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                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            2019-7-15 08:31| 發布者: 液壓哥| 查看: 3099| 評論: 1 |來自: 博世力士樂

                            簡介:作者:Dr. Steffen Haack – Bosch Rexroth盡管近幾十年來共同努力改善其形象,但液壓仍被許多用戶視為恐龍。因此,它不是年輕新兵中的首選。畢業生往往會被他們的數字商業理念吸引到初創環境,并且在比喻意義上,他 ...

                            作者:Dr. Steffen Haack – Bosch Rexroth

                            盡管近幾十年來共同努力改善其形象,但液壓仍被許多用戶視為恐龍。因此,它不是年輕新兵中的首選。畢業生往往會被他們的數字商業理念吸引到初創環境,并且在比喻意義上,他們會被欲望的對象 – 一只金色的獨角獸所吸引。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            在國際上,獨角獸象征著創新和創造力 – 以令人驚嘆的因素賺取大量金錢。無論外界如何看待液壓系統,液壓系統的全球經濟重要性無可爭議,銷售額達數百億美元。矛盾的是,流體動力技術的經濟重要性仍然與用戶,公眾和科學界的方式形成鮮明對比。

                            液壓技術如何將其形象轉變為新的世界?答案很簡單;恐龍必須通過整合新技術,特別是電子控制和機電動力傳輸來適應。通過這樣做,液壓系統將為用戶變形為一種新穎的高科技體驗。

                            具體而言,這意味著保留液壓系統的優勢,并將其與技術“IT消費者世界”中的機遇和優勢相結合。用戶將把“隱藏式”液壓系統視為一個緊湊的,完整的功能模塊 – 簡單,直觀,連接,并迅速安裝。無論這種未來愿景如何,液壓系統必須保持其對機電驅動器的立場。技術轉變在許多領域已經非常先進。

                            在這里,我們需要保衛我們的領土。與液壓系統不同,更容易連接和更簡單的IT連接長期以來一直是機電解決方案DNA的組成部分。但是,我們如何才能確保未來十年工業液壓系統未來的可行性,以及我們必須做些什么才能使其更具競爭力?瞄準金色的獨角獸!

                            隨著工業4.0將這些印象轉化為更多的金色獨角獸,對水力學作為恐龍技術的錯誤認識應該會消失。

                            工業環境

                            工業液壓系統不能免受不斷變化的市場環境中發生的變化的影響。然而,時尚新技術主題并不是影響未來幾年現場的唯一因素。一些熟悉的趨勢將繼續對未來的增長至關重要。

                            能源效率。在考慮主要趨勢時,環境和資源稀缺總是起著重要作用。它們需要更節能的驅動系統。例如,在歐洲,能源相關法規適用于組件級別(例如,電動機的IE3標準)。除此之外,例如,許多標準和代碼適用于批量生產機器的機器效率標簽。

                            能源效率的重要性正在超越工業化國家。能源在世界許多地區仍然太便宜,而新的,創新的方法只會從供應和價格壓力中產生。鑒于其特定的優勢(高功率密度,大的力),液壓系統注定要用于強大的機器。這尤其適用于節能驅動解決方案特別有益的壓力供應站。

                            外表。持續存在的能效問題引起了速度控制驅動系統使用的穩步上升。高效伺服電機越來越多地取代標準異步電機。技術上可擴展的解決方案已在市場上出售。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (Sytronix變速驅動液壓趨勢,將變速電驅動器與變速電動機和液壓泵組合成一體化驅動單元。)

                            環境挑戰

                            工業液壓系統在各種環境條件下使用。管理機構對可持續生產,回收和液壓產品的處置實施了具體的區域法規。液壓油作為必不可少的壓力傳遞介質和潤滑劑,在環境影響和系統功能安全方面起著特殊的作用。盡管可快速生物降解的油已有60多年的歷史,但最常使用的是礦物油。然而,持續改進不僅與液壓油有關:在與液壓油,新材料和幾何形狀的兼容性方面,還必須進一步開發密封件。降低油量是降低環境風險的另一種方法。這些可以通過智能油箱設計實現,主動脫氣或更小,分散的驅動軸。

