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液壓測試與互聯網

日期:2017/8/4 點擊:1551

                                             液壓測試與互聯網
                                                     ——訪北京理工大學王向周教授
編者的話:移動機械無疑是液壓件行業最重要的一個市場,然而目前在這個市場,國產液壓件始終無法取代進口產品,這幾乎是國內液壓件企業遇到的瓶頸。如何消除主機廠家對國產液壓件的疑慮是中國液壓氣動密封件協會一直在思考的問題,那么是否可以從測試的角度做些工作呢?帶著這樣的疑問,我采訪了協會專家委委員、北京理工大學的測試專家王向周教授。非常感謝王老師的真誠和坦率,他認為一般意義上的測試無法消除主機廠的疑慮,而更應該重視測試數據的采集保存、積累與分析,并用鮮活的實例告訴我們,實現電子信息化是液壓元件的必然趨勢,為此,他建議中國液壓氣動密封件協會牽頭建立云中心為行業提供電子信息化共享服務平臺。
為了更準確展現王向周教授的思維,本文用第一人稱“我”代表王向周教授。
目前國內液壓測試的現狀
我個人覺得目前國內液壓件廠對液壓測試的重視還有待加強,這也與國內液壓件的生產、研制狀況有關。國內大部分液壓件的生產目前走的道路主要還是仿制而不是自主研制,更沒有走到引領的階段,所以各生產廠商對液壓測試需求動力不足。一方面,液壓件在整個國民經濟中占比很低,而且國內液壓件廠商諸侯林立,規模都不大,不像通信行業,比如手機,一年幾千萬臺,各大廠商知識產權意識非常強,知識產權糾紛很厲害,仿制的就少。另一方面,國內液壓件多作為國外主要廠商的產品在備件市場的補充,還沒有對這些國外著名廠商形成實質性威脅,遠不是他們的競爭對手,所以這些國外廠商目前還能容忍國內廠商的仿制,暫時還未出現較明顯的知識產權糾紛,所以國內對掌握自主知識產權的緊迫性不強、壓力不大,這樣就不會在測試上投入很多。同時,液壓測試對技術人員的要求很高,需要復合型人才,搞液壓測試的技術人員不僅要懂液壓、懂機械,而且要懂電子、懂信號處理、懂軟件,還應該懂測試原理、試驗方法,這需要長期的積累與培養,我們的企業在這方面的人才儲備是不夠的,液壓測試需要長期的積累,才能見到效果,短時間內是難于從液壓測試對產品質量的提高上獲益的,這在一定程度上影響了各廠家對液壓測試技術的重視。
前幾年工程機械行業火熱的時候,許多工程機械的主機廠對液壓件的測試積極性很高,上了一些試驗臺,這些試驗臺主要用來做液壓件的進廠復驗,當然各主機廠也根據自行產品提出了一些特殊功能,有些試驗臺還具備一些型式試驗項目。我個人認為,工程機械主機廠如果僅僅是為了產品質量控制,配備液壓件的出廠試驗臺對液壓件進行復驗足夠了,因為維護一個高性能的液壓試驗臺占用很多人力、物力,這與主機廠的生產目的不一致,而且主機廠可以要求液壓件廠提供合格產品,出現產品問題通常要求元件廠直接調換或解決問題。經濟進入新常態以來,許多主機廠的試驗臺用的少了,特別是很少用于大批量生產中使用的液壓件測試。
