時(shí)間：2022-05-28 11:17:17
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1）鑄造收縮率?？紤]到客戶明確要求材質(zhì)上添加Cu合金，寬、高方向選用1%的縮尺，長(zhǎng)度方向選用1.2%的縮尺。2）機(jī)械加工余量。參照客戶要求所有加工面的加工余量在4mm~10mm范圍內(nèi)，導(dǎo)軌面、軸孔在發(fā)運(yùn)前要進(jìn)行粗加工，確定鑄件導(dǎo)軌和軸孔的加工余量12mm，其余加工面的加工余量按照10mm制作。3）尺寸精度。在無特別指定情況下，拔模斜度、長(zhǎng)度尺寸公差及壁厚尺寸公差參照顧客規(guī)范和公司內(nèi)部規(guī)范制作。結(jié)構(gòu)牢固、合理，尺寸、形狀穩(wěn)定精確，表面光潔，不變形[1]。對(duì)于影響鑄件起型（芯）處均要求做成活塊，且要求不允許出現(xiàn)尖角料，所有活塊必須做標(biāo)識(shí)，安裝起型裝置。
2造型材料
砂型、砂芯無特殊要求全部使用呋喃樹脂砂。涂料下型外觀芯采用噴涂方式，內(nèi)腔芯采用流涂方式，易粘砂內(nèi)腔部位采用先刷一遍涂料，后流兩遍涂料的方式，其涂層厚度為0.5mm~1mm，且要求刷涂后的表面光滑均勻。涂料在每刷一遍后用明火點(diǎn)燃（醇基），使其自然干燥，每流涂一遍用煤氣烘烤（水基），使其自然干燥，組芯合箱后再使用烘箱烘烤型腔。制芯時(shí)，軸孔芯、易粘砂部位采用鉻礦砂。
3澆冒口系統(tǒng)
3.1澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)選擇開放式：遵循快速充型原則（澆注時(shí)間短）和內(nèi)澆口處低流速原則，多采用全開放、多點(diǎn)分散澆注方式，使鑄型溫度均勻，從而降低了鑄件局部出現(xiàn)過熱，降低了鑄件出現(xiàn)沖砂、粘砂等缺陷。樹脂砂鑄鐵件澆注時(shí)間可由下式確定：t=22.6×W（/ρ×S×fv×h12）（1）式中：t—澆注時(shí)間，s；W—澆注重量，3490kg；ρ—鑄鐵密度，灰鐵件~7.0，kg/cm3；fv—速度因子（根據(jù)澆注系統(tǒng)類型確定）；底注：fv=0.5；h—靜壓頭：100cm；S—阻流斷面面積，43.5cm2；計(jì)算得：t=51.8s.直澆道：80mm，直澆道面積50.24cm2；橫澆道：（65+80），85×2mm，橫澆道面積127.5cm2；內(nèi)澆道：12×35（mm）；4×25（mm），內(nèi)澆道面積135.02cm2；直∶橫∶內(nèi)=1∶2.5∶2.7內(nèi)澆口理論平均流速：V內(nèi)=0.85m/s，可以實(shí)現(xiàn)在內(nèi)澆口流速低的情況下快速充型。為驗(yàn)證上述計(jì)算結(jié)果的正確性，通過MAGMA軟件做充型和溫度場(chǎng)分析，結(jié)果見圖4、圖5，充型速度與理論計(jì)算基本一致，模擬充型時(shí)間為45s，理論計(jì)算為51.8s.從MAGMA模擬出的溫度場(chǎng)結(jié)果來看，內(nèi)澆道的開設(shè)比較理想，溫度場(chǎng)分布均勻，基本上可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固，如圖6、圖7所示。
3.2冒口設(shè)計(jì)
此產(chǎn)品屬于灰鐵、薄壁機(jī)床鑄件，厚大斷面處于澆鑄時(shí)的下型，不存在特殊的補(bǔ)縮要求。因此，鑄造工藝上設(shè)計(jì)的冒口，主要是以排氣暢通為主。按1.5S阻流截面積≤S排氣截面積≤4S阻流截面積原則，設(shè)計(jì)冒口排氣面積。
4澆注熔煉要求
1）化學(xué)成分控制目標(biāo)。在滿足顧客材質(zhì)的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求的前提下，根據(jù)公司內(nèi)部配料規(guī)范，嚴(yán)格控制化學(xué)成分。2）熔化、澆注過程溫度及時(shí)間控制。熔煉出鐵溫度控制到1460℃～1500℃；澆注溫度控制到1380℃～1400℃；澆注時(shí)間控制到50s～60s；3）熔煉材質(zhì)變質(zhì)處理。采用包內(nèi)孕育、孕育槽孕育和澆口盆孕育相結(jié)合的方式對(duì)鐵液進(jìn)行變質(zhì)處理。
5結(jié)論
關(guān)鍵詞：動(dòng)梁；鑄造方法；澆注系統(tǒng)；鑄后處理；鑄件產(chǎn)品
沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司為大連某公司生產(chǎn)壓機(jī)配套產(chǎn)品，動(dòng)梁是其中最主要的鑄件產(chǎn)品。接到生產(chǎn)計(jì)劃后，技術(shù)部聯(lián)合車間不斷研究，最終生產(chǎn)出了完全符合廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為以后生產(chǎn)此類鑄件產(chǎn)品積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
1生產(chǎn)支臂技術(shù)條件
1.1產(chǎn)品概況
動(dòng)梁本體：13450kg，化學(xué)成分為ZG20MnMo，鋼號(hào)ZG20MnMo，含C量0.17%～0.23%，含Mn量1.10%～1.40%，含Si量0.20%～0.40%，含P量0.030%以下，含S量0.030%以下。機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度≥490MPa；屈服強(qiáng)度≥295MPa；延伸率≥16%以上；沖擊值39。
1.2要求的生產(chǎn)條件和方法
（1）動(dòng)梁需要進(jìn)行正回火熱處理，以消除應(yīng)力，同時(shí)提供熱處理曲線，包括升溫曲線、冷卻溫度、時(shí)間進(jìn)度等；（2）鑄造過程中，強(qiáng)烈要求嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量控制；（3）內(nèi)表面要打磨成更加光滑的表面。
1.3鑄件表面質(zhì)量要求
（1）鑄件表面經(jīng)過熱處理后應(yīng)平整光潔，不準(zhǔn)有裂紋、縮孔、粘砂等缺陷；（2）鑄件不得有影響強(qiáng)度之缺陷；（3）鑄件表面質(zhì)量要符合提出要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。
1.4試料
動(dòng)梁要帶試料，試料要附在本體上，要與本體同爐進(jìn)行熱處理，試料的機(jī)械性能符合JB/T5000.6-2007提出的標(biāo)準(zhǔn)。
2工藝方案的擬定
2.1鑄造方法的選擇
鑄造方法的選擇在此不再詳述。
2.2工藝方案的選擇
（1）澆注位置：為了得到高質(zhì)量的鑄件和方便操作，采用正常的澆注位置。此澆注位置便于下芯、排氣、利于補(bǔ)縮，便于操作。（2）分型面：分型面的選擇是與澆注位置的選擇密切相關(guān)。確定了澆注位置之后，即可按澆注位置的選擇原則來選定分型面，此件選大平面作為分型面，便于操作、檢驗(yàn)，易保證各部尺寸的準(zhǔn)確，木型采用實(shí)樣木型，便于起模。
2.3造型材料
為了達(dá)到尺寸準(zhǔn)確、表面光潔的技術(shù)要求，為了確保檢測(cè)的技術(shù)要求，選用堿酚醛自硬砂造型。
3工藝參數(shù)
3.1縮尺
縮尺是為了保證鑄件冷卻由液態(tài)到固態(tài)后尺寸符合圖紙要求，而在制作木型時(shí)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆懦??？s尺是根據(jù)鑄件的線收縮率來確定的，而鑄件的線收縮率又直接與鑄件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、收縮時(shí)的受阻情況、造型方案、造型用砂等有關(guān)。根據(jù)支臂的具體情況，縮尺定為1.8%。
3.2加工余量
加工余量是鑄件在機(jī)械加工時(shí)去掉的一層金屬的厚度。加工余量的大小取決于鑄件的最大尺寸、加工面間的距離、加工面與加工基準(zhǔn)面的距離、鑄件的尺寸精度、澆注時(shí)加工面的位置。此件上面取加工量25mm，下側(cè)面取20mm。
3.3工藝補(bǔ)正量
由于動(dòng)梁造型時(shí)，中間芯子不準(zhǔn)用鑄工頂固定泥芯，故只能通過吊梁掛芯，所以大芯子內(nèi)芯鐵必須牢固、可靠，這就要使芯子的收縮應(yīng)力增大，考慮到這種情況在相應(yīng)部位設(shè)置了工藝補(bǔ)正量。
3.4拔模斜度
為了在造型時(shí)易于起模，而在模樣的立面上給出一定的斜度。此件下面組一層芯，實(shí)樣按木型操作規(guī)程守則留出拔模斜度。
3.5分型負(fù)數(shù)
由于鑄型上、下型之間合箱后不嚴(yán)密，為防止跑火，合箱時(shí)要在分性面上放石棉繩。這樣一來，就增加了型腔的高度。為了保證鑄件尺寸符合要求，在模樣上必須減去相當(dāng)?shù)母叨?，此高度尺寸即為分型?fù)數(shù)。分型負(fù)數(shù)的大小，與鑄件的尺寸有關(guān)，即與分型面的大小有關(guān)，與使用的型砂性質(zhì)有關(guān)。分型負(fù)數(shù)定為3mm。
3.6漲箱系數(shù)
鑄件在澆注時(shí)，由于鋼水壓力大，而型砂在受熱后變軟、分解，被高壓鋼水向后推，使鑄件漲箱，在考慮毛重時(shí)，應(yīng)將此數(shù)值加入。漲箱系數(shù)與鑄件高度，壁厚和所用的造型材料有關(guān)，此件砂箱結(jié)合地坑實(shí)樣造型，四周廢砂撞平，漲箱系數(shù)定為5%。
3.7芯子
芯子是用來形成鑄件的內(nèi)腔，有時(shí)也用來形成較為復(fù)雜的不易起型的外皮。此件實(shí)樣造型，中間出芯。
4澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算
4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)直接影響著鑄件的質(zhì)量，很多鑄造缺陷，如包砂、夾雜物、澆不足、裂紋等缺陷，多與澆注系統(tǒng)不合理有關(guān)，所以鑄鋼件的澆注系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)合理，要保證鋼水平穩(wěn)地進(jìn)入鑄件型腔有合理的注入位置，保證鋼水的順序凝固。此件高500mm，為使鋼水平穩(wěn)的進(jìn)入鑄型，采用側(cè)面一層水口，澆注時(shí)鋼水由內(nèi)澆口進(jìn)入型腔，內(nèi)澆口六道，此澆注系統(tǒng)達(dá)到了注入位置合理，鋼水能平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型且造成了趨向于冒口的溫度梯度，有利于鋼水的順序凝固，有利于鑄件的內(nèi)部質(zhì)量的提高。
4.2澆注系統(tǒng)的計(jì)算