                            減少使用的油量和改善環境兼容性仍然是持續存在的問題。預計未來環境法規將變得更加嚴格。因此,石油,密封和液壓制造商可能會形成聯盟,以進一步改善環境兼容性。

                            安全相關要求。在歐洲,機械指令要求機器的設計和制造方式應避免對人類構成潛在風險。已經建立了一系列歐洲液壓系統安全標準,并通過相關標準(如壓力設備指令)對這些標準進行了補充。

                            安全問題也將成為未來的優先事項。其他地區,特別是新興國家也預計會有更嚴格的法規(例如,批準檢查,設計指南)。

                            數字信息采購

                            工業用戶越來越期望他們習慣于從消費者世界配置器,可用性,移動設備,應用程序,云解決方案等中獲得相同水平的便利性。根據需求,產品本身將具有來自簡單數字接口的任何東西(例如, IO-Link)具有實時功能的多以太網連接。

                            從2023年開始,新的5G通信標準將導致更多的私有工業網絡在工業環境中使用。利用這些基于邊緣云的網絡,可以實現小于1毫秒的傳感器 – 執行器循環時間。結果,可以滿足塑料加工機器中的典型控制器要求。集成到產品中的傳感器和5G通信將為狀態監控提供信息,甚至可用于預防性維護的數據使用。因此,預計會有大量基于數據的商業模式。

                            電液部件將受益于自動化和IT世界的技術影響。與電氣自動化一樣,液壓元件供應商正準備與人工智能和基于云的解決方案的其他相關供應商合作。將需要更多的跨技術合作伙伴關系,特別是對于尖端的IT主題。

                            個別制造商將不再擁有所有必要的技能。目前關于伙伴關系的觀念也將發生變化。在某些情況下,未來的合作伙伴將是以前的合作伙伴,而一些以前的合作伙伴可能會成為競爭對手,新的合作伙伴也會出現。如果在數字化,連接和通信方面發生必要的結構變化并且員工具備必要的資質,傳統的機械工程和工廠建設只會受益于IT世界中更短的創新周期。

                            培訓和經驗。一段時間以來,顯而易見的是,擁有專業液壓知識的潛在員工數量正在下降。這適用于商業和工程部門。就專業基礎和進一步培訓而言,例如在德國,沒有公認的資格。目前,液壓專家主要從相關專業招聘,如農業或建筑機械裝配工,工業機械或機電技師。

                            事實上,沒有特定的培訓可以作為流體機電一體化專家的資格。大學不提供專門的液壓課程,液壓技術幾乎不是工程課程的基本模塊。大學的情況令人不滿意。當液壓系統作為主題提供時,課程幾乎完全受限于標準液壓系統而非電液系統。我們在國外看到類似的情況。

                            實現工業獨角獸需要現代化,最新的教學,技術轉讓以及在學術和商業領域創建新的“流體/機電一體化專家”資格。這是教育政策制定者,行業和國家/國際流體技術協會面臨的關鍵聯合任務之一。

                            未來,將需要兩個不同的液壓領域的職業概況。一個是具有機械工程技能的組件導向專家,他們開發和優化產品。 另一個是面向系統的流體機電一體化專家,他具有控制技術知識,并精通液壓和機電驅動的工具箱。

                            盡管付出了努力,但目前的教育情況不太可能在不久的將來發生很大變化。在未來的歲月中,改善教育將導致深入的知識將是至關重要的。這是因為如果控制技術,數字化,軟件或運動學方面缺乏知識,那么無論技術有多好,電液系統解決方案都不會成功。

                            機器制造商已經將工程外包給供應商,并且越來越多地采購完整的子系統作為“功能模塊”。大型終端用戶越來越多地尋求專業公司進行維護工作。因此,維護液壓系統應盡可能方便用戶,液壓系統應繼續為年輕人提供有吸引力的面向未來的職業。

                            未來生存能力

                            對于所有應用,肯定沒有標準的首選技術。無論是液壓還是機電,每種類型的驅動器都有其自身的優點和缺點,只能根據它們對特定應用的適用性進行評估。為了對未來的可行性(超過10年的觀察期)做出可靠的陳述,進行了一項調查,以確定是否可以替代10個主要工業液壓領域中最重要的應用。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (工業液壓的重要行業和應用概述。)

                            針對上述主要應用考慮了以下驅動器類型:

