文：小米汽车科技有限公司上海分公司钱亨亨、郭毓、郭世浩

摘要：本文聚焦于一体化压铸件规模化生产中的效率、质量、成本及柔性难题，提出一套面向整车厂级的压铸岛设备集群智能化整体解决方案。经小米汽车压铸车间实际生产验证，该方案将生产效率提升了26%，循环节拍压缩到85s以内，单岛年产17万+套一体化后地板，为新能源汽车制造领域的智能化升级提供了可复制的示范性解决方案。

关键词：一体化压铸；压铸岛设备集群；五心合一；封闭式铝液传输；集成布局；AI+智造

引 言

2025年我国新能源汽车销量达1649万辆，市场渗透率突破50%。产销规模的快速攀升推动整车制造向大型化、集成化演进，一体化压铸技术凭借减少零件数量、缩短焊装工序、降低制造成本的显著优势，已成为各大车企竞相布局的核心工艺。

当前尺寸超1.5m的超大型压铸件正从试制走向规模化量产，对产线的节拍、精度与稳定性提出了远超传统工艺的要求。然而，其规模化生产仍面临六大瓶颈。

（1）设备集成度不足：传统压铸产线采用离散式布局，各工序设备分散布置，依赖叉车或传送带进行物料转运，导致物流路径冗长、车间面积利用率低且工序衔接耗时久。

（2）生产稳定性受限：单岛设备链由超过85台套核心装备组成，设备性能参数差异大、协同控制不足，任何环节的波动都会传导至整岛开动率与产品质量，设备开动率波动大、毛坯变形量不稳定等问题突出。

（3）后处理效率低下：去渣包、去料柄和去毛刺等后处理工序设备独立布置，工序间存在大量中转等待，节拍难以与压铸成型环节对齐，成为制约整线产能的瓶颈。

（4）柔性化能力不足：传统产线对单一产品的依赖度高，换型周期长、成本高，难以适应多型号混线生产的市场需求。

（5）质量管控手段滞后：传统质量管理依赖操作人员经验判断与X射线事后抽检，主观性强、覆盖范围有限，难以满足量产节拍下的全流程质量管控需求。

（6）环保和安全挑战：一体化压铸车间的排烟问题远比传统冲压或焊装车间复杂。压铸岛内同时存在熔炼、压铸成型和等离子切割等多种产烟工艺，排烟点分散、种类各异，并需执行全国最严环保排放标准，颗粒物排放限值<10mg/m³，对除尘系统提出系统性挑战。

针对上述问题，本文提出一套整车厂级的压铸岛设备集群智能化整体解决方案。该方案遵循“高集成、高效率且高兼容”的原则，从空间、时间、控制和环保四个维度进行系统规划，并在自动化硬件基础上引入AI与数字化技术，构建“感知—分析—决策”的智能闭环，以自动化、数字化、柔性化和绿色化为核心，实现高效率、高质量且低成本的生产目标。

1、压铸岛设备集群智能化整体方案

1.1 布局逻辑与规划思考

压铸岛的布局设计是决定产线效率与稳定性的底层架构。当前行业主流布局模式可分为两类：离散式布局与集成式布局。

离散式布局是传统压铸的常见形态，各工序设备分散布置于车间不同区域，依赖叉车或AGV进行工序间转运。其优点在于设备独立性强、换型灵活；但弊端同样显著：物流路径冗长、面积利用率低、设备间缺乏协同控制，节拍难以对齐。对于单件100kg级铝液、成品尺寸超1.5m的超大型一体化压铸件而言，离散式布局在节拍、质量和成本控制上均难以满足高产能需求。

集成式布局将压铸及全部后处理设备高度整合在“岛”内，如图1所示，通过优化设备排布与流转路径，实现工序无缝衔接。其核心优势：大幅缩短物流路径与占地面积，消除工序间等待与中转损耗，实现全工位协同运转。当然，集成式布局对集成度、节拍匹配精度和故障联动机制提出了更高要求，需要在系统设计层面充分考虑。

小米压铸岛方案基于集成理念，从四个维度进行系统规划：空间维度——重构设备排布与工件流转动线，整体占地面积缩减20%，运维与生产动线完全分离；时间维度——优化工艺控制逻辑，提升整岛节拍，将生产效率提升26%；控制维度——全工位闭环联动，设备协同率>99%，实现从铝锭到一体化铸件的连续自动化生产；环保维度——在满足排放标准的同时，保障工艺稳定运行与防爆安全。

