電站鍋爐智能化制造規(guī)劃

趙紅兵 馬王哲

摘要：隨著環(huán)保要求越來越高，電站鍋爐制造企業(yè)應(yīng)結(jié)合《中國(guó)制造2025》的要求，通過加大企業(yè)技改投入、采用智能化等手段，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)出低碳、綠色、環(huán)保、高效和智能的火力發(fā)電裝備，以實(shí)現(xiàn)彎道超車，引領(lǐng)世界的火力發(fā)電裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從而走出一條切實(shí)可行的轉(zhuǎn)型發(fā)展之路。

關(guān)鍵詞：智能化制造、技術(shù)框架、核心構(gòu)建

Intelligent planning of power plant boiler manufacturing

ZHAO hong-bing MA wang-zhe

（China united engineering corporation limited，Hangzhou，310022）

Key Words： Intelligent manufacturing， Technical framework，Core construction

1.背景

我國(guó)是一個(gè)以燃煤發(fā)電為主的國(guó)家，在電力結(jié)構(gòu)中燃煤火力發(fā)電量占有相當(dāng)大的比例，根據(jù)《2017年全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)一覽表》數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)發(fā)電量約為6.4萬億kWh，其中火電發(fā)電量約占71%。同時(shí)，我國(guó)人均發(fā)電裝機(jī)和人均年用電量仍然偏低，人均發(fā)電裝機(jī)僅有1 kW，人均年用電量?jī)H4038kWh，目前發(fā)達(dá)國(guó)家人均裝機(jī)容量2kW左右，其中美國(guó)已經(jīng)超過3kW，在人均用電量方面我國(guó)接近世界平均水平，但是僅為部分發(fā)達(dá)國(guó)家的1/4～1/5，其中美國(guó)是我們的3.5倍，日本、法國(guó)等國(guó)家接近我國(guó)的2倍。在“十三五”乃至更長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)火力發(fā)電裝機(jī)容量仍將超過50%，仍需重點(diǎn)發(fā)展清潔高效、大容量、高參數(shù)的發(fā)電裝備。

近年來，制造業(yè)，尤其是中國(guó)制造業(yè)正在經(jīng)歷著重要變革，企業(yè)生產(chǎn)向全球化采購(gòu)、生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，制造工廠對(duì)質(zhì)量、成本、效率以及安全的要求也在不斷提高，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)入新的發(fā)展階段。高新技術(shù)深刻、廣泛地影響裝備制造業(yè)的發(fā)展，智能化是制造自動(dòng)化的必然選擇。智能制造是研究制造活動(dòng)中的信息感知與分析、知識(shí)表達(dá)與學(xué)習(xí)、智能決策與執(zhí)行的一門綜合交叉技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)知識(shí)屬性和功能的必然手段。目前，我國(guó)發(fā)電裝備行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)充分競(jìng)爭(zhēng)的階段，整體產(chǎn)能已經(jīng)過剩，產(chǎn)品技術(shù)已不足于成為制造廠家的核心競(jìng)爭(zhēng)力，必須向智能化轉(zhuǎn)變，以智能制造為主攻方向，推進(jìn)生產(chǎn)過程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理、質(zhì)量控制和服務(wù)的智能化水平，才能在劇烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。

2.電站鍋爐智能化制造技術(shù)框架

電站鍋爐智能制造總體框架，可以覆蓋產(chǎn)品的研發(fā)、工藝、制造、試驗(yàn)、運(yùn)維服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的主要過程，管理智能工廠的數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理及制造運(yùn)行全流程，并基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備到生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及各信息系統(tǒng)之間的全集成。電站鍋爐智能制造技術(shù)框架如下：

電站鍋爐智能制造的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，在精益化生產(chǎn)理論的指導(dǎo)下，基于先進(jìn)的智能制造技術(shù)，以信息基礎(chǔ)設(shè)施和智能制造裝備為基礎(chǔ)，以數(shù)字化車間制造運(yùn)行系統(tǒng)（MES）為大腦和運(yùn)行管控中樞，與企業(yè)上層的企業(yè)資源管理、數(shù)字化設(shè)計(jì)等信息化系統(tǒng)和底層的智能制造裝備等實(shí)現(xiàn)橫向到邊、縱向到底的全面集成，實(shí)現(xiàn)制造過程的智能化、精益化及透明化。

3.電站鍋爐智能化制造核心構(gòu)建要求

3.1智能設(shè)計(jì)

電站鍋爐智能化設(shè)計(jì)需建設(shè)數(shù)字化研發(fā)協(xié)同管理平臺(tái)、數(shù)字化產(chǎn)品三維模型與仿真驗(yàn)證、數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)和管理，產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（PLM系統(tǒng)）管理，構(gòu)建完成了產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺(tái)，統(tǒng)一管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，建立產(chǎn)品零部件全參數(shù)化三維實(shí)體模型、三維設(shè)計(jì)資料庫、參數(shù)庫，保證產(chǎn)品開發(fā)周期過程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、一致性?？焖偬岣哐邪l(fā)創(chuàng)新能力，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，提升了產(chǎn)品研發(fā)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2智能制造運(yùn)行管理

