摘 要： 鑄造是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，而鑄造件又是整個產(chǎn)品的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到整個產(chǎn)品的質(zhì)量。針對當(dāng)前國內(nèi)外鑄造行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，本文介紹了一些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代鑄造中的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)技術(shù) 鑄造 應(yīng)用
　　
　　1.前言
　　鑄造是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機(jī)械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置。鑄造件是整個產(chǎn)品的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到整個產(chǎn)品的質(zhì)量。一直以來由于對該行業(yè)的重視不夠，我們的鑄造水平與國外同行業(yè)相比差距甚遠(yuǎn)。隨著產(chǎn)品商品化程度的不斷提高，現(xiàn)行鑄造設(shè)計(jì)、生產(chǎn)方法已不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)和社會進(jìn)步的要求，為了贏得競爭、占有市場、保持可持續(xù)發(fā)展，必須變革傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，引進(jìn)新技術(shù)、新思維。
　　當(dāng)前世界上鑄造技術(shù)的發(fā)展大致有四個目標(biāo)：①保護(hù)環(huán)境，減少以至消除污染；②提高鑄件質(zhì)量和可靠性，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近終形鑄件；③降低生產(chǎn)成本；④縮短交貨期。將現(xiàn)代高新技術(shù)——計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于鑄造領(lǐng)域正是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的最佳途徑。
　　2.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析
　　經(jīng)過鑄造科技工作者幾十年的研究，鑄造CAE應(yīng)用所涉及的范圍已相當(dāng)廣泛，歸納起來主要以下幾個方面。
　　上述模擬技術(shù)已從最初的普通重力砂型鑄造擴(kuò)展到壓鑄、低壓鑄造、熔模鑄造、電磁鑄造、雙輥連鑄、電渣熔鑄等眾多鑄造方法。目前，鑄造數(shù)值模擬技術(shù)尤其是三維溫度場模擬、流動場模擬，以及彈塑性狀態(tài)應(yīng)力場模擬已逐步進(jìn)入實(shí)用階段，國內(nèi)外一些商品化軟件系統(tǒng)先后推向市場，對實(shí)際鑄件生產(chǎn)起著越來越重要的作用。對計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助分析的推廣應(yīng)主要從以下幾方面著手。
　　（1）實(shí)施甩圖板、甩紅藍(lán)鉛筆、甩鑄造手冊工程。當(dāng)前國內(nèi)鑄造生產(chǎn)依然是采用傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)手段，鑄造工藝CAD的應(yīng)用幾近空白，應(yīng)當(dāng)盡快實(shí)施甩圖板、甩紅藍(lán)鉛筆、甩鑄造手冊工程，實(shí)現(xiàn)鑄造工藝的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。這是鑄造行業(yè)技術(shù)改造的必然要求。
　?。?）大力推廣鑄造CAE技術(shù)。目前國內(nèi)采用鑄造CAE技術(shù)的企業(yè)不到100家，僅占所有鑄造廠家的0.5%左右，與西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家（10%左右）差別很大，推廣應(yīng)用工作應(yīng)大力加強(qiáng)。一方面國內(nèi)鑄造業(yè)應(yīng)解放思想，大膽采用最新科技成果，另一方面還應(yīng)正確認(rèn)識鑄造CAE系統(tǒng)的作用，它側(cè)重于分析、優(yōu)化鑄造工藝，但它絕對不能完全代替鑄造工程技術(shù)人員，不能神化它的功用，亦不應(yīng)無視其作用，確切地說它是鑄造工作者手中的有利工具。
　　（3）鑄造工裝初步實(shí)現(xiàn)CAD／CAE/CAM/RPM一體化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程制造。在整個鑄造生產(chǎn)中，鑄造工裝尤其是鑄造模具/模板的設(shè)計(jì)制造，比較易于實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM/RPM一體化。目前國內(nèi)一些鑄造工裝企業(yè)已初步采用了上述先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，甚至實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程制造。
