 造 标 准 体 系 延 伸 到 保 障 生 产 作 业 环 境 节 能 降 耗 等 领 域, 为 保 障 行 业 的 可 持 续 发 展 发 挥 了 重 要 的 基 础 性 支 撑 作 用 1.2 国 外 发 展 现 状 及 发 展 趋 势 铸 造 行 业 现 有 ISO 标 准 104 项,ISO 铸 造 标 准 涵 盖 的 范 围 比 较 广, 这 些 标 准 分 属 于 我 国 不 同 的 标 委 会 归 口 管 理,ISO 铸 造 标 准 以 基 础 类 标 准 和 测 检 方 法 类 标 准 为 主, 占 全 部 标 准 的 98% 美 国 的 铸 造 标 准 主 要 有 美 国 国 家 标 准 学 会 (ANSI) 标 准 和 美 国 材 料 试 验 学 会 (ASTM) 标 准, ANSI 现 有 铸 造 标 准 仅 有 40 多 项, ASTM 铸 造 标 准 有 500 多 项, 是 目 前 世 界 上 覆 盖 范 围 最 广 泛 的 标 准 标 准 的 更 新 速 度 快, 技 术 水 平 高, 平 均 标 龄 不 到 三 年, 其 中 ASTM 的 铸 铁 铸 钢 标 准 有 150 项, 铸 造 有 色 金 属 标 准 有 120 项, 铸 造 检 测 标 准 约 有 210 项 我 国 铸 造 标 准 在 立 项 制 定 时 多 数 参 照 了 ASTM 标 准, 并 对 ASTM 标 准 有 所 补 充 日 本 JIS 铸 造 标 准 全 部 采 用 了 ISO 铸 造 标 准, 在 标 准 体 系 构 成 上 和 ISO 标 准 相 同 日 本 铸 造 标 准 覆 盖 了 ISO 标 准 的 全 部 领 域, 日 本 标 准 一 般 是 基 础 性 的 通 用 性 的 标 准 项 目 日 本 非 常 重 视 标 准 的 基 础 性 研 究 工 作, 国 家 标 准 工 作 的 重 点 是 放 在 与 消 费 者 利 益 生 态 环 境 以 及 高 新 技 术 有 关 的 领 域 德 国 DIN 铸 造 标 准 约 有 200 项,DIN 标 准 的 特 点 是 严 谨 具 体, 标 准 的 技 术 指 标 要 求 明 确 详 尽, 无 论 对 生 产 和 使 用 者 都 易 于 沟 通, 便 于 交 流, 可 操 作 性 强 DIN 铸 造 标 准 中 产 品 标 准 占 有 较 大 比 重, 如 铸 造 玻 璃 各 类 连 接 件 石 墨 铸 件 焊 接 铸 管 件 法 兰 套 管 铸 铁 管 接 头 密 封 件 航 天 航 空 铸 件 卫 浴 洗 浴 用 铸 件 各 类 设 备 配 件 电 气 连 接 盒 医 疗 及 卫 生 行 业 用 铸 造 材 料 标 准 和 铸 造 相 关 的 产 业 都 有 详 尽 的 标 准 通 用 的 铸 件 材 料 都 有 相 应 的 材 料 标 准 和 铸 件 性 能 检 测 标 准, DIN 标 准 针 对 性 强 可 操 作 性 强 1.3 国 内 外 的 差 距 我 国 标 准 实 行 按 专 业 分 类 由 标 委 会 归 口 管 理 的 制 度, 全 国 铸 造 标 委 会 归 口 管 理 通 用 基 础 类 铸 造 标 准, 即 合 金 材 料 检 测 方 法 铸 造 所 用 原 辅 材 料 工 艺 方 法 节 能 安 全 生 产 资 源 综 合 利 用 类 标 准 按 照 我 国 标 准 归 口 管 理 范 围 划 分 规 定, 全 国 铸 造 标 委 会 只 管 理 基 础 性 通 用 性 普 遍 适 用 性 的 铸 造 国 家 标 准 和 行 业 标 准, 所 管 