移動工廠：助力能源裝備服務轉型升級

范世望 （上海汽輪機廠有限公司高級工程師）

未來場景

2021年3月，北方某省一大容量燃煤火電廠運行集控室，運行人員正悠閑地喝著下午茶，突然屏幕跳出一條優先級為高的提示。與此同時，電廠運行值長和管生產的副總的工作系統和手機上都收到了同樣的提示，信息顯示：目前1號機組的汽輪機高壓缸排汽溫度存在異常，并伴隨機組的振動有增加的趨勢……在解決方案一欄中顯示了目前異常的主要原因，以及建議盡快準備停機開缸檢修，整個檢修的時間預估和費用預估等信息。

運行人員馬上在系統中提交了故障處理申請流程，各級領導及時對流程進行了審批。幾天后，1號機組在所有準備妥當后停機檢修，與此同時，上海汽輪機廠有限公司（以下簡稱上汽廠）的“移動工廠”已經抵達電廠，攜帶本次檢修所需要的所有工具和備品備件，現場檢修人員根據上汽廠AR輔助遠程檢修系統提示的檢修步驟實施了機組檢修工作，機組再次起機后，所有異常值都消除，機組的經濟性又恢復到正常水平。

以上的智能運維場景是我們正在著力打造的基于“數字化智能運維+移動工廠”所能夠實現的電廠智能化檢修的一個未來場景。然而該故事的原型是：2019年3月，北方某省一大型火電廠機組在經濟性試驗測試時，發現1號機組比2號機組熱經濟性差很多，平均每發一度電1號機組要比2號機組高約3克煤耗，按照該電廠全年4 000的發電小時數來計算因性能造成的差異，1號機組年平均損失約252萬元。

專家團隊通過現場的數據分析發現，早在此次試驗的兩年前，機組就已經發生效率劇烈下降，但仍連續低效率運行了兩年多的時間，而后通過制造廠家的專家會診鎖定了機組發生故障的原因，電廠組織相關的施工團隊進行了機組檢修并最終解決了該問題。然而在這個過程中，不計算其他相關損失，由于機組效率下降導致的直接經濟損失已高達500萬元以上。

這種后知后覺，故障發生之后才緊急處理的狀態是目前絕大多數電廠的真實困境，而這也就是我們希望通過移動工廠+智能運維能夠徹底解決和改善的目標。

當下痛點

移動工廠

汽輪機作為火力發電廠重要的大型電力裝備，其設計和制造過程技術含量高，加工精度要求極高，單臺設備的零部件有10萬多個，并且尺寸龐大（一臺1 000MW機組，其最大直徑處有10.8m，整個機組長度為28.5m），在機組運行和檢修的過程中給用戶帶來了極大的難度。在移動工廠全面推廣之前，當前電廠的汽輪機設備的檢修存在如下問題：

檢修困難，耗時耗力。在過去，由于汽輪機設備加工精度要求很高，現場不具備加工能力，比如汽缸、轉子等維修，一般需要通過長途運輸到制造廠家進行檢查維修，加上來回運輸時間整個檢修的周期較長，耗費成本高；而且有一些設備存在無法拆卸或者尺寸過于龐大而無法運輸等問題，導致這些設備沒有辦法進行返廠維修。

檢修外包存在巨大風險。因為運輸到廠家進行維修的成本相對較高，一些用戶考慮到成本的因素而選擇一些專門做檢修的外包公司進行機組的檢修維護，但是由于這些外包公司沒有機組的原始設計數據和相關的檢修工藝，在檢修的過程中存在較大的風險，并且不同的檢修公司水平參差不齊，可能因為檢修不當不但沒有解決問題反而導致重大的運行事故，給電廠造成巨大的損失。

智能化的缺席使得機組問題只能后知后覺，事后維修往往給電廠帶來巨大損失。在過去的幾十年間，電廠運行管理的信息化建設已經比較完善，但是這些信息化公司以軟件為主，雖然系統中開發了一些智能故障預警等功能，但是由于這些軟件系統一般為非原廠設備制造商（OEM）開發，缺乏原始的機組設計數據，所以無法形成從數據異常預警到完整的解決方案全套閉環，因而雖然有數據的異常預警功能，但仍然避免不了機組的各類事故發生。

