風電機組零部件風險等級分類方法研究

文 | 張睿

風電機組零部件風險等級分類方法研究

文 | 張睿

隨著風力發電在中國的迅猛發展，中國已成為風電設備制造業大國。在風電機組產能位居世界前列的狀況下，機組整機質量水平已越來越成為中國風電產業關注的焦點。而對于風電機組整機來說，零部件的質量狀態是影響其質量最重要的因素之一。同時，不同類別的零部件對整機的影響也不盡相同。如何評估不同零部件對整機的影響程度是風電機組質量管理和零部件采購管理的重要課題。

通過分析不同零部件對整機的影響因素和程度，對零部件進行風險評估與分析，量化零部件風險系數，從而確定不同風險等級的零部件。風險等級高的零部件在采購與質量管理環節應重點關注，而風險等級較低的零部件則可以節省質量控制與采購的管理成本，從而有效提高整機質量水平。

零部件整體狀態分析

風電機組零部件種類眾多、數量龐大、涉及專業技術范圍廣闊，以某直驅型2MW風電機組為例，其一臺整機零部件有550余種、6800余件，這些導致了零部件采購和質量控制的高風險。為有效控制風險，必須對零部件進行分類，按照類別對不同類零部件實施差異化管理。

（一）風電機組零部件分類

風電機組整機零部件可按照用途初步分為32大類，每大類零部件所包含的零部件種類和數量差別較大。

（二）零部件分類分析

該機型風電機組零部件通過分類，將550余種零部件簡化為32大類零部件，大大提高了零部件管理效率，降低了風險控制難度。但僅從零部件分類來控制風險卻遠遠不夠。

圖2 每大類零部件所包含的零部件數量

從上述圖表所列零部件分類看，鈑金件、普通緊固件、電纜、高強度緊固件包含的零部件種類最多，占所有零部件種類的85%；而高強度緊固件、普通緊固件和鈑金件所包含的零部件數量最多，占所有零部件數量的96%。

若僅從零部件分類的種類和數量分析，高強度緊固件、普通緊固件和鈑金件因所包含的種類和數量遠遠大于其他類別零部件而成為風險最高的零部件。但事實上，上述零部件對風電機組整體性能的影響較小，出現質量風險的可能性也較低。

為此，有效識別不同類別零部件的風險狀況就不能僅考慮每大類零部件所包含的零部件種類或數量，而應該引入其他風險分析因素。

風電機組零部件風險因素分析

零部件風險貫穿于風電機組的整個生命周期，包括設計研發、零部件采購、整機裝配測試、風場安裝調試、運行維護維修等階段，而零部件在其生命周期的不同階段也將經歷設計開發、加工制造、檢驗測試、采購到貨、整機裝配、風場運行、維護維修等環節，各環節將會產生不同的風險因素。本文從風電機組整機采購和質量控制角度，重點分析各階段零部件對整機的影響和風險因素。

（一）零部件風險因素識別

零部件風險評估是通過對影響零部件風險因素的評分進行，其首要環節是識別哪些因素能夠影響到零部件的風險水平。

（1）零部件風險因素特點

在對零部件風險因素進行識別時，應針對風電機組的不同階段風險特點進行辨別，影響風電機組的零部件風險因素需具備以下特點

● 該因素在不同零部件上有所區別

● 該因素在絕大多數零部件上均會有所體現

● 該因素的不同會導致零部件處理過程中的不同方式

（2）零部件風險因素識別

在風電機組所處的不同階段中，零部件因所處環節不同會產生多種風險因素。只有符合上述特點的風險因素才能夠用來對零部件進行風險評估。

下圖是對零部件風險因素的篩選表。

上述表格中標識為橙色的風險因素是篩選出的同時具備3項特點，用于風險評估的因素。

（二）風電機組設計研發階段的風險因素

風電機組的設計研發復雜程度高、設計范圍廣，往往需要與一部分零部件供應商進行協同研發，同時受到零部件制造技術和檢驗技術的限制，不同零部件對風電機組整機質量和性能的影響也不盡相同。

