北美金属铸造业是世界铸造业的一部分，在制定未来发展战略时， 探索全球发展大趋势非常重要。 世界发展大趋势包括全球化、气候变化、城市化、稀缺资源、人口增长、电气化、通信/ 大数据和人口老龄化。 这些趋势表明，交通、食品、基础设施、电力、水和健康是未来的市场关键，这是铸造厂应努力自我定位的。
例如，图1 给出了在过去40 年中能源的演变过程以及未来所期待的变化。 煤炭、石油、天然气等自然资源的使用份额每年都在下降， 而可再生能源则在上升。全球正在寻找可再生的发电方式，铸造厂是这一变化的一部分。
图1 预计在未来20 年内，可再生能源将在能源市场占有更大的份额
Fig.1 Renewable energey sources are predicted to gain a larger share of the energy market in the next 20 years
就汽车工业而言，主要趋势仍是降耗、减排和减重，发展电动车和混合动力车，以及汽车的连网性和自主性。汽车工业迫切需要开发并使用更轻、更耐磨的新材料来实现这些目标。
驱动汽车减重的因素包括油价上涨、 动力增加以及减排法规要求（图2）。1975 年以来，动力大幅增加，而汽车重量并没有增加很多。动力与重量的关联性并不显著。为了维持这种趋势，配件供应商们需要更轻、更耐磨的材料。
图2 汽车减重的驱动因素包括油价上涨、动力增加和减排规定，动力增加幅度远大于重量增加
Fig.2 The drivers for vehicle weight reducetion include oil price increases plus horsepower increases plus emission reducetion regulations.This chart shows how horsepowder has increased greatly compared to weight
我们已经见证了电动汽车的快速发展。 图3 是市场份额增长趋势的预测。 可以预见，电池驱动轻型乘用车和混合动力电动汽车将在未来10 年快速增长。 铸造厂应该考虑提供更多的合金铸件，以满足汽车客户不断提升的目标要求。
图3 未来10 年，电池动力轻型乘用车和双混合动力车需求量有望大幅增加
Fig.3 Battery electric passenger light daily vehicles and plug-in hybrid electric vehicles are expected to expand significantly in the next decade
同时，车用材料正在发生重大变化。 图4 给出了航空、 风电和汽车市场中使用的不同材料的份额。2010 年至2030 年，航空和风电设备中新材料的构成与汽车相比没有太大变化。 在汽车领域，高强度钢的使用比例从2010 年的15%上升到2030 年的38%， 而普通钢的使用比例从2010 年的52%降低到2030 年的13%。 这一点很重要，这将直接影响钢铁厂使用的汽车废钢量。未来，汽车废钢原料将从低合金废钢转变为高铬、钼、锰等含量的废钢。 铸造厂必需学习如何使用这种新的原材料。
图4 向高强度钢的转变是汽车业用钢的一个显著变化
Fig.4 The transition from steel to high-strength steel is a marked change in the auto industry
最终， 市场对新产品开发和提供更好产品的方法是开放的。客户购买的不是化学元素或合金，而是力学性能。 客户想要的是材料在耐久性、热分布、阻尼抗力、强度等方面的性能。对新材料和新复合材料的需求可能非常宽广。 图5 是汽车配件供应商如何确定材料需求的示例。他们在某些领域寻求高强度，在另一些领域寻求延展性， 他们对任何能实现这一目标的材料都持开放态度。
图5 这张图表展示现代汽车设计中哪些地方需要哪些材料性能
Fig.5 The transition from steel to high-strength steel is a marked change in the auto industry
目前，客户正在寻找便宜的零部件。他们正在寻找能够提供完美质量和交付及时、运营卓越、灵活且经济高效、成本透明、完全精加工零件、支持零件优化和零件集成的供应商。
