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电机智能制造势不可挡,人才是关键。

合乐888登录:电机及系统效率的提升已成为节能潜力最有前景的发展方向之一。目前国际上先进的电机系统已集成了诊断、保护、控制、通讯等功能,可实现电机系统的自我诊断、自我保护、自我调速、远程控制等。随着我国装备制造业向高、精、尖方向发展及工业化、信息化两化融合,电机系统智能化发展成为必然趋势。
      随着国家《智能制造2025》政策的不断落实,智能制造在各个行业如火如荼的展开,电机作为国民经济和工业的基础设备,国家在2016年开展了智能制造新模式应用项目。2018年,第一批开展智能制造试点的企业面临项目验收,在第一批项目接近试点收官之际,高效电机领跑者编辑部采访了上海电器科学研究院、国家中小型电机及系统工程技术研究中心智能制造部工程师黄先锋。黄工参加过Y3/YX3/YE2/YE3/YZTE3/YE4等高效超高效电机研发工作,而且参与了江苏大中、山东华力、卧龙电气、福建安波、江西特种电机的智能制造新模式应用项目,主要负责电机制造工艺路线的设计与落实,智能制造设备的开发与方案论证。

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黄先锋

上海电器科学研究院
国家中小型电机及系统工程技术研究中心
智能制造部工程师

电机行业的发展趋势如何?

      全球电机行业的技术发展趋势综合起来可以归纳为以下几点:

1 机电一体化

      随着电力电子技术、计算机技术、微电子技术及控制理论的发展和应用,中小型电机应用领域日益广泛。为实现优质、高效和低成本的运行,中小型电机在各种不同的工况下与计算机、电机控制器、功率变换器、传感器等诸多方面连接,还往往要与各级实行机构和负载(如各种机械、液压、气动装置)整合起来。因此,电机已不是一个零部件级的实行机构,而是一个可以实现预定功能的完整的机电一体化系统。国际上ABB、西门子、三菱等都已从电机制造企业发展为国际知名的电机及控制系统生产企业,其产品范围已从以电机为核心,延伸到变频器、软启动器等电机控制领域,展现出了较大的技术优势和竞争优势,占据较大的市场份额。我国电机制造企业已经开始关注电机控制技术,但要实现电机系统参数优化匹配及其控制一体化,还需付出巨大的努力。

2 电机及系统的绿色节能

      电机及系统效率的提升已成为节能潜力最有前景的发展方向之一。国际上各国政府和组织纷纷研究不同应用领域、不同工业部门的各种各样电机系统的节能方案,制定节能导则、标准、法规,并开发相关绿色节能产品,如:国际电工委员会(IEC)统一了全球的电动机能效和测试方法标准,包括欧盟EuroDEEM、美国MMASTER等电机系统节能平台,以及欧盟生态设计计划等。我国正在积极推动和扶持高效电机及电机系统节能工程的开展和实施,高效、超高效的中小型电机、调速专用电机、电机系统节能控制系统、电机系统绿色节能技术等正成为发展趋势。

3 电机及控制系统的专用化

      为了获得更好的负载匹配特性,使电机及控制系统实现高效运行,国外已开发出各种专业电机及控制系统以满足不同负载特性的应用场合。我国也将不断拓展电机产品的外延和内涵,研发与不同负载匹配的各种专业电机及系统,打破不同负载应用场合长期使用同一类电机的局面。

4 轻型化、小型化

      许多领域对电机的体积和重量提出了很高的要求,在石油、化工、煤炭等应用领域体现的尤为明显。为了达到轻型化、小型化的目标,在设计过程中,坚持采用先进技术和优质材料,优化设计原则,实现了在有效材料保持不变的情况下,单位功率重量下降。例如:小功率电机的损耗分布中铜耗占比较大,效率大幅度提高比较困难,实现IE3以上能效级别不太现实。而如果采用铸铜转子替换原来的铸铝转子,由于铜的导电性比铝的高40%左右,电机总损耗显著下降,铸铜转子电机可以很容易达到IE3、IE4能效等级。在小型风机辅机和长时间满负荷运行电机等领域,相同功率和效率指标的铸铜转子电机和铸铝转子电机相比,前者效率更高,重量更低,更加小型化。

5 智能化

      目前国际上先进的电机系统已集成了诊断、保护、控制、通讯等功能,可实现电机系统的自我诊断、自我保护、自我调速、远程控制等。随着我国装备制造业向高、精、尖方向发展及工业化、信息化两化融合,电机系统智能化发展成为必然趋势。