移動工廠內部及相關設備

解決方案

為了解決火電廠當前的運維檢修碰到的困境，上汽廠作為國內一家重要的汽輪機制造廠商，采用移動工廠+智能運維的平臺軟硬件一體化的方案能夠完美解決電廠運維檢修碰到的難題。通過智能化平臺對機組運行數據進行全面管理和分析，結合汽輪機機組原始設計、制造等數據，進行機組的實時狀態評估和分析，確保機組的健康運行；與此同時，上汽廠打造的移動工廠通過多項技術創新，具備絕大部分現場加工檢修的能力，能夠大幅縮減檢修時間和成本，徹底解決大部件設備難以運輸而無法維修的問題。

突出提升飲水安全水質保障能力這個環節。針對前些年實施的部分農村飲水安全工程未按規范要求配套凈化消毒設施、水質檢測設備和能力不足、未合理劃定水源保護區和飲水安全工程保護范圍等問題，水利部聯合國家發展改革委、衛生計生委和環境保護部下發了《關于加強農村飲水安全工程水質檢測能力建設的指導意見》，從能力建設任務、量化考核指標、檢測頻次、運行經費等方面提出明確要求。指導各省編制了總體建設方案，2014年將啟動第一批縣級水質檢測中心建設，為保障水質安全奠定基礎。開展了農村生活排水專題調研。

移動工廠+數字化應用（APPs）智能運維平臺，是未來智慧電廠一個非常重要的實現手段。目前我們已經逐步在燃煤火電廠上實現了采用智能APPs的方式對電站設備進行全生命周期的運維管理，包括對機組的壽命實時評估、性能計算分析、機組異常預警和故障分析評估等，通過將數字化平臺和移動工廠的現場服務檢修能力進行深度融合，能夠實現電廠運行檢修的數字化和智能化，在很多設備故障發生的初期就能夠進行精準地預警并將很多故障通過有計劃的檢修消除于無形，從而為用戶創造巨大的價值。

移動工廠的優勢

所謂移動工廠，就是通過開發便攜式的現場加工裝備以及配套的工藝，以實現現場加工質量和維修能力等同于原OEM廠商生產制造車間的能力為目標，通過合理的方案組合后，將這些設備集中在一個標準的集裝箱內，通過陸路和海路運輸及時地將檢修服務相關設備和資源運至現場，為客戶提供快速、高效和精準的現場檢修服務。在這個過程中需要開發大量的現場檢修工具以及相關工藝，是一項具有極高知識含量的研發過程。

采用移動工廠進行現場檢修具有非常多的優勢，其中最突出的兩大優勢是：大幅削減檢修成本；大大縮短檢修時間。這兩大優勢能夠給用戶創造巨大的價值。以常規的汽缸檢修為例，過去，常規的做法是拉回廠家進行相關的維修工作。采用移動工廠的現場檢修方式，在保證同等處理質量的前提下，通過削減拆裝成本和運輸成本，總體檢修費用最多能夠縮減至50%；由于設備路上往返的時間精簡，整體檢修的時間可以較常規的檢修縮短1/3～2/3。檢修時間的縮減意味著用戶可以在更短的時間內恢復生產發電，能夠直接為用戶創造價值，同時檢修成本的下降和檢修質量的提高能大幅降低設備全生命周期的檢修維護費用。

由于移動工廠的便捷性和高效性，通過與數字化平臺進行結合，能夠實現用戶端備品備件儲備零庫存，能夠進一步縮減用戶的成本。過去電廠會有較多的成本浪費在配置大量的備件上，這些備件的儲備是為了檢修時能夠有完整的備件庫可供使用，但是很多備件配置會帶來巨大的成本浪費，通過移動工廠和完備的備品備件管理系統，將用戶側的備件在廠家進行集中配置和管理，通過移動工廠和數字化管理系統，能夠在電廠檢修時攜帶全套的工具和備品備件至現場進行檢修工作。