澆口各部分截面尺寸恰當(dāng)，減少鋼水的消耗，并有恰當(dāng)?shù)纳仙俣?。此件毛?5.2噸，鋼水總重25.4噸，需要一包澆注。（1）包孔直徑￠70mm×2，總截面積為7693mm2；（2）直澆口2個(gè)￠120mm，總截面積為22608mm2；（3）橫澆口一道￠100mm，總截面積也應(yīng)為7850mm2。因?yàn)橹睗部诰鶆蜻M(jìn)入橫澆口同時(shí)向兩個(gè)方向流去，只能擴(kuò)大其面積；（4）內(nèi)澆口6個(gè)￠80mm，總截面積為30144mm2；（5）澆注系統(tǒng)的截面積之比為：包孔∶直澆口∶橫澆口∶內(nèi)澆口＝1∶2.94∶1.02∶3.92；（6）鋼水在型腔中的上升速度計(jì)算如下：t＝Q/nq（s）＝15200/（120×2）＝63.3s。式中：t為澆注時(shí)間（s）；Q為鑄件重量（kg）；n為注孔數(shù)量（個(gè)）；q為鋼水的流量（kg/s）。包孔直徑（mm）60時(shí)，q（kg/s）取90；包孔直徑（mm）70時(shí)，q取120，包孔直徑（mm）80時(shí)，取150，包孔直徑（mm）100時(shí)，取150。V＝H/t＝500/63.3＝7.9（mm/s）式中：V為鋼水在型腔中的上升速度（mm/s）；H為鑄件的高度（mm）。
4.3分析
此上升速度可滿足應(yīng)用堿酚醛自硬砂生產(chǎn)大型厚壁鑄鋼件時(shí)鋼水在型腔內(nèi)上升速度的工藝要求。澆注時(shí)，待鋼水上升至冒口內(nèi)1/3高度時(shí)，在冒口內(nèi)加足夠量的高效覆蓋劑。此澆注系統(tǒng)對(duì)堿酚醛自硬砂造型的動(dòng)梁是比較適合的，它能使鋼水以最短的時(shí)間、最快的速度充滿型腔，減少鋼水對(duì)型腔的烘烤時(shí)間，避免由于掉砂、起皮等因素而使鑄件產(chǎn)生砂眼、粘砂、夾渣等鑄造缺陷，另外由于內(nèi)水口面積大、分散，有利于鋼水熱量的分散，避免局部過熱，引起局部縮松等鑄造缺陷。
4.4冒口
鋼水澆注時(shí)從液態(tài)狀態(tài)下經(jīng)過降溫直到凝固完了的全過程中，要發(fā)生體收縮。在收縮過程中，需要適當(dāng)?shù)匿撍a(bǔ)縮，否則鑄件將產(chǎn)生縮孔和縮松，冒口就是用來盛裝鋼水補(bǔ)縮鑄件而設(shè)置的。為了形成鑄件向著冒口的順序凝固，有時(shí)采用內(nèi)冷鐵和外冷鐵來控制，冒口高度設(shè)計(jì)以冒口內(nèi)的金屬液能保持較高的熱量和壓力為原則。動(dòng)梁的冒口設(shè)置遵循了下列原則：（1）冒口設(shè)在鑄件最后凝固的部位，即鑄件的最高部位，以造成順序凝固的條件；（2）冒口設(shè)在鑄件澆注位置的上部，便于設(shè)置并提高了補(bǔ)縮效果；（3）冒口采用圓形和集中的大冒口，以提高其補(bǔ)縮效果。
5鑄后處理
5.1氣割與補(bǔ)焊
ZG20MnMo材質(zhì)屬合金鋼，為了防止產(chǎn)生裂紋，切割冒口以后馬上進(jìn)到熱處理爐中進(jìn)行熱處理。小的局部缺陷可局部加熱補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后要進(jìn)行回火處理（溫度為580oC），以消除應(yīng)力。所用焊條為結(jié)J506或J507。
5.2熱處理
根據(jù)技術(shù)要求，鑄件要進(jìn)行正、回火處理：圖1此件在熱處理時(shí)，第一個(gè)階段時(shí)消除鑄造應(yīng)力和改善鑄態(tài)組織性能的退火處理，在切割冒口之前進(jìn)行，它的作用是在切割冒口時(shí)避免出現(xiàn)裂紋。消除缸體在缺陷處理過程中組織應(yīng)力，保證缸體在正、回火后得到滿足技術(shù)要求的綜合機(jī)械性能。曲線的第二、三階段是正、回火處理，在氣割掉冒口后進(jìn)行。風(fēng)冷的目的是為了加強(qiáng)冷卻速度，此階段是得到合格的各項(xiàng)性能指標(biāo)的根本保證。
5.3對(duì)操作及夾具的要求
（1）檢查來件的標(biāo)識(shí)和表面質(zhì)量；（2）放平、墊實(shí)、加熱要均勻?；鹧娌荒苤鄙滂T件表面，均勻加熱；（3）控制升溫、冷卻速度，做好操作記錄。
5.4對(duì)缺陷處置
動(dòng)梁作為大型鑄鋼件，由于鑄造過程復(fù)雜，出現(xiàn)質(zhì)量問題后的缺陷處理十分重要，同時(shí)也是保證缸體質(zhì)量的重要手段。具體處理方法規(guī)定如下：（1）表面缺陷用砂輪磨光，經(jīng)磁粉探傷檢查無裂紋等鑄造缺陷后進(jìn)行補(bǔ)焊，內(nèi)部缺陷在預(yù)熱溫度大于200℃的條件下用氣割方法清理缺陷，并用砂輪磨光，經(jīng)磁粉檢查合格后施焊；（2）補(bǔ)焊時(shí)整體預(yù)熱，并在施焊部位加熱保溫大于200℃；（3）焊修后缺陷部位及時(shí)保溫處理，蓋石棉板等，整體施焊后，入爐中進(jìn)行補(bǔ)焊后的去應(yīng)力處理；（4）去應(yīng)力處理后的鑄件，重新用砂輪打磨精整達(dá)到同整體表面一致，并重新進(jìn)行磁粉及超聲波探傷檢查。
6結(jié)語
生產(chǎn)動(dòng)梁時(shí)，主要是通過借鑒相似材質(zhì)的工藝參數(shù)及以前生產(chǎn)過類似的鑄鋼件經(jīng)驗(yàn)，在生產(chǎn)過程中，對(duì)木型質(zhì)量要求特別高，表面必須光滑，做出圓角，不涂漆，刷脫模劑；要有良好的起模吊具；檢測(cè)過程中，探傷合格、機(jī)械性能、NDT和力學(xué)性能達(dá)到了的要求；在鑄造產(chǎn)品后，沒有不良的質(zhì)量后果?？傊?，通過設(shè)計(jì)選擇動(dòng)梁的工藝方案，通過生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證了工藝，證明了這次工藝是切實(shí)可行的。這一實(shí)踐不僅提高了沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鑄件工藝方案的設(shè)計(jì)水平，還成功地完成了客戶的配套生產(chǎn)任務(wù)。
作者:王重鑫 單位:沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司
參考文獻(xiàn)
[1]李慶春．鑄件成型理論基礎(chǔ)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982．
差壓鑄造工藝的過程依次為：升液、充型、結(jié)殼、增壓、結(jié)晶保壓和卸壓。（1）同步壓力該壓力是指在差壓鑄造工藝過程中上密封罐與下密封罐壓力相同時(shí)的壓力，取為0.65MPa。（2）升液速度與充型速度升液速度為金屬液在升液管中上升的平均速度，其大小的選取需保證金屬液上升平緩。充型速度為金屬液在模具型腔中充型的平均速度，其大小的選取需防止金屬液紊流的產(chǎn)生。取充型速度和升液速度分別為45mm/s、35mm/s。（3）升液壓力與充型壓力升液壓力為可以使金屬液上升至升液管管口處的壓力，主要由升液管高度決定。充型壓力為可以使金屬液從升液管管口提升至型腔頂部的壓力。由于金屬液的流動(dòng)阻力和粘度將在充型過程中快速增加，所以實(shí)際壓差應(yīng)比克服金屬液重力所需壓差適當(dāng)大些。綜合以上信息，為了使得鑄造過程中具有合適的充型壓力和升液壓力，鑄造的加壓速度選為0.05MPa/s。（4）結(jié)殼增壓壓力與結(jié)殼時(shí)間為了不破壞結(jié)殼，同時(shí)保證增壓補(bǔ)縮效果，可在結(jié)殼開始5s后進(jìn)一步增加適當(dāng)?shù)膲毫Γ沟描T件殼層在較高的壓力環(huán)境下進(jìn)一步增厚，直至鑄件凝固。這樣便可保證鑄件擁有完整的輪廓和良好的表面質(zhì)量。（5）結(jié)晶增壓壓力在鑄件結(jié)殼結(jié)束后，為了保證鋁液能夠繼續(xù)對(duì)鑄件補(bǔ)縮，在原有的結(jié)殼增壓壓力上，再增加適當(dāng)?shù)膲毫Γ沟娩X液在該壓力下完成結(jié)晶，該壓力便是結(jié)晶增壓壓力。隨著鑄造的推進(jìn)，鋁液不斷凝固，鑄件補(bǔ)縮通道不斷變小，鋁液對(duì)鑄件的補(bǔ)縮變得越來越困難。為了保證鋁液能夠繼續(xù)經(jīng)升液管流入鑄型，對(duì)鑄件補(bǔ)縮，必須在原有的結(jié)殼增壓壓力上繼續(xù)增加適當(dāng)?shù)膲毫?。這樣不僅可以消除鑄件可能存在的疏松和縮孔缺陷，還可提高其組織致密度，提高其力學(xué)性能。試驗(yàn)表明結(jié)晶增壓壓力越高，鑄件的力學(xué)性能越好，但結(jié)晶增壓壓力增加得太大，將大幅提高鑄造成本，綜合考慮兩方面因素，取結(jié)晶增壓壓力為0.01MPa。（6）結(jié)殼和結(jié)晶增壓速度結(jié)殼和結(jié)晶增壓速度分別指在鑄件結(jié)殼和結(jié)晶過程中，增壓壓力建立的速度。為了保證結(jié)殼和結(jié)晶過程中壓力快速建立，結(jié)殼增壓速度取為0.015MPa/s，結(jié)晶增壓速度取為0.035MPa/s。（7）結(jié)晶時(shí)間結(jié)晶時(shí)間為在結(jié)晶增壓壓力下，鑄件凝固補(bǔ)縮需要的時(shí)間。該時(shí)間主要由連接升液管的橫澆道的冷卻凝固時(shí)間決定。在鑄造試驗(yàn)中，通過確定澆道殘留長(zhǎng)度來確定鑄件結(jié)晶時(shí)間。取澆道殘留長(zhǎng)度為50mm。（8）充型壓差鑄造過程中的充型壓差ΔP由式(1)計(jì)算得出。式中：H為金屬液充型過程中最低點(diǎn)到最高點(diǎn)之間的高度，mm；ρ為金屬液的密度，g/cm3；K為阻力系數(shù)，K∈(1.0,1.5)，阻力越小K越小，阻力越大K越大。本鑄造工藝充型壓差為0.035MPa。（9）鑄型預(yù)熱溫度為了保證涂料粘結(jié)牢固，鑄型需預(yù)先加熱至150℃左右。在噴完涂料后，鑄型需進(jìn)一步預(yù)熱至200~250℃后，才可以進(jìn)行澆注。（10）鋁液澆注溫度澆注溫度過高將導(dǎo)致鋁液結(jié)晶粗大，鑄件內(nèi)部組織疏松。澆注溫度過低則會(huì)減小鋁液充型能力，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生冷隔和欠鑄等缺陷，甚至產(chǎn)生澆注不足的問題。本鑄造試驗(yàn)澆注溫度取為700~720℃。
2鑄造缺陷的預(yù)防
為了防止鑄件出現(xiàn)鑄造過程中較易發(fā)生的疏松和縮孔缺陷，將補(bǔ)縮暗冒口分別設(shè)置于鑄件各個(gè)大熱節(jié)處，使鋁液可對(duì)其補(bǔ)縮。同時(shí)在模具不同位置噴涂冷卻速度不同的涂料，從而保證鑄件不同位置的凝固速度有利于鋁液補(bǔ)縮。
3仿真與試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1仿真結(jié)果分析充型仿真結(jié)果如圖4所示。圖5為鋁合金艙門蓋的凝固仿真結(jié)果。圖6為仿真所得鑄件橫斷面縮孔分布。鋁液充型時(shí)間為2s，凝固時(shí)間為460s。鑄件上部厚大部位無縮孔缺陷，縮孔缺陷均被引至冒口內(nèi)。
3.2鑄件試制及檢測(cè)鑄件剖面如圖8所示?？梢钥闯?，鑄件外殼完整，內(nèi)部無缺陷。經(jīng)力學(xué)性能測(cè)試可知，鑄件抗拉強(qiáng)度320~330MPa，伸長(zhǎng)率5%~6%。而采用低壓鑄造工藝所得鑄件抗拉強(qiáng)度為290~300MPa，伸長(zhǎng)率為4%~5%。由此可見，差壓鑄造工藝可獲得力學(xué)性能更好的鑄件。
4結(jié)論
1.1缸體鑄件技術(shù)要求