（1）零部件設計制造過程及檢驗難易程度

不同零部件的設計往往影響到風電機組整機的設計形式，部分同類零部件的不同供應商設計不同往往也會導致不同的整機設計。在整機設計階段，一部分零部件需要參與到整機設計環節中，而零部件本身的設計難易程度也是影響整機設計成功與否的重要因素。如直驅風電機組主軸軸承的不同設計將導致機組機艙、發電機和輪轂等結構件設計的不同。

表1 風電機組零部件風險因素篩選

另外，風電機組設計過程中也不得不考慮零部件的制造技術水平和檢驗難易程度，制造難度越高，檢驗越困難，將會導致機組的質量風險越高。

（2）零部件對整機質量或性能的影響程度

不同零部件對風電機組整機性能的影響程度不同，如可利用率、故障率等在不同零部件上的體現區別極大。對整機性能影響大的零部件，其自身的質量風險必然大于其他對整機性能影響小的零部件。在實施零部件采購和質量控制過程中必須重點關注影響大的零部件。

（三）風電機組零部件采購及整機裝配測試階段的風險因素

風電機組在生產階段，其零部件須通過采購、裝配、測試等環節，其間不同零部件的特點生成了不同的采購、裝配、測試的方式，從而存在不同程度的潛在風險。

（1）零部件本身價值

風電機組零部件在采購環節，其本身價值體現在采購價格方面。價格越高的零部件，其采購、更換、質量問題的處理等難度都將大于價格低的零部件。零部件本身價值是不得不考慮的風險因素。

（2）零部件出現不合格的可能性高低

零部件在生產制造、運行使用過程中不可避免會出現不合格現象，而不同零部件出現不合格的可能性也不同。通常情況下，結構越復雜、制造難度越大、工藝過程越長的零部件，其出現不合格的可能性越大。而不同階段，不同零部件所出現的不合格可能性也有所不同。如風電機組制造階段，機械類零部件出現不合格的現象較多；而風電機組運行階段，電氣類零部件出現不合格的現象則更多。

零部件出現不合格必然會導致整機出現故障，而零部件不合格可能性的高低也在很大程度上影響機組的風險水平。

（3）零部件缺陷糾正的難易程度

當零部件在制造過程中出現缺陷時，需要通過返修、返工、更換等方式進行糾正，但不同零部件的缺陷后糾正方式差別極大，有的零部件一旦出現缺陷就只能報廢處理，而有的零部件則只需簡單的返工便可消除缺陷。零部件本身的制造特點決定了其缺陷糾正的難易程度，而糾正難度大的零部件會因其缺陷糾正導致供應商隱瞞缺陷或延遲交貨，從而增加其采購及質量風險。

（四）風電機組風電場安裝調試及運行維護階段的風險因素

零部件完成整機裝配后將進入風電場安裝調試及運行維護階段，該階段將直接面對客戶且零部件狀態將直接影響風電機組的可利用率、發電率等關鍵指標。

（1）零部件對銷售和客戶滿意度的影響

風電機組零部件中部分零部件的外觀、性能、操作便利程度等會直接面對客戶，對客戶滿意度的影響遠大于其他零部件。如構成機組外觀的所有零部件會影響客戶的視覺感觀；發電機的發電量會直接影響客戶的生產需求；控制系統的操作會影響客戶的用戶體驗等。

（2）零部件售后服務及維護的難易程度

風電機組運行維護過程中需要定期進行維護，不同的零部件所需的維護方式和周期均不相同。有些零部件終生不需要維護；而有些零部件則必須隔幾個月進行一次維護；還有一些零部件維護周期較長，但每次維護的成本和難度都很大。

（3）零部件維修和更換的難易程度

零部件在風電機組運行過程中會發生故障，需要進行維修和更換。不同零部件進行維修和更換的難易程度差別極大。通常情況下，零部件的維修和更換跟其體積大小和內部結構復雜程度有關。維修和更換越難的零部件，在整機運行維護中的風險越大。