理 的 标 准 体 系 不 涵 盖 铸 造 所 涉 及 的 各 具 体 应 用 工 业 领 域 的 铸 造 标 准 就 现 行 铸 造 通 用 基 础 标 准 体 系 而 言, 有 些 铸 造 领 域 的 标 准 数 量 不 多, 标 准 依 然 缺 失, 尤 其 是 在 特 种 合 金 材 料 领 域, 因 为 缺 少 共 性 基 础 技 术 的 研 究 资 金, 制 定 标 准 就 没 法 完 成 大 量 的 试 验 验 证 工 作, 没 有 充 分 的 数 据 做 支 撑, 许 多 用 的 材 料 标 准 就 无 法 制 定 标 准 制 定 的 效 率 不 高, 标 准 更 新 的 速 度 比 较 慢, 标 准 未 能 及 时 反 映 市 场 的 变 化, 有 的 产 品 或 材 料 已 批 量 生 产 多 年, 但 依 然 没 有 标 准 可 依, 处 于 无 标 生 产 状 态 ; 参 与 标 准 化 工 作 的 广 泛 性 不 够 高, 企 业 参 与 通 用 基 础 类 标 准 制 定 的 积 极 性 不 高 ; 企 业 在 标 准 化 科 研 方 面 远 远 滞 后 于 产 品 的 开 发 标 准 化 科 研 资 金 的 投 入 较 少, 通 用 基 础 标 准 的 缺 乏 和 滞 后 已 成 为 制 约 产 业 升 级 及 行 业 发 展 的 瓶 颈 2. 发 展 目 标 (1) 构 建 以 国 际 标 准 为 引 年 第 3 期

20 领, 铸 造 国 家 标 准 行 业 标 准 为 主 体 的 适 应 我 国 铸 造 行 业 发 展 需 要 科 学 有 效 的 铸 造 标 准 体 系 ; 标 准 体 系 同 科 技 创 新 与 技 术 标 准 研 制 有 机 结 合 (2) 在 节 能 环 保 资 源 再 生 再 利 用 等 领 域 形 成 一 批 标 准 化 项 目 (3) 争 取 参 与 或 主 导 制 修 订 铸 造 国 际 标 准 1 ~ 2 项 (4) 不 断 更 新 升 级 标 准, 铸 造 国 家 标 准 和 行 业 标 准 的 标 龄 缩 小 至 10 年 以 内 (5) 建 立 集 国 内 外 标 准 采 集 研 制 和 服 务 等 功 能 于 一 体 的 标 准 信 息 服 务 平 台 (6) 全 行 业 的 标 准 化 意 识 显 著 提 高, 标 准 化 对 铸 造 行 业 发 展 的 贡 献 率 显 著 提 升 3. 发 展 重 点 3.1 加 强 铸 造 标 准 化 工 作, 提 高 铸 造 标 准 化 水 平 (1) 开 展 与 高 端 装 备 制 造 产 业 相 关 的 铸 造 标 准 体 系 研 究, 针 对 重 点 产 业 的 发 展, 组 织 开 展 重 要 标 准 预 先 研 究 工 作, 建 立 有 利 于 铸 造 产 业 发 展 的 标 准 和 重 要 产 品 技 术 标 准 体 系, 夯 实 标 准 立 项 和 制 定 基 础 开 展 铸 造 产 业 链 上 各 环 节 各 类 产 品 的 标 准 制 定, 形 成 重 要 领 域 标 准 全 面 覆 盖 配 套 参 与 国 家 支 持 的 重 点 产 业 的 有 关 铸 造 标 准 的 制 修 订 工 作 做 好 共 性 技 术 基 础 标 准 的 研 制 工 作, 根 据 标 准 化 事 业 发 展 规 划 关 于 提 升 制 造 业 标 准 化 水 平 的 精 神, 铸 造 标 准 化 工 作 也 将 围 绕 优 化 产 业 结 构, 完 善 铸 造 标 准 体 系 中 国 制 造 2025 中 的 四 基 工 程, 即 核 心 