S10缸體鑄件材質(zhì)為HT250，毛坯重約42kg，重量偏差按照GB/T11351—1989的MT8執(zhí)行。缸體一般壁厚4+0.8-0.5mm，鑄件尺寸公差按GB/T6414—1999的CT8，毛坯缸孔壁厚差要求加工余量要求：2.5mm±0.5mm?？梢姡左w基本屬于薄壁輕量化設(shè)計(jì)，且尺寸精度要求較高。鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮立澆工藝，并考慮冷芯為主，以保證其要求的精度。
1.2水套結(jié)構(gòu)分析與措施
水套芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①水套芯總高97.5mm，一般厚度5～8mm；②水套芯左端下部有特殊的異形結(jié)構(gòu)。水套芯可能出現(xiàn)異形處變形、斷芯，從而影響該處壁厚和尺寸；另外，該異形處存在清砂難度。因此，水套芯應(yīng)采用強(qiáng)度較高的熱芯；水套芯異形處應(yīng)采用特殊涂料和工藝，以保證該處不發(fā)生粘砂和易于出砂。同時(shí)，選擇底注立澆工藝方案，鐵液平穩(wěn)上升、平穩(wěn)充型，對(duì)整個(gè)水套芯的沖擊相對(duì)于臥澆工藝方案要小很多。
1.3油道結(jié)構(gòu)分析與措施
S10缸體外形單側(cè)有2根油道芯，兩側(cè)基本對(duì)稱，共有4根油道芯。特點(diǎn)是：①油道芯細(xì)長(zhǎng)，長(zhǎng)度266mm，貫穿缸體上下面；②截面單薄，彎曲程度大，在澆注過程中易變形或斷裂。因此，油道芯應(yīng)采用較高強(qiáng)度的熱芯；同時(shí)為防止和減少熱變形，應(yīng)選用高強(qiáng)度低膨脹的芳東覆膜砂。此外，選擇底注立澆工藝方案對(duì)細(xì)長(zhǎng)油道芯受鐵液沖擊相對(duì)于臥澆工藝方案要好很多。
2S10缸體鑄造工藝設(shè)計(jì)
2.1立澆工藝方案選擇
依據(jù)對(duì)S10缸體水套芯和油道芯結(jié)構(gòu)分析，依據(jù)對(duì)立澆工藝和臥澆工藝在充型時(shí)水套芯與油道芯的受力分析，決定選用：缸孔朝上，底注立澆工藝方案。S10缸體鑄件工藝如圖9；砂芯構(gòu)成如表4；水套芯和油道芯用芳東覆膜砂，見表5。水套芯異形處實(shí)施3層涂料：先刷一層鋯英涂料，表干后水套芯整體浸涂水基石墨涂料，最后在異形處再刷鋯英涂料。
3試制結(jié)果
采用前述工藝措施，按調(diào)整后的澆注系統(tǒng)，對(duì)熱節(jié)的3個(gè)工藝方案均進(jìn)行了調(diào)試。此外，經(jīng)鑄件解剖表明：水腔清潔，水套異形處光滑無粘砂；水套芯和缸筒芯形成的缸孔壁厚均勻，經(jīng)檢測(cè)缸孔壁厚差Δδ≤1.0mm；油道芯未發(fā)生斷裂和漂浮，油道壁厚正常。對(duì)于熱節(jié)處采用的3個(gè)方案，經(jīng)外觀檢查和解剖，均未見縮孔和縮松缺陷。鑄件經(jīng)多次加工和加工后解剖表明：尺寸合格，壁厚正常。對(duì)熱節(jié)處的3個(gè)工藝方案，為穩(wěn)定和確保熱節(jié)處無收縮缺陷，今后可優(yōu)先選用無冒口的方案1，其次是另2個(gè)方案。
4結(jié)論
（1）S10缸體水套芯單薄，有異形結(jié)構(gòu)；油道芯貫穿缸體上下平面，細(xì)長(zhǎng)而彎曲。采用底注立澆工藝，鐵液平穩(wěn)上升，對(duì)水套芯和油道芯的沖擊小。有利于防止水套芯受沖擊變形，保證缸孔壁厚均勻；也有利于防止油道芯漂芯和斷芯，保證油道壁厚正常。
（2）水套芯和油道芯設(shè)計(jì)為熱芯，并選用含較大比例寶珠砂的高強(qiáng)度低膨脹的芳東覆膜砂，有利于防止在高溫鐵液作用下因膨脹而發(fā)生的變形，有益于保證缸孔壁厚均勻和油道壁厚正常。水套芯異形結(jié)構(gòu)處實(shí)施3層涂料，使不易清理的該處光滑潔凈無粘砂。
（3）鑄件熱節(jié)分析計(jì)算表明，需要強(qiáng)補(bǔ)縮。按冷鐵覆蓋面積≥熱節(jié)散熱面積的16.7％的原則，設(shè)計(jì)的3個(gè)工藝方案，試制結(jié)果均無收縮缺陷。
本文擬生產(chǎn)的馬氏體不銹鋼葉輪材質(zhì)為ZG1Cr13Ni。該材質(zhì)澆注溫度高，砂型鑄造易產(chǎn)生表面粘砂；由于縮性大，極易產(chǎn)生縮松、裂紋和晶粒粗大等鑄造缺陷；此外，其冷裂傾向也較嚴(yán)重。圖1和圖2分別是馬氏體不銹鋼葉輪毛坯尺寸和三維實(shí)體。由圖可見，該鑄件屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，一方面是壁厚不均勻，厚壁和薄壁之間尺寸相差較大，補(bǔ)縮、收縮應(yīng)力等問題需在工藝設(shè)計(jì)時(shí)特別關(guān)注；另一方面是存在各種曲面，而且曲面處壁厚極不均勻且相對(duì)較薄，因此，工藝設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮保證充型的完整性。根據(jù)葉輪鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文選擇了兩箱造型法，并將鑄造分型面設(shè)置在葉輪中間部位，分型面位置見圖3。鑄件頂端壁厚較厚，應(yīng)考慮在該位置添加冒口。鑄件的凝固時(shí)間取決于它的體積V和傳熱表面積A的比值，其比值稱為凝固模數(shù)。
2葉輪鑄造工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化
2.1馬氏體不銹鋼葉輪鑄造工藝模擬分析
采用有限元分析軟件對(duì)鑄造工藝進(jìn)行模擬，鑄件模型選擇的材料為馬氏體不銹鋼，砂箱模型選擇的材料為樹脂砂，鑄件與砂箱之間的換熱系數(shù)為500W/（m2•K），澆注溫度為1560℃，充型速度為42kg/s，澆注時(shí)間為27s，熱傳遞方式為空氣冷卻，設(shè)置重力加速度為9.8kg/s2，初始條件為金屬液溫度1560℃、砂箱溫度25℃，運(yùn)行參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。葉輪充型過程模擬結(jié)果見圖5。可以看出，金屬液充滿澆道，整體充型平穩(wěn)，見圖5a。當(dāng)澆注完成后，鑄型內(nèi)腔全部被充滿，不存在澆不足現(xiàn)象，見圖5b。模擬結(jié)果表明，該鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)方案保證了澆注過程的平穩(wěn)性，也保證了鑄件形狀的完整性，說明澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。圖6為鑄件澆注265s后透視狀態(tài)圖，可以發(fā)現(xiàn)，葉輪下端圓環(huán)、分型面中心部位交界處存在縮孔，且個(gè)別葉輪側(cè)冒口底端存在封閉的高溫區(qū)間，該位置也可能出現(xiàn)縮孔。由此可見，該工藝設(shè)計(jì)方案在保證鑄件補(bǔ)縮方面還存在設(shè)計(jì)不足。因此，原設(shè)計(jì)方案必須改善冒口設(shè)計(jì)，或者采取必要的工藝補(bǔ)救方案。
2.2工藝優(yōu)化
針對(duì)初始設(shè)計(jì)工藝所出現(xiàn)的缺陷問題，對(duì)葉輪鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化。考慮在葉輪底端圓環(huán)和葉輪中心位置出現(xiàn)的縮孔，我們分別在葉輪底端加入圓環(huán)形冷鐵，在葉輪中間部位六個(gè)側(cè)冒口之間加設(shè)楔形冷鐵。改進(jìn)后葉輪鑄造工藝圖如圖7所示。對(duì)改進(jìn)后的工藝方案進(jìn)行模擬，工藝改進(jìn)后的葉輪充型模擬結(jié)果。當(dāng)充型開始14s時(shí)，充填部位型腔內(nèi)金屬液完全充滿澆道，充型平穩(wěn)，沒有明顯飛濺，見圖8a，說明澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍能保證充型的平穩(wěn)性；圖8b是充型至27s時(shí)（充型完畢）的狀態(tài)圖，可以看出，金屬液已完全充滿型腔，型腔內(nèi)不存在澆不足等缺陷。
3結(jié)論
（1）不銹鋼葉輪鑄件選取階梯式澆注方式和開放式澆注系統(tǒng)，可以保證鑄件充型過程中金屬液的平穩(wěn)性及充型后的鑄件形狀完整性。
（2）不銹鋼葉輪鑄件直接采用明冒口和暗冒口不能完全防止鑄件內(nèi)產(chǎn)生縮孔與縮松，當(dāng)冒口與冷鐵配合使用時(shí)可以消除縮孔與縮松。
過去20年，互聯(lián)網(wǎng)是改變社會(huì)、改變商業(yè)最重要的技術(shù)；如今，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，讓許多物理實(shí)體具備了感知能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋磉_(dá)能力；未來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的成熟，生產(chǎn)制造領(lǐng)域?qū)⒕邆涫占?、傳輸及處理大?shù)據(jù)的高級(jí)能力，使制造業(yè)形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，帶動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)的顛覆與重構(gòu)。
“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念最早是由美國(guó)通用電氣公司(GE)于2012年提出的，隨后聯(lián)合另外四家IT巨頭組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)，將這一概念大力推廣開來?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)”主要含義是，在現(xiàn)實(shí)世界中，機(jī)器、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)能在更深層次與信息世界的大數(shù)據(jù)和分析連接在一起，帶動(dòng)工業(yè)革命和網(wǎng)絡(luò)革命兩大革命性轉(zhuǎn)變。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的愿景是使各個(gè)制造業(yè)廠商的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這就至少要涉及到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的成立目的在于通過制定通用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，利用互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造過程，促進(jìn)物理世界和信息世界的融合。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使制造業(yè)的數(shù)據(jù)流、硬件、軟件實(shí)現(xiàn)智能交互。未來的制造業(yè)中，由智能設(shè)備采集大數(shù)據(jù)之后，利用智能系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和可視化展現(xiàn)，形成“智能決策”，為生產(chǎn)管理提供實(shí)時(shí)判斷參考，反過來指導(dǎo)生產(chǎn)，優(yōu)化制造工藝(圖1)。
