風(fēng)電小行星齒輪箱模塊化探討

摘要：通過對(duì)國內(nèi)風(fēng)電小行星齒輪箱開發(fā)過程現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)比國外同等產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，探討模塊化開發(fā)對(duì)進(jìn)一步提升產(chǎn)品制造競(jìng)爭(zhēng)力的必要性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電小行星;模塊化;生產(chǎn)運(yùn)營;標(biāo)準(zhǔn)化;拉動(dòng)

0 ? ?引言

20世紀(jì)中至本世紀(jì)初，國內(nèi)的齒輪箱技術(shù)和制造在起步后飛速發(fā)展，齒輪箱的開發(fā)水平迅速提升并達(dá)到國外先進(jìn)水平。但本世紀(jì)以來，隨著全球化推進(jìn)和國內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，國內(nèi)齒輪箱產(chǎn)品逐漸面臨同質(zhì)化、生產(chǎn)成本提高、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不明顯等問題。這就需要我們?cè)俅螌ふ覍?duì)手的優(yōu)勢(shì)，學(xué)以致用。本文旨在從國內(nèi)外產(chǎn)品開發(fā)中模塊化的特點(diǎn)入手，簡(jiǎn)要分析我們?cè)撊绾瓮ㄟ^學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)趕超。

1 ? ?國內(nèi)風(fēng)電小行星齒輪箱現(xiàn)狀

小行星齒輪箱是低轉(zhuǎn)速、高扭矩傳動(dòng)領(lǐng)域普遍采用的傳動(dòng)形式，主要由一級(jí)到多級(jí)行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)（一級(jí)輸出是下一級(jí)輸入）組成（圖1）。風(fēng)電小行星齒輪箱通常是由三至五級(jí)行星傳動(dòng)組成，其能夠?qū)㈦姍C(jī)/馬達(dá)的高轉(zhuǎn)速、低扭矩轉(zhuǎn)化成低轉(zhuǎn)速、高扭矩，進(jìn)而改變風(fēng)機(jī)或葉片的方向。

改革開放以來，經(jīng)過幾十年的飛速發(fā)展，首先國內(nèi)企業(yè)人工薪資水平水漲船高，人員成本紅利逐漸喪失;其次中國企業(yè)的管理水平和體系日漸完善，這也使得管理成本日趨上升;另外，國外企業(yè)也紛紛把供應(yīng)鏈甚至分公司建到中國，和我們分享國內(nèi)的資源和成本優(yōu)勢(shì)。所有這些綜合起來降低了制造的柔性，延長了供貨周期，卻提高了國外產(chǎn)品的利潤率，最終導(dǎo)致國內(nèi)產(chǎn)品成本優(yōu)勢(shì)下降，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)漸失，甚至經(jīng)常出現(xiàn)進(jìn)口產(chǎn)品比國內(nèi)產(chǎn)品價(jià)格更低的窘境。

國內(nèi)企業(yè)在開發(fā)小行星齒輪箱時(shí)，通常拿到的是主機(jī)廠和國外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手確定好的齒輪箱外形圖和技術(shù)規(guī)范。齒輪箱的設(shè)計(jì)過程中優(yōu)先要考慮的是參數(shù)、外形結(jié)構(gòu)等需符合客戶現(xiàn)有機(jī)型要求。國內(nèi)前些年風(fēng)電行業(yè)遍地開花，有多達(dá)幾十個(gè)主機(jī)廠，每個(gè)主機(jī)廠又有從1.5 MW到7 MW的不同平臺(tái)和不同葉輪直徑的產(chǎn)品，而每種產(chǎn)品多半已經(jīng)選擇了國外不同供應(yīng)商的小行星齒輪箱。這就給國產(chǎn)化設(shè)計(jì)帶來了更多的特殊設(shè)計(jì)、非標(biāo)化設(shè)計(jì)要求，甚至在當(dāng)時(shí)還形成了齒輪箱公司津津樂道的定制化設(shè)計(jì)（Tailored Design）。設(shè)計(jì)種類繁多導(dǎo)致工藝繁多，不利于降低制造成本。有些產(chǎn)品批量大還好，更多的是一套產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)驗(yàn)證下來后只生產(chǎn)了樣機(jī)或幾十臺(tái)小批量客戶就又升級(jí)或改型了。這不僅不利于產(chǎn)品制造過程能力的穩(wěn)定提升，也不利于工廠的運(yùn)營效率提升和運(yùn)營成本優(yōu)化。

這都應(yīng)該引起我們的重視和思考，國內(nèi)企業(yè)有必要將自身和國外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手重新放在一起比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)我們拋開質(zhì)量因素，對(duì)比雙方的開發(fā)模式時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一些本質(zhì)的區(qū)別，以下先闡述國外對(duì)手的特點(diǎn)。

2 ? ?西方同類產(chǎn)品開發(fā)特點(diǎn)

西方知名的小行星制造商從早期的Flender、Bosch、SEW、Liebherr、Zollern到現(xiàn)在的Bonfiglioli、Comer、Brevini、Rossi等都是幾十年甚至上百年的齒輪箱制造企業(yè)，其基本信息如表1所示。

