數(shù)字化工廠技術(shù)在鍋爐智能制造中的應(yīng)用

程 愷

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011）

隨著制造行業(yè)的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子信息技術(shù)、人工智能等高新科學(xué)技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)制造行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，提高制造行業(yè)的科技水平，目前業(yè)內(nèi)對(duì)建設(shè)數(shù)字化工廠的重視程度不斷提高，而且已形成了較為成熟的數(shù)字化工廠建設(shè)技術(shù)和模式，這對(duì)我國(guó)制造行業(yè)在新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的發(fā)展起到了極為重要的推動(dòng)作用。但在鍋爐制造行業(yè)中，數(shù)字化工廠技術(shù)涉足不深，這也導(dǎo)致我國(guó)的鍋爐制造行業(yè)發(fā)展較為緩慢。特別是在火力發(fā)電廠中，鍋爐是三大主機(jī)之一，更是電力能源生產(chǎn)活動(dòng)的核心所在。由此可見(jiàn)，鍋爐制造行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，對(duì)火力發(fā)電廠的發(fā)展建設(shè)具有至關(guān)重要的影響，更對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有極為深遠(yuǎn)的影響。因此，加強(qiáng)鍋爐制造行業(yè)建設(shè)，推進(jìn)數(shù)字化工廠技術(shù)在鍋爐制造行業(yè)中的廣泛普及，提高我國(guó)的鍋爐制造水平，實(shí)現(xiàn)鍋爐智能制造，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，我國(guó)在此方面不斷加大建設(shè)力度，推動(dòng)我國(guó)鍋爐制造行業(yè)取得了一定的發(fā)展。但隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，對(duì)鍋爐制造提出了更高的要求。在這種情況下，更要加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化工廠技術(shù)在鍋爐智能制造中的應(yīng)用研究，從而真正推動(dòng)我國(guó)鍋爐智能制造的深化發(fā)展，從而有效解決當(dāng)前我國(guó)鍋爐生產(chǎn)制造中存在的問(wèn)題，增強(qiáng)鍋爐生產(chǎn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，推進(jìn)我國(guó)鍋爐制造行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障。

1 鍋爐概述

鍋爐是一種通過(guò)燃燒燃料從而釋放熱能或者對(duì)其他物質(zhì)進(jìn)行加熱的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)揮著極為重要的作用。在生產(chǎn)制造鍋爐的過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域以及功能要求的不同，對(duì)其溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)以及品質(zhì)，具有不同的要求。例如，應(yīng)用于加熱熱水的鍋爐和制造蒸汽的鍋爐，在參數(shù)與品質(zhì)上完全不同，在鍋爐制造過(guò)程中就需要根據(jù)實(shí)際要求，保證鍋爐的參數(shù)和品質(zhì)符合實(shí)際要求，從而確保鍋爐質(zhì)量合格[1]。

從本質(zhì)上來(lái)講，鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過(guò)鍋爐設(shè)備，能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為蒸汽、高溫水或者是其他有機(jī)熱載體。而能夠被鍋爐轉(zhuǎn)化的熱能，可以是燃料燃燒形成的化學(xué)能，也可以是電能或高溫?zé)煔獾取?/p>

在結(jié)構(gòu)上，鍋爐主要分為鍋和爐兩部分。鍋是指被火或其他熱能加熱的容器，在這一容器中，可以盛放熱水或其他能夠被加熱的物質(zhì)載體。而爐是指燃料燃燒的場(chǎng)所。利用鍋爐設(shè)備產(chǎn)生熱或蒸汽，能夠有效為工業(yè)生產(chǎn)提供相關(guān)服務(wù)，例如將蒸汽轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)行，從而進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。

