托伦斯铸造公司（位于威斯康星州拉克罗斯），对这家拥有149年历史的家族铸造企业而言，在现有厂区内新增自动化造型线是一项重大挑战。该公司专精于中小批量的灰铸铁、球墨铸铁及镍硬铸铁件生产。
增设新自动化生产线并非出于单一原因。托伦斯铸造旨在减少劳动力需求、提升铸件质量、改善工人安全条件、降低销售成本，并实现更灵活的生产排程。
"所有条件都恰好成熟，"总裁约翰·托伦斯表示。作为管理家族企业的第六代传人，他强调："我们始终为未来投资，持续将收益反哺企业发展。"
据托伦斯介绍，在造型和处理小批量产品时，灵活性是关键要求。与许多自动化后转而追求大批量订单的铸造厂不同，该公司坚持专注于小批量复杂铸件，客户群体多元化——涵盖泵送设备、工业阀门、消防安防、输送设备、道路建设、采矿、石油天然气及空调行业。
该公司最终选用了AFS企业会员德国海因里希·瓦格纳辛托（HWS）的固定砂箱造型线，该设备可为每个铸型设定独立冷却时间。固定砂箱造型线工艺中，砂箱框架在浇注、冷却和落砂全过程始终与铸型结合，空箱体在落砂后返回造型机循环使用。
在HWS固定砂箱造型生产线上，可数字化输入冷却时间。
Looking Up for a Storage Solution寻求仓储解决方案
由于空间限制，且遵循"以立方空间而非平方空间为导向"的托伦斯理念，该公司设计了一套垂直解决方案，取代了传统的水平铸型冷却线——后者冷却流程受造型机生产效率（输送系统）或托盘线系统制约。
"新型垂直冷却室使得冷却时间截然不同的铸型能够背靠背连续生产，且不会相互影响预定的落砂时间，"托伦斯解释道，"独立冷却还有助于保证铸件机械性能的一致性。"
"我们设计的这套设备完全适配现有厂房布局，是最符合我们运营需求的方案，"托伦斯补充道，"垂直建造的构想由此诞生。这种方法在保证铸件通过量的同时实现独立冷却，还避免了标准水平铸型存储所需占用的地面空间。"
垂直存储解决方案的构想启动长达一年的设计过程，其间汇聚了德国HWS工程师、密歇根州新东3D建模团队以及印第安纳州某3D扫描公司的协同合作。
Design and Construction Details 设计与结构细节
新生产线的关键考量因素包括毗邻铁水供应源以及避免干扰现有生产线。为给新设备腾出空间，公司增建两栋厂房来搬迁设备，从而为造型线腾出场地。
将设备安装到与当前车间地面齐平的高度需要挖掘深达18英尺（约5.5米）的地坑并浇筑混凝土基础——该项成本高达100万美元。
"制芯线下方的地坑深9英尺，造型机下方深15英尺，末端还设有18英尺深的地坑用于安装提升机，处理生产过程中所有废弃砂料，"托伦斯说明。尽管下挖方案比抬高设备成本更高，但公司相信地面层操作带来的长期效率提升将抵消额外投入。
为确保新设计适配现有厂区空间，公司大量依托3D扫描技术。
"通过车间3D扫描，我们提前发现了规划设备与现有设施之间潜在的碰撞干涉问题，"托伦斯表示，"详尽的布局设计阶段使安装过程更顺畅，极大减少了现场问题。"
借助摄像头和独特彩色视觉系统，操作员可全程追踪铸型状态。"视觉系统增强了信息传递效率，确保不会误浇铸型或浇注错误铁液，"托伦斯强调。
尽管施工周期达18个月，但新造型线的布局设计使现有生产线在车间地面开挖期间仍持续运作。"现有设备未损失任何产能，"托伦斯解释道。公司目前仍保留使用上下箱托盘生产线系统，但对于新订单，团队会与客户协商将现有模具转换至新设备生产的可行性。
Vertical Storage Brings Added Flexibility垂直存储赋予更强灵活性
该项目最具创新性的亮点在于其垂直网格化自动存取系统（AS-RS）。该冷却室设80个存储位（4层高×20列宽），采用单铸型深度存储模式。