6 模块化

      以电机产品、电机控制装置的机械接口、电气接口、动力接口、环境接口等实行模块化设计,可提升电机系统的快速响应能力,目前已成为国际上电机及系统技术的发展趋势。

7 低噪音

      国外产品在负载情况下的噪声已经很低,目前我国电机产品与国外先进水平相比还存在着较大差距,比如西门子电机的负载噪声水平仅相当于国内电机的空载噪声水平,国内企业还需加快研究降低电机系统噪声的设计、制造技术。

      电机系统发展至今已成为集电机、控制、材料、流体力学、机械、结构、电力电子等为一体的综合学科,随着科学技术的不断发展,其发展趋势还将被赋予新的内容。

我国电机行业的制造水平如何,和欧美国家比如何,有没有解决的方向?

      电机是国民经济中重要的一环,在节能环保等战略性新兴产业中占有重要地位。我国是世界最大的电机生产、出口国,作为节能减排的重要举措,各国都大力推广和使用高效节能电机,我国也相继推出了“高效电机节能补贴”、“全国电机能效提升计划”等政策助推电机能效水平提升,预计仅工业用高效、超高效电机市场规模将超过600亿元,市场前景非常广阔。

      我国虽是电机制造大国,却非制造强国,基本上还是依靠传统车、铣、磨、刨、钻床等设备,虽然有部分设备实现了数控化,但总体比较零散,距离自动化、智能化生产相距甚远,质量一致性也与欧美电机存在较大差距。欧洲知名电机制造商西门子,采用先进的智能化生产装备,已实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产方式。尽管我国近年在该领域投入了大量资金,但核心加工设备、加工工艺、智能化制造和管理水平与国际先进水平仍存在较大差距,电机智能制造基本属于空白。此外,行业内少有具有国际竞争力的骨干企业,缺乏国际知名品牌,导致在高端产品的研发和制造领域缺乏市场竞争力。

      为此,电机行业急需开展集智能制造关键技术与装备研发、关键工艺模型研究,以及信息化管理系统研究为一体的智能化运营综合平台建设,并以此引导行业开展智能制造、绿色制造工程建设,加快发展转型,提升我国的电机制造业整体水平及国际竞争力。

      智能制造,是对整个制造业价值链的智能化和创新,是信息化与工业化深度融合的进一步提升。智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。智能制造包括开发智能产品;应用智能装备;打造智能工厂;实行智能研发;形成智能物流和供应链体系;开展智能管理;推进智能服务;最终实现智能决策。智能制造发展需经历自动化、信息化、互联化、智能化四个阶段。每一阶段都对应着智能制造体系中某一核心环节的不断成熟。

      绿色制造,又被称作环境意识制造,是指企业在考虑资源效益的同时又要兼顾其对环境影响的程度。在工业输出产品的过程中,包括从设计、制造、包装、运输整个产品的生命周期之中,企业要将其对环境的负作用降到最小,且要保证最高的资源有效率,从而使得企业的社会效益和经济效益协调优化。

      绿色制造侧重降低消耗,减少污染排放,智能制造侧重提质增效,两者相互补充、相互促进不可分割。

      在电机领域,电机制造的数字智能化、绿色化是发展趋势,具体包括:通过研发电机数字化设计系统,搭建电机生命过程管理与生产管理统一应用平台,建立电机标准研发数据库,对现有硬件系统进行智能化改造和制造工艺系统优化升级,结合数字化产品质量和性能检测系统,最终实现电机设计“绿色化”,制造过程“绿色智能化”。通过电机数字智能化制造项目,能够辐射带动中国装备制造产业向自动化、数字化和智能化方向逐步推进,而通过绿色制造能够实现电机的制造过程无污染,少排放,通过废旧电机再制造、再利用,可提高资源利用效率。

电机厂智能制造后对工人就业的影响怎么样?

