隨著國家《智能制造2025》政策的不斷落實(shí)，智能制造在各個(gè)行業(yè)如火如荼的展開，電機(jī)作為國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，國家在2016年開展了智能制造新模式應(yīng)用項(xiàng)目。2018年，第一批開展智能制造試點(diǎn)的企業(yè)面臨項(xiàng)目驗(yàn)收，在第一批項(xiàng)目接近試點(diǎn)收官之際，高效電機(jī)領(lǐng)跑者編輯部采訪了上海電器科學(xué)研究院、國家中小型電機(jī)及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心智能制造部工程師黃先鋒。黃工參加過Y3/YX3/YE2/YE3/YZTE3/YE4等高效超高效電機(jī)研發(fā)工作，而且參與了江蘇大中、山東華力、臥龍電氣、福建安波、江西特種電機(jī)的智能制造新模式應(yīng)用項(xiàng)目，主要負(fù)責(zé)電機(jī)制造工藝路線的設(shè)計(jì)與落實(shí)，智能制造設(shè)備的開發(fā)與方案論證。

黃先鋒

電機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢如何？

      全球電機(jī)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢綜合起來可以歸納為以下幾點(diǎn)：

1 機(jī)電一體化

      隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展和應(yīng)用，中小型電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的運(yùn)行，中小型電機(jī)在各種不同的工況下與計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制器、功率變換器、傳感器等諸多方面連接，還往往要與各級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和負(fù)載（如各種機(jī)械、液壓、氣動(dòng)裝置）整合起來。因此，電機(jī)已不是一個(gè)零部件級(jí)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)。國際上ABB、西門子、三菱等都已從電機(jī)制造企業(yè)發(fā)展為國際知名的電機(jī)及控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品范圍已從以電機(jī)為核心，延伸到變頻器、軟啟動(dòng)器等電機(jī)控制領(lǐng)域，展現(xiàn)出了較大的技術(shù)優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢，占據(jù)較大的市場份額。我國電機(jī)制造企業(yè)已經(jīng)開始關(guān)注電機(jī)控制技術(shù)，但要實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配及其控制一體化，還需付出巨大的努力。

2 電機(jī)及系統(tǒng)的綠色節(jié)能

      電機(jī)及系統(tǒng)效率的提升已成為節(jié)能潛力最有前景的發(fā)展方向之一。國際上各國政府和組織紛紛研究不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同工業(yè)部門的各種各樣電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能方案，制定節(jié)能導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，并開發(fā)相關(guān)綠色節(jié)能產(chǎn)品，如：國際電工委員會(huì)（IEC）統(tǒng)一了全球的電動(dòng)機(jī)能效和測試方法標(biāo)準(zhǔn)，包括歐盟EuroDEEM、美國MMASTER等電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能平臺(tái)，以及歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)劃等。我國正在積極推動(dòng)和扶持高效電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的開展和實(shí)施，高效、超高效的中小型電機(jī)、調(diào)速專用電機(jī)、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)等正成為發(fā)展趨勢。

3 電機(jī)及控制系統(tǒng)的專用化

      為了獲得更好的負(fù)載匹配特性，使電機(jī)及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，國外已開發(fā)出各種專業(yè)電機(jī)及控制系統(tǒng)以滿足不同負(fù)載特性的應(yīng)用場合。我國也將不斷拓展電機(jī)產(chǎn)品的外延和內(nèi)涵，研發(fā)與不同負(fù)載匹配的各種專業(yè)電機(jī)及系統(tǒng)，打破不同負(fù)載應(yīng)用場合長期使用同一類電機(jī)的局面。

4 輕型化、小型化

      許多領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)的體積和重量提出了很高的要求，在石油、化工、煤炭等應(yīng)用領(lǐng)域體現(xiàn)的尤為明顯。為了達(dá)到輕型化、小型化的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中，堅(jiān)持采用先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)質(zhì)材料，優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)了在有效材料保持不變的情況下，單位功率重量下降。例如：小功率電機(jī)的損耗分布中銅耗占比較大，效率大幅度提高比較困難，實(shí)現(xiàn)IE3以上能效級(jí)別不太現(xiàn)實(shí)。而如果采用鑄銅轉(zhuǎn)子替換原來的鑄鋁轉(zhuǎn)子，由于銅的導(dǎo)電性比鋁的高40%左右，電機(jī)總損耗顯著下降，鑄銅轉(zhuǎn)子電機(jī)可以很容易達(dá)到IE3、IE4能效等級(jí)。在小型風(fēng)機(jī)輔機(jī)和長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行電機(jī)等領(lǐng)域，相同功率和效率指標(biāo)的鑄銅轉(zhuǎn)子電機(jī)和鑄鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)相比，前者效率更高，重量更低，更加小型化。