如果一个铸造厂能够实现完美的质量、 交付和运营，它可能被认为是一个可靠的供应商，但客户需要的还要更多。 一个灵活且具有成本效益的铸造厂可以被视为具有竞争力的供应商， 而一个愿意分担成本和机会的铸造厂则是一个可信赖的供应商。 提供完全精加工零件的铸造厂是具有增值空间的供应商，同时，可以为零件优化提供支持的供应商被认为具有技术能力。 最后，那些能够提供零部件集成的供应商被认为可以帮助客户优化供应链。
北美的铸造厂将继续面临价格竞争的艰难时期。中国是一个铸造成本低廉的国家，相比其他国家生产了世界份额最大的铸件（图6），因此，低成本工作的市场份额很紧张。
图6 中国生产了世界上大量的铸铁件（左）和铸铝件（右）
Fig.6 China produces a significant amount of the world’s iron（left）and aluminum(right)castings
目前， 铸造厂如何在不断变化的现实中保持竞争力和吸引力呢？挑战是真实的。通常，一个铸造厂有137 个变量需要控制（这是基于铸造墨西哥的一家铸铁厂估计的， 即Blackhawk Foundry- 黑鹰铸造厂）。 为了具有竞争力， 必需将工艺参数控制在这137 个变量的标准范围内。
另外，铸造厂的盈亏平衡点非常高。 铸造厂运营总成本的70%直接来自于材料、 能源和劳动力。间接/ 管理费用也是一种固定成本。 这使得运营效率、 资产利用率和管理成为影响铸铁厂利润率的关键因素。
为了盈利，金属铸造厂必须具有高的效率、按市场水平购买原材料并对所购原材料数量和批量的灵活性、 高产能利用率以及正确的产品和价格组合。 为了盈利，铸造厂不得不以70%～80%的产能利用率条件下运行。
如果销售额为100 美元，其中材料、劳动力、能源和管理费用分别为30、25、15 和20 美元，预期的利润仅为10 美元。 当效率低下时，利润也会下降，回旋余地并不大。例如，3%的低效率几乎影响了1/3的利润， 而12%的低效率几乎无任何利润空间。 因此，反之也一样，提高效率可以显著提高利润。
铸造厂需要淘汰那些愿意从随便任何人那里以更低价格购买铸件的客户。 那些铸件预计利润很低，而且对价格及更敏感。 相反，金属铸造商应该考虑为客户提供更多服务。 这就需要领导层去质疑和审查什么是阻碍市场增长的业务模式，以及哪个是市场增长的制约因素。 这些因素包括：
（1）所需的最小壁厚。
（2）所需的造型模样和芯盒。
（3）所需的拔模斜度。
（4）整个工件的材料硬度不均匀性。
（5）尺寸公差要求。
（6）表面光洁度不够完美。
（7）不能保证无收缩缺陷的铸件。
（8）铸件必须能够确保工件的最终加工尺寸。
（9）4～6 周的交货期。
（10）最小的订单数量。
（11）不接受采购订单的变更。
多年来，铸造厂列出了一些正常的需求。 不幸的是，这些需求成了试图购买铸件的客户的重大障碍。 现在是时候审查我们的标准，并应该考虑是否可以取消这些限制因素。 例如，几年前，人们认为如果没有模样和芯盒就不可能铸造出一个铸件，但现在我们通过3D 打印技术就可以做到了。
根据制造咨询公司日立解决方案（Hitachi Solution）未来的一些制造业的趋势包括物联网、预测性维护、 将重点从 “商家/ 企业对商家/ 企业”（Business to Business，B2B）转移到“商家/ 企业对商家/企业/ 客户” （Business-to-business-to-con sumer，B2B2C）、利用供应链获得竞争优势、企业资源规划（Enterprise resource planning,ERP） 系统简化流程、提高对大数据的可视性、虚拟和增强现实、3D 打印/增材制造、重新招聘、寻找和留住精通技术的员工。
这些制造趋势不仅适用于原材料供应商，铸造厂也应该考虑这些发展趋势的实施。 随着客户需求的快速变化， 金属铸造厂需要了解整个供应链，以及他们如何在供应链中发挥更重要的作用。 客户正在转向更小批次的生产和更多牌号的材料。 如果一家铸造厂能够提供更多这样的产品，那么对客户而言可能会更有价值。 减少从订单到交付的总周期时间也非常重要。找到消除客户限制因素，减少开发新铸件的时间，并最大限度地减少工装的投资，将有助于提高铸造厂的竞争力。
总之， 保持盈利对铸造企业的可持续发展至关重要，因为只有盈利才能支撑对新技术的投资，这是保持企业价值所必需的。 花点时间确定对企业至关重要的关键技术并加以实施。 在这个不断变化的时代，需要寻找灵活的方法，以确保能够拥有一个更美好的未来。
（原文Technology Trends and Challenges for Iron Foundries， 作者PATRICIO GIL, 见Modern Casting November 2021,pp37-41）