2013年，德國(guó)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(guó)叫“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，我國(guó)叫“中國(guó)制造2025”，這三者本質(zhì)內(nèi)容是一致的，都指向一個(gè)核心，就是智能制造。

?

?

　　智能制造被譽(yù)為二十一世紀(jì)的工業(yè)革命，已成為全球先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的突出趨勢(shì)。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(dòng)化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程、制造過程、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。

　　作者認(rèn)為智能制造具體體現(xiàn)在四個(gè)方面：生產(chǎn)智能化、產(chǎn)品智能化、生產(chǎn)服務(wù)化、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算。

　　智能制造時(shí)代的來臨，層出不窮的新技術(shù)已開始應(yīng)用于無人駕駛、智能手機(jī)等，日新月異的高科技正在滲透進(jìn)我們生活的方方面面。從制造有形商品，到提供無形價(jià)值，傳統(tǒng)的制造業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)大的變局，迫切需要一場(chǎng)史無前例的產(chǎn)業(yè)“升級(jí)”。

　　對(duì)于離心泵行業(yè)來說，既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，且隨之而來的可能是國(guó)際、國(guó)內(nèi)離心泵企業(yè)的重新大洗牌。為了在這場(chǎng)變局中生存，各大公司紛紛進(jìn)行布局，搶灘制高點(diǎn)。能否應(yīng)對(duì)如此迅速的升級(jí)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，通過國(guó)內(nèi)外一些公司在智能制造方面的成功經(jīng)驗(yàn)或嘗試，探討國(guó)內(nèi)離心泵行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)制造到智能制造的華麗轉(zhuǎn)變。

?

?

　　1 生產(chǎn)智能化

　　當(dāng)你走進(jìn)工廠，除了機(jī)床的轟鳴聲和機(jī)器人精準(zhǔn)的移動(dòng)之外，幾乎看不到一名工人，整片作業(yè)區(qū)域幾無照明，這便是 “黑燈工廠”。“黑燈工廠”是“Dark Factory”的直譯，即智慧工廠，因?yàn)闊o需人工操作，所以可以關(guān)燈運(yùn)行。而智慧工廠的建立，離不開大量工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。

　　2015年，網(wǎng)上曾流傳過一段關(guān)于德國(guó)工業(yè)4.0的最佳示范單位 - 西門子公司“未來工廠”的視頻(及相應(yīng)的文章)，我想所有看過這段視頻的人都會(huì)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(kuò)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(gè)產(chǎn)品。同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量合格率高達(dá)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(jī)器控制機(jī)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(dá)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(jī)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(jìn)，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大背景下，目前，類似的智慧車間、智慧工廠在我國(guó)也如雨后春筍般出現(xiàn)。從2015年到2017年，我國(guó)共有206個(gè)項(xiàng)目入選工信部智能制造試點(diǎn)示范名單。初步統(tǒng)計(jì)，試點(diǎn)示范項(xiàng)目智能化改造后，生產(chǎn)效率平均提升30 % 以上，運(yùn)營(yíng)成本平均降低20 % 左右;有19家試點(diǎn)示范企業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)105家相關(guān)企業(yè)的復(fù)制推廣。

　　以海爾冰箱沈陽互聯(lián)工廠為例，該工廠是行業(yè)內(nèi)第一個(gè)數(shù)字化互聯(lián)工廠，其重要特點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)高度的柔性，滿足個(gè)性化定制的需求。在整個(gè)互聯(lián)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(dòng)化三大路徑，目前正在數(shù)字化快速發(fā)展。互聯(lián)工廠按工藝布局轉(zhuǎn)變?yōu)榘茨K布局，每個(gè)模塊都是一條生產(chǎn)線，可以單獨(dú)進(jìn)行生產(chǎn)，并以并聯(lián)的形式快速完成一臺(tái)冰箱的生產(chǎn)。

　　智慧工廠的顯著特點(diǎn)是：滿足不同消費(fèi)者的不同需求，實(shí)現(xiàn)多品種、小批量、定制生產(chǎn)。雖然人們對(duì)于“智慧工廠”的理解各不相同，但其離不開以下幾個(gè)具體特征：

　　(1) 設(shè)備間信息互聯(lián)。(2) 具備自學(xué)能力，自動(dòng)判斷、優(yōu)化生產(chǎn)流程等。(3) 滿足個(gè)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，大幅度降低生產(chǎn)成本。(4) 配套智能物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)出入庫管理的高效性。(5) 注重環(huán)境友好，實(shí)現(xiàn)綠色制造。(6) 可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)洞察。

