隨著國家《智能制造2025》政策的不斷落實，智能制造在各個行業(yè)如火如荼的展開，電機作為國民經(jīng)濟和工業(yè)的基礎設備，國家在2016年開展了智能制造新模式應用項目。2018年，第一批開展智能制造試點的企業(yè)面臨項目驗收，在第一批項目接近試點收官之際，高效電機領跑者編輯部采訪了上海電器科學研究院、國家中小型電機及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心智能制造部工程師黃先鋒。黃工參加過Y3/YX3/YE2/YE3/YZTE3/YE4等高效超高效電機研發(fā)工作，而且參與了江蘇大中、山東華力、臥龍電氣、福建安波、江西特種電機的智能制造新模式應用項目，主要負責電機制造工藝路線的設計與落實，智能制造設備的開發(fā)與方案論證。

黃先鋒

電機行業(yè)的發(fā)展趨勢如何？

      全球電機行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢綜合起來可以歸納為以下幾點：

1 機電一體化

      隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展和應用，中小型電機應用領域日益廣泛。為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的運行，中小型電機在各種不同的工況下與計算機、電機控制器、功率變換器、傳感器等諸多方面連接，還往往要與各級執(zhí)行機構(gòu)和負載（如各種機械、液壓、氣動裝置）整合起來。因此，電機已不是一個零部件級的執(zhí)行機構(gòu)，而是一個可以實現(xiàn)預定功能的完整的機電一體化系統(tǒng)。國際上ABB、西門子、三菱等都已從電機制造企業(yè)發(fā)展為國際知名的電機及控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品范圍已從以電機為核心，延伸到變頻器、軟啟動器等電機控制領域，展現(xiàn)出了較大的技術(shù)優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢，占據(jù)較大的市場份額。我國電機制造企業(yè)已經(jīng)開始關注電機控制技術(shù)，但要實現(xiàn)電機系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配及其控制一體化，還需付出巨大的努力。

2 電機及系統(tǒng)的綠色節(jié)能

      電機及系統(tǒng)效率的提升已成為節(jié)能潛力最有前景的發(fā)展方向之一。國際上各國政府和組織紛紛研究不同應用領域、不同工業(yè)部門的各種各樣電機系統(tǒng)的節(jié)能方案，制定節(jié)能導則、標準、法規(guī)，并開發(fā)相關綠色節(jié)能產(chǎn)品，如：國際電工委員會（IEC）統(tǒng)一了全球的電動機能效和測試方法標準，包括歐盟EuroDEEM、美國MMASTER等電機系統(tǒng)節(jié)能平臺，以及歐盟生態(tài)設計計劃等。我國正在積極推動和扶持高效電機及電機系統(tǒng)節(jié)能工程的開展和實施，高效、超高效的中小型電機、調(diào)速專用電機、電機系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)、電機系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)等正成為發(fā)展趨勢。

3 電機及控制系統(tǒng)的專用化

      為了獲得更好的負載匹配特性，使電機及控制系統(tǒng)實現(xiàn)高效運行，國外已開發(fā)出各種專業(yè)電機及控制系統(tǒng)以滿足不同負載特性的應用場合。我國也將不斷拓展電機產(chǎn)品的外延和內(nèi)涵，研發(fā)與不同負載匹配的各種專業(yè)電機及系統(tǒng)，打破不同負載應用場合長期使用同一類電機的局面。

4 輕型化、小型化

      許多領域?qū)﹄姍C的體積和重量提出了很高的要求，在石油、化工、煤炭等應用領域體現(xiàn)的尤為明顯。為了達到輕型化、小型化的目標，在設計過程中，堅持采用先進技術(shù)和優(yōu)質(zhì)材料，優(yōu)化設計原則，實現(xiàn)了在有效材料保持不變的情況下，單位功率重量下降。例如：小功率電機的損耗分布中銅耗占比較大，效率大幅度提高比較困難，實現(xiàn)IE3以上能效級別不太現(xiàn)實。而如果采用鑄銅轉(zhuǎn)子替換原來的鑄鋁轉(zhuǎn)子，由于銅的導電性比鋁的高40%左右，電機總損耗顯著下降，鑄銅轉(zhuǎn)子電機可以很容易達到IE3、IE4能效等級。在小型風機輔機和長時間滿負荷運行電機等領域，相同功率和效率指標的鑄銅轉(zhuǎn)子電機和鑄鋁轉(zhuǎn)子電機相比，前者效率更高，重量更低，更加小型化。

