電力設(shè)備制造企業(yè)產(chǎn)線技術(shù)改造及節(jié)能環(huán)保轉(zhuǎn)型

馮志成

(保定新勝冷卻設(shè)備有限公司，河北 保定 071000）

電力設(shè)備制造企業(yè)間競爭格局的加劇，推動制造企業(yè)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)原材料價格逐步趨于透明，壓降空間不大；結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)門檻高，尤其對于單價成本較高的電力裝備，需審慎推行；生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)升級、工藝改進(jìn)成為風(fēng)險低、見效快的路徑。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、智能制造技術(shù)的快速進(jìn)步，為設(shè)備升級改造提供了更多的想象空間和技術(shù)實現(xiàn)路徑[1-2]。技改技措在設(shè)備制造企業(yè)中的重要性得到廣泛認(rèn)可，同時節(jié)能、降耗、環(huán)保也是生產(chǎn)線改造必須面對和解決的問題。

1 制造企業(yè)生產(chǎn)線技術(shù)改造存在的問題

1.1 企業(yè)層面對技術(shù)改造重要性的認(rèn)識不到位

很長時間以來，國內(nèi)制造業(yè)關(guān)注的重點在市場，以產(chǎn)品銷售額和利潤率為經(jīng)營重點[3]。進(jìn)入21 世紀(jì)后，開始向設(shè)計傾斜，由仿制向自主設(shè)計轉(zhuǎn)變，經(jīng)過二十多年發(fā)展，與歐美發(fā)達(dá)國家間的差距縮小，在個別領(lǐng)域甚至實現(xiàn)了超越。這得益于國家、企業(yè)以更加開放的姿態(tài)，與國際同行交流合作、聘任國外專家。而生產(chǎn)工藝成為制約制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸，雖然國家實施了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略，但這種轉(zhuǎn)變難以在短期內(nèi)完成。

從企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營層面看，生產(chǎn)工藝對企業(yè)價值的貢獻(xiàn)是隱性的，需要經(jīng)過長時間才能看到，而管理層大都是四五年一任，因此，對生產(chǎn)工藝改進(jìn)的主觀能動性不足。查閱參考文獻(xiàn)時，制造企業(yè)生產(chǎn)線技術(shù)升級的相關(guān)內(nèi)容并不多，大多采用更直接的換新方式，淘汰舊的生產(chǎn)線，換裝新的生產(chǎn)線或部分設(shè)備，雖然縮短了周期，但是成本支出大幅攀升，生產(chǎn)效率和性能完全取決于換裝后的設(shè)備性能，且二次升級自主開發(fā)能力不足?，F(xiàn)代制造業(yè)的比拼已經(jīng)進(jìn)入性能競爭階段，設(shè)計水平間的差距逐漸縮小，制造設(shè)備和工藝水平成為確立未來市場競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。

1.2 技改技措缺乏統(tǒng)一的科學(xué)規(guī)劃與協(xié)調(diào)

設(shè)備制造企業(yè)技改技措是一項系統(tǒng)工程，立足于生產(chǎn)能力現(xiàn)狀，滿足未來生產(chǎn)需求。包含內(nèi)容有技改技措項目管理、財務(wù)成本管理與風(fēng)險控制、實施制度建設(shè)與落實、檔案管理等。絕大多數(shù)制造企業(yè)均推行了技改技措制度，但形成科學(xué)管理體系的不多，各車間、各工序各自為政，規(guī)劃缺乏系統(tǒng)性與科學(xué)性，不同部門間協(xié)調(diào)配合困難。專項經(jīng)費落實打折扣，技改效率低、實施效果差，驗收評價環(huán)節(jié)缺失，投入使用后運維服務(wù)跟進(jìn)不到位，升級后的設(shè)備利用率低[4]。反過來，給公司管理層留下技改技措不重要的認(rèn)識，后續(xù)資金和人員支持力度減弱。

1.3 生產(chǎn)線技改自主技術(shù)能力不足

我國電力裝備制造業(yè)起步于20 世紀(jì)50 年代，80年代進(jìn)入快速發(fā)展期，產(chǎn)品質(zhì)量與美、德、日等制造業(yè)強(qiáng)國的差距逐步縮小，但受限于材料、高精密機(jī)床、大規(guī)模集成電路等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)薄弱，生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備或零部件多依賴進(jìn)口。對生產(chǎn)線的升級改造一般由設(shè)備供應(yīng)商實施，改造周期長，同時供應(yīng)商對實際生產(chǎn)需求了解不夠深入，升級改造針對性不足。培養(yǎng)設(shè)備制造企業(yè)自己的技術(shù)升級隊伍是必要的，技術(shù)人員既熟悉生產(chǎn)設(shè)備性能和結(jié)構(gòu)特點，又知曉本企業(yè)產(chǎn)成品的技術(shù)特點和對加工設(shè)備的需求，升級改造目的性強(qiáng)、后運維服務(wù)及時；供應(yīng)商外協(xié)人員負(fù)責(zé)維護(hù)與供應(yīng)商的長期合作關(guān)系，便于供應(yīng)商及時響應(yīng)公司需求；財務(wù)人員負(fù)責(zé)拓展融資渠道，保障資金需求在最短時間內(nèi)落實到位。