                            線性運動:> 80%的應用

                            液壓系統:通過閥門或泵控制和緊湊型軸驅動氣缸

                            機電:滾珠或滾柱螺桿組件

                            旋轉運動:占所有應用的20%

                            液壓系統:泵控制或二級控制

                            機電:直接驅動或減速電機。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (液壓和機電驅動技術中的驅動類型。)

                            對未來最合適的驅動器類型的總體評估是基于對以下四個主要類別的調查,每個應用總共有13個標準:

                            功能:動態,穩健性,靜態功率限制,準確性,安全性

                            集成:安裝空間,靈活性,用戶友好性

                            成本效益:成本,效率,使用壽命

                            生態學:生態友好,維護

                            總而言之,很明顯,線性運動的機電系統最大可達500 kN或更高。對于額定值小于100 kN的系統,機電系統在許多應用中具有取代液壓系統的巨大潛力。雖然通過進一步開發材料,涂層和幾何形狀可以實現功率和速度的輕微改進,但似乎不太可能出現革命性的跳躍。然后,通過機械傳動的功率和扭矩的任何進一步增加將受到要加速的質量的限制。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (線性運動技術的這種比較表明,液壓在速度和力量方面繼續超過機電致動器。)

                            液壓驅動裝置已經傳遞的力比過去大100倍。就機電系統的物理性能限制而言,與液壓系統不同,沒有明顯的中斷。因此,預計在這兩個領域都會有進化的進一步發展。金屬切割機和轉子驅動器中的液壓系統可能面臨更加激烈的競爭。然而,通過閥門控制系統以及更加用戶友好的產品和系統,也將有機會實現節能。就線性應用而言,液壓系統將通過緊湊型軸的進一步創新開發來保持甚至改善其位置。

                            一旦這樣的開發是自動電液軸,其由電動泵單元,歧管和汽缸組成。這些軸幾乎不需要維護,其調試與機電驅動相同。與液壓相關的細節已經包含在軟件庫中。因此,即使是復雜的行程輪廓 – 例如用于成形,連接,注塑和其他大力應用的行程輪廓 – 也可以非常容易地進行參數化。作為規范過程的一部分,機器制造商和系統集成商也可以達到SIL 3的安全等級。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (這種自動伺服液壓執行器是一體化單元,可以使用與機電執行器相同的技術進行調試。)

                            發展趨勢

                            各種市場,行業和應用領域對工業液壓系統提出了截然不同的要求。近幾十年來出現的發展領域主要集中在以下方面:

                            能效(減少流動力,減少壓力損失,提高效率)

                            降噪

                            減少油箱容量

                            壓力水平更高,安裝空間更小

                            改善材料和油性能

                            更高的可用性和預測性維護

                            用戶友好性(車載電子設備,調試軟件)

                            安全

                            雖然這些問題在未來仍將發揮作用,但它們本身已不再足夠。3D金屬印刷等工業趨勢為液壓技術提供了新的技術機會,例如優化的核心設計(砂印工藝),以改善流動性或伺服閥的生產。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (這個伺服閥歧管作為3D打印如何使組件更緊湊,更輕,甚至更高效的一個例子。)

                            在敏感環境中的應用

                            一部分工業液壓系統的特點是特殊的環境條件,通常是連續工藝。它包括海洋和近海工業,水利工程鋼結構,冶金,鑄造機械,采礦等,其中系統安裝在室外或類似環境中。對于涉及連續過程的生產系統,重點是OEE(整體設備效率),通過優化流程,提高質量和實施預測性維護來實現生產力的提高。基于機器學習的高性能診斷系統 – 例如力士樂的在線診斷網絡(ODiN) – 已經可以可靠地預測組件何時出現故障,正在以液壓技術開發。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (基于機器學習的當前診斷系統 – 例如力士樂的在線診斷網絡(ODiN) – 可以可靠地預測組件何時發生故障,正在以液壓技術開發。)

                            在許多情況下,需要符合環保等級(例如防爆),冗余壓力供應站以及可生物降解流體的使用。鑒于此處描述的環境,未來可能會實施進一步的環境法規。避免流體溢出風險的有效方法是減少系統中使用的油量。進步的基礎是罐體設計,允許自然被動脫氣。使用包括傳感器的主動脫氣模塊來監測流體中釋放的空氣的比例可以導致油量的進一步減少。與傳統設計相比,油量可減少多達70%。其他積極影響包括安裝空間減小50%并顯著降低油耗。