5 智能化

      目前國際上先進的電機系統(tǒng)已集成了診斷、保護、控制、通訊等功能，可實現(xiàn)電機系統(tǒng)的自我診斷、自我保護、自我調(diào)速、遠程控制等。隨著我國裝備制造業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展及工業(yè)化、信息化兩化融合，電機系統(tǒng)智能化發(fā)展成為必然趨勢。

6 模塊化

      以電機產(chǎn)品、電機控制裝置的機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口等實行模塊化設計，可提升電機系統(tǒng)的快速響應能力，目前已成為國際上電機及系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

7 低噪音

      國外產(chǎn)品在負載情況下的噪聲已經(jīng)很低，目前我國電機產(chǎn)品與國外先進水平相比還存在著較大差距，比如西門子電機的負載噪聲水平僅相當于國內(nèi)電機的空載噪聲水平，國內(nèi)企業(yè)還需加快研究降低電機系統(tǒng)噪聲的設計、制造技術(shù)。

      電機系統(tǒng)發(fā)展至今已成為集電機、控制、材料、流體力學、機械、結(jié)構(gòu)、電力電子等為一體的綜合學科，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，其發(fā)展趨勢還將被賦予新的內(nèi)容。

我國電機行業(yè)的制造水平如何，和歐美國家比如何，有沒有解決的方向？

      電機是國民經(jīng)濟中重要的一環(huán)，在節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。我國是世界最大的電機生產(chǎn)、出口國，作為節(jié)能減排的重要舉措，各國都大力推廣和使用高效節(jié)能電機，我國也相繼推出了“高效電機節(jié)能補貼”、“全國電機能效提升計劃”等政策助推電機能效水平提升，預計僅工業(yè)用高效、超高效電機市場規(guī)模將超過600億元，市場前景非常廣闊。

      我國雖是電機制造大國，卻非制造強國，基本上還是依靠傳統(tǒng)車、銑、磨、刨、鉆床等設備，雖然有部分設備實現(xiàn)了數(shù)控化，但總體比較零散，距離自動化、智能化生產(chǎn)相距甚遠，質(zhì)量一致性也與歐美電機存在較大差距。歐洲知名電機制造商西門子，采用先進的智能化生產(chǎn)裝備，已實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)方式。盡管我國近年在該領域投入了大量資金，但核心加工設備、加工工藝、智能化制造和管理水平與國際先進水平仍存在較大差距，電機智能制造基本屬于空白。此外，行業(yè)內(nèi)少有具有國際競爭力的骨干企業(yè)，缺乏國際知名品牌，導致在高端產(chǎn)品的研發(fā)和制造領域缺乏市場競爭力。

      為此，電機行業(yè)急需開展集智能制造關鍵技術(shù)與裝備研發(fā)、關鍵工藝模型研究，以及信息化管理系統(tǒng)研究為一體的智能化運營綜合平臺建設，并以此引導行業(yè)開展智能制造、綠色制造工程建設，加快發(fā)展轉(zhuǎn)型，提升我國的電機制造業(yè)整體水平及國際競爭力。

      智能制造，是對整個制造業(yè)價值鏈的智能化和創(chuàng)新，是信息化與工業(yè)化深度融合的進一步提升。智能制造融合了信息技術(shù)、先進制造技術(shù)、自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)。智能制造包括開發(fā)智能產(chǎn)品；應用智能裝備；打造智能工廠；實行智能研發(fā)；形成智能物流和供應鏈體系；開展智能管理；推進智能服務；最終實現(xiàn)智能決策。智能制造發(fā)展需經(jīng)歷自動化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個階段。每一階段都對應著智能制造體系中某一核心環(huán)節(jié)的不斷成熟。

