T∕CFA 03110318-2020 铸造射芯单元数字化技术要求

ICS23.040.80J31IT/CFA03110318—2020前言 12规范性引用文件 13术语、定义和缩略语 14总则 25铸造射芯设备 36铸造射芯单元数字化控制与管理系统 47环保的数字化要求 6附录A（资料性附录）铸造射芯单元示例 7参考文献 T/CFA03110318—2020本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本标准的某些内容可能涉及专利，本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国铸造协会标准工作委员会提出。本标准由中国铸造协会归口。本标准负责起草单位：共享智能铸造产业创新中心有限公司、襄阳金耐特机械股份有限公司、四川共享铸造有限公司、共享装备股份有限公司。本标准参加起草单位:天津立鑫晟智能制造有限公司、山东时风（集团）有限责任公司。本标准主要起草人：杨军、常涛、帅德军、林凯强、万雄杰、薛蕊莉、杨爱宁、帅德国。本标准参加起草人：石卫东、刘清信、于子岭、纪昌勇、徐海港。本标准于2020年03月13日为首次发布。T/CFA03110318—2020本标准围绕铸造射芯单元的关键过程集成控制，通过铸造射芯单元系统，向上与MES、ERP、CAPP和LIMS等信息管理系统集成，引入生产计划、维保计划、质量标准和工艺数据等信息，并反馈设备、生产、成本和质量等维度数据；向下与底层设备及装置集成，依据标准工艺与参数执行现场作业，同时采集各个维度数据，与工艺数据设定值实时比对，经质量判异和过程判稳等在线分析处理，形成优化决策后，实现闭环的调整与控制，从而实现对铸造射芯单元系统的数字化管理，提升生产和管理的效率。通过标准的制定和实施，推广智能铸造技术的应用，可改变传统铸造的生产模式,提高生产效率，降低生产成本，改善铸造生产作业环境，减少对环境的不利影响；同时为推进铸造产业结构调整与优化升级创造条件，为各铸造环节实现数字化、网络化和智能化提供借鉴和参考，促进社会效益和经济效益提高；另外，也可为推进铸造行业转型升级提供技术支持，给未来铸造生产与管理的网络化和智能化发展建设奠定数字化基础。1T/CFA03110318—2020铸造射芯单元数字化技术要求本标准规定了铸造射芯单元、铸造射芯单元设备、铸造射芯单元控制与管理系统及环保的数字化技术要求。本标准适用于铸造射芯单元的建设和生产。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T5611铸造术语HJ212-2017污染物在线监控（监测）系统数据传输标准T/CFA0308022铸造行业大气污染物排放限值T/CFA031103.5-2018铸造数字化工厂通用技术要求3术语、定义和缩略语3.1术语和定义GB/T5611、T/CFA031103.5-2018中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/T5611和T/CFA031103.5-2018中的某些术语和定义。3.1.1单元unit生产单元unitofproduction根据不同的铸造工艺过程，对铸造工厂进行划分形成的基本生产单元，如砂型铸造工厂可划分为砂型成形单元、熔炼浇注单元、后处理单元等。各单元由对应的设备、数字化控制与管理系统组成。注：改写T/CFA031103.5-203.1.2数字化工艺系统digitalprocesssystem铸造工艺数字化设计应用的软件系统的总称。2T/CFA03110318—20203.2缩略语以下缩略语适用于本文件。