　　僅有自動(dòng)化生產(chǎn)線和工業(yè)機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、透明化、可視化、精益化，而且在產(chǎn)品檢測(cè)、質(zhì)量檢驗(yàn)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)集成。一個(gè)工廠的多個(gè)車間之間也要實(shí)現(xiàn)信息共享、準(zhǔn)時(shí)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(jì))必須滿足以下幾點(diǎn)：

　　(1) 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。除了市場(chǎng)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(huì)用到(如葉輪/殼體耐磨環(huán))，對(duì)于這類零件，可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

　　(2) 模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)通常以功能區(qū)分、部件的型式出現(xiàn)。針對(duì)某一特定的市場(chǎng)需求，可以像搭積木一樣，將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的零件、模塊化設(shè)計(jì)的部件與專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的零件進(jìn)行快速的拼接即可。模塊化設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)方法之一，可以同時(shí)滿足產(chǎn)品的功能和環(huán)境屬性。國(guó)外很多離心泵制造商甚至在水力設(shè)計(jì)方面也做到了模塊化設(shè)計(jì)，如德國(guó)KSB公司的OMEGA泵，同一種泵殼可配兩種不同水力的葉輪，從而滿足不同工況性能的要求。

　　(3) 參數(shù)化設(shè)計(jì)。除對(duì)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(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。只要改變其中一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)，就會(huì)快速自動(dòng)生成一只新的零件。

　　(4) 設(shè)計(jì)流程的標(biāo)準(zhǔn)化。從水力設(shè)計(jì)開始，到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(含外觀設(shè)計(jì))、CFD分析、應(yīng)力和疲勞分析、強(qiáng)度校核、抗震分析以及臨界轉(zhuǎn)速分析等，做到設(shè)計(jì)流程的標(biāo)準(zhǔn)化。

　　智慧工廠的建立，不僅可以大大提高勞動(dòng)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“小而精”、具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。這一點(diǎn)，幾乎對(duì)于所有泵制造廠都適用。

?

　　2 產(chǎn)品智能化

　　產(chǎn)品智能化就是將產(chǎn)品作為一個(gè)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(jìn)行管理。

　　美國(guó)水力協(xié)會(huì)和美國(guó)石油協(xié)會(huì)分別適時(shí)在ANSI/HI 9.6.9 -2014 "Rotary Pumps - Guideline for Condition Monitoring"(原為ANSI/HI 9.6.5 - 2000)、API670 "Machinery Protection Systems" 最新版本中介紹了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的創(chuàng)新。

　　要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化，需要使用多種傳感器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，在發(fā)生不可逆的故障或停機(jī)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(jìn)行以下監(jiān)測(cè)：

　　(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(rùn)滑油、冷卻水及泵進(jìn)/出口介質(zhì)的溫度;還涉及到泵殼體上/下溫差。通過對(duì)泵進(jìn)/出口介質(zhì)溫度的監(jiān)測(cè)，有助于預(yù)測(cè)汽蝕的發(fā)生;通過對(duì)泵殼體上/下溫差的監(jiān)測(cè)，判斷是否進(jìn)行了充分的暖泵。

　　(2) 壓力及壓差。主要包括泵進(jìn)/出口的壓力、冷卻水及潤(rùn)滑油的壓力、機(jī)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(cè)泵殼體/葉輪耐磨環(huán)更換時(shí)間及開式葉輪間隙調(diào)整時(shí)間;通過流量監(jiān)測(cè)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(yùn)行的離心泵，以觀察其對(duì)泵性能的影響。

　　(5) 應(yīng)變。預(yù)測(cè)動(dòng)/靜零部件之間是否會(huì)發(fā)生摩擦、泵殼體的腐蝕及現(xiàn)場(chǎng)管路支撐問題;另外，還可以監(jiān)測(cè)離心泵軸向力的變化。

　　(6) 液位。包括供液箱的液位、潤(rùn)滑油箱的液位及密封系統(tǒng)緩沖/隔離罐的液位。通過對(duì)供液箱液位的監(jiān)測(cè)，可以預(yù)測(cè)泵汽蝕的發(fā)生。