      綠色制造，又被稱作環(huán)境意識制造，是指企業(yè)在考慮資源效益的同時又要兼顧其對環(huán)境影響的程度。在工業(yè)輸出產(chǎn)品的過程中，包括從設計、制造、包裝、運輸整個產(chǎn)品的生命周期之中，企業(yè)要將其對環(huán)境的負作用降到最小，且要保證最高的資源有效率，從而使得企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。

      綠色制造側(cè)重降低消耗，減少污染排放，智能制造側(cè)重提質(zhì)增效，兩者相互補充、相互促進不可分割。

      在電機領域，電機制造的數(shù)字智能化、綠色化是發(fā)展趨勢，具體包括：通過研發(fā)電機數(shù)字化設計系統(tǒng)，搭建電機生命過程管理與生產(chǎn)管理統(tǒng)一應用平臺，建立電機標準研發(fā)數(shù)據(jù)庫，對現(xiàn)有硬件系統(tǒng)進行智能化改造和制造工藝系統(tǒng)優(yōu)化升級，結(jié)合數(shù)字化產(chǎn)品質(zhì)量和性能檢測系統(tǒng)，最終實現(xiàn)電機設計“綠色化”，制造過程“綠色智能化”。通過電機數(shù)字智能化制造項目，能夠輻射帶動中國裝備制造產(chǎn)業(yè)向自動化、數(shù)字化和智能化方向逐步推進，而通過綠色制造能夠?qū)崿F(xiàn)電機的制造過程無污染，少排放，通過廢舊電機再制造、再利用，可提高資源利用效率。

電機廠智能制造后對工人就業(yè)的影響怎么樣？

      雖然電機制造相對其他行業(yè)比較落后，但仍有一定的技術(shù)含量，一些關鍵工序：如嵌線，技術(shù)要求比較高，工人培養(yǎng)不易。在智能制造項目中，我們總結(jié)出電機廠工人年齡分布規(guī)律：50歲以上的工人占25%以上，40歲以上的工人占大約75%，30歲以下的工人占比不到10%。言外之意就是5~10年以后，很多工人年齡增長到50~60歲，屆時工人體力將不能滿足工廠的需要。而年輕人對傳統(tǒng)體力勞動缺乏興趣，對傳統(tǒng)技術(shù)學習熱情不高，長此以往，電機行業(yè)將會出現(xiàn)人才斷層現(xiàn)象。我們做過一個調(diào)研，2017年參加高考的人數(shù)是942萬，專科以上入學率超過70%；而2005年到2017年專科以上的畢業(yè)生保守估計有5000~6000萬；算上1995~2005年和以前的畢業(yè)生，數(shù)字非常龐大，因此我們的工人整體素質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了變化，人員素質(zhì)越來越高，但是招聘高素質(zhì)的年輕工人卻很難。未來5~10年，90后00后的年輕人會成為主體，這部分年輕人在初中或高中時就接觸智能手機和電子設備，對于傳統(tǒng)的作業(yè)方式和工藝，大多數(shù)人不愿意學習，更不甘心做體力勞動，未來電機廠招工難問題將會更加嚴峻。我們現(xiàn)在做智能制造，目的就是要開發(fā)一些自動化，數(shù)字化，智能化的設備，讓這部分年輕人去操作。否則，年齡大的工人體力較差，效率低，人工成本高；而年輕人不愿意從事傳統(tǒng)體力勞動，即使他們愿意做，父母也不同意，導致電機廠面臨招工難、用工荒等問題。所以，發(fā)展智能制造對電機廠是非常必要的，為了企業(yè)發(fā)展，企業(yè)一定要未雨綢繆，提前布局智能制造。

