電站鍋爐智能化制造規劃

趙紅兵 馬王哲

摘要：隨著環保要求越來越高，電站鍋爐制造企業應結合《中國制造2025》的要求，通過加大企業技改投入、采用智能化等手段，提高生產效率、降低生產成本，生產出低碳、綠色、環保、高效和智能的火力發電裝備，以實現彎道超車，引領世界的火力發電裝備產業發展，從而走出一條切實可行的轉型發展之路。

關鍵詞：智能化制造、技術框架、核心構建

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

我國是一個以燃煤發電為主的國家，在電力結構中燃煤火力發電量占有相當大的比例，根據《2017年全國電力工業統計快報一覽表》數據，2017年我國發電量約為6.4萬億kWh，其中火電發電量約占71%。同時，我國人均發電裝機和人均年用電量仍然偏低，人均發電裝機僅有1 kW，人均年用電量僅4038kWh，目前發達國家人均裝機容量2kW左右，其中美國已經超過3kW，在人均用電量方面我國接近世界平均水平，但是僅為部分發達國家的1/4～1/5，其中美國是我們的3.5倍，日本、法國等國家接近我國的2倍。在“十三五”乃至更長一段時間，我國火力發電裝機容量仍將超過50%，仍需重點發展清潔高效、大容量、高參數的發電裝備。

近年來，制造業，尤其是中國制造業正在經歷著重要變革，企業生產向全球化采購、生產轉變，制造工廠對質量、成本、效率以及安全的要求也在不斷提高，自動化技術的發展及應用進入新的發展階段。高新技術深刻、廣泛地影響裝備制造業的發展，智能化是制造自動化的必然選擇。智能制造是研究制造活動中的信息感知與分析、知識表達與學習、智能決策與執行的一門綜合交叉技術，是實現知識屬性和功能的必然手段。目前，我國發電裝備行業已經發展到一個充分競爭的階段，整體產能已經過剩，產品技術已不足于成為制造廠家的核心競爭力，必須向智能化轉變，以智能制造為主攻方向，推進生產過程智能化，培育新型生產方式，全面提升企業研發、生產、管理、質量控制和服務的智能化水平，才能在劇烈的市場競爭中處于有利地位。

2.電站鍋爐智能化制造技術框架

電站鍋爐智能制造總體框架，可以覆蓋產品的研發、工藝、制造、試驗、運維服務等產品全生命周期的主要過程，管理智能工廠的數字化產品設計、運行管理及制造運行全流程，并基于工業物聯網實現設備與設備、設備到生產管理系統以及各信息系統之間的全集成。電站鍋爐智能制造技術框架如下：

電站鍋爐智能制造的總體架構設計，在精益化生產理論的指導下，基于先進的智能制造技術，以信息基礎設施和智能制造裝備為基礎，以數字化車間制造運行系統（MES）為大腦和運行管控中樞，與企業上層的企業資源管理、數字化設計等信息化系統和底層的智能制造裝備等實現橫向到邊、縱向到底的全面集成，實現制造過程的智能化、精益化及透明化。

3.電站鍋爐智能化制造核心構建要求

3.1智能設計

電站鍋爐智能化設計需建設數字化研發協同管理平臺、數字化產品三維模型與仿真驗證、數字化工藝設計。在產品研發設計階段實現了產品參數化設計和管理，產品設計通過三維參數化設計軟件進行產品設計，產品全生命周期管理系統（PLM系統）管理，構建完成了產品參數化設計系統集成應用平臺，統一管理產品設計過程中的產品數據信息，建立產品零部件全參數化三維實體模型、三維設計資料庫、參數庫，保證產品開發周期過程中產品數據的統一性、一致性。快速提高研發創新能力，縮短產品開發周期，降低產品開發成本，提升了產品研發核心競爭力。

3.2智能制造運行管理

電站鍋爐智能化制造基于物聯網技術的多源異構數據采集、支持數字化車間全面集成的工業互聯網絡及信息安全系統，通過智能下料數控設備、智能焊接生產線、自動化涂裝生產線，柔性裝配生產線、生產設備運行狀態監測、制造執行系統（MES）、數字化立體倉庫及物流配送、智慧能源監測管理、企業資源計劃系統（ERP）等，實現了對全生產過程中“人、機、料、法、環”的智能識別、定位、跟蹤、分析、監控和管理。

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組織的難度和配套復雜性。面向訂單的離散型制造企業具有多品種、小批量的特點，其工藝路線和設備的使用較靈活，因此，離散制造型企業更加重視生產的柔性，包括生產線的柔性以及生產方式對頻繁換產、插單等的適應性與柔性。

3.3工業物聯網

電站鍋爐智能化制造基于物聯網技術的多源異構數據采集、支持數字化車間全面集成的工業互聯網絡及信息安全系統（CPS），通過智能下料數控設備、智能焊接生產線、自動化涂裝生產線，柔性裝配生產線、生產設備運行狀態監測、制造執行系統（MES）、數字化立體倉庫及物流配送、智慧能源監測管理、企業資源計劃系統（ERP）等，實現了對全生產過程中“人、機、料、法、環”的智能識別、定位、跟蹤、分析、監控和管理。

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，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。電站鍋爐智能裝備重點推進自動化成套生產線，智能控制系統，精密和智能儀器儀表與試驗設備，關鍵基礎零部件、元器件及通用部件，智能專用裝備的發展，實現生產過程自動化、智能化、綠色化，帶動電站鍋爐整體技術水平的提升。電站鍋爐制造企業的生產制造主要包括：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智能化生產裝備。

3.5智能物流

利用條形碼、射頻識別技術、傳感器、全球定位系統等先進的物聯網技術通過信息處理和網絡通信技術平臺，并與生產過程執行管理系統（MES）實現數據集成，通過系統下達生產物流指令，實時采集物流設備狀態、位置信息等現場信息，實現貨物運輸過程的自動化運作和高效率優化管理，提高物流行業的服務水平，降低成本，減少自然資源和社會資源消耗。物聯網為物流業將傳統物流技術與智能化系統運作管理相結合提供了一個很好的平臺，進而能夠更好更快地實現智能物流的信息化、智能化、自動化、透明化、系統的運作模式。

3.6智能產品和運程運維

智能電站鍋爐是將先進制造技術、傳感技術、自動控制技術、嵌入式系統、計算機及軟件技術和虛擬技術的集成和深度融合，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、傳感、無線通信功能，并進入物聯網，實現可遠程監控、遠程服務的電站裝備。

電站鍋爐智能運維通過開發基于大數據、物聯網、互聯網技術的多種軟件的集成應用，實現不同電站鍋爐不同采集系統的異構數據整合、遠程實時監測、在線故障診斷、趨勢分析預判、離線評估分析和制造服務，為電站鍋爐運行及維護提供技術支撐。

我國電站鍋爐產業伴隨著國民經濟幾十年的發展，從無到有、從弱到強，通過“自主研發到引進——消化吸收——再創新”的發展之路，逐步趕上國際發達國家的火力發電裝備水平。隨著我國經濟發展進入新常態、我國環境承受達到一個極限、火力發電裝備產業需要新的突破等壓力和機遇的到來，我國電站鍋爐制造產業需要結合《中國制造2025》和國家創新機制等的要求，通過智能化制造，進行產品升級、管理創新和生產技術創新等手段，生產出低碳、綠色、環保、節能、高效和智能的電站鍋爐，以實現彎道超車，引領世界的火力發電裝備產業發展，提高整個國家裝備制造業現代化水平。

作者簡介：趙紅兵（1977.6-），男，教授級高級工程師，碩士研究生，工程設計與管理領域。