　　(7) 泄漏。主要用于預(yù)測(cè)密封故障或壓力邊界的失效。壓力積聚是監(jiān)測(cè)泄漏的一種方式。通過一個(gè)雙重?zé)o壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測(cè)到密封儲(chǔ)罐隔離液壓力的變化。這是通過將儲(chǔ)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(cè)泄漏的方式是注意到隔離液流量的變化。

　　通過一個(gè)雙重?zé)o壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測(cè)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(gè)雙重有壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測(cè)到從循環(huán)系統(tǒng)和儲(chǔ)液罐的隔離液位的變化。

　　(8) 振動(dòng)。引起離心泵振動(dòng)的原因很多，包括泵本體設(shè)計(jì)原因和外部條件因素兩大類。而泵本體設(shè)計(jì)引起的振動(dòng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，機(jī)械引起的振動(dòng)和水力引起的振動(dòng)。

　　機(jī)械引起的振動(dòng)主要由轉(zhuǎn)子部件不平衡、軸發(fā)生彎曲或變形、動(dòng)/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(yùn)行、零部件松動(dòng)或損壞等原因所引起;水力引起的振動(dòng)主要由偏離泵的最佳效率點(diǎn)運(yùn)行、泵送介質(zhì)發(fā)生汽化、葉輪葉片太靠近蝸舌(cutwater)運(yùn)行、內(nèi)部回流等原因所引起[2]。通過振動(dòng)監(jiān)測(cè)可以檢測(cè)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(dòng)/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(cè)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(jī)械密封對(duì)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(cè)量軸撓度，以確保旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件不會(huì)發(fā)生接觸。同時(shí)，軸撓度過大，會(huì)導(dǎo)致耐磨環(huán)、機(jī)械密封和軸承過早失效。

　　(14) 含水量。通過對(duì)潤(rùn)滑油含水量的檢測(cè)，預(yù)測(cè)潤(rùn)滑油的更換周期。

　　產(chǎn)品的智能化離不開人工智能AI。對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè) - 離心泵行業(yè)來說，一種最便捷快速地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化的途徑是“與AI公司進(jìn)行深度合作”，對(duì)傳統(tǒng)制造設(shè)備賦予智能化的功能，從而實(shí)現(xiàn)與AI的有機(jī)融合。

?

　　3 生產(chǎn)服務(wù)化

　　設(shè)備制造商通過網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備在用戶現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，以判斷產(chǎn)品什么時(shí)候需要維修和保養(yǎng)。在這個(gè)階段，所有制造商都會(huì)向服務(wù)商轉(zhuǎn)型。

　　《中國(guó)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(dòng)商業(yè)模式創(chuàng)新，促進(jìn)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(dá)國(guó)家已經(jīng)走了很長(zhǎng)的路。

　　2010年德勤咨詢公司對(duì)全球80家領(lǐng)先制造業(yè)公司進(jìn)行了一個(gè)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示，服務(wù)收入占銷售收入的平均值為26%(而我國(guó)不足10%);服務(wù)凈利潤(rùn)貢獻(xiàn)率平均值達(dá)46%。美國(guó)GE公司50% 以上的利潤(rùn)來源于服務(wù)。

　　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(duì)于離心泵行業(yè)來說，可以從以下三個(gè)方面著手：

　　(1) 產(chǎn)品

　　由泵制造商提供完整的泵送系統(tǒng)，而不是將單臺(tái)泵送到現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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>

　　德國(guó)KSB公司在供水(泵)系統(tǒng)上配備了控制單元Controlmatic，根據(jù)壓力或流量的變化，自動(dòng)控制泵的啟動(dòng)或停機(jī);在消防泵上配備了自動(dòng)消防系統(tǒng)EDS、DU/EU等。

　　瑞士SULZER公司可為市政廢水泵站用泵配置不同的控制器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，用以幫助泵站在整個(gè)生命周期中最大限度地降低運(yùn)營(yíng)成本、并提高運(yùn)行可靠性。

　　Xylem公司的Lowara智能泵系列配備內(nèi)置的超高效IE5永磁電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)商業(yè)建筑的供水和暖通空調(diào)應(yīng)用的最佳性能。該公司為迪拜的哈利法塔采用了完全集成的系統(tǒng)，可以控制酒店水箱的水位，并控制流量、壓力和溫度。