缩略语英文API应用程序编程接口ApplicationProgrammingInterfaceCAPP计算机辅助工艺过程设计ComputerAidedProcessPlanningERP企业资源规划EnterpriseResourcePlanningESB企业服务总线EnterpriseServiceBusFB现场总线FieldBusJDBCJava数据库连接JavaDataBaseConnectivityLIMS实验室信息管理系统LaboratoryInformationManagementSystemMES制造执行系统ManufacturingExecutionSystemODBC开放数据库连接OpenDataBaseConnectivity4总则4.1铸造射芯单元4.1.1铸造射芯单元主要由单元设备、数字化控制与管理系统（以下简称单元系统）组成，其功能架构示意图如图1所示。4.1.2单元设备提供成形单元运行的物质基础。4.1.3单元设备的组成及单元系统的功能可依据实际生产工艺扩展或裁减。4.1.4单元系统通过FB与单元设备集成，通过数据接口（如ESB、ODBC、JDBC、API等）与其他信息管理系统（如MES、LIMS等）集成，主导现场过程执行。4.1.5铸造射芯单元可独立生产运转，也可与其它前后序单元集成协同生产。3T/CFA03110318—2020图1铸造射芯单元功能架构示意图4.2铸造射芯工艺流程铸造射芯单元运行流程主要由生产准备、射芯成形、涂层制备和涂层干燥等组成，流程图如图2所示。铸造射芯单元的具体示例参见附录A。4T/CFA03110318—2020图2铸造射芯单元数字化运行流程图5铸造射芯设备5.1设备组成铸造射芯成形过程所需的硬件设备及装置，应包括但不限于：5T/CFA03110318—2020——生产设备：自动加料设备、混砂设备、射芯机、除尘和净化系统、涂层施涂设备、烘干设备、转运设备和仓储设备等；——检测设备：型砂检测仪、尺寸测量仪、涂料黏度检测仪、水份检测仪和涂层厚度检测仪等；——传感器：噪音传感器、温度传感器、湿度传感器和气体检测仪等装置。5.2集成方式通过控制器和网关模块等，以FB方式与OPCServer对接，实现设备、生产、质量和成本等数据的交互，具体应按照T/CFA031103.5-2018的要求执行。6铸造射芯单元数字化控制与管理系统6.1计划管理单元系统应从ERP、MES或其他信息管理系统获取生产计划，根据生产砂芯的外观尺寸和工艺参数等信息，调取芯盒模具、芯砂、粘结剂、芯骨、冷铁、预埋芯和通气绳等生产材料，并跟踪生产计划当前的执行状态和生产进度。6.2过程控制6.2.1生产准备生产前巡检生产前应检查设备的完好性及原辅材料的准备情况，单元系统应自动判断巡检结果并记录。巡检事项应包括但不限于：a)车间空气湿度和温度；b)混砂设备、射芯机、通风除尘系统、涂层施涂设备、烘干设备和转运设备、仓储设备等生产设备，强度仪和尺寸测量仪等检测设备，以及气体检测装置、噪音传感器、温度传感器和湿度传感器及其他传感器的完好性与合规性；c)生产所需的芯盒、芯砂、粘结剂、固化剂、芯骨、冷铁、预埋芯和通气绳等生产材料的数量、质量要求及规格型号。安全防护准备生产操作人员进入相应的工作区域之前，单元系统应通过人机交互界面提示操作人员需佩戴的防护设备（如安全靴、护目镜、防毒口罩和耳塞等）并告知常见事故的处理方式。芯盒准备单元系统根据每日的生产计划，下达准备产品所需芯盒、芯骨、冷铁、预埋芯和通4气绳等清单，并由仓储系统负责配送到射芯生产工序。在生产前，应将芯骨在芯盒内进行验证，并按工艺要求缠好气道。6.2.2射芯成形6T/CFA03110318—2020安装芯盒应按照生产计划安装芯盒，使用专用清洗剂对芯盒进行清理和维护，保证排气塞、射砂口顺畅和无堵塞，将维护记录上传至单元系统。混砂、加砂应依据砂型生产计划和工艺系统数据，准备生产所需的原辅材料，包括芯砂和粘接剂。芯砂与粘接剂、固化剂应按照添加顺序、添加比例、混砂时间和混砂机转速等工艺要求加入混砂装置中，待混砂完毕后加入到供砂系统。参数设置单元系统应根据原辅材料检验结果和工艺系统数据，自动匹配最优工艺参数并设置执行。过程监测单元系统应实时获取单元设备的运行参数及设备报警信息，进行射芯过程监测。取芯、修整及转序上模顶起后，顶杆顶起砂芯，取芯叉或机械手将砂芯取出，放置在专用托盘上进行修整(包括活块芯粘接、冷铁放置等)，单元系统应根据对应托盘编码呼叫转运设备将砂芯转至涂层制备工序的检测区检测。