基 础 零 部 件 先 进 基 础 工 艺 关 键 基 础 材 料 和 产 业 技 术 基 础 中 的 共 性 技 术 标 准, 将 是 铸 造 标 准 化 的 重 点 方 向 开 展 高 端 装 备 制 造 产 业 中 相 关 铸 造 标 准 的 研 制, 制 定 机 械 装 备 基 础 件 关 键 零 部 件 等 铸 件 材 料 性 能 技 术 标 准, 如 高 温 可 熔 焊 碳 钢 铸 件 高 温 承 压 合 金 钢 铸 件 高 温 奥 氏 体 钢 铸 件 强 耐 蚀 耐 磨 等 特 殊 性 能 铸 钢 件 等 特 殊 性 能 合 金 铸 铁 件 各 种 有 色 合 金 铸 件 材 料 性 能 标 准 和 相 应 的 各 种 性 能 检 测 方 法 等 共 性 基 础 技 术 标 准 等 (2) 围 绕 中 国 制 造 2025 中 需 要 重 点 突 破 的 10 大 领 域 : 信 息 技 术 产 业 高 档 数 控 机 床 及 机 器 人 航 空 航 天 设 备 海 洋 工 程 装 备 及 高 技 术 船 舶 先 进 轨 道 交 通 装 备 节 能 与 新 能 源 汽 车 新 材 料 生 物 医 学 及 高 性 能 医 疗 器 械 农 机 装 备 电 力 装 备 这 十 大 领 域 都 和 铸 造 相 关, 这 些 领 域 将 是 未 来 铸 造 标 准 化 工 作 的 主 要 对 像 制 定 与 十 大 重 点 领 域 相 关 的 关 键 基 础 铸 件 的 产 品 标 准 3.2 加 强 铸 造 节 能 环 保 标 准 体 系 建 设, 促 进 生 态 文 明 发 展 (1) 开 展 铸 造 生 产 作 业 环 境 质 量 铸 造 污 染 物 排 放 等 清 洁 生 产 标 准 研 制 ; 引 导 企 业 在 铸 造 废 弃 物 再 生 回 收 再 利 用 等 过 程 注 重 绿 色 循 环 (2) 以 节 能 重 点 项 目 为 基 础, 制 定 铸 造 节 能 节 材 技 术 标 准 ; 按 照 建 设 资 源 节 约 型 环 境 友 好 型 社 会 的 要 求, 将 制 定 铸 造 行 业 的 资 源 再 生 再 利 用 方 面 的 标 准, 促 进 标 准 化 与 技 术 创 新 产 业 发 展 同 步, 引 领 和 支 撑 铸 造 产 业 的 发 展 开 展 铸 造 节 能 降 耗 以 及 能 耗 限 额 能 源 效 率 等 重 要 节 能 标 准 的 研 究, 以 服 务 于 行 业 的 节 能 减 排 目 标 的 实 现 4. 重 点 项 目 加 强 国 家 支 持 的 重 点 产 业 的 有 关 铸 造 标 准 的 制 定, 支 持 国 家 重 点 产 业 的 发 展 主 要 做 好 共 性 技 术 标 准 高 端 装 备 制 造 产 业 中 的 铸 造 标 准 研 制 工 作 高 强 度 耐 磨 耐 蚀 铸 造 有 色 合 金 材 料 系 列 标 准 的 研 制 将 促 进 高 端 有 色 合 金 铸 件 的 国 产 化, 打 破 制 约 铸 造 有 色 合 金 铸 件 生 产 的 瓶 颈, 并 有 效 解 决 适 用 于 高 端 铸 件 材 料 标 准 的 缺 失, 也 将 提 升 现 有 的 适 用 于 一 般 工 程 用 途 的 铸 造 有 色 合 金 材 料 标 准 的 技 术 水 平 具 有 良 好 高 温 力 学 性 能 低 热 膨 胀 系 数 和 良 好 摩 擦 磨 损 性 能 的 高 强 高 导 高 耐 磨 铜 基 功 能 复 合 ( 下 转 第 23 页 ) 2016 年 第 3 期 18