　　美國(guó)FLOWSERVE公司開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的軟件程序 - IPS觀察平臺(tái)和Flowstar.net，可以實(shí)現(xiàn)：通過簡(jiǎn)化的示意圖查看性能狀態(tài);監(jiān)控實(shí)時(shí)設(shè)備性能;進(jìn)行預(yù)測(cè)分析;基于事實(shí)和可證實(shí)數(shù)據(jù)的糾正措施建議;回顧設(shè)備歷史信息;管理設(shè)備更換、維修、保養(yǎng)、調(diào)整的時(shí)間及成本等。

　　在“打包泵送系統(tǒng)”方面，國(guó)內(nèi)也有不少泵廠具有非常成熟的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，例如上海邦浦實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司的智能供水系統(tǒng)等。

　　為用戶老產(chǎn)品的改造提供最優(yōu)化的解決方案。

　　以中國(guó)電建集團(tuán)上海能源裝備有限公司為例，他們?yōu)椴簧倩痣姀S用戶提供過鍋爐給水泵節(jié)能改造整體方案。

　　案例1. 電動(dòng)給水泵變頻改造

　　在整個(gè)電動(dòng)給水泵組(前置泵+電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+鍋爐給水泵)中，前置泵、電動(dòng)機(jī)及鍋爐給水泵的效率相對(duì)穩(wěn)定，但是，由于設(shè)計(jì)規(guī)程設(shè)計(jì)余量較大以及高峰運(yùn)行的需要，導(dǎo)致電動(dòng)給水泵組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，偶合器的實(shí)際運(yùn)行效率遠(yuǎn)小于其設(shè)計(jì)效率。

　　變頻改造方案：普通電動(dòng)機(jī)改為變頻電機(jī)，同時(shí)偶合器改為齒輪箱。已有多項(xiàng)業(yè)績(jī)：大唐貴州野馬寨電廠3×200MW機(jī)組、山西永濟(jì)電廠2×330MW機(jī)組、崇信電廠2×660MW機(jī)組等。

　　案例2. 電泵改汽泵

　　為了減少電廠用電負(fù)荷，目前電改汽項(xiàng)目很多，將案例1中的驅(qū)動(dòng)方式改為小汽機(jī)+減速箱。小汽機(jī)采用雙軸伸，一端直接驅(qū)動(dòng)給水泵，另一端與減速箱一起驅(qū)動(dòng)前置泵。已有多項(xiàng)業(yè)績(jī)：華能淮陰電廠、山西華光電廠、呼和浩特金橋電廠等。

　　為新上項(xiàng)目提供符合國(guó)家最新政策、滿足市場(chǎng)更高要求的產(chǎn)品。

　　以上海凱士比泵有限公司電站泵為例，為滿足市場(chǎng)(安全可靠、高效節(jié)能)的要求，從2013年開始投入了5000多萬元人民幣進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)鍋爐給水泵整體性能進(jìn)行大幅度的提升。2015年投產(chǎn)的泰州電廠二次再熱發(fā)電機(jī)組目前是世界上參數(shù)最高、效率最高的機(jī)組，也是我國(guó)燃煤電廠技術(shù)發(fā)展水平的集中展現(xiàn)。

　　其中，上海凱士比泵有限公司交付的CHTD7型泵揚(yáng)程達(dá)到4136米，效率達(dá)到85.2 %，跨進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平。2015年獲得的方家莊電廠供貨合同，CHTD9型鍋爐給水泵的效率達(dá)到86.8 %，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　目前，上海凱士比泵有限公司超超臨界機(jī)組三大主要用泵(鍋爐給水泵、凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵)產(chǎn)能達(dá)到150臺(tái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率均達(dá)到30 % 以上，而且是目前國(guó)內(nèi)唯一能提供超超臨界機(jī)組三大泵的企業(yè)。

　　(2) 維護(hù)

　　傳統(tǒng)的維護(hù)方式多為反應(yīng)式維護(hù)(設(shè)備已經(jīng)失效，進(jìn)行事故后維修)或預(yù)防性維護(hù)(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(cè)性維護(hù)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行維護(hù)，這是制造業(yè)所追求的終極目標(biāo)。