5 智能化

      目前國際上先進(jìn)的電機(jī)系統(tǒng)已集成了診斷、保護(hù)、控制、通訊等功能，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的自我診斷、自我保護(hù)、自我調(diào)速、遠(yuǎn)程控制等。隨著我國裝備制造業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展及工業(yè)化、信息化兩化融合，電機(jī)系統(tǒng)智能化發(fā)展成為必然趨勢。

6 模塊化

      以電機(jī)產(chǎn)品、電機(jī)控制裝置的機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口等實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，可提升電機(jī)系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，目前已成為國際上電機(jī)及系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

7 低噪音

      國外產(chǎn)品在負(fù)載情況下的噪聲已經(jīng)很低，目前我國電機(jī)產(chǎn)品與國外先進(jìn)水平相比還存在著較大差距，比如西門子電機(jī)的負(fù)載噪聲水平僅相當(dāng)于國內(nèi)電機(jī)的空載噪聲水平，國內(nèi)企業(yè)還需加快研究降低電機(jī)系統(tǒng)噪聲的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。

      電機(jī)系統(tǒng)發(fā)展至今已成為集電機(jī)、控制、材料、流體力學(xué)、機(jī)械、結(jié)構(gòu)、電力電子等為一體的綜合學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，其發(fā)展趨勢還將被賦予新的內(nèi)容。

我國電機(jī)行業(yè)的制造水平如何，和歐美國家比如何，有沒有解決的方向？

      電機(jī)是國民經(jīng)濟(jì)中重要的一環(huán)，在節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。我國是世界最大的電機(jī)生產(chǎn)、出口國，作為節(jié)能減排的重要舉措，各國都大力推廣和使用高效節(jié)能電機(jī)，我國也相繼推出了“高效電機(jī)節(jié)能補(bǔ)貼”、“全國電機(jī)能效提升計(jì)劃”等政策助推電機(jī)能效水平提升，預(yù)計(jì)僅工業(yè)用高效、超高效電機(jī)市場規(guī)模將超過600億元，市場前景非常廣闊。

      我國雖是電機(jī)制造大國，卻非制造強(qiáng)國，基本上還是依靠傳統(tǒng)車、銑、磨、刨、鉆床等設(shè)備，雖然有部分設(shè)備實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化，但總體比較零散，距離自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)相距甚遠(yuǎn)，質(zhì)量一致性也與歐美電機(jī)存在較大差距。歐洲知名電機(jī)制造商西門子，采用先進(jìn)的智能化生產(chǎn)裝備，已實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)方式。盡管我國近年在該領(lǐng)域投入了大量資金，但核心加工設(shè)備、加工工藝、智能化制造和管理水平與國際先進(jìn)水平仍存在較大差距，電機(jī)智能制造基本屬于空白。此外，行業(yè)內(nèi)少有具有國際競爭力的骨干企業(yè)，缺乏國際知名品牌，導(dǎo)致在高端產(chǎn)品的研發(fā)和制造領(lǐng)域缺乏市場競爭力。

      為此，電機(jī)行業(yè)急需開展集智能制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)、關(guān)鍵工藝模型研究，以及信息化管理系統(tǒng)研究為一體的智能化運(yùn)營綜合平臺(tái)建設(shè)，并以此引導(dǎo)行業(yè)開展智能制造、綠色制造工程建設(shè)，加快發(fā)展轉(zhuǎn)型，提升我國的電機(jī)制造業(yè)整體水平及國際競爭力。

      智能制造，是對(duì)整個(gè)制造業(yè)價(jià)值鏈的智能化和創(chuàng)新，是信息化與工業(yè)化深度融合的進(jìn)一步提升。智能制造融合了信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)。智能制造包括開發(fā)智能產(chǎn)品；應(yīng)用智能裝備；打造智能工廠；實(shí)行智能研發(fā)；形成智能物流和供應(yīng)鏈體系；開展智能管理；推進(jìn)智能服務(wù)；最終實(shí)現(xiàn)智能決策。智能制造發(fā)展需經(jīng)歷自動(dòng)化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個(gè)階段。每一階段都對(duì)應(yīng)著智能制造體系中某一核心環(huán)節(jié)的不斷成熟。