每个铸型在造型机处即由计算机设定冷却时长。据托伦斯介绍，该系统使公司能够灵活安排背靠背生产任务——即使铸件冷却要求差异巨大。
"铸型经机器人入库后，其冷却时长享有完全自由度，"他表示。冷却周期完成后，机器人会取出铸型进行自动落砂处理。
The core-setting line for the molding machine.造型机用制芯生产线
Quality Improvements质量改进
托伦斯报告称，新生产线带来了显著的质量提升。其中一个令人瞩目的指标是废品率。"HWS生产线上的废品率仅为原来上下箱生产线的一半，"他表示。
托伦斯将这些质量改进归功于固定砂箱造型机的设计——该设计消除了导致废品的两大主因：跑火和错箱。
"铸型输送过程永远不会造成铸件错箱，并且由于模具始终处于紧固状态，跑火现象也得到极大抑制，"他解释道。
Productivity and Safety Benefits生产效率与安全性双效提升
托伦斯表示，这套HWS自动化生产线每小时生产的铸型数量是公司原有上下箱生产线的四倍——而所需劳动力显著减少。
"过去需要四名操作工（操作两台不同的上下箱造型机）每小时生产25个铸型，现在每班只需一至两名操作工就能实现每小时50个铸型的产量，"托伦斯说道。仅单班制节省的人工成本每年就高达近50万美元。
新生产线还使公司能够生产其旧设备无法容纳的大型铸件。
与节省人工和提升生产效率同样重要的是安全效益的显著提升。新生产线采用全封闭式设计，自动化处理系统进一步降低了推拉重型托盘带来的工伤风险。
Committed to Capital Investment资本投资，笃行不怠
资本设备投资早已融入这家第六代铸造企业的基因。"我们专注于各项运营的效能与效率，"托伦斯表示，"一旦出现改进的操作方法，我们就会积极采纳。"
该项目1900万美元的投资额，创下公司史上单笔资本投资最高纪录。
"这项投资对我们的未来至关重要，"托伦斯强调，"安全性能、铸件质量与尺寸稳定性、劳动力调配、排产便捷性及设备可靠性等关键因素共同促成了这项决策。"
凭借149年的历史积淀，这家家族企业始终坚守成功之道。在投资方面，意味着优先考虑长期效益而非短期投资回报率（ROI）。
新型造型机配套自动化浇注线，大幅减少了上下箱托盘生产线系统的人工操作。摄像头与灯光系统实时传递运行状态。
例如2020年安装的417千瓦太阳能矩阵系统（1042块光伏板），每年可节省约4万美元电费，预计到2028年即可收回全部投资。
"我们优先将资金再投资于资本设备，以维持并拓展超出现有经营规模的业务，"托伦斯说，"我们以成为社区的环保友邻、员工洁净安全的工作场所、客户可靠信赖的供应商而自豪。"
基于基督教经营理念，管理层将自身视为铸造厂的托管者而非所有者。其使命是服务他人并遵循"己所欲，施于人"的黄金法则。"
当家族所有者亲身参与经营时，客户能真切感受到，"托伦斯指出，"我们的深度参与带来了高效流程、清晰沟通、专业团队、平稳运营以及可持续的盈利性铸件供应。"期待托伦斯的双胞胎儿子中至少一人未来能加入企业。
An Important Innovation for the Industry行业重磅创新
AFS北美工厂工程奖的宗旨之一，是聚焦创新设备与前沿铸造技术。该项目供应商鼓励托伦斯参与奖项角逐，希望通过此次认可向同业展示另一种铸型冷却方案的选择。
"铸造企业需要了解同行如何应对生产空间限制，"托伦斯指出，"行业未来必将加速推进此类技术改造项目。"
译者评论：
自动化物流技术，视觉算法发展越来越成熟，在铸造领域应用也越来越广，立体库的应用在空间利用，提供生产效率，控制保温时间等方面效果显著。最近两年树脂砂造型工艺的市场发展较好，建议新厂建设或者老厂改造考虑引入这些技术及装备。