2 生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)設(shè)備技術(shù)升級與工藝改善

廣義的生產(chǎn)環(huán)節(jié)指從原材料到最終成品的全加工過程，狹義的生產(chǎn)特指機(jī)器生產(chǎn)制造的過程。生產(chǎn)工藝流程指將設(shè)計圖紙拆解為生產(chǎn)圖紙，基于現(xiàn)有加工設(shè)備和人員水平，對生產(chǎn)步驟進(jìn)行最優(yōu)組合和排序。生產(chǎn)工藝不存在確定的唯一答案，生產(chǎn)加工能力和工藝水平?jīng)Q定了最終成品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，是生產(chǎn)制造企業(yè)的核心競爭力。

2.1 焊接設(shè)備自動化升級改造

對現(xiàn)有生產(chǎn)加工設(shè)備的升級改造是最經(jīng)濟(jì)、高效的方案。在不影響現(xiàn)有設(shè)備功能和生產(chǎn)能力的前提下，進(jìn)行自動化升級，是轉(zhuǎn)向智能制造的基礎(chǔ)和過渡階段，升級完成后加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率實現(xiàn)同步提升。以片式散熱器扇箱焊接設(shè)備為例，原有作業(yè)方式為手工電弧焊，之后對長焊道進(jìn)行自動焊線小車升級，生產(chǎn)效率有所提升，但幅度有限，需要人工輔助，工人需要一個熟悉適應(yīng)的過程。調(diào)研現(xiàn)有產(chǎn)品焊接工藝流程和步驟，統(tǒng)計焊道形式和數(shù)量，結(jié)合工人反饋的使用經(jīng)驗，與自動化技術(shù)供應(yīng)商溝通，了解技術(shù)前沿動向、技術(shù)改造內(nèi)容以及可達(dá)到的水平。以調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，最終決定建設(shè)扇箱機(jī)器人自動化焊接工作站，在同一工位實現(xiàn)多工序集成作業(yè)。一次裝夾定位，完成多個焊道作業(yè)，尺寸精度與焊接效率高、焊道成型質(zhì)量好。技術(shù)經(jīng)濟(jì)性核算表明，單件扇箱焊接可節(jié)省工人2 名，縮短工時0.8，一次成本投入預(yù)計在兩年內(nèi)回收。

2.2 淋漆設(shè)備自動化及環(huán)保升級改造

噴涂油漆作業(yè)對電力設(shè)備而言是至關(guān)重要的，由于安裝使用位置分布于全國各地，且高壓設(shè)備多為戶外型，運行環(huán)境復(fù)雜、多樣，存在銹蝕風(fēng)險，漆膜可以很好地提供保護(hù)。

傳統(tǒng)噴漆作業(yè)以人工為主，工作環(huán)境極其不友好，需要穿戴厚重、密閉的防護(hù)服。噴漆作業(yè)分為除銹—噴涂—烘干幾個主要步驟，其中噴涂是重點，除銹、烘干作業(yè)已基本實現(xiàn)半自動化或全自動，如果噴涂作業(yè)可實現(xiàn)自動化，或部分實現(xiàn)，可以極大改善該工序作業(yè)環(huán)境，提升漆膜完成質(zhì)量。為此，相關(guān)人員應(yīng)去汽車生產(chǎn)線噴漆工序進(jìn)行調(diào)研，汽車行業(yè)自動噴漆發(fā)展已比較成熟。分析片式散熱器結(jié)構(gòu)特點，噴漆作業(yè)的步驟和難點，對現(xiàn)有淋漆生產(chǎn)線進(jìn)行升級，優(yōu)化裝夾工裝結(jié)構(gòu)，固定的同時實現(xiàn)角度翻轉(zhuǎn)，一次裝夾多面噴涂；新增自動淋漆小車，生產(chǎn)線加多一個自由度。升級改造完成后，噴漆工時縮短10%，漆膜完成質(zhì)量提升。