電機行業(yè)的智能制造項目對電機生產(chǎn)設備商有何影響？國產(chǎn)的設備能達到要求嗎？

      國內(nèi)電機廠的加工設備大部分是購買自市場上通用的設備，因為專門為電機行業(yè)開發(fā)的設備很少，即使有也只是一部分性能單一的設備，總之，電機廠商對設備的總體要求不高。國內(nèi)設備制造商，生產(chǎn)能力已有很大提高，例如部分軟件供應商和系統(tǒng)集成商，不足之處是缺乏對電機生產(chǎn)工藝要求和產(chǎn)品的深入了解。如果設備制造商深入研究電機生產(chǎn)的工藝特點和個性化要求，結(jié)合不同電機廠不同個性化產(chǎn)品的要求，配合目前的自動化技術(shù)，開發(fā)適合電機行業(yè)制造工序工藝的專用設備是可以實現(xiàn)的。關鍵之處是設備制造商要深入理解電機生產(chǎn)工藝要求和特點，與自動化和智能化相關技術(shù)人員進行溝通，共同根據(jù)電機生產(chǎn)的特點開發(fā)專用設備和信息化管理系統(tǒng)，在此基礎上可以根據(jù)不同電機廠的產(chǎn)品要求，稍作調(diào)整即可使用。在電機廠的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高的同時，也給一部分學識豐富的年輕員工提供了技能施展平臺。

從長遠來看，智能制造對電機行業(yè)有哪些影響？

      目前，在電機生產(chǎn)設計領域，絕大多數(shù)電機制造企業(yè)生產(chǎn)的設備，大部分是通用型號的電機，很少有針對不同行業(yè)和工況運行特點進行個性化、定制化生產(chǎn)的情況，導致電機制造企業(yè)都是被動地為下游的風機、泵、壓縮機等企業(yè)配套，在電機系統(tǒng)節(jié)能改造過程中，缺少話語權(quán)。而且在高端智能加工中心和關節(jié)機器人用高端伺服電機和驅(qū)動系統(tǒng)領域，國外產(chǎn)品占據(jù)主流市場，類似情況不勝枚舉。

      但是隨著國內(nèi)YE4系列超超高效電機設計驗收完成，國家機器人檢測中心成功建設，電機智能制造項目的順利推進，我國的落后局面將會大大改觀。目前正在進行的智能制造新模式項目包括：江蘇大中電機超高效電機智能制造項目、山東華力電機超高速永磁電機智能制造項目、福建安波電機超高效永磁電機智能制造項目、臥龍電氣和江特電機的新能源汽車永磁電機智能制造項目、中車集團永磁大功率牽引電機智能制造項目。這些項目將促進我國在高效電機及系統(tǒng)節(jié)能、高端裝備和機器人、新能源汽車、高鐵和智能交通等領域快速發(fā)展。節(jié)能和新能源及交通領域的進步將有利于節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色發(fā)展；高端裝備和機器人領域的進步反過來會促進智能制造領域的發(fā)展，特別是電機智能制造。電機智能制造項目的推進，賦予了電機制造企業(yè)個性化、定制化、專用化生產(chǎn)的能力，未來可以滿足不同行業(yè)客戶的個性需求，搶占全球高端電機市場。

      在電機智能制造技術(shù)領域，山東華力電機集團正在籌建電機制造數(shù)字化生產(chǎn)線，未來將采用包括鐵心沖壓、有繞組鐵心制造、精加工、整機總裝等多個關鍵工藝流程，集成應用智能數(shù)控機床、3D打印、機器人、智能物流等關鍵技術(shù)裝備，實現(xiàn)融合數(shù)字化三維設計、效能管理、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化等為一體的智能制造新模式。預計可實現(xiàn)總體生產(chǎn)效率提高25%，生產(chǎn)運營成本降低25%，不良品率降低40%，產(chǎn)品研制周期縮短35%，產(chǎn)品設計數(shù)字化率達到100%，關鍵加工工序數(shù)控化率達到85%。項目建成后，將會帶動形成一批有代表性的電機生產(chǎn)專用智能設備和精益工業(yè)方案，未來該模式可以復制到電機行業(yè)的大部分生產(chǎn)制造企業(yè)和電機設備制造企業(yè)，促進電機制造產(chǎn)業(yè)升級，提高生產(chǎn)效率。

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