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——據中國液壓氣動密封件工業協會專家委員會副主任王長江報告整理 / ?( i1 k8 a! V2 h% w
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我這題目的英文名字叫Electronification，這是什么含義呢？比如我們以前都說Electronic，叫電子，電子就是3.0，現在提法叫Electronification，這就叫電子化了，這就是工業4.0的概念。協會領導讓我到拉斯維加斯去看看，我確實看到了一些東西，給大家匯報一下，分四個問題。6 D. V" A# L, e' z1 ^6 M
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我國已成為液壓大國
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中國已經是液壓大國了。大家看圖1最底下那個紅線，我們中國液壓氣動密封工業的發展和我們國家的GDP是相符的，和第二產業比呢，第二產業幾乎是平的，但是我們卻是上升的，所以在機械行業當中看出它的重要性了。我國目前液壓規模大約是513億。全世界的流體動力市場是按照歐元匯率計算的，歐洲大約占31%，美國占34%，中國的占了27%。但是，目前我們的行走機械關鍵液壓零部件依賴國外的狀況沒有根本的改變，幾乎70%～80%的利潤基本都給了國外的制造商。工信部產業政策司副司長辛仁周也說了：“有些行業看來很熱鬧，其實大部分的利潤都給了外國的廠家。”我國液壓行業在行走機械市場上除油缸外，絕大部分產品為仿制，僅用于備品備件市場。我們是世界最大的后市場供應商！5 O9 o `2 u" f8 B8 H9 @; H6 i* e
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圖1 中國流體動力行業的發展
) J- z0 H2 c5 J) r* `! I應該說中國的液壓發展的是很快的，從這個展覽會看中國的液壓企業，已經跟國外的液壓企業沒有什么差別了，他們在展示他的理念而不僅僅是展示產品了。但當我們談到中國液壓工業發展的時候，我希望大家思考一個問題：共享單車大家都知道，那么在共享單車的情況下，中國的自行車行業發生了什么問題？有多少企業發了財，有多少企業倒閉了？共享單車絕非簡單的自行車+互聯網，能用于共享的自行車在傳統的自行車基礎上做了許多的創新。那么看到他們，我們中國液壓工業該不該到思考的時候了。習主席說中國進入新時代，那么中國液壓的新時代是什么？怎么進入這個新時代？在新時代能干些什么？' w0 C; f' b, K) J" v8 ^ c
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國際行走機械已邁進工業4.0
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我們所說的行走機械包括這樣幾大類：工程機械、精準農業機械、大型運輸車輛、軍事機械、高鐵機械，這樣的車輛的產量在中國大概是每年200萬臺，這200萬臺怎么能夠進入到工業4.0，這是需要我們來考慮的問題。應該說世界行走機械液壓已經全面進入電子化時代，而我國行走機械液壓剛起步液壓電子控制（目前80%以上液壓元件還沒用電控）也就在剛從2.0進3.0狀態，我們這個彎道怎么超車？怎么從2.0蹦到4.0？這是大家都要思考的問題。 1 `5 J6 Y: I1 ] f 6 A ~ r; U3 a+ Z/ D# M6 h
當我們談到機械智能、談到工業4.0的時候，在行走機械當中主要指兩個智能化，一個叫做運動控制智能化，一個叫機器信息智能化。即工信部要求的兩化融合。 " [ B: d5 t# l' B, d- Q 0 R0 B# @! o* c. i5 t% p0 n◆運動控制智能化& z/ W( o0 l' ?" z3 C