智能設(shè)備可以在機(jī)器、設(shè)施、組織和網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)共享促進(jìn)智能協(xié)作，并將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到智能系統(tǒng)。
智能系統(tǒng)包括部署在組織內(nèi)的機(jī)器設(shè)備，也包括互聯(lián)網(wǎng)中廣泛互聯(lián)的軟件。隨著越來越多的機(jī)器設(shè)備加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)貫通整個(gè)組主和網(wǎng)絡(luò)的智能設(shè)備協(xié)同效應(yīng)成為可能。深度學(xué)習(xí)是智能系統(tǒng)內(nèi)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)升級(jí)。每臺(tái)機(jī)器的操作經(jīng)驗(yàn)可以聚合為一個(gè)信息系統(tǒng)，以使得整套機(jī)器設(shè)備能夠不斷地自行學(xué)習(xí)，掌握數(shù)據(jù)分析和判斷能力。以往，在單個(gè)的機(jī)器設(shè)備上，這種深度學(xué)習(xí)的方式是不可能實(shí)現(xiàn)的。例如，從飛機(jī)上收集的數(shù)據(jù)加上航空地理位置與飛行歷史記錄數(shù)據(jù)，便可以挖掘出大量有關(guān)各種環(huán)境下的飛機(jī)性能的信息。通過這些大數(shù)據(jù)的挖掘與應(yīng)用，可以使整個(gè)系統(tǒng)更聰明，從而推動(dòng)一個(gè)持續(xù)的知識(shí)積累過程。當(dāng)越來越多的智能設(shè)備連接到一個(gè)智能系統(tǒng)之中，結(jié)果將是系統(tǒng)不斷增強(qiáng)并能自主深度學(xué)習(xí)，而且變得越來越智能化。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是通過大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能決策。當(dāng)從智能設(shè)備和智能系統(tǒng)采集到了足夠的大數(shù)據(jù)時(shí)，智能決策其實(shí)就已經(jīng)發(fā)生了。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，智能決策對(duì)于應(yīng)對(duì)系統(tǒng)越來越復(fù)雜的機(jī)器的互聯(lián)、設(shè)備的互聯(lián)、組織的互聯(lián)和龐大的網(wǎng)絡(luò)來說，十分必要。智能決策就是為了解決系統(tǒng)的復(fù)雜性。
當(dāng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三大要素——智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、智能決策，與機(jī)器、設(shè)施、組織和網(wǎng)絡(luò)融合到一起的時(shí)候，其全部潛能就會(huì)體現(xiàn)出來。生產(chǎn)率提高、成本降低和節(jié)能減排所帶來的效益將帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
所以說，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”代表了消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，增強(qiáng)了制造業(yè)的軟實(shí)力，使未來制造業(yè)向效率更高、更精細(xì)化發(fā)展。
“工業(yè)4.0”中的智能制造
2009到2012年歐洲深陷債務(wù)危機(jī)，德國(guó)經(jīng)濟(jì)卻一枝獨(dú)秀，依然堅(jiān)挺。德國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的動(dòng)力來自其基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——制造業(yè)所維持的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于德國(guó)而言，制造業(yè)是傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力，制造業(yè)的發(fā)展是德國(guó)工業(yè)增長(zhǎng)不可或缺的因素，基于這一共識(shí)，德國(guó)政府傾力推動(dòng)進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新，其關(guān)鍵詞是“工業(yè)4.0”。
“工業(yè)4.0”中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展正在對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)造成顛覆性、革命性的沖擊。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)感知、監(jiān)控生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的智能分析和決策，使智能生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、大規(guī)模個(gè)性化制造成為生產(chǎn)方式變革的方向?！肮I(yè)4.0”所描繪的未來的制造業(yè)將建立在以互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的互動(dòng)平臺(tái)之上，將更多的生產(chǎn)要素更為科學(xué)地整合，變得更加自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，而生產(chǎn)制造個(gè)性化、定制化將成為新常態(tài)。
自動(dòng)化只是單純的控制，智能化則是在控制的基礎(chǔ)上，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)匯集到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，然后通過信息管理系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘，從而作出正確的決策。這些決策附加給自動(dòng)化設(shè)備的是“智能”，從而提高生產(chǎn)靈活性和資源利用率，增強(qiáng)顧客與商業(yè)合作伙伴之間的緊密關(guān)聯(lián)度，并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值(圖2)。
生產(chǎn)智能化。全球化分工使得各項(xiàng)生產(chǎn)要素加速流動(dòng)，市場(chǎng)趨勢(shì)變化和產(chǎn)品個(gè)性化需求對(duì)工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求?！肮I(yè)4.0”時(shí)代，生產(chǎn)智能化通過基于信息化的機(jī)械、知識(shí)、管理和技能等多種要素的有機(jī)結(jié)合，從著手生產(chǎn)制造之前，就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級(jí)、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力，自動(dòng)制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。從而，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，最終實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營(yíng)的全面優(yōu)化變革。
傳統(tǒng)制造業(yè)時(shí)代，材料、能源和信息是工廠生產(chǎn)的三個(gè)要素(圖3)。傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展的歷史，就是工廠利用材料、能源和信息進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的歷史。材料、能源和信息領(lǐng)域的任何技術(shù)革命，必然導(dǎo)致生產(chǎn)方式的革命和生產(chǎn)力的飛躍發(fā)展。但是，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)到智能手機(jī)等移動(dòng)終端的演進(jìn)，越來越多功能強(qiáng)大的智能設(shè)備以無線方式實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)或設(shè)備之間的互聯(lián)。由此衍生出物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)，推動(dòng)著物理世界和信息世界以信息物理系統(tǒng)(CPS)的方式相融合。也可以說，是這種技術(shù)進(jìn)步使得制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了資源、信息、物品、設(shè)備和人的互通互聯(lián)。
通過互通互聯(lián)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和以前的自動(dòng)化的技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合，生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間，工人與設(shè)備之間的合作，把整個(gè)工廠內(nèi)部的要素聯(lián)結(jié)起來，形成信息物理系統(tǒng)，互相之間可以合作、可以響應(yīng)，能夠開展個(gè)性化的生產(chǎn)制造，可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率，還可以調(diào)整利用資源的多少、大小，采用最節(jié)約資源的方式。