1.2 核心设备配置与规划要点

本压铸岛集成了从熔炼到装框以及环保的全流程共20余项核心装备，按工艺流程划分为前序、中序、后序及环保四大系统，各系统的规划均围绕“高纯供铝、稳定成型、高效处理和绿色安全”四条主线展开。

（1）前序－铝液供给系统

由熔化炉、定量炉及封闭式自动传输组成，核心规划目标是实现铝液的封闭、高纯净自动化供给。采用线边连续熔化炉与封闭定量炉串联，通过自研传输系统实现封闭自动输送。采用中层取料、惰性气体保护，全程无滴洒、二次造渣，大幅降低烧损，提高纯度，降低综合制造成本。关键控制指标见表1。

（2）中序－压铸成型系统

以压铸机为核心，配套真空、喷涂和温控系统，形成完整的压铸成型闭环。规划目标是实现成型过程的极致稳定与精度可控。“五心合一”专利设计方法是本环节的技术支撑，通过“产品—模具—设备—顶出—压射”五大中心的平衡管控，解决大吨位压铸的偏载、飞铝与充填不均难题。系统关键性能指标见表2。

（3）后序－后处理系统

覆盖取件、冷却、检测、折断、切边、刻印、去毛刺、外观检查以及装框共9道工序。核心规划目标是节拍匹配、无缝流转、柔性兼容。

后序系统的规划逻辑遵循三个原则。

①功能集成：将分散的单功能设备进行合并。如集成式折断切割设备将去渣包与去料柄合二为一，单工序节省25s，占地减少20%，投资降低30%。

②柔性适配：具备快速换型能力。柔性去毛刺设备融合3D视觉与六维力控，自适应不同铸件变形量，占地缩减超30%，去毛刺效果提升30%。

③全程闭环：各工位通过信号串联，自动识别成型不良，实现产品信息全程可追溯，自动装框完成成品归集。后序全流程取消冗余中转环节，运维与生产动线完全分离，设备协同率>99%，与中序节拍无缝衔接。

（4）环保系统

本方案采用“分源治理、分类过滤和闭环联动”的策略，针对三种主产烟源设计专用除尘子系统，形成三位一体的全方位除尘体系。

①压铸油雾处理：采用“静电过滤+油过滤收集+活性炭吸附”三级串联处理。静电场高效去除0.01～10μm油雾微粒，活性炭吸附气态有机物，末级拦截收集残余液态油雾。

②等离子切割防爆除尘系统：采用“多级过滤+防爆联锁”方案，过滤精度达0.3μm，配置隔爆、抑爆和泄爆装置等毫秒级防护响应措施。

③熔炼工艺排烟系统：采用“仿形收集+闭环联动”方案。定制仿形导流集烟罩，排烟与燃烧系统联动，实时调节维持炉膛负压稳定，确保工艺稳定，除尘高效。

2、核心技术创新

为实现上述高效集成的产线方案，通过以下六项核心技术，系统性地解决行业在规模化生产中面临的效率、质量、成本、柔性及环保等关键难题。

2.1 超大型压铸机设计方法

9100t超大型压铸机采用“五心合一”发明专利设计方法，通过研发、工艺和设备协同开发，将产品中心、模具中心、设备中心、顶出中心及压射中心五大轴线同轴布置，如图2所示。

实现锁模力均衡传递、顶出平稳可靠和铝液充填流态优化，从根源上解决大吨位压铸件受力偏载、模具涨型不均、顶针卡死及充填不稳等行业难题。基于此设计迭代的HyperCasting机型，累计改进38项技术细节，新增4项核心专利，全方位提升压铸岛集成度与成型精度。

2.2 封闭式铝液自动传输系统

采用全封闭供给+自动转运模式，实现铝液从熔炼炉到压铸机的高精度自动输送，如图3所示。

系统通过信号联锁自动补汤，实现保持液位波动≤5%，采用封闭自动传输、同频补液和中层取料等方式，改善熔体纯度、避免二次造渣，定量精度±1%，温控精度±2℃，烧损≤2%，实现全流程无铝液滴洒、无氧化翻卷。