在工業領域,主機廠的液壓測試就顯得非常重要了。比如,我們給寶鋼做的電液伺服/比例閥試驗與檢測系統,隨著寶鋼生產線的建設,自1990年開始到2009年一共進行了三期建設,成為了一個非常綜合的電液伺服/比例閥試驗臺,可以覆蓋寶鋼生產線上用到的絕大多數閥,10多個廠家,100多各規格型號,可進行各種動、靜態特性測試,特別是有些閥具有電子三級閉環功能,可以在試驗臺上進行動靜態性能的調整以滿足生產線需求。今年年初,我走訪了寶鋼的這個試驗室,試驗臺維護、使用得非常好,多年來一直承擔著寶鋼生產線上各種閥的檢驗、檢修任務,為生產線的正常運行起到了保駕護航的作用。
測試能否消除主機廠對國產液壓元件的疑慮
出廠測試對保證產品質量是非常重要的,其作用是保證出廠的產品沒有質量問題。出廠試驗臺的操作一定要簡化,例如:被試產品的裝夾可以采用氣動或液壓夾持以減少安裝時間,試驗項目應該耗時短、流程簡單的,否則不僅生產效率會降低,有的試驗還可能影響液壓元件的壽命,例如:一般來講,伺服閥/比例閥的動態特性(掃頻)就不宜安排在出廠試驗中,這種試驗對閥的壽命是有很大影響的。出廠試驗目的應該用來檢查裝配工藝,例如密封等,生產量越大,出廠試驗的效率就要求越高,所以出廠試驗應該是一個非常簡單的試驗臺,不能太復雜,操作效率要高,測試項目應該盡量少,不能什么都測,否則效率就低了,而且也沒有意義。別的行業的經驗來看,例如電視機的生產,一條生產線一天要生產幾千臺,從元器件開始,到焊接、調試、整機檢驗、裝箱,整個流水線上只有幾個關鍵測試點,每個測試點僅測試一個或一組參數,必須與生產線的節拍一致,我們知道目前國產電視劇卻很少出故障。因此,我想強調的是產品的質量一定是靠工藝和產品設計來保證的,當然包括材料、公差、熱處理等等,測試本身不能提高或改善產品的質量。
不同于出廠試驗臺,研究型試驗臺是非常有利于提高企業產品競爭力的,一個新產品需要通過大量試驗,驗證好機理上、原理上的東西,發現并改進設計、工藝,我覺得這是液壓測試的主要目的。關于可靠性、疲勞試驗,可以與新產品研制試驗一起進行,在試驗臺上單獨進行可靠性或疲勞試驗值得商榷,畢竟疲勞試驗、可靠性試驗需要很長時間,需要耗費大量的人力物力,例如:做完一個泵的可靠性試驗,可能整個試驗臺都廢了,時間成本、測試成本太高了,而且一件產品是不能說明問題的,很難讓人信服!我個人不是很贊成企業單獨進行可靠性、疲勞等類似的試驗,因為它說明不了太多問題。如果要做,一定要與產品的機理分析、工藝和設計改進結合進行,試驗中把能采集的數據都采集了,然后對數據進行挖掘,用于改進產品的設計和工藝。事實上,這幾年好多企業也做了液壓件可靠性試驗,但對增強客戶的信心有多大影響呢?