“工業(yè)4.0”時(shí)代，在智能工廠中，CRM(Customer Relationship Management，客戶關(guān)系管理)、PDM(Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、SCM(Supply chain management，供應(yīng)鏈管理)等軟件管理系統(tǒng)可能都將互聯(lián)。屆時(shí)，接到顧客訂單后的一瞬間，工廠就會(huì)立即自動(dòng)地向原材料供應(yīng)商采購。原材料到貨后，將被賦予數(shù)據(jù)，“這是給某某客戶生產(chǎn)的某某產(chǎn)品的某某工藝中的原材料”，使“原材料”帶有信息。帶有信息的原材料也就意味著擁有自己的用途或目的地。在生產(chǎn)過程中，原材料一旦被錯(cuò)誤配送到其他生產(chǎn)線，它就會(huì)通過與生產(chǎn)設(shè)備開展“對(duì)話”，返回屬于自己的正確的生產(chǎn)線；如果生產(chǎn)機(jī)器之間的原材料不夠用，生產(chǎn)機(jī)器也可以向訂單系統(tǒng)進(jìn)行“交涉”，來增加原材料數(shù)量；最終，即便是原材料嵌入到產(chǎn)品內(nèi)之后，由于它還保存著路徑流程信息，將會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)追蹤溯源(圖4)。
設(shè)備智能化。在未來的智能工廠，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見、高度透明，整個(gè)車間有序且高效地運(yùn)轉(zhuǎn)?！肮I(yè)4.0”中，自動(dòng)化設(shè)備在原有的控制功能基礎(chǔ)上，附加一定的新功能，就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節(jié)能性等智能化要求。這些為生產(chǎn)設(shè)備添加的新功能是指通過為生產(chǎn)線配置眾多傳感器，讓設(shè)備具有感知能力，將所感知的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，通過大數(shù)據(jù)分析決策進(jìn)一步使得自動(dòng)化設(shè)備具有自律管理的智能功能，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。
“工業(yè)4.0”中，在生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備中配備的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)抓取數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過無線通信連接互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)本身進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合形成了信息物理系統(tǒng)(CPS)，使得生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，形成決策并反過來指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備的智能化直接決定了“工業(yè)4.0”所要求的智能生產(chǎn)水平。
能源管理智能化。近年來，環(huán)境和節(jié)能減排已成為制造業(yè)最重視的課題之一。許多制造業(yè)企業(yè)都已經(jīng)開始應(yīng)用信息技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)能耗進(jìn)行管理，以最具經(jīng)濟(jì)效益的方式，部署工業(yè)節(jié)能減排與綜合利用的智能化系統(tǒng)架構(gòu)，從資源、原材料、研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造到廢棄物回收再利用處理，形成綠色產(chǎn)品生命周期管理的循環(huán)。
供應(yīng)鏈管理智能化。在傳統(tǒng)的制造業(yè)生產(chǎn)模式中，無論是工廠還是供應(yīng)商，都需要為制造業(yè)的零部件或原材料的庫存付出一定的成本支出，由于供應(yīng)商和工廠之間的信息不對(duì)稱和非自動(dòng)的信息交換，生產(chǎn)的模式只能采用按計(jì)劃或按庫存生產(chǎn)的模式，靈活性和效率受到了約束。
“工業(yè)4.0”時(shí)代，復(fù)雜的制造系統(tǒng)在一定程度上也加速了產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的大型企業(yè)集團(tuán)掌控的供應(yīng)鏈主導(dǎo)型將向產(chǎn)業(yè)生態(tài)型演變，平臺(tái)技術(shù)以及平臺(tái)型企業(yè)將在產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的展現(xiàn)出更多的作用。因此，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略的重點(diǎn)將不再是做大規(guī)模，而將是智能化的供應(yīng)鏈管理，在不斷變化的動(dòng)態(tài)環(huán)境中獲得和保持動(dòng)態(tài)的供需協(xié)調(diào)能力。
供應(yīng)鏈管理智能化將統(tǒng)一工廠的零部件庫存和供應(yīng)商的生產(chǎn)流程，從而保證工廠的零部件庫存的最小化，降低庫存帶來的風(fēng)險(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本。供應(yīng)鏈管理智能化要求企業(yè)間的信息采用基于事件驅(qū)動(dòng)的方式交換信息，信息的交換是實(shí)時(shí)的，并且對(duì)方同樣可以做出實(shí)時(shí)的反應(yīng)，供應(yīng)鏈上不同企業(yè)的運(yùn)作效率與在同一個(gè)企業(yè)中不同部門的運(yùn)作一樣敏捷，具有滿足不斷變化的需求的適應(yīng)性。供應(yīng)鏈管理智能化將為供應(yīng)鏈上的企業(yè)帶來更大的利益，供應(yīng)鏈上各個(gè)企業(yè)的協(xié)同制造將為降低制造成本、物流成本，縮短制造周期，提供更好的服務(wù)和有力的保障。
實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)智能化體現(xiàn)了“工業(yè)4.0”的宏大愿景。“工業(yè)4.0”認(rèn)為實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)智能化其實(shí)是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念：將大量的有關(guān)人、信息管理系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備等物體融入到信息物理系統(tǒng)(CPS)中，在制造系統(tǒng)中，利用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為企業(yè)服務(wù)，協(xié)同企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)。
智能制造的內(nèi)涵
無論是德國(guó)的“工業(yè)4.0”，還是美國(guó)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，其實(shí)質(zhì)與我國(guó)工業(yè)和信息化部推廣的“兩化融合”戰(zhàn)略大同小異。某種程度上說，以智能制造為代表的新一輪工業(yè)革命或許對(duì)于我國(guó)制造業(yè)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，也可能是我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)重要機(jī)遇。
工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)“信息物理系統(tǒng)”。德國(guó)“工業(yè)4.0”其實(shí)就是基于信息物理系統(tǒng)(CPS)實(shí)現(xiàn)智能工廠，最終實(shí)現(xiàn)的是制造模式的變革。CPS概念最早是由美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)在2006年提出，被認(rèn)為有望成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息技術(shù)的第三次浪潮。
CSP是融合技術(shù)，包括計(jì)算、通信以及控制(傳感器、執(zhí)行器等)。中國(guó)科學(xué)院何積豐院士指出：“CPS，從廣義上理解，就是一個(gè)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式監(jiān)測(cè)或者控制一個(gè)物理實(shí)體。CPS的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個(gè)可控、可信、可擴(kuò)展并且安全高效的CPS網(wǎng)絡(luò)，并最終從根本上改變?nèi)祟悩?gòu)建工程物理系統(tǒng)的方式。”
目前所說的制造業(yè)信息化，首先強(qiáng)調(diào)的是CAD(Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(Computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)等工業(yè)軟件和PPS(生產(chǎn)計(jì)劃控制系統(tǒng))、PLM(產(chǎn)品生命周期管理)等信息化管理系統(tǒng)。主要應(yīng)用于由上而下的集中式中央控制系統(tǒng)。
而信息物理系統(tǒng)(CPS)則通過物體、數(shù)據(jù)以及服務(wù)等的無縫連接，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝與信息系統(tǒng)融合，形成了智能工廠。物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)分別位于智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的底層和頂層。最頂層中，與生產(chǎn)計(jì)劃、物流、能耗和經(jīng)營(yíng)管理相關(guān)的ERP、SCM、CRM等，和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)相關(guān)的PLM處在最上層，與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。中間一層，通過CPS物理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線控制、調(diào)度等相關(guān)功能，從智能物料供應(yīng)，到智能產(chǎn)品的產(chǎn)出，貫通整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理。最底層則通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制、執(zhí)行、傳感，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)(圖5)。