　　（4）加強(qiáng)人才培訓(xùn)。鑄造CAD、CAE推廣應(yīng)用的另一個關(guān)鍵是人才培訓(xùn)，性能先進(jìn)的CAD、CAE軟件系統(tǒng)必須配以高素質(zhì)的應(yīng)用人才才能達(dá)到最佳效果。因此在推廣高技術(shù)的同時應(yīng)大力加強(qiáng)人才培訓(xùn)。
　　3.計(jì)算機(jī)檢測與控制
　　利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測與控制是計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的重要內(nèi)容。近些年來已經(jīng)出現(xiàn)了很多利用微機(jī)來測試各種參數(shù)、監(jiān)視生產(chǎn)狀況、控制生產(chǎn)過程的設(shè)備及裝置，從而有效地提高了鑄件質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低了鑄造成本。鑄造過程采用微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測與控制是生產(chǎn)高質(zhì)量鑄件的必備條件，也是現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)的一個重要標(biāo)志。
　　微機(jī)檢測與控制系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)硬件與軟件、I/O接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）、傳感器及執(zhí)行機(jī)械等部分組成。目前在鑄造生產(chǎn)中運(yùn)用的微機(jī)檢測與控制系統(tǒng)主要有如下幾個方面。
　?。?）型砂性能及砂處理過程微機(jī)檢測與控制。主要功能有緊實(shí)率、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、有效粘土含量、透氣性測定及水分控制。
　?。?）沖天爐熔煉的微機(jī)檢測與控制。主要功能有配料的自動控制、風(fēng)量調(diào)節(jié)、冷卻水量控制、濕度及溫度控制。
　?。?）金屬液質(zhì)量的爐前快速檢測及微機(jī)處理。主要功能有各元素成分測定、金屬液溫度、共晶度、孕育效果、抗拉強(qiáng)度、硬度的測定。
　?。?）鑄件成形過程的微機(jī)檢測與控制。主要功能有金屬液流動性檢測、鑄型性能檢測、造型線主輔機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控。
　　（5）鑄件成品質(zhì)量的微機(jī)檢測。主要功能有檢測鑄件內(nèi)部缺陷的大小、檢測鑄件表面的粗糙度。
　　隨著科技的發(fā)展，鑄造行業(yè)計(jì)算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)將越來越強(qiáng)調(diào)在線監(jiān)控，強(qiáng)調(diào)在線化、集成化與智能化。能夠?qū)﹁T造過程或設(shè)備進(jìn)行在線檢測與控制，能夠及時準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場狀態(tài)，實(shí)時控制有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，從而使鑄造過程或設(shè)備保持著最佳狀態(tài)；各監(jiān)控系統(tǒng)能夠相互配合、相互協(xié)調(diào)，成為一個有機(jī)的整體；監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，自動發(fā)出準(zhǔn)確合理的指令控制相關(guān)對象；利用Internet可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程（異地）監(jiān)控。
　　國內(nèi)鑄造企業(yè)這一領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)應(yīng)用相對較多，尤其是一些大規(guī)模專業(yè)鑄造生產(chǎn)廠家，比較注重該方面技術(shù)的應(yīng)用。但總的來說，應(yīng)用面還不夠?qū)挘F(xiàn)有的檢測與控制系統(tǒng)也大都是各自為戰(zhàn)，相對孤立地完成某一特定的工作。因此鑄造企業(yè)在抓現(xiàn)有鑄造監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)代化改造的同時，要注重引進(jìn)吸收先進(jìn)在線化、智能化、集成化的監(jiān)控技術(shù)，從而達(dá)到高效低耗生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄件的目的。
　　4.專家系統(tǒng)