研究型試驗臺測試項目、功能、測試的參數、控制性能等都應該具有較高的技術水準,可以復雜一些,產品的覆蓋面也可寬一些,建議做成一個很綜合試驗臺,可以通過多產品共用,來彌補使用率低的問題。因此,研究型試驗臺的設計與出廠試驗臺的研制理念應該存在很大的差異,研究型試驗臺不僅應該完成被試產品的靜態測試、動態測試,還應該具備施加各種高應力的能力以考核被試產品的過應力能力。
至于如何消除主機廠對國產液壓件的疑慮,我個人認為有多方面的因素。一是品牌問題,國內液壓件企業畢竟還不是國際一流液壓件企業,主機廠通常希望通過國際著名品牌來提高主機產品的聲譽,例如:原來用力士樂的產品,現在要換成國產的,主機廠會認為他的品牌價值損失了。目前我們還沒有到對我們民族產品自信的這樣一個狀態,對于主機廠和主機用戶來說,建立起民族品牌自信意識還會持續很長一段時間。但隨著我們產品質量的提升,這一狀況會逐步得到改善,是一個漸進的過程。二是產業集中度低,國內液壓件生產企業很多,但規模大的卻很少,各廠家的產品產業鏈也比較短,在為主機廠提供解決方案、技術服務等方面確實還存在較大的差距,產品質量也不夠穩定,這些也影響了國內產商在主機廠的聲譽。三是缺少自主產權的產品。仿制產品很難有定價權,很低的價格反過來又會影響產品的質量,所以國內液壓件廠商應該努力用具有自主產權的高質量、高性能的液壓件去贏得主機廠和最終用戶的信任,而不是推崇實施低價格戰略。
現在我們搞液壓的企業多數是守佔機械領域,與電子領域跨界走的是相對較慢,也沒有從系統鏈的角度研究液壓件。前些年,我去力士樂德國工廠考察,工廠內有推土機、挖掘機等主機,他們自己不做主機,但從系統的角度來研究元件,液壓件會在主機上試一試,將控制、測試一起做,試完了看有什么問題。力士樂很多時候搞的是方案,為什么在國內能推開力士樂的產品,就是因為它提供給用戶的不僅是液壓件而是系統解決方案,這是一個企業的綜合實力所在,是軟實力。
家電產業的發展可以給我們一些啟示。家電產業是中國企業中率先發展,并迅速形成行業規模、行業升級以及產業整合的一個行業。家電業的發展經歷了興起、成長、紛爭、重組四個發展階段。經過一輪洗牌之后,唯有產業集中度進一步提高的規模企業的成本效應、品牌影響、技術投入、自主創新、價格控制,才可以持續發展。我們的液壓目前應該處在家電產業發展過程中的第三階段(紛爭),這一階段制造業陷入了規模化成本消化與市場化需求減緩的矛盾之中,又因為企業的競爭呈現了同質化,價格成為了競爭的武器。行業中那些簡單粗放型、規模效應不夠、技術支持不足的企業紛紛關門。所以,液壓產業的洗牌是遲早的事,否則沒有規模生產,提高不了勞動效率和管理水平就很難生存。人工成本這么貴,如果還是按照過去的生產方式是不行的。經過洗牌,產業重組,規模化企業得以生存,我們國家的液壓也就上來了,就可以跟國際抗爭了,現在液壓企業這么多是沒有辦法與國外競爭的,國外真正有實力的液壓件廠不是也沒有幾家嗎?
測試數據的重要性
要消除主機廠對國產液壓件的疑慮,主要靠國內廠商綜合實力。在液壓測試方面,應該把研究型試驗臺建好、用好,要把研究能力、設計能力提升上去,當然也包括材料、工藝,整體制造水平提升了,我們的產品質量穩定了,性能提高了,主機廠自然有信心了,主機廠也會用我們的產品。