智能工廠的產(chǎn)品、資源及處理過程因CPS的存在，將具有非常高水平的實(shí)時(shí)性，同時(shí)在資源、成本節(jié)約中也頗具優(yōu)勢(shì)。智能工廠將按照重視可持續(xù)性的服務(wù)中心的業(yè)務(wù)來設(shè)計(jì)。因此，靈活性、自適應(yīng)以及機(jī)械學(xué)習(xí)能力等特征，甚至風(fēng)險(xiǎn)管理都是其中不可或缺的要素。智能工廠的設(shè)備將實(shí)現(xiàn)高級(jí)自動(dòng)化，主要是由基于自動(dòng)觀察生產(chǎn)過程的CPS的生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。通過可實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)的靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)工程的徹底優(yōu)化。同時(shí)，生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不僅僅是在特定生產(chǎn)條件下一次性體現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)多家工廠、多個(gè)生產(chǎn)單元所形成的世界級(jí)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化。
工廠間實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)制造”。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的普及，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新要求出現(xiàn)了變化。一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡(luò)獲取信息，及時(shí)對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)；另一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠?qū)⒏鞣N資源集成與共享，合理利用各種資源。
互聯(lián)制造能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，通過制造企業(yè)快速重組、動(dòng)態(tài)協(xié)同來快速配置制造資源，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，減少產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需的時(shí)間，增加市場(chǎng)份額；能夠分擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用、設(shè)備投資費(fèi)用等，減少經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、外部的協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造和協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)商業(yè)的顛覆和重構(gòu)。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造，消費(fèi)者、經(jīng)銷商、工廠、供應(yīng)鏈等各個(gè)環(huán)節(jié)可利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全流程參與。傳統(tǒng)制造業(yè)的模式是以產(chǎn)品為中心，而未來制造業(yè)通過與用戶互動(dòng)，根據(jù)用戶的個(gè)性化需求，然后開始部署產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造。
另外，作為一個(gè)未來的潮流，工廠將通過互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，向著互聯(lián)工廠的趨勢(shì)發(fā)展。隨之而來，采集并分析生產(chǎn)車間的各種信息向消費(fèi)者反饋，從工廠采集的信息作為大數(shù)據(jù)經(jīng)過解析，能夠開拓更多的、新的商業(yè)機(jī)會(huì)。經(jīng)由硬件從車間采集的海量數(shù)據(jù)如何處理，也將在很大程度上決定服務(wù)、解決方案的價(jià)值。
過去的制造業(yè)只是一個(gè)環(huán)節(jié)，但隨著互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步向制造業(yè)環(huán)節(jié)滲透，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造已經(jīng)開始出現(xiàn)。制造業(yè)的模式將隨之發(fā)生巨大變化，它會(huì)打破傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的生命周期，從原材料的采購開始，到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營(yíng)銷、售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成了閉環(huán)，徹底改變制造業(yè)以往僅是一個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)模式。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的閉環(huán)中，用戶、設(shè)計(jì)師、供應(yīng)商、分銷商等角色都會(huì)發(fā)生改變。與之相伴而生，傳統(tǒng)價(jià)值鏈也將不可避免的出現(xiàn)破碎與重構(gòu)。
工廠外實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)制造”。滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求，一方面需要制造業(yè)企業(yè)能夠生產(chǎn)或提供符合消費(fèi)者個(gè)性偏好的產(chǎn)品或服務(wù)，一方面需要互聯(lián)網(wǎng)提供消費(fèi)者的個(gè)性化定制需求。由于消費(fèi)者人數(shù)眾多，每個(gè)人的需求不同，導(dǎo)致需求的具體信息也不同，加上需求的不斷變化，就構(gòu)成了產(chǎn)品需求的大數(shù)據(jù)。消費(fèi)者與制造業(yè)企業(yè)之間的交互和交易行為也將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，挖掘和分析這些消費(fèi)者動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，能夠幫助消費(fèi)者參與到產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等創(chuàng)新活動(dòng)中，為產(chǎn)品創(chuàng)新作出貢獻(xiàn)。
因此，大數(shù)據(jù)將構(gòu)成制造業(yè)智能化的一個(gè)基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)在制造業(yè)大規(guī)模定制中的應(yīng)用除了圍繞定制平臺(tái)這一核心之外，還包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、訂單管理、智能化制造等。定制數(shù)據(jù)達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)，就可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，通過對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘，實(shí)現(xiàn)流行預(yù)測(cè)、精準(zhǔn)匹配、時(shí)尚管理、社交應(yīng)用、營(yíng)銷推送等更多的應(yīng)用(圖6)。同時(shí)，大數(shù)據(jù)能夠幫助制造業(yè)企業(yè)提升營(yíng)銷的針對(duì)性，降低物流和庫存的成本，減少生產(chǎn)資源投入的風(fēng)險(xiǎn)。
“數(shù)據(jù)制造”時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將全面嵌入到工業(yè)體系之中，將打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)模式和管理方式。生產(chǎn)制造過程與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的深度集成，將實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)要素的高度靈活配置，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)。從而，將有力推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。毫無疑問，“數(shù)據(jù)制造”將會(huì)改變制造業(yè)思維，給制造業(yè)帶來更多的靈活性和想象空間，也或?qū)㈩嵏仓圃鞓I(yè)的游戲規(guī)則。
對(duì)我國(guó)的啟示
沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，一個(gè)國(guó)家將無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速、健康、穩(wěn)定的發(fā)展，勞動(dòng)就業(yè)問題將日趨突顯，人民生活難以普遍提高，國(guó)家穩(wěn)定和安全將受到威脅，信息化、現(xiàn)代化將失去堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。改革開放以來的30多年中，中國(guó)經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了接近10%的高速增長(zhǎng)階段，而制造業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的引擎。目前，我國(guó)尚處于工業(yè)化進(jìn)程的中后期，制造業(yè)創(chuàng)造了GDP總量的三分之一，貢獻(xiàn)了出口總額的90%，未來幾十年制造業(yè)仍將是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。