　　在這方面，目前國(guó)內(nèi)外離心泵行業(yè)也僅在少數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目上有所突破，如吉林宇琦泵業(yè)有限公司與國(guó)際著名的預(yù)測(cè)性維護(hù)ITR公司合作，通過對(duì)離心泵振動(dòng)變化的監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確判斷出其存在的問題或?qū)⒁l(fā)生的故障，不僅為中國(guó)石化用戶解決了目前存在的現(xiàn)實(shí)問題，而且為他們以后的維護(hù)工作提供了準(zhǔn)確的解決方案。

　　為了迅速適應(yīng)生產(chǎn)和高效地響應(yīng)不斷變化的條件及新訂單，KSB公司開發(fā)了適用于智能手機(jī)和平板電腦的Sonolyzer APP，可以在20秒內(nèi)確定定速泵的效率(見圖1)。

　　它通過記錄電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇發(fā)出的噪音，將其與用戶輸入的性能數(shù)據(jù)相匹配。然后將用戶輸入的性能數(shù)據(jù)與制造商開發(fā)的水力數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，APP可以確定泵是否在部分負(fù)荷下運(yùn)行，并通過優(yōu)化水力系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)設(shè)備來讓用戶知道是否存在節(jié)能空間。

　　圖1- KSB公司適用于智能手機(jī)和平板電腦的Sonolyzer APP確定定速泵的效率

　　西門子的“智能水管理”方案解決了水務(wù)行業(yè)面臨的特殊挑戰(zhàn)，包括檢測(cè)高成本的泄漏、高耗能泵站的成本以及強(qiáng)降雨期間廢水的破壞性影響。研究估計(jì)，高達(dá)40%的水通常會(huì)被泄漏掉，可以使用智能分析解決方案進(jìn)行回收，這些泄漏導(dǎo)致的電力成本可以降低30%[3]。

　　對(duì)于一些危險(xiǎn)工況，例如核電站核島內(nèi)設(shè)備的維護(hù)，由于設(shè)備本身或其運(yùn)行環(huán)境具有放射性，同時(shí)還兼有高溫、高壓等特點(diǎn)，利用機(jī)器人進(jìn)行設(shè)備檢修或以大幅提高核電站的檢修水平或事故處理效率，降低工作人員受輻照劑量和勞動(dòng)強(qiáng)度，致力于開發(fā)出適應(yīng)核輻射環(huán)境、性能先進(jìn)可靠的核電站機(jī)器人一直是核工業(yè)界追求的目標(biāo)。

　　在這方面，歐美日等西方發(fā)達(dá)國(guó)家都投入了大量的人力、物力進(jìn)行了核電智能機(jī)器人的研發(fā)，并且已研制出可以真正適應(yīng)高輻射環(huán)境、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作的核電站機(jī)器人，如德國(guó)的EMSM系列、法國(guó)SRA公司的FOSAR系列等[4]。

　　但是核島泵用維護(hù)機(jī)器人還未出現(xiàn)，目前仍普遍采用安裝于設(shè)備上的專用工具對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆裝維護(hù)，無法降低操作人員的輻照劑量。即使是這樣的拆裝工具，一套往往也高達(dá)千萬甚至數(shù)千萬人民幣。

　　隨著我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)規(guī)模及市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)于國(guó)內(nèi)一些有實(shí)力的泵公司，建議首先可以從拆裝維護(hù)用的遙控機(jī)械臂開始、與工業(yè)機(jī)器人公司合作，研發(fā)出適合輻射環(huán)境、降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度及輻照、遠(yuǎn)程控制技術(shù)的自動(dòng)化工具，作為企業(yè)利潤(rùn)的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。待具有一定的技術(shù)積累和使用經(jīng)驗(yàn)以后，再開發(fā)出融合先進(jìn)的傳感技術(shù)、視覺處理技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的自動(dòng)化、智能化的核電站機(jī)器人。

　　(3) 服務(wù)

　　離心泵在很多場(chǎng)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(duì)其安全可靠性進(jìn)行監(jiān)控是非常必要的。

　　可以為用戶難以維護(hù)或難以訪問的遠(yuǎn)程離心泵提供智能解決方案。用戶隨時(shí)隨地可以使用智能手機(jī)、平板電腦或計(jì)算機(jī)通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行訪問。備件也可以從泵制造商的ERP系統(tǒng)中看到，而無需接觸ERP操作員。這樣可以大大減少流程停機(jī)時(shí)間、降低維修和運(yùn)營(yíng)成本、節(jié)省能源、增加利潤(rùn)。

　　對(duì)于有實(shí)力的泵公司，除了向用戶提供設(shè)備以外，還可以在設(shè)備整個(gè)生命周期內(nèi)，為用戶提供操作、運(yùn)行管理、維修及維護(hù)、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(rùn)分成)的形式向用戶提供產(chǎn)品、產(chǎn)品維修及服務(wù)。

?