在火力發(fā)電站、工礦企業(yè)、機(jī)車等領(lǐng)域，都需要使用鍋爐設(shè)備。隨著具體應(yīng)用的領(lǐng)域不同，對(duì)鍋爐的具體要求也不同，這就促使鍋爐形成了很多分類。在對(duì)鍋爐進(jìn)行分類時(shí)，可以按照用途分為熱能動(dòng)力鍋爐和供熱鍋爐兩大類。按照結(jié)構(gòu)可以分為火管鍋爐和水管鍋爐兩大類。除此之外，還可以根據(jù)燃燒的燃料、水循環(huán)形式等因素，對(duì)鍋爐進(jìn)行具體分類。總而言之，鍋爐種類繁多，無(wú)論是生產(chǎn)制造鍋爐，還是應(yīng)用鍋爐，都需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇適合的鍋爐類型。

2 數(shù)字化工廠技術(shù)概述

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電子信息等技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)制造方式產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響，使其發(fā)生了巨大的變化。在現(xiàn)代社會(huì)，隨著各種高新科學(xué)技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)、單一的物質(zhì)形式制造模式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化的信息制造模式。在現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，產(chǎn)品的科技知識(shí)含量越來(lái)越重，而生產(chǎn)制造方式對(duì)科學(xué)技術(shù)的依賴性也越來(lái)越高，例如計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)化制造等，這些新型制造模式的廣泛應(yīng)用，大幅提高了制造系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化水平。特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字仿真技術(shù)在制造行業(yè)中的廣泛普及，使得在生產(chǎn)制造實(shí)際產(chǎn)品的過(guò)程中，能夠有效實(shí)現(xiàn)虛擬規(guī)劃和仿真優(yōu)化，從而為制造業(yè)和制造技術(shù)的發(fā)展，提供了一個(gè)新的概念及發(fā)展途徑，這就被稱為“數(shù)字化工廠”。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，制造技術(shù)水平的不斷提升，制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也變得越來(lái)越激烈。而數(shù)字化工廠的誕生和實(shí)踐應(yīng)用，有效縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，大幅提高了生產(chǎn)效率，既對(duì)傳統(tǒng)制造模式形成了一次顛覆式的革命，同時(shí)也為制造行業(yè)在新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的發(fā)展提供了新的途徑[2]。

3 數(shù)字化工廠技術(shù)在鍋爐智能制造中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字化模型

目前，在制造業(yè)中研究的制造系統(tǒng)，大多是非線性離散化系統(tǒng)，在數(shù)字化工廠建設(shè)的過(guò)程中，需要以數(shù)字化模型作為基礎(chǔ)，有效建立數(shù)字化工廠。其中，數(shù)字化模型主要包括產(chǎn)品模型、資源模型、工藝模型以及產(chǎn)品管理模型。

3.2 數(shù)字化工藝優(yōu)化仿真

虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作可以在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，還能夠?qū)ρb配進(jìn)行分析、數(shù)控模擬加工等。以數(shù)字化建模為基礎(chǔ)，對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)仿真和優(yōu)化，對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)效率，具有至關(guān)重要的作用。

3.3 生產(chǎn)線布局、物流仿真以及優(yōu)化技術(shù)

現(xiàn)代制造業(yè)已形成了較為完善的生產(chǎn)模式，在快速發(fā)展過(guò)程中也加劇了競(jìng)爭(zhēng)，在這種情況下，產(chǎn)品不斷推陳出新，生產(chǎn)線多元化發(fā)展，但在物流環(huán)節(jié)卻受到了嚴(yán)重的制約。而應(yīng)用物流信真技術(shù)以及利用仿真軟件進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化，從而有效提高物流水平，促進(jìn)制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[3]。

3.4 虛擬現(xiàn)實(shí)與三維可視化

三維造型技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，能夠使用戶在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生身臨其境之感，在仿真過(guò)程中，使旁觀者也能夠成為虛擬環(huán)境的一部分。

3.5 軟件之間的重組和集成

數(shù)字化工廠軟件模塊與其他軟件模塊形成了有效的信息交換和集成。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化工廠技術(shù)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)鍋爐智能制造的重要組成部分，通過(guò)數(shù)字化工廠技術(shù)，使鍋爐設(shè)計(jì)制造的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、模塊化發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)智能制造奠定了重要基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。