重新定義“智能制造”的關(guān)鍵詞。進(jìn)入21世紀(jì)以來，制造業(yè)面臨著全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。特別是2008年金融危機(jī)之后，世界各國(guó)為了尋找促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新出路，開始重新重視制造業(yè)，歐盟整體上開始加大制造業(yè)科技創(chuàng)新扶持力度；美國(guó)于2011年提出“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”，旨在增加就業(yè)機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)于2012年2月正式了《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》，德國(guó)于2013年4月推出《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》。我們應(yīng)該通過比較研究《美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》《德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略》等資料中的先進(jìn)制造業(yè)關(guān)鍵詞，進(jìn)而來定義未來制造業(yè)的發(fā)展方向(圖7)。
一是軟性制造。大規(guī)模制造時(shí)代，傳統(tǒng)的制造環(huán)節(jié)利潤(rùn)空間越來越受到擠壓。所以，從發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃中均可以看到，制造業(yè)的概念和附加值正在不斷從硬件向軟件、服務(wù)、解決方案等無形資產(chǎn)轉(zhuǎn)移。相對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)，如今的制造業(yè)是軟件帶給硬件功能、控制硬件、對(duì)硬件造成極大影響。同時(shí)，與以往的硬件商品所不同，目前的制造業(yè)中，對(duì)商品附屬的服務(wù)或者基于商品上面的解決方案的需求正在快速增加。
所謂軟性制造，就是增加產(chǎn)品附加價(jià)值、拓展更多、更豐富的服務(wù)與解決方案。因?yàn)橄鄬?duì)于硬件，產(chǎn)品內(nèi)置的軟件、附帶的服務(wù)或者解決方案通常是軟性和無形的，都是“看不見”的事物，所以稱之為軟性制造。
軟性制造不再將“硬件”生產(chǎn)視為制造業(yè)，而認(rèn)為“軟件”在制造業(yè)中不斷發(fā)揮主導(dǎo)作用，商品產(chǎn)生的服務(wù)或解決方案將對(duì)制造業(yè)的價(jià)值產(chǎn)生巨大影響。所以，未來的制造業(yè)需要放棄傳統(tǒng)的“硬件式”的思維模式，而要從軟件、服務(wù)產(chǎn)生附加值的角度去發(fā)展制造業(yè)。軟件、服務(wù)在整個(gè)制造業(yè)價(jià)值鏈中所占的比重將越來越大，呈現(xiàn)顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)。未來制造業(yè)企業(yè)向顧客提供的不再是單純的產(chǎn)品，而是各種應(yīng)用軟件與服務(wù)形態(tài)集成于一體的整體解決方案。
二是從“物理”到“信息”的趨勢(shì)。以往，每當(dāng)提及制造業(yè)，恐怕都認(rèn)為是各種零部件構(gòu)成硬件產(chǎn)品的核心。隨著封裝化、數(shù)字化的發(fā)展，零部件生產(chǎn)加工技術(shù)加速向新興市場(chǎng)國(guó)家轉(zhuǎn)移，這樣，零部件本身的利潤(rùn)就難以維系。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)開始更加注重通過組裝零部件進(jìn)行封裝化，將部分功能模塊化，將系列功能系統(tǒng)化，來提升附加價(jià)值。
模塊化是將標(biāo)準(zhǔn)化的零部件進(jìn)行組裝，以此來設(shè)計(jì)產(chǎn)品。從而能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)的多樣化需求，滿足消費(fèi)者的各項(xiàng)差異化需求。以往，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，需要付出很多時(shí)間和成本，如果將復(fù)雜化的產(chǎn)品通過幾個(gè)模塊進(jìn)行組裝，就能夠同時(shí)解決多樣化和效率化的問題。
但是，模塊化本身不過是產(chǎn)品的一項(xiàng)功能，未來制造業(yè)將更加重視在通過模塊化和封裝化的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)化，拓展新的應(yīng)用與服務(wù)。如果以系統(tǒng)化為主導(dǎo)，就能相對(duì)于“物理”意義上的零部件，獲取更多的帶有“信息”功能的附加價(jià)值。相反，如果不掌控系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)，無論研發(fā)出的零部件的質(zhì)量和功能多么好，也難以成為市場(chǎng)價(jià)格的主導(dǎo)者。
三是從“群體”到“個(gè)體”的趨勢(shì)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，以規(guī)?；癁閷?duì)象的量產(chǎn)制造業(yè)將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至新興市場(chǎng)國(guó)家，以定制化為重點(diǎn)的多種類小批量制造業(yè)漸漸成為主流。同時(shí)，消費(fèi)者本身也將有能力將自己的需求付諸生產(chǎn)制造。也就是說，“大規(guī)模定制”隨著以3D打印為代表的數(shù)字化和信息技術(shù)的普及帶來的技術(shù)革新，將制造業(yè)的進(jìn)入門檻降至最低，不具備工廠與生產(chǎn)設(shè)備的個(gè)人也能很容易地參與到制造業(yè)之中。制造業(yè)進(jìn)入門檻的降低，也意味著一些意想不到的企業(yè)或個(gè)人將參與到制造業(yè)，從而有可能帶來商業(yè)模式的巨大變化。
“個(gè)性化”首先是美國(guó)大力推進(jìn)的。在美國(guó)的文化背景下，個(gè)性要比組織色彩強(qiáng)烈。制造業(yè)的“個(gè)性化”趨勢(shì)不僅僅是美國(guó)制造業(yè)回歸，還將帶動(dòng)舊金山等大城市制造業(yè)的興盛，一些專注于通過信息技術(shù)使得生產(chǎn)工程高效化、專業(yè)性的小規(guī)模手工制作的制造業(yè)將在市區(qū)內(nèi)盛行，它們根據(jù)消費(fèi)者的需求進(jìn)行柔性的定制化服務(wù)，憑借獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與大量生產(chǎn)形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。
四是互聯(lián)制造。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的普及，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新要求出現(xiàn)了變化。一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡(luò)獲取信息，及時(shí)對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)；另一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠?qū)⒏鞣N資源集成與共享，合理利用各種資源。
互聯(lián)制造能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，通過制造企業(yè)快速重組、動(dòng)態(tài)協(xié)同來快速配置制造資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需的時(shí)間，增加市場(chǎng)份額。另外，作為一個(gè)未來的潮流，工廠將通過互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，向著互聯(lián)工廠的趨勢(shì)發(fā)展。
美國(guó)因?yàn)橛蠫oogle、Apple、IBM等IT巨頭和無數(shù)的IT企業(yè)，所以在大數(shù)據(jù)應(yīng)用上較為積極，非常重視對(duì)社會(huì)帶來新的價(jià)值。Google不斷將制造業(yè)企業(yè)收購至麾下，就是希望掌握主導(dǎo)權(quán)。同時(shí)，作為美國(guó)大型制造業(yè)企業(yè)的一個(gè)代表，GE公司也開始加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析和軟件開發(fā)，從車間采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析，提供解決方案，開拓新的商業(yè)機(jī)會(huì)。德國(guó)將“工業(yè)4.0”視為國(guó)家戰(zhàn)略，將工廠智能化視為國(guó)家方針。通過信息技術(shù)，最大限度的發(fā)揮工廠本身的能力(表1)。
把“兩化”深度融合作為主要著力點(diǎn)。工業(yè)和信息化部成立以來，一直致力于推進(jìn)“兩化融合”工作，通過信息化的融合與滲透，對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響。“工業(yè)4.0”本質(zhì)上是由信息技術(shù)引發(fā)的，與我國(guó)的“兩化融合”有異曲同工之處。在未來制造業(yè)中，我們應(yīng)該將“兩化深度融合”作為主要著力點(diǎn)，進(jìn)一步繼續(xù)加快推進(jìn)信息化、自動(dòng)化和智能化。
首先，研究部署信息物理系統(tǒng)(CPS)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“智能工廠”的“智能制造”。智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，智能設(shè)備和生產(chǎn)手段在未來必將廣泛替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。而信息物理系統(tǒng)(CPS)將改變?nèi)祟惻c物理世界的交互方式，使得未來制造業(yè)中的物質(zhì)生產(chǎn)力與能源、材料和信息三種資源高度融合，為實(shí)現(xiàn)“智能工廠”和“智能制造”提供有效的保障。美國(guó)、德國(guó)等世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)都高度重視信息物理系統(tǒng)的構(gòu)建，加強(qiáng)戰(zhàn)略性、前瞻性的部署，并已然取得了積極的研究進(jìn)展。而我國(guó)目前的制造業(yè)發(fā)展仍然以簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)大再生產(chǎn)為主要途徑，迫切需要通過智能生產(chǎn)、智能設(shè)備和“工業(yè)4.0”理念來改造和提升傳統(tǒng)制造業(yè)。