　　4 大數(shù)據(jù)和云計(jì)算

　　對(duì)于收集到的大量運(yùn)行狀態(tài)信息需要計(jì)算的支持。通過使用數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制和分析，改變用戶的運(yùn)營(yíng)方式，并幫助他們提高運(yùn)營(yíng)效率。

　　如何從海量的運(yùn)行狀態(tài)信息中準(zhǔn)確地對(duì)故障做出預(yù)測(cè)或診斷?

　　案例. 壓力油潤(rùn)滑推力軸承溫度偏高的原因分析

　　傳感器提供的監(jiān)測(cè)信息如下：

　　(1) 軸承溫度偏高;(2) 冷卻水和潤(rùn)滑油壓力正常;(3) 冷卻水和潤(rùn)滑油溫度正常;(4) 泵殼體應(yīng)變正常;(5) 軸向力應(yīng)變正常;(6) 潤(rùn)滑油含水量正常;(7) 機(jī)械密封開始出現(xiàn)泄漏;(8) 軸承座振動(dòng)超標(biāo)，振動(dòng)頻率以1倍頻為主。

　　由上述信息可以得出：軸承溫度偏高與冷卻水和潤(rùn)滑油無關(guān);機(jī)械密封開始出現(xiàn)泄漏與振動(dòng)相關(guān);而引起振動(dòng)超標(biāo)的振動(dòng)頻率以1倍頻為主，由此可以判斷軸承溫度偏高是由振動(dòng)(1倍頻)引起的。

　　1倍頻偏高，說明(1) 轉(zhuǎn)子不平衡;(2) 軸彎曲;(3) 機(jī)械松動(dòng)。

　　由于上述泵型為成熟產(chǎn)品，且出廠前進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)一切正常，最終判斷軸承溫度偏高的原因由機(jī)械松動(dòng)所引起。建議檢查泵支撐底座是否松動(dòng)。

　　說明：以上僅提供一種可參考的預(yù)測(cè)或診斷思路，結(jié)果不一定非常準(zhǔn)確。

　　制造業(yè)只有與云計(jì)算相互融合才能真正稱得上智能制造。云計(jì)算，是用足夠低的成本、商業(yè)化的模式來解決大計(jì)算的問題。如果沒有計(jì)算能力，就談不上大數(shù)據(jù)時(shí)代，就談不上海量數(shù)據(jù)的高效應(yīng)用。阿里云認(rèn)為：計(jì)算的終極意義是發(fā)揮數(shù)字的力量，去解決問題、創(chuàng)造價(jià)值。

　　老牌制造企業(yè)美國(guó)通用電氣公司(GE)在2015年推出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)Predix，其希望Predix云平臺(tái)能夠通過數(shù)據(jù)升級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)與制造。僅僅一年后，德國(guó)西門子公司也推出了MindSphere工業(yè)云平臺(tái)，一個(gè)基于云端開放的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

　　中國(guó)企業(yè)同樣在積極探索。2016年，徐工集團(tuán)宣布和阿里云簽約共同搭建“徐工工業(yè)云”(XCMG-Cloud)，雙方在中間件平臺(tái)上協(xié)同建設(shè)共享服務(wù)中心;在軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)云、全球物聯(lián)網(wǎng)、智能供應(yīng)鏈、智能工廠等等。

　　“到云上去”是傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。企業(yè)上云、以云計(jì)算技術(shù)和平臺(tái)為支撐，不僅可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行故障預(yù)測(cè)或診斷、提高效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，而且還可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及市場(chǎng)需求，為公司的發(fā)展決策、產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)提供依據(jù)。

　　不過，對(duì)于國(guó)計(jì)民生具有重大影響的火電廠及核電站用離心泵，出于安全考慮，通常不適用于云計(jì)算。

　　英國(guó)智庫Chatham研究所的2015年度報(bào)告中指出，已經(jīng)發(fā)生了大約50起襲擊核電站控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的事件，核電站遭受嚴(yán)重網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)越來越大。