現在國內很多廠家開始重視產品的可靠性試驗,這是一件好事,說明我們的企業越來越重視產品質量了。需要強調的是可靠性試驗的目的是為了暴露產品的不可靠的薄弱環節并采取糾正措施加以排除(或使其故障率低于允許水平),切不可僅僅為了所謂的幾個可靠性指標進行所謂的可靠性試驗。我們知道,目前各種液壓元件的壽命都比較長,壽命試驗耗時久,且須投入大量的金錢,而產品可靠度信息難于實時獲得并加以改善,會導致失去許多"商機"與"競爭力"。因此,有關可靠性(壽命)的試驗應盡可能結合產品的性能試驗、環境適應性試驗等來進行,結合產品的研制,研究加速壽命、加速性能退化試驗等試驗方法,如何在可接受的試驗時間內評估產品的使用壽命,是可靠性試驗中最具挑戰性的課題,需要企業進行大量的試驗數據積累,特別是需要研究如何在保持失效機理不變的條件下,來加大產品的試驗應力,例如:液壓泵的輸入轉速、輸入轉速變化率、輸出流量/壓力、輸出流量/壓力的變化率、吸油壓力及其變化率、液壓粘度等對泵壽命或性能的影響,以及如何靈活控制這些參量按照一定規律變化,試驗臺的加載方式及其特性對實現可靠性指標評估就顯得非常重要。盡管國外有些試驗標準可以供我們參考,但這一方面的數據通常是企業最寶貴的財富,很少可以從他人那里拿來,需要我們通過長時間的實驗及數據收集,必須自己去做研究,去琢磨,沒有試驗數據的長期積累和研究很難設計、生產出好的產品。我了解的國外一些企業,他們的試驗數據都是非常保密的。比如說為什么國產汽車發動機不行,我們設計沒有問題,但是我們沒有試驗數據、經驗數據,最后是要靠數據矯正模型的,如果與設計模型有出入的話,要把它矯正過來,這個要靠數據長時間的積累和經驗,這是一個企業的know how,我們現在缺少這些東西,那就做不了,只能請人家給設計。
同樣,我們的液壓件也一樣,我們抄一個圖可以,卻改不了人家的產品,我們不缺理論、仿真也做得很好,我們改出來就是不好使,為啥?我們沒有試驗數據,沒有辦法優化設計、材料、工藝等。試驗研究企業是主體,長期試驗及數據積累必須有產品支撐,這是學校做不了的。
我們的行業協會為企業提供了大量的服務與支持、作用很大,建議行業協會發揮更大作用,聯合幾個骨干企業做一個很大的試驗數據庫,供行業內企業共享,當然這里面涉及到很多知識產權的問題,企業為了保密,它是否愿意,有很多利益在里面,也是很難做的,但是我覺得這個工作從參與建設的企業、享用測試數據的企業、到國家,建設好了各方都會受益,是多贏。
除了通過實驗室試驗來收集測試數據外,也可以通過產品在線進行數據采集,與液壓產品的電子信號化結合起來進行。在一些行業,在線數據采集早就在做了,例如飛機發動機,就有數據在線采集與監控,可以實時了解發動機的運行狀態、歷史數據以及維修狀況等,這個工作至少10年前就已實現了。近年來,卡特已經在推它的智能化設備管理了,也已經實現了他們自己生產工程機械設備的智能化管理,目前已有40多萬設備實現了智能互聯,智能互聯的基礎是電子信息化、數字化,這樣就可以將設備上各種數據收集來,用于性能、壽命、健康管理,發現設備的薄弱環節,下一代產品它就改進了。
液壓技術是多學科交叉技術,集機械、流體、電子控制、信息傳遞等于一身。我們機械做的多,電子控制這一塊做得還很弱,絕大多數廠家沒有自己的控制器,基本是買國外的產品或早期產品的仿制品攢了攢,目前大部分產品還處于聾啞狀態。這樣,我們還是沒有核心技術,等于是給國外廠家打工,而且售后服務都是我們的,這樣肯定不行!我們行業以后可以自己來做這一塊,把控制、診斷、連數據采集都做進去,監控的數據可以存起來的,并且可以遠程傳過來,這些數據是非常有價值的,對整個行業的技術水平提升還是很有好處的,電子信息這一塊非常重要,是大勢所趨。現在物聯網、車聯網都在做,主機廠的設備都智能互聯了,將來如果我們的液壓產品不能數字化、聯網,那只能被淘汰了,我們需要抓緊時間做了!