其次，推動(dòng)制造業(yè)向智能化發(fā)展轉(zhuǎn)型的同時(shí)，同步推動(dòng)制造業(yè)的模式和業(yè)態(tài)的革新。主要體現(xiàn)在，從大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)的革新、從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造的革新、從集團(tuán)式全能型生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)式協(xié)同制造的革新、從兩化融合向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的革新。
1建筑造價(jià)管理重要性
建筑工程造價(jià)管理工作是現(xiàn)代社會(huì)建筑建設(shè)工程中的重要組成部分，也是保證建筑工程經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)建筑工程的造價(jià)進(jìn)行控制能夠促使工程投資項(xiàng)目造價(jià)管理人員在正式開始之前對(duì)其進(jìn)行全面的方案制定、方案設(shè)計(jì)審核，全方位、多角度、多層次的了解建筑工程項(xiàng)目詳情，對(duì)項(xiàng)目工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而有效掌握建筑工程項(xiàng)目的利潤(rùn)情況，將其經(jīng)濟(jì)收益控制在一定程度之內(nèi)，避免產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
2建筑造價(jià)管理原則
2.1設(shè)計(jì)為重點(diǎn)原則
建筑工程造價(jià)管理人員在開展工程造價(jià)管理工作時(shí)，要注意嚴(yán)格遵循“設(shè)計(jì)為重點(diǎn)原則”，在將工程造價(jià)管理貫穿整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程的同時(shí)，引入工程設(shè)計(jì)，并在工程設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑工程進(jìn)行造價(jià)成本控制。工程設(shè)計(jì)是建筑工程造價(jià)管理全過程的第一關(guān)，若在設(shè)計(jì)階段強(qiáng)化工程造價(jià)控制，就能結(jié)合建筑工程的實(shí)際情況，優(yōu)化選擇合理的施工工藝、施工材料、設(shè)備，提高建筑工程性價(jià)比，充分體現(xiàn)建筑造價(jià)管理的經(jīng)濟(jì)效益控制優(yōu)勢(shì)。造價(jià)管理人員要重視設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制，通過此階段的造價(jià)控制提升建筑工程施工質(zhì)量。
2.2主動(dòng)控制原則
建筑工程造價(jià)管理人員在開展工程造價(jià)管理工作時(shí)，要注意遵循“主動(dòng)控制原則”。主動(dòng)控制原則，就是指需要造價(jià)管理人員對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行預(yù)算管理，將可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)及情況均納入預(yù)案計(jì)劃中，并根據(jù)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素制定相應(yīng)的預(yù)防措施，從而保證建筑工程進(jìn)展順利，避免偏離原有目標(biāo)。
3建筑造價(jià)管理提升工程經(jīng)濟(jì)效益措施
3.1招標(biāo)環(huán)節(jié)造價(jià)管理
針對(duì)建筑工程建設(shè)單位，要提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益，就要做好建筑工程招標(biāo)環(huán)節(jié)的造價(jià)管理。建設(shè)單位造價(jià)管理人員在建筑工程的招投標(biāo)階段要對(duì)工程設(shè)計(jì)招標(biāo)、工程施工招標(biāo)等文件進(jìn)行嚴(yán)格管理，并對(duì)項(xiàng)目中重要物資的招投標(biāo)行為進(jìn)行審查。造價(jià)管理人員要嚴(yán)格審核施工單位的施工資質(zhì)及其相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并采取實(shí)地考察的方式進(jìn)行審核，從而避免出現(xiàn)招錄到信用較差施工單位的情況。造價(jià)管理人員還要全面掌握建筑工程項(xiàng)目的造價(jià)成本，防止投標(biāo)單位惡意競(jìng)標(biāo)。另外，造價(jià)管理人員還可以在管理工作中采用“工程量清單計(jì)價(jià)”模式，就是通過統(tǒng)一的計(jì)量計(jì)算規(guī)則提供工程量清單，并由投標(biāo)人根據(jù)自身實(shí)際情況與市場(chǎng)情況進(jìn)行報(bào)價(jià)競(jìng)標(biāo)，這種方法也可以有效控制工程成本，提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益[2]。
3.2做好預(yù)算和決算管理
針對(duì)建筑工程施工單位，造價(jià)管理人員要提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益，就要做好預(yù)算和決算工作。首先，造價(jià)管理人員要對(duì)建筑工程所需的主材、輔材及其他耗材進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，保證材料采購數(shù)量符合施工需求，避免出現(xiàn)采購數(shù)量過多或不足的情況，減少材料采購資金的浪費(fèi)。然后要提前統(tǒng)計(jì)、預(yù)估建筑工程施工人員的勞務(wù)費(fèi)用，控制施工人工費(fèi)；造價(jià)管理人員要結(jié)合建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)情況、施工難度，依據(jù)現(xiàn)階段市場(chǎng)平均價(jià)格和單位內(nèi)部人員的標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)行計(jì)算。最后，造價(jià)管理人員要在預(yù)算與決算階段對(duì)建筑工程施工可能產(chǎn)生的設(shè)備使用與維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算；造價(jià)管理人員要根據(jù)單位本身的施工機(jī)械設(shè)備情況，計(jì)算施工機(jī)械費(fèi)用在使用過程中產(chǎn)生的攤銷費(fèi)用及租賃費(fèi)用，并綜合施工情況核定需要租賃的機(jī)械設(shè)備數(shù)量，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備管理方案，從而實(shí)現(xiàn)控制造價(jià)成本的目的[1]。
3.3施工環(huán)節(jié)造價(jià)管理
針對(duì)建筑工程施工單位，造價(jià)管理人員要通過增強(qiáng)建筑造價(jià)管理工作提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益，還要做好施工環(huán)節(jié)的造價(jià)管理工作。造價(jià)管理人員要結(jié)合現(xiàn)階段的市場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)，對(duì)施工單位的施工費(fèi)用進(jìn)行預(yù)估，從實(shí)際需求的角度出發(fā)，在合理范圍內(nèi)降低施工費(fèi)用，并加強(qiáng)對(duì)施工環(huán)節(jié)的管理，對(duì)建筑工程施工勞務(wù)成本、施工現(xiàn)場(chǎng)資源成本進(jìn)行管理，讓施工單位定期上報(bào)每天施工費(fèi)用消耗明細(xì)，推動(dòng)建筑工程施工造價(jià)管理規(guī)范化發(fā)展。此外，造價(jià)管理人員要認(rèn)真審核變更明細(xì)，并嚴(yán)格規(guī)定變更條件，避免出現(xiàn)隨意修改施工方案的情況出現(xiàn)，確保施工預(yù)算與原方案的順利推進(jìn)。從而避免不必要的成本浪費(fèi)。
3.4竣工環(huán)節(jié)造價(jià)管理
針對(duì)建筑工程施工單位，造價(jià)管理人員要從竣工環(huán)節(jié)入手，提高竣工環(huán)節(jié)的造價(jià)控制程度，認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_展工程審核工作，保證建筑工程的工程量，根據(jù)承包合同、施工圖紙、變更計(jì)劃及現(xiàn)場(chǎng)簽證等資料對(duì)已完成的工作量進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行核算，杜絕出現(xiàn)施工單位謊報(bào)施工量的情況出現(xiàn)。造價(jià)管理人員還要做好套價(jià)工作，熟悉工程定額書中的詳細(xì)單價(jià)和具體施工內(nèi)容，并結(jié)合工程預(yù)算對(duì)其進(jìn)行定額套價(jià)。
4結(jié)語
總而言之，建筑工程造價(jià)管理工程是一項(xiàng)極為復(fù)雜的、專業(yè)的、系統(tǒng)的工程管理工作，要想加強(qiáng)建筑工程造價(jià)管理工作不是一朝一夕能夠完成的，也不是針對(duì)某一環(huán)節(jié)工作就能夠達(dá)到的。造價(jià)管理人員要想通過強(qiáng)化建筑工程造價(jià)管理工作提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益，就要明確建筑工程經(jīng)濟(jì)效益的主要來源，不斷提升自身管理水平，引進(jìn)科學(xué)管理體系，全面開展造價(jià)管理工作，從而有效控制建筑工程各個(gè)環(huán)節(jié)成本，有計(jì)劃的提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。
【管理學(xué)博士論文參考文獻(xiàn)】
[1]李康.增強(qiáng)建筑造價(jià)管理提升工程經(jīng)濟(jì)效益[J].華東科技（綜合），2018（003）：53.
