2013年，德國人第一次提出了“工業(yè)4.0”的概念，即“互聯(lián)網(wǎng)+制造”，美國叫“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，我國叫“中國制造2025”，這三者本質(zhì)內(nèi)容是一致的，都指向一個核心，就是智能制造。
智能制造被譽為二十一世紀的工業(yè)革命，已成為全球先進制造業(yè)發(fā)展的突出趨勢。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計、制造、應(yīng)用過程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)、智能技術(shù)與裝備制造技術(shù)的深度融合與集成。
恒盛泵業(yè)認為智能制造具體體現(xiàn)在三個方面：生產(chǎn)智能化、產(chǎn)品智能化、生產(chǎn)服務(wù)化。
智能制造時代的來臨，層出不窮的新技術(shù)已開始應(yīng)用于無人駕駛、智能設(shè)備等，日新月異的高科技正在滲透進我們生活的方方面面。從制造有形商品，到提供無形價值，傳統(tǒng)的制造業(yè)正在經(jīng)歷一場大的變局，迫切需要一場史無前例的產(chǎn)業(yè)“升級”。
對于泵行業(yè)來說，既是機遇又是挑戰(zhàn)，且隨之而來的可能是國際、國內(nèi)泵企業(yè)的重新大洗牌。為了在這場變局中生存，各大公司紛紛進行布局，搶灘制高點。能否應(yīng)對如此迅速地升級換代，將成為未來企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
本文將以技術(shù)人員的視角，探討國內(nèi)泵行業(yè)如何實現(xiàn)從傳統(tǒng)制造到智能制造的華麗轉(zhuǎn)變。
2015年，網(wǎng)上曾流傳過一段關(guān)于德國工業(yè)4.0的最佳示范單位的視頻及相應(yīng)文章，我想所有看過這段視頻的人都會非常震撼：在這家工廠，生產(chǎn)設(shè)備和電腦可以自主處理75%的工序，只有剩余1/4的工作需要人工完成。自建成以來，工廠的生產(chǎn)面積沒有擴張，員工數(shù)量也幾乎未變，產(chǎn)能卻提升了8倍，平均1秒即可生產(chǎn)一個產(chǎn)品。同時，產(chǎn)品質(zhì)量合格率高達99.9985%，全球沒有任何一家同類工廠可以匹敵。
這家明星工廠的閃光之處在于“機器控制機器的生產(chǎn)”，也就是端到端的數(shù)字化，這正是未來制造所要達到的目標(biāo)。而數(shù)字化帶來的產(chǎn)品之間以及產(chǎn)品與機器設(shè)備之間的互聯(lián)互通使得生產(chǎn)路徑不斷優(yōu)化，不斷提升生產(chǎn)效率。
隨著全球制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型浪潮的推進，在互聯(lián)網(wǎng)時代的大背景下，目前，類似的智慧車間、標(biāo)準(zhǔn)化工廠在我國也如雨后春筍般出現(xiàn)。從2015年到2017年，我國共有206個項目入選工信部智能制造試點示范名單。初步統(tǒng)計，試點示范項目智能化改造后，生產(chǎn)效率平均提升30 % 以上，運營成本平均降低20 % 左右;有19家試點示范企業(yè)實現(xiàn)了對105家相關(guān)企業(yè)的復(fù)制推廣。
以恒盛泵業(yè)現(xiàn)代化工廠為例，該工廠是行業(yè)內(nèi)示范性標(biāo)準(zhǔn)化互聯(lián)工廠，其重要特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)高度的柔性，滿足個性化定制的需求。在整個工廠的發(fā)展過程中，工廠已經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、自動化三大路徑，目前正在數(shù)字化快速發(fā)展。工廠按工藝布局轉(zhuǎn)變?yōu)榘茨K布局，每個模塊都是一條生產(chǎn)線，可以單獨進行生產(chǎn)，并以并聯(lián)的形式快速完成一臺泵的生產(chǎn)。
智慧工廠的顯著特點是：滿足不同消費者的不同需求，實現(xiàn)多品種、小批量、定制生產(chǎn)。雖然人們對于“智慧工廠”的理解各不相同，但其離不開以下幾個具體特征：
(2) 具備自學(xué)能力，自動判斷、優(yōu)化生產(chǎn)流程等