運動控制的智能化主要包括兩個方面的內容：動力流技術和運動解耦伺服控制。 % t6 L1 b1 l3 R, g/ q0 k * s3 @7 \; o3 ^& w動力流的控制，即怎樣把柴油機功率有效地分配在各個驅動軸上，以及如何進行功率回收再利用，也就是大家說的混合動力。對此，我們需要思考的問題包括：①如何以最高的效率來傳遞和轉換動力？②如何以最優的匹配來管理和分配動力？③如何以最佳的協調來控制機構運動的動力？④如何回收制動能量？各大企業都在做這方面的工作，比如力士樂VBOII虛擬放油系統，它的核心是叫壓力耦合，這是一個很大的改變。動力回收需要全面的考慮，你把挖掘機“掘”的力量拿走了，去節能是沒有意義的。而卡特在我們目前水平上又實現了節能33%，這個比例是非常大的。 ) b3 x& ?$ y( v : q5 }4 `1 R- S1 l2 c5 ]
運動解耦伺服控制。行走機械未來會越來越多地從開環控制進入到閉環控制、進入到伺服控制。今年北京展覽會上，卡特展覽了一個2D，提出了一個電子圍欄。2D技術在美國已經用了十年了，3D技術也在美國用十年了，卡特為什么只介紹2D，不介紹3D，這是值得我們思考的。挖掘機只要有了互聯網+以后，完全可以在電子圍欄下自動挖掘，該挖的地方保證挖好，不該挖的地方一定不挖。國際上已經將挖掘機鏟斗的軌跡控制和推土機推土鏟的姿態控制，按六個自由度（6DOF）的控制模式實現，并已成功地進入了工業化和商品化的階段。所以不管是挖掘機還是推土機，未來就會有多種機構解耦控制，而各機構都將有三環控制：速度環、位置環和加速度環。 5 D) d7 S4 r1 n% h4 v+ E( b 1 T6 y8 u5 j& f" u4 q' I
國外的挖掘機早已不只是2D了，而是可以3D，那么3D和2D的挖掘機有什么差別呢？其實挖掘機制造廠并不需要做什麼工作，大家看這個挖掘機上的鏟斗，上面劃了一個白框（見圖2），卡特挖機都做了這么一個槽，你只要把一個塊擱在上面以后，它就可以智能化了。所以對挖掘機廠來講，他并不需要做額外的工作，但是如果拿這樣一個東西擱在我們的挖掘機上就不行，因為卡特挖掘機的液壓系統，是可以支持3D運行，可以支持伺服解耦控制的。挖掘機用衛星定位，鏟斗可以進行無線信號的定位，這樣操作以后，作業誤差小了，作業效率提高了。另外一個大家都知道挖掘機經常出事故，有了無線網絡系統以后，一旦出現危險就會鎖死機器，減少損失。 ! T9 N7 p$ ]* A& a& {$ H, y8 }/ \+ _/ k; U1 g2 o: s( d1 K
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圖2 精準挖掘-即插即用的定位裝置
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有時行走機械需要進行精確操作，推土機有六個自由度，一鏟推過去就完事了，不用人工再修補了，這樣可以節省大量的人力、時間。要想讓農業機械精確化，提高效率，很大程度在于行走機械要解決巡航速度的問題，如果機器不能做恒速運行的話，精準就談不上了，所以精準的前提一定是機器的行走是恒速的。因此現在國外IVT的變速箱發展非常快，在展會上我們看到了大量的公司都生產IVT變速箱，IVT變速箱對于中國的液壓行業來講目前是個空白，現在還沒有做。 ! `/ x& W6 L& T+ L0 o 5 S4 \7 L, \$ N: L, s/ u
新時代行走機械運動解耦伺服控制要考慮：第一，每個液壓軸將從開環控制進入伺服閉環控制；第二，各軸從獨立控制進入多軸統籌解耦控制。所以行走機械的多路閥將發生很大的變化，很多閥芯都帶一個LVDT位移傳感器，就是為了提高精度，為了解決閉環控制。新的多路閥小于125ms全開啟時間是它響應時間的最低要求。而現在大多數多路閥的開啟時間1s，1s去做解耦控制、閉環控制是很困難的，所以如何提高液壓閥的水平是當前需要解決的問題。當有了這樣一個伺服控制以后，它既可以做功率匹配，也可以做壓力控制，又可以做流量分配，還可以做解耦控制和精度控制。有了這個系統以后，將來的挖掘機不分正流量、負流量、流量共享，其實都是一回事兒了。所以下一階段行走機械要有很多的變化，比如流量共享系統，我告訴大家其實流量共享系統不節能，這是世界上正在想辦法解決的問題。因為流量共享系統有一個最低壓差，力士樂最低的壓差14bar，A11V是18bar，林德22bar，大家想想22bar乘以200L流量，在閥孔里面功率損失有多大，所以未來肯定不是僅靠液壓來節能的，而是電子-液壓聯合實現。! }5 S, s' A5 j0 V% r