數據這一塊我們國內是不重視的,做完試驗就扔了,所以我們后繼的設計都沒有針對性。現在互聯網時代到來,應該建立云中心,積累數據,將來還是很有好處的,這在技術上是一個很大的進步,希望行業協會匯集行業、慢慢把這個建起來,假如云中心由協會負責管理,為行業企業提供一個共享平臺,對整個行業的推進一定會有很大幫助。
液壓元件實現電子信息化是趨勢
液壓元件實現電子信息化肯定是趨勢,如果不做,幾年以后估計我們只剩下低端市場,甚至到配件市場去都很難做,因為國外的都是電控的。像力士樂、Park這些公司電控技術已經都很成熟了,現在為什么不推呀,主要還是市場滯后、接受度還比較低、相對價格貴一些。但是一旦被市場接受以后,他們是有產品的,而且價格會很低,我們現在沒有產品,等市場成熟了,就機會不大了。
汽車行業,無論是乘用車還是商業車幾乎都是電控發動機了,工程機械許多也是電控發動機,但還有一些用機械調速器的發動機,相對滯后一些。但現在買國外機械調速的發動機比電控調速的還要貴,因為機械調試器的發動機已基本停產了。乘用車歐Ⅲ標準的幾乎都不再生產了,在北京歐Ⅰ、歐Ⅱ都不讓跑了,汽車的電子化幾十年了,工程機械相對慢一點,但電子化會很快普及,液壓件的電子化必須超前于工程機械的需求才會有機會。電子控制器的成本也并不是很高,主要與量有關系。從汽車工業來看,市場上一半的轎車也就10萬元左右,也全是電子化的,從發動機到變速箱、從ABS等到儀表幾乎都是電子控制器,最簡單的車至少也裝4、5個電子控制器,其中便宜的可能也就幾百塊錢,非常便宜。
液壓元件電子化以后,會增加一些成本,但原來用硬件實現的功能,可以用軟件來實現了,總的成本不會有大的變化。比如我們過去要實現一個液壓阻尼,要調阻尼的話就需要換阻尼孔,如果現在用一個電子阻尼的話,通過修改軟件中的參數就行了,當然這個工作必須將液壓和電子結合起來,說起來簡單,實際上還是有一定難度的。所以電子信息化(包括控制),液壓件的更新換代肯定要走這個路子。過去多路閥多是手控,現在也在逐步電子化了。液壓件的電子信號化應該與系統應用結合起來研究,必須從控制的角度、從系統的角度來研究這個事,我們的產品才容易被用戶接受,才能去引領用戶、市場。我們的液壓件現在仿制的多,起初可以靠仿制、學習,到后期需要創新、引領,才能發展。國內很多企業一方面規模比較小,另一方面自主研發能力不足,沒有足夠的人力、物力。
路甬祥院士、曾廣商院士也一直在強調電子化,包括電子、軟件。電子信息化以后帶來的好處,原來用硬件做的可以用軟件來做了,不但成本低了而且修改很容易,例如做控制的PID,硬件PID要調整時通過電阻、電容來實現,有時調節不過來,還需要更換電阻或電容,現在都是數字控制,通過軟件很快就OK了。所以液壓件的電子化需要抓緊,要不走這個路子,液壓的路就會越來越窄。同時電子信息化可以跟健康管理結合起來、也包括可靠性一起解決,電液結合,充分發揮好液壓、電子各自的優勢,對我們整個行業來說確實是一個變革。
建議行業建立云中心
測試這一塊,建議行業協會會商國家牽一個頭,當然主要是以企業為主,聯合幾個基礎好一點的企業,把電控、監控做起來。原來我去過廣東佛山科達,它優勢在于它自己做壓機,又做泵,而且泵用在自己的壓機上,壓機的產量也不少,將給它的泵改成電控(科達自己有電控泵,但控制器不是自己的)。科達現在自己也在做試驗,壽命試驗也做,積累了很多數據,裝上電控后可以收集更多的數據,積累下來,一個示范,慢慢就可發展起來了。