      虽然电机制造相对其他行业比较落后,但仍有一定的技术含量,一些关键工序:如嵌线,技术要求比较高,工人培养不易。在智能制造项目中,大家总结出电机厂工人年龄分布规律:50岁以上的工人占25%以上,40岁以上的工人占大约75%,30岁以下的工人占比不到10%。言外之意就是5~10年以后,很多工人年龄增长到50~60岁,届时工人体力将不能满足工厂的需要。而年轻人对传统体力劳动缺乏兴趣,对传统技术学习热情不高,长此以往,电机行业将会出现人才断层现象。大家做过一个调研,2017年参加高考的人数是942万,专科以上入学率超过70%;而2005年到2017年专科以上的毕业生保守估计有5000~6000万;算上1995~2005年和以前的毕业生,数字非常庞大,因此大家的工人整体素质已经发生了变化,人员素质越来越高,但是招聘高素质的年轻工人却很难。未来5~10年,90后00后的年轻人会成为主体,这部分年轻人在初中或高中时就接触智能手机和电子设备,对于传统的作业方式和工艺,大多数人不愿意学习,更不甘心做体力劳动,未来电机厂招工难问题将会更加严峻。大家现在做智能制造,目的就是要开发一些自动化,数字化,智能化的设备,让这部分年轻人去操作。否则,年龄大的工人体力较差,效率低,人工成本高;而年轻人不愿意从事传统体力劳动,即使他们愿意做,父母也不同意,导致电机厂面临招工难、用工荒等问题。所以,发展智能制造对电机厂是非常必要的,为了企业发展,企业一定要未雨绸缪,提前布局智能制造。

电机行业的智能制造项目对电机生产设备商有何影响?国产的设备能达到要求吗?

      国内电机厂的加工设备大部分是购买自市场上通用的设备,因为专门为电机行业开发的设备很少,即使有也只是一部分性能单一的设备,总之,电机厂商对设备的总体要求不高。国内设备制造商,生产能力已有很大提高,例如部分App供应商和系统集成商,不足之处是缺乏对电机生产工艺要求和产品的深入了解。如果设备制造商深入研究电机生产的工艺特点和个性化要求,结合不同电机厂不同个性化产品的要求,配合目前的自动化技术,开发适合电机行业制造工序工艺的专用设备是可以实现的。关键之处是设备制造商要深入理解电机生产工艺要求和特点,与自动化和智能化相关技术人员进行沟通,共同根据电机生产的特点开发专用设备和信息化管理系统,在此基础上可以根据不同电机厂的产品要求,稍作调整即可使用。在电机厂的生产效率和产品质量大幅提高的同时,也给一部分学识丰富的年轻员工提供了技能施展平台。

从长远来看,智能制造对电机行业有哪些影响?

      目前,在电机生产设计领域,绝大多数电机制造企业生产的设备,大部分是通用型号的电机,很少有针对不同行业和工况运行特点进行个性化、定制化生产的情况,导致电机制造企业都是被动地为下游的风机、泵、压缩机等企业配套,在电机系统节能改造过程中,缺少话语权。而且在高端智能加工中心和关节机器人用高端伺服电机和驱动系统领域,国外产品占据主流市场,类似情况不胜枚举。

      但是随着国内YE4系列超超高效电机设计验收完成,国家机器人检测中心成功建设,电机智能制造项目的顺利推进,我国的落后局面将会大大改观。目前正在进行的智能制造新模式项目包括:江苏大中电机超高效电机智能制造项目、山东华力电机超高速永磁电机智能制造项目、福建安波电机超高效永磁电机智能制造项目、卧龙电气和江特电机的新能源汽车永磁电机智能制造项目、中车集团永磁大功率牵引电机智能制造项目。这些项目将促进我国在高效电机及系统节能、高端装备和机器人、新能源汽车、高铁和智能交通等领域快速发展。节能和新能源及交通领域的进步将有利于节能减排,实现绿色发展;高端装备和机器人领域的进步反过来会促进智能制造领域的发展,特别是电机智能制造。电机智能制造项目的推进,赋予了电机制造企业个性化、定制化、专用化生产的能力,未来可以满足不同行业客户的个性需求,抢占全球高端电机市场。

      在电机智能制造技术领域,山东华力电机集团正在筹建电机制造数字化生产线,未来将采用包括铁心冲压、有绕组铁心制造、精加工、整机总装等多个关键工艺流程,集成应用智能数控机床、3D打印、机器人、智能物流等关键技术装备,实现融合数字化三维设计、效能管理、数据分析与优化等为一体的智能制造新模式。预计可实现总体生产效率提高25%,生产运营成本降低25%,不良品率降低40%,产品研制周期缩短35%,产品设计数字化率达到100%,关键加工工序数控化率达到85%。项目建成后,将会带动形成一批有代表性的电机生产专用智能设备和精益工业方案,未来该模式可以复制到电机行业的大部分生产制造企业和电机设备制造企业,促进电机制造产业升级,提高生产效率。

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