　　專家系統(tǒng)（Expert System）是近幾十年來人工智能領(lǐng)域研究開發(fā)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是人類長期以來對智能科學(xué)的探索成果和實(shí)際問題求解需要相結(jié)合的必然產(chǎn)物，是一種基于知識的智能系統(tǒng)，以求解那些人類專家才能解決的高難度問題為特征。一般包括知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識獲取機(jī)制、解釋機(jī)制及用戶接口等部分。
　　鑄造生產(chǎn)是一個復(fù)雜的過程，產(chǎn)品質(zhì)量受諸多影響因素的制約。而這些因素一般是隨機(jī)的、復(fù)雜的，很難用數(shù)學(xué)公式描述。在處理一些突發(fā)事件時，往往需要豐富的知識與經(jīng)驗(yàn)，而這些知識與經(jīng)驗(yàn)并不是所有人都能夠掌握的。一個性能優(yōu)越的鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)就可以處理生產(chǎn)中錯綜復(fù)雜的情況，在不確定信息基礎(chǔ)上得到正確的結(jié)論，及時準(zhǔn)確地解決問題。國外鑄造專家系統(tǒng)的研制起始于上世紀(jì)80年代，一些不同類型的鑄造專家系統(tǒng)先后推向市場，如沖天爐控制專家系統(tǒng)，鑄件缺陷分析診斷專家系統(tǒng)，鑄造過程規(guī)劃、咨詢系統(tǒng)，熔模鑄造專家系統(tǒng)，等等，在實(shí)際生產(chǎn)中已取得較好的應(yīng)用效果。
　　國內(nèi)這一領(lǐng)域的研究開發(fā)工作起步較晚，但在一些方面也取得了長足進(jìn)步，先后推出了型砂質(zhì)量管理專家系統(tǒng)，鑄造缺陷分析專家系統(tǒng)，自硬砂質(zhì)量分析專家系統(tǒng)，壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及缺陷診斷鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)，等等。
　　盡管鑄造生產(chǎn)專家系統(tǒng)的研究工作已在很多領(lǐng)域展開，并取得了一定的應(yīng)用效果，但總的來說目前還處于初始階段，一些技術(shù)及應(yīng)用環(huán)節(jié)的障礙，如鑄造知識類型復(fù)雜、知識表達(dá)困難、決策空間大、多目標(biāo)和多重約束、模糊性和不確定性等都有待于進(jìn)一步解決。
　　專家系統(tǒng)控制是智能控制的另一個重要分支，是專家系統(tǒng)應(yīng)用研究的前沿。在線專家系統(tǒng)控制更是倍受關(guān)注，鑄造領(lǐng)域這方面的研究將逐步展開。
　　5.信息處理系統(tǒng)
　　信息社會的一個重要特征就是“信息爆炸”，在這樣的背景下，運(yùn)用高效的管理手段及時準(zhǔn)確地分析和處理要“爆炸”的信息和浩瀚的數(shù)據(jù)就顯得非常重要了。對于一個鑄造企業(yè)來說，一方面，企業(yè)內(nèi)部各管理部門之間、各生產(chǎn)部門之間、管理和生產(chǎn)部門之間及企業(yè)和外部之間需要傳遞大量的信息。另一方面，企業(yè)內(nèi)部各部門技術(shù)的進(jìn)步往往會發(fā)生一些阻礙信息交流的“孤島”，一些處理系統(tǒng)如CAD、CAE、CAM、CAPP所需要的及所生成的數(shù)據(jù)彼此差異很大，需要協(xié)調(diào)管理，才能達(dá)到資源共享。根據(jù)上述要求，信息處理系統(tǒng)（Information Processing System）應(yīng)運(yùn)而生。
　　
　　企業(yè)信息處理系統(tǒng)有別于管理信息系統(tǒng)（Management Informtation System，簡稱MIS）及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Production Data Management，簡稱PDM），是一個范圍更廣、內(nèi)容更深，集整個企業(yè)所有行為為一體的信息處理系統(tǒng)。以鑄造生產(chǎn)為例，一個鑄造廠的信息處理系統(tǒng)應(yīng)涵蓋該廠的所有行為，包括市場營銷、物料進(jìn)出、生產(chǎn)組織與協(xié)調(diào)、行政管理、與外界的信息交換等。
　　當(dāng)今世界，信息技術(shù)即將成為第一大產(chǎn)業(yè)，各種各樣信息處理技術(shù)大量涌現(xiàn)、日新月異，特別是信息高速公路的出現(xiàn)，使人類社會進(jìn)入了一個嶄新時代。但是與其他領(lǐng)域相比，鑄造行業(yè)信息處理技術(shù)研究、開發(fā)與應(yīng)用顯得過于落伍。特別是國內(nèi)的鑄造生產(chǎn)廠家，基本是拒信息技術(shù)于門外，盡管也有個別企業(yè)嘗試采用現(xiàn)代先進(jìn)信息處理技術(shù)，但畢竟鳳毛麟角，遠(yuǎn)沒有形成氣候。目前國內(nèi)鑄造行業(yè)信息處理技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用有以下特點(diǎn)。
　?。?）研究開發(fā)沒形成規(guī)模，基本上處于手工、作坊式、來料加工方式，沒有形成規(guī)模、特色。所采用的技術(shù)也遠(yuǎn)不是最先進(jìn)的。