上汽廠的移動工廠

上汽廠從2012年開始打造移動工廠的技術服務能力，并建立了完整的技術服務團隊，其中現場維修項目設計團隊多數成員具有985/211院校碩士以上學歷，現場施工團隊由上海電氣首席技師為領隊組成，在7年的移動工廠技術能力打造過程中，建立了全套的現場檢修服務能力，同步申請了20多項發明專利。

上汽廠移動工廠服務團隊

目前，上汽廠的移動工廠具備了現場鏜削、車削、銑削、鉆削、磨削以及焊接加工的能力，已經能夠解決絕大部分現場加工維修的問題，并且能夠做到和工廠加工同等的精度，確保現場加工的質量。

可以從對目前國內最大容量的超超臨界1 000 MW機組的現場檢修中看出上汽廠移動工廠具體的現場檢修能力。該機組設備的第一個缸（以下簡稱高壓缸）運行時處于高溫高壓段（進口壓力為27～31 MPa，進口溫度為600℃），整體結構非常緊湊精密，過去超超臨界機組高壓缸只有返回制造廠才能進行檢修，而如今隨著移動工廠能力的提升，完全可以在現場完成全套的高壓缸檢修任務。為了能夠實現現場檢修超超臨界機組高壓缸的能力，移動工廠打造了全套的現場檢修工具并制定了相應的現場檢修加工的工藝標準，使現場就地加工服務具備與制造廠車間同等的檢修能力和加工質量。

在移動工廠的技術能力開發過程中，因為加工的條件和電廠環境非常復雜，加工的裝備除了需足夠靈巧能夠攜帶至現場進行就地檢修加工外，還要保證加工的精度，并適應現場復雜的加工環境。以汽缸的中分面加工為例，其要求的加工平面度達到0.05 mm，加工的粗糙度達到Ra1.6～3.2μm，同時需要具備現場在線檢測和在線修復循環模式。

為了實現這樣的技術能力，上汽廠移動工廠研發團隊聯合了上海交通大學以及國內外十多家數控加工和機床設備廠家進行聯合技術攻關，最終研發了能夠完全滿足現場檢修加工要求的全套移動工廠解決方案，并完成100多個不同類型移動工廠現場檢修的案例（見“移動工廠現場檢修案例”圖）。至此，移動工廠這種極具突破性的服務技術創新載體得到了廣泛的應用和推廣，為電廠的智能運維服務打下堅實的基礎。

未來展望

移動工廠的未來發展主要考慮以下幾個方向：

與數字化技術相結合，實現移動工廠+智能運維的深度融合，實現電力裝備服務的數字化升級。最理想的模式如開篇所描述的未來場景，通過智能運維的相關APPs能夠對機組的所有數據進行實時在線監測，基于人工智能和專業算法的手段能夠預判機組發生異常的趨勢并提早做好檢修預案，由移動工廠完成整個設備異常處理的閉環，從而用戶可以采用設備全托管的模式，使電廠的運營更加高效且智能。

移動工廠的能力進一步拓展，以具備能夠實現一臺完整的汽輪機現場檢修能力為長遠目標。目前移動工廠仍有一些機組的檢修加工能力尚不具備，未來將進一步擴大移動工廠技術研發投入，使移動工廠和服務團隊能夠具備全部的汽輪機現場檢修和服務的能力。

進一步降低成本并縮短檢修時間。為了使移動工廠的方案能夠具有更大的市場競爭力，從而成為市場的主流方案，需要通過更加精細化的管理和成本優化，使移動工廠具有更高的產出比。

引入更多的新技術與現有的技術能力形成更好的互補，比如當前的3D打印技術，未來在移動式的集裝箱內增設3D打印相關設備，可以為現場檢修提供應急備件，進一步提升移動工廠的工作效率，提升方案的整體競爭優勢。

將移動工廠向更多的領域拓展，實現透平動力裝備領域全面采用移動工廠的現場檢修和加工方案，并進一步應用于更多的領域，如化工驅動、生物質發電、鋼鐵余熱利用和清潔可再生能源（如光熱發電）等領域的透平裝備現場檢修服務，結合智能化手段實現設備的全面托管模式，從而為用戶創造巨大價值。

移動工廠現場檢修案例