(3) 滿足個性化定制、柔性化生產(chǎn)需求，并結(jié)合精益生產(chǎn)理念，有效縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，大幅
(4) 配套智能物流倉儲系統(tǒng)，實現(xiàn)出入庫管理的高效性
(5) 注重環(huán)境友好，實現(xiàn)綠色制造
僅有自動化生產(chǎn)線和工業(yè)機器人的工廠不能稱為智能工廠。智能工廠不僅生產(chǎn)過程應(yīng)實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，而且在產(chǎn)品檢測、質(zhì)量檢驗和分析、生產(chǎn)物流等環(huán)節(jié)也應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)過程實現(xiàn)閉環(huán)集成。一個工廠的多個車間之間也要實現(xiàn)信息共享、準(zhǔn)時配送和協(xié)同作業(yè)。
除了普通的民用以外，離心泵行業(yè)、特別是石油化工用API流程泵屬于典型的多品種、小批量、定制生產(chǎn)的產(chǎn)品。要做到生產(chǎn)的智能化，首先產(chǎn)品(設(shè)計)必須滿足以下幾點：
(1) 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計：除了市場上可以采購到的通用的標(biāo)準(zhǔn)件以外(如緊固件、法蘭及密封件等)，還有不少零件在各種離心泵上都會用到(如葉輪/殼體耐磨環(huán))，對于這類零件，可以進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。
(2) 模塊化設(shè)計：模塊化設(shè)計通常以功能區(qū)分、部件的型式出現(xiàn)。針對某一特定的市場需求，可以像搭積木一樣，將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的零件、模塊化設(shè)計的部件與專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)的零件進行快速地拼接即可。模塊化設(shè)計是綠色設(shè)計方法之一，可以同時滿足產(chǎn)品的功能和環(huán)境屬性。
(3) 參數(shù)化設(shè)計：除對泵性能具有重大影響的水力零部件以外，其它零件幾乎都可以進行參數(shù)化設(shè)計。只要改變其中一個或幾個參數(shù)，就會快速自動生成一只新的零件。
(4) 設(shè)計流程的標(biāo)準(zhǔn)化：從水力設(shè)計開始，到結(jié)構(gòu)設(shè)計(含外觀設(shè)計)、CFD分析、應(yīng)力和疲勞分析、強度校核、抗震分析以及臨界轉(zhuǎn)速分析等，做到設(shè)計流程的標(biāo)準(zhǔn)化。
標(biāo)準(zhǔn)化工廠的建立，不僅可以大大提高勞動生產(chǎn)率、滿足快速交貨要求，而且還可以確保穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本，使企業(yè)變得“專而精”、“特而新”，具有更強的競爭力。這一點，幾乎對于所有泵制造廠都適用。
產(chǎn)品智能化就是將產(chǎn)品作為一個數(shù)據(jù)采集端，不斷地采集用戶的數(shù)據(jù)并上傳到云端，方便用戶進行管理。
要想實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化，需要使用多種傳感器對產(chǎn)品進行實時的監(jiān)測，在發(fā)生不可逆的故障或停機之前得到較準(zhǔn)確的診斷，及早發(fā)現(xiàn)問題并予以糾正。離心泵可以進行以下監(jiān)測：
(1) 溫度及溫差：特別是軸承和密封腔的溫度。主要涉及軸承、密封腔、潤滑油、冷卻水及泵進/出口介質(zhì)的溫度;還涉及到泵殼體上/下溫差。通過對泵進/出口介質(zhì)溫度的監(jiān)測，有助于預(yù)測汽蝕的發(fā)生;通過對泵殼體上/下溫差的監(jiān)測，判斷是否進行了充分的暖泵。
(2) 壓力及壓差：主要包括泵進/出口的壓力、冷卻水及潤滑油的壓力、機械密封系統(tǒng)壓力;還包括過濾器前后的壓差。
(3) 流量：可以預(yù)測泵殼體/葉輪耐磨環(huán)更換時間及開式葉輪間隙調(diào)整時間;通過流量監(jiān)測還可以確定泵出口再循環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)。
(4) 轉(zhuǎn)速：主要用于變速運行的離心泵，以觀察其對泵性能的影響。