21 中 国 好 设 计 案 例 选 登 ( 五 ) 航 空 大 型 复 杂 构 件 的 高 效 加 工 工 艺 徐 江 刘 惠 荣 董 占 勋 一 案 例 背 景 新 一 代 飞 机 广 泛 采 用 大 型 整 体 结 构 件, 与 传 统 结 构 件 相 比 尺 寸 更 大 结 构 更 复 杂 加 工 精 度 要 求 更 高 研 制 周 期 要 求 更 短, 加 工 工 艺 的 复 杂 度 以 及 数 控 编 程 和 加 工 的 难 度 都 以 指 数 级 增 加 ( 图 1) 如 何 缩 短 大 型 复 杂 构 件 的 研 制 周 期 和 保 证 首 件 加 工 一 次 合 格 是 新 一 代 飞 机 研 制 的 首 要 挑 战 传 统 人 机 交 互 以 人 为 主 的 计 算 机 辅 助 加 工 模 式 重 复 工 作 量 大, 效 率 低 且 极 易 出 错 ; 依 赖 个 人 工 艺 经 验, 工 艺 一 致 性 差, 三 代 机 研 制 时 数 控 加 工 一 次 合 格 率 仅 73%; 原 有 工 艺 经 验 很 多 已 不 再 适 用, 无 法 满 足 新 一 代 飞 机 大 型 复 杂 构 件 的 加 工 要 求 要 减 少 对 个 人 工 艺 经 验 的 依 赖, 主 要 面 临 单 件 ( 小 批 量 ) 生 产 模 式 下 工 艺 建 模 工 艺 优 化 高 效 编 程 和 自 适 应 加 工 四 大 难 题 二 设 计 思 路 传 统 以 零 件 为 载 体 的 工 艺 积 累 和 优 化 方 法 并 不 适 用 于 单 件 ( 小 批 量 ) 生 产 的 飞 机 大 型 复 杂 构 件 的 研 制 本 项 目 提 出 了 以 基 于 大 小 形 状 相 似 的 加 工 特 征 为 载 体 进 行 工 艺 积 累 优 化 和 重 用 的 技 术 思 路, 针 对 飞 机 大 型 复 杂 图 1 航 空 飞 机 发 展 对 加 工 精 度 提 出 的 要 求 构 件 数 控 编 程 与 加 工 难 题, 突 破 了 动 态 加 工 特 征 定 义 与 建 模 复 杂 零 件 动 态 加 工 特 征 加 工 工 艺 优 化 方 法 动 态 加 工 特 征 驱 动 的 高 效 数 控 编 程 方 法 和 大 型 零 件 浮 动 装 夹 自 适 应 加 工 方 法 与 工 艺 装 备 等 关 键 技 术, 形 成 了 具 有 自 主 知 识 产 权 的 关 键 技 术 工 艺 装 备 和 系 列 软 件 的 技 术 体 系 三 设 计 创 新 点 1. 动 态 加 工 特 征 建 模 方 法 提 出 了 动 态 加 工 特 征 的 概 念, 给 出 了 可 定 义 为 同 一 加 工 特 征 的 充 分 必 要 条 件, 揭 示 了 加 工 过 程 中 加 工 余 量 刀 具 和 特 征 几 何 状 态 间 的 关 联 规 律 及 其 在 特 征 中 间 状 态 间 的 传 递 规 律, 发 明 了 动 态 加 工 特 征 建 模 方 法 和 识 别 方 法, 实 现 了 适 应 不 同 零 件 结 构 不 同 企 业 工 艺 水 平 和 不 同 应 用 习 惯 的 加 工 特 征 定 义 与 建 模, 突 破 了 单 件 ( 小 批 量 ) 生 产 模 式 下 复 杂 工 艺 建 模 的 难 题 ( 图 2) 年 第 3 期