為適應(yīng)環(huán)保和節(jié)能需要，安裝淋漆室廢氣、廢水處理設(shè)備，實現(xiàn)淋漆作業(yè)零排放。對現(xiàn)有烘干設(shè)備進(jìn)行改造，原有設(shè)備單位熱量功耗高、噪聲大，且部門零部件由于老化，故障率攀升。換裝伸縮型烘干設(shè)備后，單件產(chǎn)品噴漆耗能成本下降2.3 元，運行穩(wěn)定可靠，月均故障停機(jī)次數(shù)小于0.2。

3 先進(jìn)制造技術(shù)及其在生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

3.1 先進(jìn)制造技術(shù)不同類型

先進(jìn)制造技術(shù)是相對于傳統(tǒng)機(jī)加工制造技術(shù)而言的，包括CAM、CAPP、FMS、特種加工及新型制造技術(shù)。

CAM（Computer Aided Manufacturing），計算機(jī)技術(shù)融入產(chǎn)品準(zhǔn)備到制造成品的全過程，實現(xiàn)半自動、自動加工[5]。涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動化兩個流程，分為硬件和軟件兩大部分，NC（數(shù)控）是CAM 的核心。加工工序和工藝路線數(shù)字化輸入，控制道具、焊機(jī)按既定軌跡執(zhí)行。加工狀態(tài)預(yù)先模擬仿真，以動畫形式直觀展示。

CAPP（Computer Aided Process Planning），屬于制造企業(yè)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與加工制造間的銜接。設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ぶ圃旌凸芾硇畔?，包括加工設(shè)備選擇、工藝參數(shù)、工藝路線。CAPP 為半定制化，按工作原理分為檢索式、派生式和創(chuàng)成式。檢索式與數(shù)據(jù)庫匹配，應(yīng)用范圍受限；派生式匹配相似零件，進(jìn)行工序增加或刪減；創(chuàng)成式智能化水平高，依賴于工程數(shù)據(jù)和決策方法的有效性。

FMS（Flexible Manufacturing System）柔性制造系統(tǒng)是一項并行執(zhí)行系統(tǒng)工程，中央計算機(jī)控制機(jī)床和傳輸系統(tǒng)，支持多種不同設(shè)備同時工作，包括柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、柔性自動生產(chǎn)線。所謂柔性體現(xiàn)為對加工對象的自適應(yīng)，協(xié)調(diào)了機(jī)械制造自動化與柔性化間的矛盾，適用于小批量、定制化加工，市場響應(yīng)速度快。

特種加工及新興制造技術(shù)，3D 打印、超精密加工、束流加工等新興技術(shù)已具備工業(yè)應(yīng)用條件，以高集成度、自動化制造水平迅速推廣。虛擬軸機(jī)床實現(xiàn)機(jī)床技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合，徹底改變了固定軸機(jī)床的概念，可以加工更加復(fù)雜的零件外形，被稱為20 世紀(jì)機(jī)床設(shè)計領(lǐng)域最具應(yīng)用價值的變革。

3.2 先進(jìn)制造技術(shù)與制造流程的結(jié)合

成品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高離不開生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)升級和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)。設(shè)計階段的數(shù)字化模型，作為控制系統(tǒng)的輸入條件，通過編碼技術(shù)對數(shù)字模型進(jìn)行再加工和重組；基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由中央控制系統(tǒng)向各生產(chǎn)設(shè)備發(fā)送對應(yīng)操作指令；機(jī)加工車間配備加工中心，存儲不同零部件NC 程序，按加工需求自動更換道具，調(diào)整切屑角度、速率和進(jìn)給量。在這個過程中，操作員需為不同指令劃定對應(yīng)的工藝路線，以提高生產(chǎn)效率。

FMS 應(yīng)用逐步深入，尤其適用于小批量電力設(shè)備制造，加工工藝得到簡化，自動化水平顯著提升。工業(yè)機(jī)器人大量應(yīng)用于智能制造車間，在重復(fù)性高的崗位，存在較高應(yīng)用需求。計算機(jī)、移動互聯(lián)網(wǎng)推動大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)快速迭代發(fā)展，生產(chǎn)線穩(wěn)定性、成品一致性提升，生產(chǎn)過程中的設(shè)備參數(shù)設(shè)定、類型選定、工藝流程排序，可以在集成控制系統(tǒng)中統(tǒng)一完成，生產(chǎn)效率提升的同時，將人為誤差降至最低。

4 生產(chǎn)線煙塵凈化設(shè)備類比及選用

4.1 按工作原理分類

4.1.1 靜電式除塵

過濾裝置為靜電收集器，包括除塵器本體和供電設(shè)備。本體產(chǎn)生高壓電場，粉塵電荷在電動力作用下，從氣體中分離。放電電極由不同規(guī)格的金屬導(dǎo)線繞制而成，為正電極；集塵極由不同規(guī)格的金屬板制成，為負(fù)電極。