(5) 應(yīng)變：預(yù)測動/靜零部件之間是否會發(fā)生摩擦、泵殼體的腐蝕及現(xiàn)場管路支撐問題;另外，還可以監(jiān)測離心泵軸向力的變化。
(6) 液位：包括供液箱的液位、潤滑油箱的液位及密封系統(tǒng)緩沖/隔離罐的液位。通過對供液箱液位的監(jiān)測，可以預(yù)測泵汽蝕的發(fā)生。
(7) 泄漏：主要用于預(yù)測密封故障或壓力邊界的失效。壓力積聚是監(jiān)測泄漏的一種方式。通過一個雙重?zé)o壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測到密封儲罐隔離液壓力的變化。這是通過將儲液罐排氣口關(guān)閉至少10分鐘、而注意到壓力的增加來完成的。另一種監(jiān)測泄漏的方式是注意到隔離液流量的變化。
通過一個雙重?zé)o壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測到從密封到排氣系統(tǒng)或收集系統(tǒng)的氣/液體流量的變化。通過一個雙重有壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測到循環(huán)系統(tǒng)和儲液罐的隔離液位的變化。
(8) 振動：引起離心泵振動的原因很多，包括泵本體設(shè)計原因和外部條件因素兩大類。而泵本體設(shè)計引起的振動主要體現(xiàn)在兩個方面，機械引起的振動和水力引起的振動。
機械引起的振動主要由轉(zhuǎn)子部件不平衡、軸發(fā)生彎曲或變形、動/靜零部件發(fā)生摩擦、軸承發(fā)生磨損、泵接近臨界轉(zhuǎn)速運行、零部件松動或損壞等原因所引起;水力引起的振動主要由偏離泵的最佳效率點運行、泵送介質(zhì)發(fā)生汽化、葉輪葉片太靠近蝸舌(cutwater)運行、內(nèi)部回流等原因所引起。通過振動監(jiān)測可以檢測或診斷出泵及其系統(tǒng)存在的各種問題。
(9) 噪音：表示泵發(fā)生了汽蝕、動/靜零部件出現(xiàn)摩擦、軸承損壞或其它一些異常情況。
(10) 功耗：檢查泵的效率，預(yù)測發(fā)熱問題。
(11) 軸向位移：主要用于可傾瓦推力軸承的離心泵，葉輪和機械密封對軸向位移非常敏感。
(12) 間隙：趨近式表可以記錄開式葉輪與泵殼之間的間隙。
(13) 軸撓度：通過安裝于泵體上的趨近式表來測量軸撓度，以確保旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件不會發(fā)生接觸。同時，軸撓度過大，會導(dǎo)致耐磨環(huán)、機械密封和軸承過早失效。
(14) 含水量：通過對潤滑油含水量的檢測，預(yù)測潤滑油的更換周期。
設(shè)備制造商通過網(wǎng)絡(luò)可以實時監(jiān)控設(shè)備在用戶現(xiàn)場的運行狀況，以判斷產(chǎn)品什么時候需要維修和保養(yǎng)。在這個階段，所有制造商都會向服務(wù)商轉(zhuǎn)型。
《中國制造2025》明確提出：要加快制造與服務(wù)的協(xié)同發(fā)展，推動商業(yè)模式創(chuàng)新，促進生產(chǎn)制造向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變 - 就是由單一產(chǎn)品制造向用戶提供一整套系統(tǒng)解決方案。在這方面，發(fā)達國家已經(jīng)走了很長的路。
要想做到生產(chǎn)服務(wù)化，必須能為用戶提供最優(yōu)化的、全方位的解決方案。對于離心泵行業(yè)來說，可以從以下三個方面著手：
由泵制造商提供完整的泵送系統(tǒng)，而不是將單臺泵送到現(xiàn)場然后由承包商或工廠人員安裝。這些系統(tǒng)將泵放置在預(yù)先制造的結(jié)構(gòu)上，并將所有的輔助設(shè)備、管路和電氣裝配成一個完整的單元。這種“打包泵送系統(tǒng)”有助于最大限度地減少安裝不當(dāng)?shù)耐獠坑绊懀岣弑玫男阅堋?/SPAN>
為用戶老產(chǎn)品的改造提供最優(yōu)化的解決方案。
以恒盛泵業(yè)股份有限公司為例，憑借強大的生產(chǎn)制造能力和豐富經(jīng)驗，他們?yōu)椴簧偈褪⒑Ｉ掀脚_、船舶用戶提供過整體設(shè)計方案。
傳統(tǒng)的維護方式多為反應(yīng)式維護(設(shè)備已經(jīng)失效，進行事故后維修)或預(yù)防性維護(通過采取適當(dāng)?shù)拇胧瑥亩乐乖O(shè)備發(fā)生故障)。