                            除了進一步開發技術和流體以幫助改善環境兼容性之外,這些行業還將經歷數字化推動的轉型過程,例如智能采礦,冶金4.0或自動船舶。

                            生產應用

                            另一個細分市場受到未來工廠的發展和趨勢的影響。這涉及例如安裝在現代工廠中的壓力機,塑料加工機器,組裝系統,機床,測試機器和類似機器。在確定對工業液壓系統的要求之前,必須先描述未來的工廠。主要目標是通過透明度提高生產力和效率。

                            未來的工廠將非常敏捷。高靈活性和適應性是關鍵目標,而透明度將有助于避免意外,昂貴的停機時間。墻壁,地板和天花板將保持原位 – 其他一切都將是移動的。裝配線將采用模塊化設計,機器將進行重組,以便為新用途創建新的生產線。它們將通過5G相互無線通信,并通過地板上的感應充電系統供電。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (高靈活性和適應性是未來工廠的關鍵目標,透明度有助于避免意外停機。墻壁,地板和天花板將保持原位 – 其他一切都將是移動的。)

                            在未來的工廠中,一切都將連接起來 – 從現場級到基于云的IT系統。自動化和驅動解決方案只能通過開放標準通信適應這種環境。它們易于配置,功能和類存儲在設備數據中,并由固件控制或管理。工業液壓必須采用已經在使用的多以太網和IO-Link等開放標準來適應這個世界。通過實時擴展,所有組件,模塊和機器將共享信息。

                            然后,這些數據需要在未來的所有產品中實施,因為未來工廠中的價值流映射將被數字化。數字商業模式將繼續基于構成新的和現有基礎設施的所有執行器,模塊,傳感器和機器的準備運行數據。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (帶IO-Link /藍牙的壓力閥(左)和帶有多以太網接口的高響應閥,用于位置,壓力和力控制以及閉環控制(右)。)

                            其中一個是來自博世力士樂的CytroBox,這是我們最新一代的液壓動力裝置。CytroBox是一個分散的單元,既可移動又靈活。它具有即插即用的概念和分散的智能,為機器制造商提供了具有眾多內置功能的現成驅動控制器。包括關鍵安全功能和驅動控制,因此可以輕松集成和配置以適應特定應用。集成和有線傳感器提供有關過濾器,流體和驅動條件的信息。收集的傳感器數據通過IO-Link捆綁在一起,并由驅動控制器預處理,與現代機器設計網絡連接。

                            類似的機器及其模塊將是無線的,將通過開放接口交換信息和指令,并持續監控自己。憑借其多以太網接口和開放式核心工程,CytroBox提供了這種未來的可行性。與現代機電驅動器一樣,該裝置使用博世力士樂的CytroConnect進行IoT準備。所有關于設備的信息 – 從組件和運行狀態或定期維護工作到力士樂在線診斷網絡(ODiN)的預測性維護分析 – 都可以方便地獲得。根據要求,維護功能,故障檢測和預測性維護的其他附加軟件包可作為附加服務提供。

                            博世力士樂對于未來工業液壓技術的展望

                            (CytroBox是一體化液壓動力單元,包含變速泵驅動器,尺寸減小的油箱,以及用于監控,控制,診斷和通信的先進電子設備。)

                            “把它包起來”

                            傳統的液壓系統將在未來10年內發生重大變化。智能,傳感器,電子和軟件將越來越多地融入鋼鐵和鑄鐵中。這將受到IT和自動化趨勢的強烈影響。用戶將體驗工業液壓作為現成的功能模塊,具有與IT消費者世界相同的用戶友好性。雖然它被許多人認為是恐龍,但工業液壓系統將逐漸演變成一種有吸引力的獨角獸 – 明天的工業液壓系統。電氣自動化和IT技術的新發展將使工業液壓系統更容易集成,并使其更具競爭力。

                            提供工業水力發展潛力的領域包括緊湊的軸,能源效率和用戶友好性。基于IT的新自動化世界的發展將補充以前液壓領域的關鍵領域。數字化(軟件,連接,專用網絡,應用程序等)以及數據使用(傳感器,Web服務器,數據分析,物聯網服務,云解決方案等)將不可避免地征服工業界。

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                            • 引用 wulei3636 2019-9-24 09:07
                              這個貼圖這么是醉了,樓主能不能把那皮飛馬弄得像一點

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