22 2. 复 杂 零 件 动 态 加 工 特 征 加 工 工 艺 优 化 方 法 建 立 了 特 征 中 间 状 态 几 何 机 床 特 性 与 特 征 切 削 参 数 之 间 的 映 射 关 系 ( 图 3), 以 及 覆 盖 17 种 典 型 航 空 材 料 的 加 工 特 征 切 削 参 数 优 化 模 型, 发 明 了 动 态 加 工 特 征 切 削 参 数 分 段 和 变 切 深 优 化 方 法, 实 现 了 复 杂 结 构 零 件 的 高 效 加 工 和 复 杂 曲 面 零 件 的 分 区 优 化 加 工, 大 型 复 杂 构 件 加 工 效 率 提 高 25% 以 上 图 2 动 态 加 工 特 征 建 模 示 意 图 3. 动 态 加 工 特 征 驱 动 的 高 效 数 控 编 程 方 法 建 立 了 特 征 中 间 状 态 几 何 与 加 工 工 艺 之 间 的 耦 合 机 制, 发 明 了 动 态 加 工 特 征 驱 动 的 大 型 复 杂 构 件 数 控 加 工 智 能 编 程 方 法, 突 破 了 加 工 特 征 自 动 优 化 排 序 驱 动 几 何 链 自 动 创 建 与 刀 轨 自 动 生 成 等 关 键 技 术, 平 均 提 高 数 控 编 程 效 率 3 倍 以 上 图 3 特 征 中 间 状 态 几 何 机 床 特 性 与 加 工 参 数 之 间 的 映 射 关 系 4. 大 型 零 件 浮 动 装 夹 自 适 应 加 工 方 法 与 工 艺 装 备 力 传 感 器 作 用 力 曲 线 突 破 了 传 统 固 定 装 夹 的 思 路, 提 出 了 一 种 浮 动 装 夹 自 适 应 加 工 模 式, 研 制 了 浮 动 装 夹 并 实 时 监 测 零 件 变 形 的 工 艺 装 备, 揭 示 了 装 夹 点 位 移 监 测 量 零 件 变 形 量 中 间 加 工 状 态 检 测 策 略 和 加 工 策 略 之 间 的 传 递 规 律, 发 明 PLC 主 动 控 制 位 移 传 感 器 变 形 曲 线 图 4 浮 动 装 夹 装 置 实 时 监 测 工 件 作 用 力 及 变 形 2016 年 第 3 期 20

23 了 动 态 加 工 特 征 驱 动 的 数 控 加 工 过 程 控 制 方 法, 实 现 了 加 工 监 测 检 测 装 夹 一 体 化 自 适 应 加 工, 到 目 前 为 止 应 用 的 1591 项 飞 机 整 体 结 构 件 首 件 加 工 均 一 次 合 格 四 推 广 应 用 本 成 果 已 成 功 应 用 于 成 飞 公 司 西 飞 公 司 洪 都 公 司 上 海 航 天 设 备 制 造 总 厂 中 捷 机 床 公 司 等 八 家 大 型 企 业 15 个 飞 机 型 号 1591 项 零 件 的 研 制 生 产, 首 件 加 工 均 一 次 合 格, 数 控 编 程 效 率 平 均 提 高 3 倍 以 上, 加 工 效 率 提 高 25% 以 上, 显 著 提 升 了 我 国 航 空 大 型 复 杂 结 构 件 的 制 造 水 平, 成 为 我 国 新 一 代 飞 机 研 制 和 生 产 中 重 要 的 技 术 和 装 备 还 应 用 于 波 音 787 结 构 件 生 产, 显 著 提 高 了 我 国 航 空 制 造 业 的 国 际 竞 争 力 近 三 年 部 分 应 用 单 位 可 量 化 经 济 效 益 亿 元, 潜 在 经 济 效 益 巨 大, 社 会 和 经 济 效 益 显 著 2015 年 4 月, 由 国 家 发 改 委 科 技 部 和 工 信 部 组 织 召 开 的 航 空 领 域 首 个 国 产 高 档 数 控 机 床 应 用 示 范 工 程 成 果 应 用 推 广 会 上 将 本 项 目 成 果 向 全 国 军 工 制 造 行 业 推 广 数 字 化 无 模 铸 造 