這些企業(yè)在20世紀(jì)或更早就已經(jīng)在工業(yè)行業(yè)活躍并積累了很多經(jīng)驗(yàn)。仔細(xì)分析它們的產(chǎn)品就會(huì)發(fā)現(xiàn)，齒輪參數(shù)、外形尺寸等有比較固定的數(shù)值。比如每一級(jí)的齒圈外徑、齒輪參數(shù)、安裝螺孔的孔徑和分度圓，在不同的平臺(tái)甚至在不同的客戶方的產(chǎn)品上呈現(xiàn)相近或相同的數(shù)值。同一廠商的風(fēng)電齒輪箱和工業(yè)產(chǎn)品上的齒輪箱有一致的規(guī)格參數(shù)。這說明它們已經(jīng)形成了模塊化開發(fā)，齒輪箱的每個(gè)部件都有固定的設(shè)計(jì)庫和參數(shù)庫，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接從庫中選取拼接。

風(fēng)電行業(yè)是在最近二三十年才出現(xiàn)并迅速發(fā)展的，風(fēng)電小行星齒輪箱是在常規(guī)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上拓展出來的新應(yīng)用領(lǐng)域，所以齒輪箱只是應(yīng)風(fēng)電的特殊安全和安裝要求修改了部分參數(shù)和接口而已。風(fēng)電小行星齒輪箱更是如此，它們是直接在工業(yè)回傳支撐齒輪箱的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其每一級(jí)的齒輪參數(shù)和尺寸完全統(tǒng)一。這種通用化、模塊化的生產(chǎn)模式的一系列優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在逐漸顯現(xiàn)出來了：降低新品開發(fā)成本，縮短開發(fā)時(shí)間，減少不必要的重復(fù)驗(yàn)證內(nèi)容等。由前述分析可知，國內(nèi)的齒輪箱開發(fā)過程變動(dòng)隨意，而按國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61400及ISO 9000的要求，關(guān)鍵零部件變更都要按新品要求重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造驗(yàn)證。

3 ? ?解決措施

國內(nèi)小行星齒輪箱制造形成現(xiàn)在的局面有其客觀原因。由于風(fēng)電行業(yè)可靠性要求高，國內(nèi)主機(jī)廠剛開始（樣機(jī)）還都是選擇表1中的進(jìn)口齒輪箱，價(jià)格昂貴。在國產(chǎn)化和提升價(jià)格優(yōu)勢(shì)的趨勢(shì)下國內(nèi)主機(jī)廠不得不尋求齒輪箱等部件國產(chǎn)化，但此時(shí)齒輪箱外形尺寸和接口已經(jīng)確定，國內(nèi)供應(yīng)商只能在此限制下進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就造成了針對(duì)各主機(jī)廠、同主機(jī)廠不同平臺(tái)的齒輪箱非標(biāo)設(shè)計(jì)。所以要實(shí)現(xiàn)模塊化，國內(nèi)的齒輪箱制造廠必須跑在前頭，即在主機(jī)廠新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)就開始雙方合作，共同結(jié)合齒輪廠商的平臺(tái)確定齒輪箱的最終型號(hào)和接口。

其次，齒輪廠商在開發(fā)前期要有充分的模塊化開發(fā)準(zhǔn)備，形成完善的開發(fā)流程，梳理現(xiàn)有產(chǎn)品的產(chǎn)品族。必要時(shí)所有參數(shù)的開發(fā)要優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)化和公司模塊化要求，讓主機(jī)廠接口設(shè)計(jì)適應(yīng)齒輪箱設(shè)計(jì)。從最優(yōu)化設(shè)計(jì)來看，齒輪箱的部分部件可能設(shè)計(jì)過于富裕，但從規(guī)模效應(yīng)評(píng)價(jià)，產(chǎn)品更加統(tǒng)一、產(chǎn)量更大，獲得的成本優(yōu)勢(shì)更大。比如，同一種軸承使用量大了，供應(yīng)商可以大幅降低價(jià)格;零件尺寸類別少了，需要的機(jī)床設(shè)備也就少了。

最后，工藝把關(guān)。從產(chǎn)品制造使用的設(shè)備、刀具、工裝等入手，實(shí)現(xiàn)刀具標(biāo)準(zhǔn)化、夾具標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)床設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化等，將這些要求形成規(guī)范文件。工廠投入少了，設(shè)備使用率提高了，運(yùn)營成本必定下降。

4 ? ?結(jié)語

綜上所述，模塊化顯而易見是當(dāng)下解救國內(nèi)企業(yè)的良藥。形成模塊化以后，生產(chǎn)就不是嚴(yán)格按產(chǎn)品排產(chǎn)，而是將產(chǎn)品打散成部件族，繼而再打散成零件族。生產(chǎn)運(yùn)營可以結(jié)合市場(chǎng)預(yù)測(cè)、在手訂單和庫存管理安排零部件排產(chǎn)，通過裝配拉動(dòng)和安全的庫存管理調(diào)整零部件排產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用率提升、制造運(yùn)營成本降低、產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，從而提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

企業(yè)經(jīng)過了一段時(shí)間的發(fā)展后，限制其再進(jìn)一步的已經(jīng)不是資格級(jí)要素，而是訂單級(jí)要素，是如何精益求精。面對(duì)國內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)，國外企業(yè)也開始用我們的方式思考，改變自己適應(yīng)中國市場(chǎng)，它們可以通過價(jià)格策略把我們壓得喘不過氣來。因此，模塊化是我們必須抓緊補(bǔ)上的功課！

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收稿日期：2020-07-09

作者簡(jiǎn)介：凡晶梅（1986—），女，河南人，工程師，南京高精傳動(dòng)設(shè)備集團(tuán)有限公司工藝主管，研究方向：風(fēng)電小行星齒輪箱制造工藝優(yōu)化和成本優(yōu)化。