（1）成本维度：对比传统汤勺形式，耗材成本上升，但烧损下降。以单岛年产17万件大压铸件、铝价2万元/t测算，每控制1%烧损可节约材料成本约200万元/年。

（2）安全维度：全封闭传输链路无开口式取液池，消除取液、倒液过程中的滴洒飞溅与材料损耗。隔绝异物与杂质侵入，避免二次造渣。规避了高压管路爆管导致介质溅入熔池等安全风险，屋面受热辐射大幅降低。

（3）质量维度：实测终端密度当量（DI值）≤2%，合金断口杂质明显下降，温控精度±2℃且不受环境温度影响，从源头提升工艺一致性，如图4所示。

与传统及友商铝液传输形式的对比见表3。

2.3 压铸岛高效集成布局设计

采用全流程集约式集成布局设计，如图5所示，重构设备排布与工件流转路径，通过工序动线与物流路径双向对齐、设备间距精准配比、上下工序无缝对接和废料与成品分区规划四大核心优化，实现整体占地面积缩减20%，生产效率提升26%，设备协同率>99%。累计优化163项全流程细节，配套研发2项专利设备。

2.4 集成式折断切割设备

该设备为专利研发的集成式折断切割装备，将渣包液压折断与料柄等离子切割功能集于一体，融合产品定位孔+仿形工装双重定位，设计分类落料通道实现废料分集。较传统独立设备，占地减少20%，投资降低30%，单工序耗时节省25s。设备及布局如图6、图7所示。

2.5 一体化柔性去毛刺设备

该设备为专利研发的单工位框架式智能柔性去毛刺装备，融合了3D视觉、六维力控与协作机器人技术，可实现一体化大铸件飞边、毛刺和浇口残留的高精度柔性去除。采用单工位紧凑布局，占地缩减至4300mm×3000mm，较传统方案减少超30%；配备自动换刀刀库与降噪房（降噪≤80dB），去毛刺效果提升30%，实现无人化连续作业。设备如图8所示。

2.6 三位一体除尘解决方案

采用“分源治理、分类过滤和闭环联动”的系统级设计方案，针对压铸油雾、等离子切割烟尘、熔炼工艺排烟三种产烟源，分别设计专用子系统。压铸油雾采用“静电+油过滤+活性炭”三级串联，等离子切割采用“多级过滤+防爆联锁”，熔炼排烟采用“仿形收集+闭环联动”。实测整体净化收集效率≥99.99%，实测颗粒物排放浓度<10mg/m³，优于最严环保排放标准，实现了环保达标与生产稳定的双重目标。

环保往往是行业最容易忽视的维度——它不直接创造产能，却需要额外的投入与运维成本。但环保不是被动应对的合规负担，而是企业主动承担的社会责任。基于这一原则，小米汽车将环保系统纳入压铸岛整体方案进行系统性规划，而非建成后的补救措施，实现了环保达标与生产稳定的双重目标。陈尘系统如图9所示。

3、应用效果与实践验证

本压铸岛技术已应用于小米汽车压铸车间一体化后地板的生产，产线运行稳定，实现单岛年产17万元+套后地板，坪效达到258m2/JPH，年产值可达3亿元。相较于传统产线，本方案具有诸多优势。

3.1 生产效率显著提升

9100t压铸机“五心合一”设计实现高速稳定成型；封闭式铝液自动传输系统完成100kg级定量加注，铝液更迭率提升50%～75%；高效集成布局将生产效率提升26%，设备协同率>99%；集成式折断切割机单工序节省25s，柔性去毛刺设备实现无人化连续作业，全流程保障产线高效运行。

3.2 产品质量大幅提升

9100t压铸机通过四大中心平衡管控，压射速度偏差<5%，模次稳定性>99.8%；封闭式铝液传输系统定量精度±1%、温控精度±2℃，铝液烧损≤2%，材料级缺陷风险大幅下降；柔性去毛刺设备融合3D视觉与六维力控，避免硬碰划伤；集成式折断切割机采用定位孔+仿形工装双重定位，降低产品毛刺残余量与尺寸偏差。

3.3 成本优势突出

核心装备国产化降低采购与维护成本；集约式布局缩减占地面积，技术优化设备投资降低30%；全流程自动化，减少人工干预；降低原材料烧损与物料损耗，优化设备能耗，实现全维度降本。

3.4 产线柔性提升

压铸机与铝液传输系统模块化设计，适配不同规格铸件与多品类铝合金；柔性去毛刺设备支持人机协作示教与快速换刀；折断切割机可快速切换仿形工装；集成布局预留拓展空间，支撑多型号混线生产与快速换型。