　　2003年，Slammer蠕蟲病毒癱瘓了俄亥俄州Davis Besse核電站的網(wǎng)絡(luò)，并使得其中一個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)失效5小時(shí)。萬幸的是，當(dāng)時(shí)該核電廠處于離線的狀態(tài)。

　　2006年8月，亞拉巴馬州的Browns Ferry核電站的兩個(gè)部件出現(xiàn)了故障：反應(yīng)堆冷卻劑泵和冷凝器去礦化物控制器。這些故障導(dǎo)致電廠的3號(hào)機(jī)組不得不手動(dòng)關(guān)閉。在這個(gè)事件中，造成問題的原因是微處理器在兩個(gè)故障設(shè)備中的以太網(wǎng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸量過大導(dǎo)致失效。

　　2010年9月，伊朗核設(shè)施突遭來源不明的網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊事件，導(dǎo)致納坦茲離心濃縮廠的上千臺(tái)離心機(jī)報(bào)廢，剛封頂?shù)牟际矤柡穗娬静坏貌蝗〕龊巳剂喜⒀悠趩?dòng)，事件所造成的嚴(yán)重后果，令世人震驚。

?

　　5 面臨的困難

　　高校人才培養(yǎng)不僅與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求脫節(jié)，而且忽視基礎(chǔ)教育。很多高學(xué)歷畢業(yè)生居然不會(huì)寫郵件、不會(huì)編輯文檔、不會(huì)撰寫科研報(bào)告，甚至很多從事制造業(yè)技術(shù)工作的畢業(yè)生無法將自己設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件準(zhǔn)確地表達(dá)出來(不懂機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)、不會(huì)標(biāo)注尺寸)。

　　能夠沉下心來踏踏實(shí)實(shí)地從事傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)工作的人員越來越少，有經(jīng)驗(yàn)的高技術(shù)人才、特別是跨界復(fù)合型人才嚴(yán)重缺乏。

　　缺少資金。技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)需要花費(fèi)大量的資金，如何籌措這方面的資金(政府資助、公司上市、眾籌、風(fēng)投或引進(jìn)其它社會(huì)資金?)成了考驗(yàn)傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)智慧的嚴(yán)峻問題。

　　市場(chǎng)對(duì)自主創(chuàng)新的、傳統(tǒng)行業(yè)的智能產(chǎn)品不夠信任。

　　市場(chǎng)營(yíng)利的短期行為盛行，抑制了智能制造的積極性。

?

　　6 展望與信心

　　2018年第2季度，美國(guó)的GDP增速震撼世界 - 達(dá)到驚人的4.1 %，而同期，世界主要發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體經(jīng)濟(jì)增速普遍在1~2 %。美國(guó)何以能實(shí)現(xiàn)這種高增長(zhǎng)?一個(gè)最主要的原因是中、高端制造業(yè)(實(shí)體經(jīng)濟(jì))的回歸。只有實(shí)體經(jīng)濟(jì)才是經(jīng)濟(jì)的根本，是一個(gè)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，也是建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)的必由之路!傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)是大勢(shì)所趨。

　　正如《中國(guó)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(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，國(guó)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(jī)遇，按照“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局要求，實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃和前瞻部署，力爭(zhēng)通過三個(gè)十年的努力，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，把我國(guó)建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強(qiáng)國(guó)，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　未來的離心泵將全面走向自動(dòng)化、智能化和集成化。

　　在大數(shù)據(jù)的支持下，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，未來離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力設(shè)計(jì)將變得相對(duì)簡(jiǎn)單、快捷;而泵本體的節(jié)能增效將變得越來越困難。

　　未來的離心泵將完全是模塊化設(shè)計(jì)，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(gè)設(shè)備，未來離心泵將會(huì)與系統(tǒng)一起進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，以追求系統(tǒng)整體高效為最終目標(biāo)。

　　未來的離心泵在加工制造上會(huì)普遍使用一些先進(jìn)的制造技術(shù)，如增材制造、仿生制造、柔性制造等。

　　未來的離心泵通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算，將會(huì)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，很少會(huì)出現(xiàn)意外停機(jī)的狀況。

　　未來的離心泵將會(huì)與機(jī)器人融合成為智能泵：可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、優(yōu)化運(yùn)行、故障診斷、人泵對(duì)話，甚至具有深度學(xué)習(xí)及故障自我修復(fù)的功能。

　　對(duì)于中國(guó)的離心泵行業(yè)，我們充滿期待。