精 密 成 形 技 术 及 装 备 徐 江 刘 惠 荣 董 占 勋 一 案 例 背 景 铸 造 是 制 造 业 的 基 础 工 艺, 在 多 个 工 业 领 域 的 重 大 难 装 备 中 铸 件 都 占 较 大 的 比 重 传 统 有 模 铸 造 方 法 首 先 需 要 加 工 制 备 木 模 金 属 模 等, 常 伴 随 高 消 耗 高 污 染 低 质 量 低 效 益 等 问 题 机 械 科 学 研 究 总 院 提 出 了 数 字 化 无 模 铸 造 技 术, 开 发 出 国 内 首 台 数 字 化 无 模 铸 造 成 形 设 备, 填 补 了 技 术 空 白 该 技 术 改 变 了 传 统 铸 造 时 先 开 模 具 后 制 型 的 工 艺 流 程, 省 去 了 模 具 设 计 及 制 造 时 间, 铸 件 的 开 发 速 度 得 到 了 显 著 提 升, 铸 件 精 度 更 高 出 的 数 字 化 无 模 铸 造 技 术, 通 过 优 化 专 用 造 型 的 砂 型 材 料 及 其 加 工 工 艺, 用 数 字 化 技 术 对 砂 型 进 行 建 模 并 规 划 加 工 路 径, 通 过 自 主 开 发 的 系 列 数 字 化 无 模 铸 造 装 备, 对 铸 造 砂 型 直 接 加 工 成 形, 从 而 实 现 高 质 量 铸 件 绿 色 化 制 造 三 设 计 创 新 点 1. 数 字 化 切 削 加 工 砂 型 的 无 模 成 形 制 造 方 法 针 对 传 统 铸 造 需 要 翻 砂 造 型, 有 模 铸 造 周 期 长 成 本 高, 尺 寸 精 度 难 以 满 足 需 求, 复 杂 形 二 设 计 思 路 结 合 我 国 装 备 制 造 及 铸 造 行 业 急 需, 机 械 科 学 研 究 总 院 提 图 1 数 字 化 切 削 加 工 砂 型 的 无 模 成 形 制 造 方 法 年 第 3 期

24 面 无 法 加 工, 资 源 能 耗 浪 费 及 废 弃 物 排 放 多 高 质 量 铸 件 制 造 难 等 问 题, 发 明 了 直 接 切 削 加 工 的 数 字 化 砂 型 无 模 成 形 方 法 ( 图 1) 根 据 铸 型 三 维 CAD 模 型 进 行 分 模, 结 合 加 工 参 数 进 行 砂 型 切 削 路 径 规 划, 驱 动 开 发 专 用 成 形 设 备 直 接 进 行 砂 型 高 速 高 效 切 削 加 工, 将 加 工 的 砂 型 坎 合 组 装 成 铸 型 后, 直 接 浇 注 出 复 杂 高 质 量 铸 件 改 变 了 长 期 依 靠 木 模 或 金 属 模 等 模 具 翻 砂 造 型 这 一 传 统 工 艺, 数 字 化 驱 动 直 接 切 削 造 型, 不 需 要 模 具, 解 决 了 砂 型 切 削 铸 型 设 计 及 制 造 无 缝 连 接 等 技 术 难 题, 实 现 从 有 模 翻 砂 造 型 到 无 模 直 接 造 型 方 法 的 发 展 2. 数 字 化 切 削 加 工 砂 型 的 无 模 成 形 制 造 工 艺 针 对 铸 型 加 工 过 程 中, 砂 型 可 加 工 性 差, 普 通 刀 具 存 在 耐 磨 性 差 抗 冲 击 性 差 易 崩 刃, 无 法 满 足 铸 型 深 腔 加 工 要 求 等 难 题, 发 明 了 具 有 良 好 加 工 性 能 的 树 脂 砂 水 玻 璃 砂 等 型 砂 配 方, 可 实 现 固 化 速 度 快, 硬 化 后 强 度 高 透 气 性 好, 确 保 尺 寸 精 度 及 表 面 质 量 ; 研 制 出 大 长 径 比 高 速 长 寿 命 高 耐 磨 