可吸附1 μm 以下的粉塵，氣體壓力損失小，不易受溫濕度影響。氣體初始濃度和粉塵比電阻有要求，超標(biāo)情況下需進(jìn)行預(yù)處理，操作員專業(yè)水平需求高。

4.1.2 濾筒式除塵

濾筒式除塵器主要部件為濾筒和電控系統(tǒng)。濾筒為多褶、筒狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為納米復(fù)合纖維，且在不斷進(jìn)步。焊接過程中產(chǎn)生的煙塵，在風(fēng)機(jī)負(fù)壓下吸入凈化室，經(jīng)過濾筒除塵，清潔空氣由排氣箱排出。濾筒表面粉塵數(shù)量達(dá)到預(yù)定值后，由電磁閥反吹排出。

濾筒氣體壓力損失小，同步清灰，干性粉塵無需經(jīng)常更換濾筒，亞微米顆粒凈化率達(dá)99%以上。不適用于油污煙塵過濾，濾筒會被污染物堵塞，非標(biāo)濾芯更換價格高，且空間占用大。

4.1.3 濾袋式除塵

濾袋式除塵器由清潔室、過濾室、濾袋、脈沖清灰、進(jìn)風(fēng)閥構(gòu)成。大顆粒在重力作用下沉淀，初步除塵；纖維篩濾網(wǎng)阻擋大于其間隙的粉塵；除塵器濾料進(jìn)一步阻攔慣性運動的顆粒；1 μm 以下的顆粒在布朗運動下改變軌跡，被濾料捕捉，過濾效果與纖維直徑成反比。

0.3nm 以上的顆粒均可捕捉，技術(shù)要求低、經(jīng)濟(jì)性高；對硫化物顆粒均能捕捉，對火花和爆炸性氣體的安全性高于靜電除塵。濾袋需經(jīng)常更換，氣體濕度和溫度不能過高，壓力損失大。

4.2 不同布置形式及設(shè)備選用

中央集中式，通常選用濾筒式除塵器，焊接車間內(nèi)布置大量CO2氣體保護(hù)焊機(jī)（或其他弧焊），在對應(yīng)工位安裝分支風(fēng)管和捕集罩進(jìn)行收集。采用PLC 作為控制系統(tǒng)核心，支持程序靈活設(shè)定。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速通過變頻器按需調(diào)節(jié)，功耗與過濾動態(tài)平衡，延長使用壽命。

區(qū)域集中式，一般選用濾筒式除塵器，覆蓋范圍不超過12m。對不同焊點工位的CO2氣體保護(hù)焊機(jī)煙塵，通過大范圍捕集罩統(tǒng)一收集。工作原理類似于中央集中式，不同區(qū)域獨立分割，可控可調(diào)性更強(qiáng)，風(fēng)管長度縮短，壓力損失減小。

移動單機(jī)式，每臺凈化器安裝一根或兩根360°旋轉(zhuǎn)吸氣臂，實現(xiàn)靈活吸氣，其可自動定位。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性價比高，適用于非固定焊接工位，尤其適合于維修補(bǔ)焊工位。放置于焊接工位附近，占用操作空間；煙塵收集范圍有限，無法實時覆蓋多焊點作業(yè)；存在焊接火花濺落濾芯表面的風(fēng)險。

靜電式除塵應(yīng)用于長期、重載工業(yè)煙塵清除，可處理釬焊、火焰切割作業(yè)中生成的煙霧和粉塵。濾筒式除塵應(yīng)用于汽車、造船、金屬焊接，以及機(jī)械電子行業(yè)。濾袋式除塵應(yīng)用于冶金、鑄造、礦山、化工等行業(yè)。電力設(shè)備制造行業(yè)推薦首選濾筒式除塵器。

5 結(jié)語

對電力設(shè)備制造企業(yè)而言，生產(chǎn)線的技術(shù)升級、工藝路線改進(jìn)、生產(chǎn)方式變革是永無止境的。電力行業(yè)設(shè)備需求由增量市場向存量市場轉(zhuǎn)變的大趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的，制造企業(yè)間的競爭是客觀的，且會長期存在。產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的時代大背景下，對科技創(chuàng)新的掌握和應(yīng)用是保持競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。節(jié)能減排是實現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰的重要舉措，生產(chǎn)過程要節(jié)能減排，產(chǎn)成品同樣應(yīng)符合節(jié)能減排要求，高能效裝備對生產(chǎn)工藝提出更高要求。產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造要落到實處，切忌為了改造而改造，需求是最好的驅(qū)動力。對新技術(shù)新工藝保持足夠的感知和適應(yīng)能力，迅速響應(yīng)，爭取在技術(shù)變革中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。