! D( B# y! |' O8 y: _智能化要用很多新的技術，比說模糊控制，這個概念大家有。比如說怎樣解決功率分配的優先權，是用等比的、還是等值的、還是其他優先權的？這些顯然要通過模糊控制來完成。比如棉花收割機里面大量地使用了伺服系統，怎樣保證收割機不落掉棉團？怎么保證吸進的是棉團而不是梗，如果有了梗，一等棉花就變成三等了，所以有諸多的系統都需要用液壓伺服控制，要用解耦控制來完成。2 H! l+ x1 ]# P$ F
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◆機器信息智能化 6 I! w8 _0 P- O3 F& G; b$ _3 j0 P機器的信息智能化，有很多企業像卡特、小松、三一、徐工都有自己的平臺，但這樣的平臺只能是信息智能化、機器什么狀況你能知道了，但對操作者來講意義不大，為什么？因為操作者在一個工地上絕對不會只使用一家的機器，可能有卡特的挖掘機、徐工的推土機，他們兩個之間怎樣協調？每一家的控制器、每一家的平臺不可能展現競爭對手的狀況。信息智能化需要給出更多的信息，信息智能化就要加上一個智能電控，這是新的概念。時間關系不跟大家講信息智能化的具體內容，但我給大家舉一個健康控制的例子。液壓系統健康主要跟油有關，像我們人一樣，驗血就知道是否健康，液壓系統也要檢驗液壓油的主要參數。現在已經有在線的微型傳感器，國內的廠家也做了軟件。未來的健康將不只是紅燈和綠燈，一定加一個黃燈，假如油的污染度超了，是不是就不能工作了？不一定，專家給你算出來還可以工作多少個小時，你可以把這個機器開回去修理。所以未來都是三燈控制的。上海一家電控公司已經把這樣的軟件做出來了，手機APP可以監控，對于一個企業來講非常重要，因為他知道哪臺設備什么狀況，哪些油該換了。9 ` _, ^! v" k5 K P: u
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另一個信息智能化是針對于電子控制，未來的的網絡平臺很重要，為什么呢？因為通過網絡平臺可以幫助你來編程、做初始化、做調試，這都是云可以幫著你干的。現在的信息控制是各自搞各自的，未來我們要把這所有的信息都連在一起，形成一個新的平臺。2 R3 Q& u# \; c+ w/ w7 J
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電子化液壓產品將有極大的需求
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/ r! ]. |& O. z% G7 H* g我們液壓協會曾經在2015年的時候就提出了要發展十六項產品，此次在美國拉斯維加斯的展覽會中我們看到別人給實現了，這對我們來講是一個很大的壓力。那么這是些什么產品呢？其實主要是七大類產品。 , y6 z8 `+ b w1 J 5 @, S6 J+ D9 p4 G
◆電子泵 7 Y) L+ \8 N M; Q5 H第一類產品是電子泵，油泵做成電子控制的時候，首先要保證泵能控制壓力，這就必須要有很高的頻響，現在一般行走機械的變量泵，其變量時間是500ms，開環的開式系統大約1s，很多主機廠嫌它太快，因為可能會有壓力沖擊，泵容易壞。但是未來做成電子控制的話，變量時間大概在120ms以內，這樣就帶來了很多問題。電子控制變量泵不僅僅是液控改為電比例閥控，本身就是個復雜的自動控制系統，電子泵有若干的技術問題要解決，怎樣調節流量、壓力，圖3的曲線是泵實現壓力、排量控制的過渡過程的特性要求，這個曲線完成靠什么呢？要靠軟件，要靠模糊控制的計算。 5 ^ y5 X, j* [