系 列 专 用 砂 型 加 工 刀 具, 解 决 了 复 杂 砂 型 高 效 加 工 及 刀 具 磨 损 破 损 失 效 等 技 术 难 题, 刀 具 寿 命 超 过 1000 小 时 针 对 加 工 废 砂 易 在 型 内 堆 积 严 重 影 响 加 工 质 量 和 刀 具 寿 命 以 及 铸 型 干 式 切 削 不 能 用 冷 却 液 冷 却 刀 具 的 难 题, 发 明 了 随 动 式 气 动 辅 助 排 砂 与 刀 具 冷 却 一 体 化 及 切 削 工 艺 装 置, 解 决 了 废 砂 易 在 型 内 堆 积 深 孔 窄 槽 切 削 排 砂 等 技 术 难 题 3. 自 适 应 铸 型 及 自 适 应 加 工 算 法 针 对 壁 厚 不 均 匀 结 构 复 杂 大 型 高 质 量 金 属 件 制 造 难 题, 提 出 了 一 种 自 适 应 铸 型 及 自 适 应 加 工 算 法 建 立 了 砂 型 加 工 直 线 圆 弧 两 级 短 线 优 化 三 次 样 条 差 值 耦 合 的 加 工 算 法, 直 接 驱 动 设 备 高 效 高 精 切 削 复 合 不 同 种 类 不 同 冷 却 系 数 的 砂 型 砂 芯, 自 定 位 锁 紧 组 装 出 复 合 材 料 铸 型, 主 动 适 应 金 属 件 凝 固 过 程, 减 少 缩 孔 疏 松 裂 纹 等 铸 造 缺 陷, 有 效 提 高 铸 件 质 量, 提 升 了 铸 型 设 计 的 灵 活 性 和 可 操 作 性, 使 传 统 上 不 易 达 到 的 造 型 方 案 成 为 可 能, 实 现 大 型 复 杂 壁 厚 不 均 匀 金 属 件 的 高 质 量 快 速 制 造 4. 设 计 并 研 制 出 砂 型 高 速 高 精 制 造 的 数 字 化 无 模 铸 造 精 密 成 形 装 备 针 对 铸 造 行 业 翻 砂 造 型 劳 动 强 度 大 翻 模 次 数 多 废 弃 物 排 放 大 数 字 化 水 平 低, 无 专 用 砂 型 切 屑 加 工 设 备 及 控 制 系 统 等 问 题, 开 发 了 砂 型 数 控 加 工 控 制 系 统 及 其 软 件, 开 发 了 CAMTC-SMM 系 列 化 数 字 化 无 模 铸 造 精 密 成 形 机 ( 图 2) 可 用 于 树 脂 砂 覆 膜 砂 水 玻 璃 砂 石 膏 石 墨 陶 瓷 等 多 种 砂 型 加 工 制 造, 苛 刻 条 件 下 运 行 高 稳 定 性 和 可 靠 性, 一 次 可 加 工 最 大 砂 型 5000mm 3000mm 1000mm, 解 决 了 快 速 精 确 响 应 高 效 高 精 加 工 等 技 术 难 题 四 设 计 先 进 性 数 字 化 无 模 铸 造 精 密 成 形 技 (a)camtc-smm1000 (b)camtc-smm1500s (c)camtc-smm2000 (d)camtc-smm5000 图 2 系 列 化 数 字 化 无 模 铸 造 精 密 成 形 机 2016 年 第 3 期 22

25 术 与 装 备 在 航 天 三 院 中 国 一 汽 中 国 一 拖 广 西 玉 柴 ( 图 3) 等 图 3 玉 柴 CK100(V 形 16 缸 机 ) 柴 油 机 机 体 砂 型 及 铸 件 ( 砂 型 尺 寸 :3360mm 1410mm 1500mm, 重 约 17t) 100 多 家 单 位 获 得 推 广 应 用, 在 北 京 山 东 等 建 立 10 个 应 用 示 范 基 地, 生 产 销 售 设 备 50 余 台, 并 出 口 西 班 牙 TECNALIA 研 究 院, 