　?。?）應(yīng)用范圍較窄，主要集中在鑄造企業(yè)的財(cái)務(wù)、人事、庫料管理等方面，現(xiàn)場生產(chǎn)管理很少，基本上談不上系統(tǒng)集成。
　?。?）缺乏先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用，如PDM技術(shù)、MRP-Ⅱ技術(shù)、Internet/Intranet技術(shù)等應(yīng)用還處于起步階段。
　　但是，作為機(jī)械產(chǎn)品毛坯重要的生產(chǎn)方式，鑄造必須吸納各種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)自身的完善與發(fā)展。先進(jìn)信息處理技術(shù)的應(yīng)用將是鑄造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段及將來的技術(shù)進(jìn)步最重要的領(lǐng)域之一，其發(fā)展也必將呈現(xiàn)集成化、國際化等趨勢。
　　鑄造企業(yè)信息處理系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程，需要有長遠(yuǎn)的目標(biāo)與規(guī)劃。該系統(tǒng)的實(shí)施與應(yīng)用將徹底改變鑄造企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)、管理方式。
　　6.鑄造工裝制造技術(shù)
　　鑄造工裝，尤其鑄造模具、模板的設(shè)計(jì)制造，與普通鑄件生產(chǎn)過程相比，更方便采用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)。因此，目前在整個鑄造相關(guān)環(huán)節(jié)中，鑄造工裝的生產(chǎn)過程相對較多地應(yīng)用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造手段。
　　進(jìn)入上世紀(jì)90年代中期，國內(nèi)外一些專業(yè)鑄造模具/模板制造企業(yè)，已比較普遍采用以下列方面為代表的先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造手段，完全變革了傳統(tǒng)的制模方式，帶來了鑄造工裝生產(chǎn)的徹底性革命。
　　（1）CAD/CAM一體化。在三維特征造型系統(tǒng)上直接進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)模具各部分的虛擬裝配，自動檢查干涉情況；能夠完成走刀規(guī)劃和加工模擬；可以自動生成NC代碼，迅速快捷地生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄造模具來。
　?。?）快速原型制造。利用快速原型制造（RPM）技術(shù)，能夠快速提供鑄造工裝的模樣，可以顯著縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，降低試制成本。
　　（3）并行工程（CE）。在鑄造模具/模板設(shè)計(jì)的一開始就綜合并行考慮模具的設(shè)計(jì)、加工、裝配、使用直到報廢處理的所有環(huán)境，可以將設(shè)計(jì)錯誤降低到最低。
　　（4）遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造。隨著Internet的不斷發(fā)展，鑄造工裝的異地設(shè)計(jì)、異地制造已成為現(xiàn)實(shí)，遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造技術(shù)能夠充分發(fā)揮不同國家、不同地區(qū)的各種資源優(yōu)勢，達(dá)到最佳配置。
　　盡管國內(nèi)鑄造工裝制造的計(jì)算機(jī)應(yīng)用已倍受關(guān)注，也取得了巨大的進(jìn)步，但與西方工業(yè)
　　開發(fā)水平還很落后，推廣應(yīng)用范圍還很小，亟需迅速提高。
　　7.結(jié)語
　　落后的工藝裝備與生產(chǎn)管理一直制約著鑄造件產(chǎn)品質(zhì)量的提高，也影響了機(jī)車車輛產(chǎn)品的整體質(zhì)量。以上介紹的一些計(jì)算機(jī)技術(shù)除在檢測方面有所應(yīng)用外，其他方面的應(yīng)用幾乎是空白，與現(xiàn)代鑄造水平差距甚遠(yuǎn)。展望未來，為求生存求發(fā)展，鑄造生產(chǎn)單位我們應(yīng)改變觀念，積極引進(jìn)新技術(shù)、新思維，逐步進(jìn)行技術(shù)改造，使鑄造領(lǐng)域盡快駛上“信息高速公路”，建立自己的主頁，逐步開展網(wǎng)上電子商務(wù)活動，并根據(jù)自身的實(shí)際情況，有計(jì)劃、有步驟地采用網(wǎng)絡(luò)化高新技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)手段。
　　
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　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”