我覺得協會牽這個頭對廣東佛山科達肯定是有好處的,它先上嗎,這樣做起來對我們整個行業的推動還是很大的。雖然我也做試驗臺,但我不能只講試驗臺,從我們高校來講,覺得整個國家的發展還是很重要的,一定不能錯過現在這個很好的發展時機,就是液壓件的電子信息化如果不走的話,以后我們液壓行業就一點競爭力都沒有了。你去看看國際上的大企業,人家不是沒有,只是不推。市場一旦成熟,馬上就起來,而且起來以后馬上就可以成本做的非常低。當然在市場上,并不是越先進,市場越能接受,它不能跨代,一定是緩慢推進的,否則成本太高。我覺得現在應該投一部分錢進來,進行研究做好儲備,我們10年以后跟國外競爭,才不至于落下來,如果落下來,再仿制就不行了,電子化的東西能仿制可能嗎?太難了。
建議行業協會看看能不能從國家申請一部分資金,聯合幾個有基礎、有謀略、有胸懷的企業一起建立云中心,不只是企業受益,國家也是受益的。從戰略角度講,民族工業對國家的國防安全、整個國民經濟作用還是很大的。當國產件不行的時候,通常國外產品的價格會很高,國產件質量過關了,自然便宜了,整個國家當然是受益的,需要從這個角度來看這個問題。我們現在仿制的很多東西,還是要扶植它,但是我們不能總停留在這個階段。
卡特在它的礦用車里上已經實現了整車管理系統,管理系統還包括增強現實(AR),增強現實是什么概念呢?比如說我這個車壞了,用手機或Pad一掃這個部件,信息就可以上來,比如說液壓泵,工作原理是什么,現在的工作狀態是什么樣的,它的壓力流量是多少,排量在什么位置,運行多少小時,各種信息全有了,還可以有一個三維的模型展示。一些歷史數據不可能都在本地留著,它可能在云中心,可以把它下載以后就可以看整個趨勢分析,壽命還有多長,什么時候發生過什么事(也就是這臺泵出生后的信息都記錄在云上面了,一掃就都可以down下來),而且實時工況也都可以有,實時的就在本地了。卡特已經實現了,只是還沒有大面積的在市場上推,企業肯定是為了盈利,現在可以在高端上做,慢慢就推廣開了,一旦市場接受,一上量,成本就下來了。所以如果我們的液壓件沒有電子化功能,怎么可以能用我們的?
我覺得國家應該在這方面持續投入一部分錢,作為長期的、大的戰略方面的投入,對整個行業是有好處的。要讓企業掏錢可能沒有一個企業能負擔的起,最好是國家能夠給予支持,幾個單位聯合在湊上一部分,用3~5年的時間,在協會主持下建立一個云中心,慢慢跑起來,至少做幾百臺液壓泵的示范,連控制帶數據收集,泵的壽命預測、故障判斷、健康管理一起做起來,這樣,絕不是泵壞了再去修,是這個泵開始出現性能劣化的時候就預警了,這個功能一定是靠大數據。
控制器要自己開發,要有自主知識產權,這個對企業對國家是有好處的,這樣將來與主機結合起來還是很有希望的。數據傳輸可以用4G,而且國家馬上投5G了,5G就更快了,車聯網現在就是走的移動網絡,所以這是可以實現的。
從液壓測試這個角度講,由協會牽頭并且從中做協調,把控制器做起來,找幾個有積極性的廠聯合起來,國家投一定錢把云中心建立起來,這個是與2025目標很契合的,而且是很基礎、很共性的東西,對我們這個行業技術的提升是有好處的,當然這是一個公益性的項目,短期很難獲利。
建立云中心給我們帶來的變革將是巨大的,就是收集了這么多液壓元件的數據,后期經過數據的分析,可以知道哪可能出問題了,所有信息全是知道的。而通過個體的個別信息是無法知曉產品設計以及工藝的狀況的,但當我有1萬個樣本以后,通過趨勢分析就可以知道它的一個狀況,包括壽命預測都可以做。你才能跟大家說明這個問題,我有1000套、10000套運行了多少個小時,有什么數據,這才有意義,你做3臺、5臺的測試沒有人信你,而且這個工作連我們電子化、信息化也都做了,是一舉多得的事。這個做完以后,至少是我們這個行業不落后了,2025目標才有可能實現。(轉自2017-05-15 液壓氣動與密封)

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