引 领 国 际 数 字 化 铸 造 技 术 发 展 应 用 到 汽 车 缸 体 缸 盖 航 空 发 动 机 等 1000 余 种 复 杂 零 部 件 制 造, 产 生 经 济 效 益 10 余 亿 元 获 授 权 发 明 专 利 20 件 ( 美 欧 日 等 国 际 发 明 专 利 9 件 ), 软 件 著 作 权 9 件,3 项 国 家 重 点 新 产 品, 发 表 论 文 45 篇, 获 北 京 市 科 学 技 术 一 等 奖 ( 技 术 发 明 ) 北 京 市 发 明 专 利 奖 一 等 奖 等 2014 年 入 选 中 国 机 械 工 程 学 会 近 年 来 机 械 工 程 科 技 取 得 的 10 项 重 要 进 展 之 一 与 传 统 铸 造 技 术 相 比, 数 字 化 无 模 铸 造 采 用 型 芯 直 接 数 字 化 加 工, 减 少 了 设 计 约 束 和 机 加 工 量, 铸 件 尺 寸 精 度 更 容 易 控 制 ; 数 字 化 设 计 模 拟 仿 真 与 加 工 制 造 一 体 化 ; 多 种 类 激 冷 效 果 各 异 的 型 砂 可 构 造 自 适 应 复 合 砂 型 对 于 大 中 型 铸 件, 加 工 费 用 仅 为 有 模 方 法 的 1/10 左 右, 开 发 时 间 缩 短 50% ~ 80%, 制 造 成 本 降 低 30% ~ 50%, 技 术 水 平 达 到 国 际 领 先 该 创 新 拓 展 了 精 密 成 形 制 造 方 法, 为 砂 型 ( 芯 ) 个 性 化 设 计 制 造 提 供 了 成 套 技 术 及 装 备 ( 上 接 第 18 页 ) 材 料, 具 有 优 异 的 高 温 强 度 抗 氧 化 和 抗 热 腐 蚀 等 综 合 性 能 的 高 温 合 金 材 料, 高 强 韧 性 耐 腐 蚀 力 强 的 铝 合 金 材 料, 高 强 比 高 抗 蚀 性 的 铸 造 钛 合 金 材 料, 高 强 度 高 性 能 铸 造 镁 合 金 等 高 性 能 材 料, 开 展 标 准 化 项 目 科 研, 是 行 业 所 急 需 的 5. 政 策 建 议 5.1 完 善 激 励 机 制, 不 断 增 加 标 准 创 新 动 力 (1) 探 索 建 立 以 市 场 为 导 向, 以 企 业 为 主 体 产 学 研 相 结 合 的 标 准 创 新 体 系, 强 化 标 准 化 工 作 与 科 技 创 新 的 紧 密 结 合, 引 导 企 业 科 研 院 所 行 业 组 织 等 共 同 参 与 标 准 化 工 作 (2) 鼓 励 企 业 积 极 采 用 国 际 标 准 和 国 外 先 进 标 准, 加 快 技 术 标 准 的 更 新 和 提 高 5.2 加 强 标 准 信 息 化 平 台 建 设, 提 升 行 业 服 务 水 平 (1) 推 进 标 准 信 息 服 务 平 台 建 设, 加 强 标 准 信 息 的 收 集 整 理 研 究 分 析, 为 企 业 和 社 会 提 供 权 威 准 确 全 面 的 标 准 信 息 技 术 支 持 (2) 建 立 标 准 数 据 库, 更 好 地 为 铸 造 行 业 发 展 服 务 5.3 推 动 标 准 的 有 效 实 施 (1) 加 强 对 重 点 铸 造 国 家 标 准 行 业 标 准 执 行 情 况 的 调 查, 引 导 企 业 按 照 标 准 组 织 生 产 (2) 积 极 推 动 重 点 标 准 的 贯 彻 实 施, 组 织 学 会 协 会 等 行 业 组 织, 采 取 多 种 形 式 开 展 铸 造 标 准 的 宣 贯 工 作 ( 全 文 完 ) 年 第 3 期