預(yù)測性維護是在產(chǎn)品出現(xiàn)故障、用戶要求之前派出技術(shù)服務(wù)人員對產(chǎn)品進行維護，這是制造業(yè)所追求的終極目標(biāo)。
在這方面，目前國內(nèi)外泵行業(yè)也僅在少數(shù)監(jiān)測項目上有所突破，如恒盛泵業(yè)承建的勝利油田東營原油庫遷建工程外輸泵項目，其中共涉及恒盛泵業(yè)九臺雙螺桿泵撬塊，撬塊排量最大達1015m/h，撬塊將用于原油庫不同輸油管線，承擔(dān)著原油的輸送任務(wù)。撬塊包含了雙螺桿泵、密封沖洗系統(tǒng)、強制潤滑系統(tǒng)、各種傳感器、變送器、自動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)等。可以用“智能”兩個字概括此次撬塊系統(tǒng)，它可以做到自動控制，實時數(shù)據(jù)采集、在線監(jiān)測與故障診斷，保證設(shè)備安全運行，這與勝利油田整個原油庫信息化、數(shù)字化、智能化的建設(shè)初衷相吻合。通過對系統(tǒng)變化的監(jiān)測，準(zhǔn)確判斷出其存在的問題或?qū)⒁l(fā)生的故障，不僅為用戶解決了目前存在的現(xiàn)實問題，而且為他們以后的維護工作提供了準(zhǔn)確的解決方案。
機泵設(shè)備在很多場合是維持系統(tǒng)流程穩(wěn)定的重要設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對其安全可靠性進行監(jiān)控是非常必要的。
可以為用戶難以維護或難以訪問的遠程機泵系統(tǒng)提供智能解決方案。用戶隨時隨地可以使用智能手機、平板電腦或計算機通過物聯(lián)網(wǎng)對其進行訪問。大大減少流程停機時間、降低維修和運營成本、節(jié)省能源、增加利潤。
除了向用戶提供設(shè)備以外，還可以在設(shè)備整個生命周期內(nèi)，為用戶提供操作、運行管理、維修及維護、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)等全套服務(wù)。
采用租賃、甚至無償使用(利潤分成)的形式向用戶提供產(chǎn)品、產(chǎn)品維修及服務(wù)。
只有實體經(jīng)濟才是經(jīng)濟的根本，是一個國家可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，也是建設(shè)世界強國的必由之路!傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級是大勢所趨。
正如《中國制造2025》中所描繪的：當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式形成歷史性交匯，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑。必須緊緊抓住這一重大歷史機遇，按照“四個全面”戰(zhàn)略布局要求，實施制造強國戰(zhàn)略，加強統(tǒng)籌規(guī)劃和前瞻部署，力爭通過三個十年的努力，到新中國成立一百年時，把我國建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強國，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢打下堅實基礎(chǔ)。
未來的泵產(chǎn)品將全面走向自動化、智能化和集成化。
在大數(shù)據(jù)的支持下，借助現(xiàn)代計算機仿真技術(shù)，未來泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計和水力設(shè)計將變得相對簡單、快捷;而泵本體的節(jié)能增效將變得越來越困難。
未來的泵產(chǎn)品將完全是模塊化設(shè)計，根據(jù)不同用戶的不同需求，增加或減少不同功能的模塊。
作為系統(tǒng)中的一個設(shè)備，未來泵將會與系統(tǒng)一起進行最優(yōu)化的設(shè)計，以追求系統(tǒng)整體高效為最終目標(biāo)。
未來的泵在加工制造上會普遍使用一些先進的制造技術(shù)，如增材制造、仿生制造、柔性制造等。
未來的泵通過大數(shù)據(jù)、云計算，將會實現(xiàn)預(yù)測性維護，很少會出現(xiàn)意外停機的狀況。
未來的泵將會與機器人融合成為智能泵：可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、優(yōu)化運行、故障診斷、人泵對話，甚至具有深度學(xué)習(xí)及故障自我修復(fù)的功能。