3.5 环保达标

除尘系统优于最严环保排放标准，净化收集效率≥99.99%，颗粒物排放<10mg/m³，车间无烟尘蓄积，同时保障工艺稳定与防爆安全。

4、AI+智造：压铸工艺的数字化升级

4.1 从经验驱动到数据驱动

传统压铸质量管理依赖操作人员经验判断与事后抽检，主观性强、覆盖范围有限。一体化压铸件尺寸大、结构复杂，传统“人盯+抽检”模式已难以满足量产节拍下的质量管控需求。小米汽车大压铸在自动化硬件基础上引入AI与数字化技术，构建了“感知—分析—决策”的智能闭环，将质量管理从“事后把关”前移至“过程预判”。

4.2 典型案例：基于热成像的3D温度可视化管理

压铸模具温度场分布直接决定铸件成型质量。传统模温监控仅能反映冷却回路工作状态，无法直观呈现模具或铸件表面的真实温度分布。小米汽车自研了一套基于热成像的压铸件3D温度可视化管理系统，如图10所示，其技术路径包含三个环节。

（1）热成像采集：在压铸模具开合瞬间，通过红外热像仪采集模具表面热成像图，并通过多帧采集建立温度衰减模型，对开模温度损失进行算法补偿。

（2）2D到3D的智能映射：通过AI模型将模具热成像图的温度信息映射至铸件三维模型，生成铸件的3D温度分布图，实现铸件表面温度的三维可视化呈现。

（3）智能分析与预警：基于3D温度分布图，系统可自动识别温度异常位置并触发预警，定位精度可达单个模温机控制的冷却回路级别，持续存储历史温度数据，通过趋势分析预判模温漂移方向，识别异常后自动关联对应模温机并反向调整工作参数，形成“感知—分析—调控”的自动闭环。

4.3 从单点突破到体系化赋能

3D温度可视化管理是小米汽车大压铸数字化能力的缩影。在更广泛的维度上，AI与数字化技术正在渗透压铸生产的各个环节：模温监控从人工检查升级为热成像+AI异常识别，质量检测从X-Ray人工抽检升级为AI在线缺陷自动识别，工艺参数优化从经验调参升级为数据建模+AI自适应推荐，设备维护从定期巡检升级为趋势预测+AI预测性维护。

这些应用的共同逻辑是：将设备运行数据、工艺过程数据与产品质量数据打通，构建全链路数字化底座。小米汽车大压铸的数字化升级遵循一个朴素的原则：在自动化解决“能不能做”的问题之后，用AI解决“做得好不好、能不能做得更好”的问题。

5、结 语

本文提出并实施了一套面向整车厂级的一体化压铸件智能生产线整体方案，通过六大核心技术创新，系统性地解决了规模化生产中的关键难题：“五心合一”设计方法从根源上解决了超大吨位压铸机的偏载、顶出不平衡与充填不稳问题；封闭式铝液系统实现了铝液封闭、自动化供给，从源头保障材料纯净度并降低烧损成本；高效集成布局与精细化工艺控制将生产效率提升26%，整体占地面积缩减20%；集成式折断切割设备将去渣包与去料柄功能合一，单工序节省25s，设备投资降低30%；柔性去毛刺设备融合3D视觉与六维力控，占地缩减超30%，实现无人化连续作业；除尘效率优于最严环保排放标准，净化效率≥99.99%，颗粒物排放<10mg/m³；

    经小米汽车压铸车间实际生产验证，该产线运行稳定，实现单岛年产17万+套一体化后地板，年产值达3亿元，在生产效率、产品质量、成本控制、产线柔性及环保安全等方面均取得显著优势，验证了该技术方案的先进性与实用性。

    当前方案已在量产场景中得到充分验证，但仍有持续优化空间，未来将在以下方向深入推进：

（1）AI+智造深度赋能。引入机器学习与数字孪生技术，实现压铸工艺参数的自适应优化与产品质量在线预测，从“经验驱动”向“数据驱动”升级。

（2）自动化水平持续提升。进一步减少人工干预环节，向全流程无人化目标迈进。

（3）能耗精细化管控。建立压铸岛全链路能耗监测与优化模型，响应绿色制造要求。

（4）多平台柔性拓展。基于现有集成布局的模块化架构，拓展适配更多车型平台的一体化压铸件生产。