      綠色制造，又被稱作環(huán)境意識(shí)制造，是指企業(yè)在考慮資源效益的同時(shí)又要兼顧其對(duì)環(huán)境影響的程度。在工業(yè)輸出產(chǎn)品的過程中，包括從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸整個(gè)產(chǎn)品的生命周期之中，企業(yè)要將其對(duì)環(huán)境的負(fù)作用降到最小，且要保證最高的資源有效率，從而使得企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。

      綠色制造側(cè)重降低消耗，減少污染排放，智能制造側(cè)重提質(zhì)增效，兩者相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)不可分割。

      在電機(jī)領(lǐng)域，電機(jī)制造的數(shù)字智能化、綠色化是發(fā)展趨勢，具體包括：通過研發(fā)電機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，搭建電機(jī)生命過程管理與生產(chǎn)管理統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)，建立電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)數(shù)據(jù)庫，對(duì)現(xiàn)有硬件系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造和制造工藝系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)，結(jié)合數(shù)字化產(chǎn)品質(zhì)量和性能檢測系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)計(jì)“綠色化”，制造過程“綠色智能化”。通過電機(jī)數(shù)字智能化制造項(xiàng)目，能夠輻射帶動(dòng)中國裝備制造產(chǎn)業(yè)向自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化方向逐步推進(jìn)，而通過綠色制造能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的制造過程無污染，少排放，通過廢舊電機(jī)再制造、再利用，可提高資源利用效率。

電機(jī)廠智能制造后對(duì)工人就業(yè)的影響怎么樣？

      雖然電機(jī)制造相對(duì)其他行業(yè)比較落后，但仍有一定的技術(shù)含量，一些關(guān)鍵工序：如嵌線，技術(shù)要求比較高，工人培養(yǎng)不易。在智能制造項(xiàng)目中，我們總結(jié)出電機(jī)廠工人年齡分布規(guī)律：50歲以上的工人占25%以上，40歲以上的工人占大約75%，30歲以下的工人占比不到10%。言外之意就是5~10年以后，很多工人年齡增長到50~60歲，屆時(shí)工人體力將不能滿足工廠的需要。而年輕人對(duì)傳統(tǒng)體力勞動(dòng)缺乏興趣，對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)學(xué)習(xí)熱情不高，長此以往，電機(jī)行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)人才斷層現(xiàn)象。我們做過一個(gè)調(diào)研，2017年參加高考的人數(shù)是942萬，?？埔陨先雽W(xué)率超過70%；而2005年到2017年?？埔陨系漠厴I(yè)生保守估計(jì)有5000~6000萬；算上1995~2005年和以前的畢業(yè)生，數(shù)字非常龐大，因此我們的工人整體素質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了變化，人員素質(zhì)越來越高，但是招聘高素質(zhì)的年輕工人卻很難。未來5~10年，90后00后的年輕人會(huì)成為主體，這部分年輕人在初中或高中時(shí)就接觸智能手機(jī)和電子設(shè)備，對(duì)于傳統(tǒng)的作業(yè)方式和工藝，大多數(shù)人不愿意學(xué)習(xí)，更不甘心做體力勞動(dòng)，未來電機(jī)廠招工難問題將會(huì)更加嚴(yán)峻。我們現(xiàn)在做智能制造，目的就是要開發(fā)一些自動(dòng)化，數(shù)字化，智能化的設(shè)備，讓這部分年輕人去操作。否則，年齡大的工人體力較差，效率低，人工成本高；而年輕人不愿意從事傳統(tǒng)體力勞動(dòng)，即使他們愿意做，父母也不同意，導(dǎo)致電機(jī)廠面臨招工難、用工荒等問題。所以，發(fā)展智能制造對(duì)電機(jī)廠是非常必要的，為了企業(yè)發(fā)展，企業(yè)一定要未雨綢繆，提前布局智能制造。

電機(jī)行業(yè)的智能制造項(xiàng)目對(duì)電機(jī)生產(chǎn)設(shè)備商有何影響？國產(chǎn)的設(shè)備能達(dá)到要求嗎？