6.2.3涂层制备涂层作业准备.1砂芯检测应将生产线上确认合格的砂型信息反馈至单元系统，调整机械手到达砂芯位置，转动外轴使夹具的每个榫头对准砂芯的翻转定位孔并进行锁定，控制夹具夹住砂芯等待涂层作业。.2涂料检测施涂前及过程中，应按照一定的测量规则（按照时间或批次），测量并记录涂料的黏度。涂层作业按照工艺制定的浸涂深度及浸涂面执行作业，同时调整好砂芯放置面。涂层检测、转序将砂芯放回托盘并对砂芯的涂层进行检测，对浸涂不均或漏涂的部分应进行补刷处理，检测合格后转运至涂层干燥工序。6.2.4涂层干燥涂层干燥准备7T/CFA03110318—2020单元系统应获取砂芯对应的工艺系统数据并自动匹配对应的烘干设备参数（如烘干温度、烘干功率和烘干时间等），并下达至烘干设备执行。涂层干燥作业单元系统应实时监测烘干设备的运行状态（如压力、温度、湿度和烘干时长等）。涂层干燥检测涂层干燥结束后，对砂芯涂层的表面质量进行检测，单元系统应自动判断检测结果并按照下列方式处理：a)检测结果为合格，砂芯随托盘转运至仓储系统储存；b)检测结果为砂芯涂料未干，砂芯随托盘返回烘干设备重新进行涂层干燥；c)检测结果为砂芯报废，应将砂芯下线报废，并将记录上传至单元系统；d)检测结果为砂芯破损，但修补后能够使用，单元系统应记录砂芯所在托盘对应的条码编号，待到达组芯工位时进行修补。6.3仓储管理单元系统应通过与仓储系统集成，依据砂型重量分区域仓储，并实时获取砂型存储和环境等数据，并进行可视化展示。6.4设备管理单元系统应对成形单元关键设备的运行、报警或故障状态进行在线监测与记录，并具备保养、报修、维修结果确认以及备品备件查询与领用等管理功能。6.5生产成本管理实时采集原辅材料和能源消耗等数据，可支持按日、周、月或年进行生产成本统计。6.6统计分析单元系统应对设备、生产、成本和质量等数据进行统计分析与可视化展示，包括但不限于设备开动率、产量和废品率等数据。7环保的数字化要求7.1监测项目单元系统应对生产过程中的环境影响进行监控，获取相关数据并记录，排放标准应符合T/CFA0308022的要求。7.2数据传输要求监测项目采用在线式，其现场机、传输网络和上位机的数据传输要求，按照HJ212-2017规定的第6章内容执行。8T/CFA03110318—2020（资料性附录）铸造射芯单元示例A.1范围本部分内容给出了一例铸造射芯（冷芯盒）单元的实例，内容包含铸件热处理单元生产准备、热处理工艺下达、自检与交检、生产成本管理及统计分析方面的数据传输及控制管理。本部分用于为指导铸造射芯单元的建设和实施提供参考和借鉴。A.2数据传输A.2.1数据采集铸造射芯设备数据采集相关信息见表A.1。表A.1铸造射芯设备数据采集表9T/CFA03110318—2020A.2.2数据流数据流图如图A.1所示。图A.1铸造射芯数据流图A.3铸造射芯单元过程控制A.3.1计划管理单元系统获取计划，并在计划管理模块中显示，显示的信息包含工序计划、砂芯名称、砂芯版本号、产品名称、铸件号、计划开始时间、执行状态等。计划管理模块界面内容见图A.2工序计划工序计划图A.2铸造射芯单元计划管理T/CFA03110318—2020A.3.2过程控制操作人员通过单元系统操作执行射芯作业任务。单元系统通过监测表A.1中给出的过程控制参数，对射芯作业任务的工序计划、执行状态以及执行过程中的芯盒安装、混砂加砂、射砂、吹胺、取芯等关键过程进行质量监控。射芯过程控制界面见图A.3。图A.3射芯过程控制界面A.3.3预组芯作业人员对作业完成的砂芯进行预组芯，检查砂芯的组合状态并记录状态上传至单元系统。预组芯界面见图A.4。图A.4预组芯界面A.3.4施涂（涂层制备）T/CFA03110318—2020单元系统监测各施涂任务的状态，并控制转运设备运送对应砂芯至相应的工序工位，依据当前状态呼叫对应的工艺员、质检员、维修工执行作业。施涂界面见图A.5所示。图A.5施涂界面A.3.5表干（涂层干燥）单元系统获取砂芯对应的表干任务及工艺系统数据并自动匹配对应