零部件風險評估

通過對零部件風險特征的分析，上述8項因素是風電機組零部件所面臨的主要風險因素。在對具體零部件進行風險評估時，須從8個因素分別進行評價。為風險評估更加有效、客觀，引入量化評估的方法，對每一大類零部件在8個因素方面進行評分。

(一)應用量化評分進行風險評估

通過對零部件8個風險因素分別打分，分值1分－10分，分值越高，代表該項因素的風險越高。打分完成后，再取平均值，從而可以計算出不同類別零部件的綜合評估平均分，其范圍也在1分－10分。最后按照平均分高低對零部件進行排列，得分高于等于7分的列為關鍵級零部件；得分高于等于5分，低于7分的列為重要級零部件；得分低于5分的列為一般級零部件。

（二）零部件風險評估表

以某直驅型2MW風電機組部分零部件為例，經過量化評分后可列出下述表格。

如上表，經過量化評分，發電機、葉片、機艙鑄件、輪轂鑄件、主控系統、變槳軸承的平均分高于7分，其風險最高，列為關鍵級零部件；滑環、偏航剎車盤、高強緊固件、遠程監控系統、剎車系統的平均分在5分－7分之間，列為重要級零部件；其他零部件的平均分低于5分，列為一般零部件。

以風電機組鑄件為例，經評估后列為關鍵級零部件。則在控制鑄件質量時，其控制環節包括了供應商開發審核、制定鑄件供貨質量要求、樣件審核、制造過程控制、成品驗收、供應商定期審核等。在提高質量要求并加大控制力度后，陸續在檢驗過程中報廢了價值數百萬的存在不可接受缺陷的鑄件，從而避免問題鑄件進入到機組制造環節。

另一方面， 以鈑金件為例，經評估后列為一般級零部件。質量控制方式以委托總裝廠來料檢驗為主，既能夠有效控制質量，又能最大程度節約控制成本。

（三）零部件風險因素評估應用

零部件風險評估分類的結果將標注在風電

表2 部分零部件量化評分表

圖3 零部件風險因素雷達圖

另外，作為重要級零部件的遠程監控系統，其在客戶滿意度方面的風險要高于關鍵級零部件機艙鑄件，即對于監控系統，應重點關注其用戶體驗。

而作為一般零部件的鈑金件，其出現不合格的概率則要高于監控系統。則鈑金件通過到廠檢驗的方式進行100%檢驗，可有效控制其不合格率。

零部件風險評估為風電機組零部件采購、質量控制提供了基礎依據，從而提高了零部件質量控制水平，并大幅降低了質量成本。機組零部件BOM表中，以作為采購和質量控制的重要依據。其中的關鍵級和重要級零部件將獲得更好的關注，并集中更多的資源對其進行管理，包括供應商選擇、零部件過程質量控制、成品質量驗收等。

另外，不同零部件通過評估可以得到其在上述8個方面的不同得分，從而可以針對不同零部件有的放矢，實施有區別化的風險控制方式。

由上圖，以同為關鍵級零部件的發電機和機艙鑄件為例，其風險特點不同，發電機在本身價值、對產品質量或性能的影響、制造及檢驗難易程度、客戶滿意度方面的風險都更高。即在進行控制時，發電機的控制強度、控制手段都要強于或多于機艙鑄件；如實際操作過程中，會對發電機的制造過程進行控制，質量檢驗會深入到供應商的生產過程的質量控制點進行抽檢，成品驗收時增加外觀的檢查項目、細化檢查標準，同時在采購合同中增加更加嚴格的付款條件和制約因素。

總結

本文所研究的風險分類方法是通過分析風電機組零部件的風險特點，篩選出用于風險評估的風險因素，進而采取量化評分的方式對風險因素進行打分，并統計出不同類別零部件的平均評估得分。最后按照得分劃分出不同風險等級的零部件標識在零部件清單中。

該風險分類方法不僅能系統地分析零部件風險特點，識別出高風險零部件；而且使用該方法所形成的風險評估表中每項風險因素的得分也可以用來指導零部件的采購和質量控制工作。

(作者單位: 中國航天萬源國際（集團）有限公司)