電站鍋爐智能化制造基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、支持?jǐn)?shù)字化車間全面集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及信息安全系統(tǒng)，通過智能下料數(shù)控設(shè)備、智能焊接生產(chǎn)線、自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線，柔性裝配生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、數(shù)字化立體倉庫及物流配送、智慧能源監(jiān)測(cè)管理、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全生產(chǎn)過程中“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的智能識(shí)別、定位、跟蹤、分析、監(jiān)控和管理。

由于電站鍋爐制造屬于離散型制造，各工序之間存在很多間斷性，其過程包含很多變化和不確定因素，在一定程度上增加了離散型制造生產(chǎn)組織的難度和配套復(fù)雜性。面向訂單的離散型制造企業(yè)具有多品種、小批量的特點(diǎn)，其工藝路線和設(shè)備的使用較靈活，因此，離散制造型企業(yè)更加重視生產(chǎn)的柔性，包括生產(chǎn)線的柔性以及生產(chǎn)方式對(duì)頻繁換產(chǎn)、插單等的適應(yīng)性與柔性。

3.3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

電站鍋爐智能化制造基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、支持?jǐn)?shù)字化車間全面集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及信息安全系統(tǒng)（CPS），通過智能下料數(shù)控設(shè)備、智能焊接生產(chǎn)線、自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線，柔性裝配生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、數(shù)字化立體倉庫及物流配送、智慧能源監(jiān)測(cè)管理、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全生產(chǎn)過程中“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的智能識(shí)別、定位、跟蹤、分析、監(jiān)控和管理。

3.4智能裝備

智能裝備是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。電站鍋爐智能裝備重點(diǎn)推進(jìn)自動(dòng)化成套生產(chǎn)線，智能控制系統(tǒng)，精密和智能儀器儀表與試驗(yàn)設(shè)備，關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件、元器件及通用部件，智能專用裝備的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、智能化、綠色化，帶動(dòng)電站鍋爐整體技術(shù)水平的提升。電站鍋爐制造企業(yè)的生產(chǎn)制造主要包括：管子（蛇形管和散管）、膜式壁（或稱水冷壁）、集箱和汽包（超（超）臨界鍋爐中為汽水分離器）四大受壓部件的專業(yè)智能化生產(chǎn)裝備。

3.5智能物流

利用條形碼、射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器、全球定位系統(tǒng)等先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)平臺(tái)，并與生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，通過系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)物流指令，實(shí)時(shí)采集物流設(shè)備狀態(tài)、位置信息等現(xiàn)場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸過程的自動(dòng)化運(yùn)作和高效率優(yōu)化管理，提高物流行業(yè)的服務(wù)水平，降低成本，減少自然資源和社會(huì)資源消耗。物聯(lián)網(wǎng)為物流業(yè)將傳統(tǒng)物流技術(shù)與智能化系統(tǒng)運(yùn)作管理相結(jié)合提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，進(jìn)而能夠更好更快地實(shí)現(xiàn)智能物流的信息化、智能化、自動(dòng)化、透明化、系統(tǒng)的運(yùn)作模式。

3.6智能產(chǎn)品和運(yùn)程運(yùn)維

智能電站鍋爐是將先進(jìn)制造技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)和虛擬技術(shù)的集成和深度融合，使電站鍋爐具有感知、分析、推理、決策、控制功能，具有信息存儲(chǔ)、傳感、無線通信功能，并進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程服務(wù)的電站裝備。

電站鍋爐智能運(yùn)維通過開發(fā)基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多種軟件的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同電站鍋爐不同采集系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)整合、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線故障診斷、趨勢(shì)分析預(yù)判、離線評(píng)估分析和制造服務(wù)，為電站鍋爐運(yùn)行及維護(hù)提供技術(shù)支撐。

我國(guó)電站鍋爐產(chǎn)業(yè)伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)幾十年的發(fā)展，從無到有、從弱到強(qiáng)，通過“自主研發(fā)到引進(jìn)——消化吸收——再創(chuàng)新”的發(fā)展之路，逐步趕上國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家的火力發(fā)電裝備水平。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)、我國(guó)環(huán)境承受達(dá)到一個(gè)極限、火力發(fā)電裝備產(chǎn)業(yè)需要新的突破等壓力和機(jī)遇的到來，我國(guó)電站鍋爐制造產(chǎn)業(yè)需要結(jié)合《中國(guó)制造2025》和國(guó)家創(chuàng)新機(jī)制等的要求，通過智能化制造，進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)、管理創(chuàng)新和生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新等手段，生產(chǎn)出低碳、綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效和智能的電站鍋爐，以實(shí)現(xiàn)彎道超車，引領(lǐng)世界的火力發(fā)電裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高整個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)現(xiàn)代化水平。

作者簡(jiǎn)介：趙紅兵（1977.6-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士研究生，工程設(shè)計(jì)與管理領(lǐng)域。