      國內(nèi)電機(jī)廠的加工設(shè)備大部分是購買自市場上通用的設(shè)備，因?yàn)閷ｉT為電機(jī)行業(yè)開發(fā)的設(shè)備很少，即使有也只是一部分性能單一的設(shè)備，總之，電機(jī)廠商對(duì)設(shè)備的總體要求不高。國內(nèi)設(shè)備制造商，生產(chǎn)能力已有很大提高，例如部分軟件供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商，不足之處是缺乏對(duì)電機(jī)生產(chǎn)工藝要求和產(chǎn)品的深入了解。如果設(shè)備制造商深入研究電機(jī)生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)和個(gè)性化要求，結(jié)合不同電機(jī)廠不同個(gè)性化產(chǎn)品的要求，配合目前的自動(dòng)化技術(shù)，開發(fā)適合電機(jī)行業(yè)制造工序工藝的專用設(shè)備是可以實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵之處是設(shè)備制造商要深入理解電機(jī)生產(chǎn)工藝要求和特點(diǎn)，與自動(dòng)化和智能化相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行溝通，共同根據(jù)電機(jī)生產(chǎn)的特點(diǎn)開發(fā)專用設(shè)備和信息化管理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)不同電機(jī)廠的產(chǎn)品要求，稍作調(diào)整即可使用。在電機(jī)廠的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高的同時(shí)，也給一部分學(xué)識(shí)豐富的年輕員工提供了技能施展平臺(tái)。

從長遠(yuǎn)來看，智能制造對(duì)電機(jī)行業(yè)有哪些影響？

      目前，在電機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，絕大多數(shù)電機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備，大部分是通用型號(hào)的電機(jī)，很少有針對(duì)不同行業(yè)和工況運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化、定制化生產(chǎn)的情況，導(dǎo)致電機(jī)制造企業(yè)都是被動(dòng)地為下游的風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等企業(yè)配套，在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造過程中，缺少話語權(quán)。而且在高端智能加工中心和關(guān)節(jié)機(jī)器人用高端伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，國外產(chǎn)品占據(jù)主流市場，類似情況不勝枚舉。

      但是隨著國內(nèi)YE4系列超超高效電機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)收完成，國家機(jī)器人檢測中心成功建設(shè)，電機(jī)智能制造項(xiàng)目的順利推進(jìn)，我國的落后局面將會(huì)大大改觀。目前正在進(jìn)行的智能制造新模式項(xiàng)目包括：江蘇大中電機(jī)超高效電機(jī)智能制造項(xiàng)目、山東華力電機(jī)超高速永磁電機(jī)智能制造項(xiàng)目、福建安波電機(jī)超高效永磁電機(jī)智能制造項(xiàng)目、臥龍電氣和江特電機(jī)的新能源汽車永磁電機(jī)智能制造項(xiàng)目、中車集團(tuán)永磁大功率牽引電機(jī)智能制造項(xiàng)目。這些項(xiàng)目將促進(jìn)我國在高效電機(jī)及系統(tǒng)節(jié)能、高端裝備和機(jī)器人、新能源汽車、高鐵和智能交通等領(lǐng)域快速發(fā)展。節(jié)能和新能源及交通領(lǐng)域的進(jìn)步將有利于節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展；高端裝備和機(jī)器人領(lǐng)域的進(jìn)步反過來會(huì)促進(jìn)智能制造領(lǐng)域的發(fā)展，特別是電機(jī)智能制造。電機(jī)智能制造項(xiàng)目的推進(jìn)，賦予了電機(jī)制造企業(yè)個(gè)性化、定制化、專用化生產(chǎn)的能力，未來可以滿足不同行業(yè)客戶的個(gè)性需求，搶占全球高端電機(jī)市場。

      在電機(jī)智能制造技術(shù)領(lǐng)域，山東華力電機(jī)集團(tuán)正在籌建電機(jī)制造數(shù)字化生產(chǎn)線，未來將采用包括鐵心沖壓、有繞組鐵心制造、精加工、整機(jī)總裝等多個(gè)關(guān)鍵工藝流程，集成應(yīng)用智能數(shù)控機(jī)床、3D打印、機(jī)器人、智能物流等關(guān)鍵技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)融合數(shù)字化三維設(shè)計(jì)、效能管理、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化等為一體的智能制造新模式。預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)總體生產(chǎn)效率提高25%，生產(chǎn)運(yùn)營成本降低25%，不良品率降低40%，產(chǎn)品研制周期縮短35%，產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化率達(dá)到100%，關(guān)鍵加工工序數(shù)控化率達(dá)到85%。項(xiàng)目建成后，將會(huì)帶動(dòng)形成一批有代表性的電機(jī)生產(chǎn)專用智能設(shè)備和精益工業(yè)方案，未來該模式可以復(fù)制到電機(jī)行業(yè)的大部分生產(chǎn)制造企業(yè)和電機(jī)設(shè)備制造企業(yè)，促進(jìn)電機(jī)制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高生產(chǎn)效率。

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