電力設備制造企業產線技術改造及節能環保轉型

馮志成

(保定新勝冷卻設備有限公司，河北 保定 071000）

電力設備制造企業間競爭格局的加劇，推動制造企業進一步降低生產成本。生產原材料價格逐步趨于透明，壓降空間不大；結構設計優化技術門檻高，尤其對于單價成本較高的電力裝備，需審慎推行；生產設備技術升級、工藝改進成為風險低、見效快的路徑。工業物聯網、工業機器人、智能制造技術的快速進步，為設備升級改造提供了更多的想象空間和技術實現路徑[1-2]。技改技措在設備制造企業中的重要性得到廣泛認可，同時節能、降耗、環保也是生產線改造必須面對和解決的問題。

1 制造企業生產線技術改造存在的問題

1.1 企業層面對技術改造重要性的認識不到位

很長時間以來，國內制造業關注的重點在市場，以產品銷售額和利潤率為經營重點[3]。進入21 世紀后，開始向設計傾斜，由仿制向自主設計轉變，經過二十多年發展，與歐美發達國家間的差距縮小，在個別領域甚至實現了超越。這得益于國家、企業以更加開放的姿態，與國際同行交流合作、聘任國外專家。而生產工藝成為制約制造業持續發展的瓶頸，雖然國家實施了產業轉型升級戰略，但這種轉變難以在短期內完成。

從企業生產經營層面看，生產工藝對企業價值的貢獻是隱性的，需要經過長時間才能看到，而管理層大都是四五年一任，因此，對生產工藝改進的主觀能動性不足。查閱參考文獻時，制造企業生產線技術升級的相關內容并不多，大多采用更直接的換新方式，淘汰舊的生產線，換裝新的生產線或部分設備，雖然縮短了周期，但是成本支出大幅攀升，生產效率和性能完全取決于換裝后的設備性能，且二次升級自主開發能力不足。現代制造業的比拼已經進入性能競爭階段，設計水平間的差距逐漸縮小，制造設備和工藝水平成為確立未來市場競爭優勢的關鍵。

1.2 技改技措缺乏統一的科學規劃與協調

設備制造企業技改技措是一項系統工程，立足于生產能力現狀，滿足未來生產需求。包含內容有技改技措項目管理、財務成本管理與風險控制、實施制度建設與落實、檔案管理等。絕大多數制造企業均推行了技改技措制度，但形成科學管理體系的不多，各車間、各工序各自為政，規劃缺乏系統性與科學性，不同部門間協調配合困難。專項經費落實打折扣，技改效率低、實施效果差，驗收評價環節缺失，投入使用后運維服務跟進不到位，升級后的設備利用率低[4]。反過來，給公司管理層留下技改技措不重要的認識，后續資金和人員支持力度減弱。

1.3 生產線技改自主技術能力不足

我國電力裝備制造業起步于20 世紀50 年代，80年代進入快速發展期，產品質量與美、德、日等制造業強國的差距逐步縮小，但受限于材料、高精密機床、大規模集成電路等基礎產業薄弱，生產線關鍵設備或零部件多依賴進口。對生產線的升級改造一般由設備供應商實施，改造周期長，同時供應商對實際生產需求了解不夠深入，升級改造針對性不足。培養設備制造企業自己的技術升級隊伍是必要的，技術人員既熟悉生產設備性能和結構特點，又知曉本企業產成品的技術特點和對加工設備的需求，升級改造目的性強、后運維服務及時；供應商外協人員負責維護與供應商的長期合作關系，便于供應商及時響應公司需求；財務人員負責拓展融資渠道，保障資金需求在最短時間內落實到位。

2 生產制造環節設備技術升級與工藝改善

廣義的生產環節指從原材料到最終成品的全加工過程，狹義的生產特指機器生產制造的過程。生產工藝流程指將設計圖紙拆解為生產圖紙，基于現有加工設備和人員水平，對生產步驟進行最優組合和排序。生產工藝不存在確定的唯一答案，生產加工能力和工藝水平決定了最終成品質量和生產效率，是生產制造企業的核心競爭力。

2.1 焊接設備自動化升級改造

對現有生產加工設備的升級改造是最經濟、高效的方案。在不影響現有設備功能和生產能力的前提下，進行自動化升級，是轉向智能制造的基礎和過渡階段，升級完成后加工質量和生產效率實現同步提升。以片式散熱器扇箱焊接設備為例，原有作業方式為手工電弧焊，之后對長焊道進行自動焊線小車升級，生產效率有所提升，但幅度有限，需要人工輔助，工人需要一個熟悉適應的過程。調研現有產品焊接工藝流程和步驟，統計焊道形式和數量，結合工人反饋的使用經驗，與自動化技術供應商溝通，了解技術前沿動向、技術改造內容以及可達到的水平。以調研數據為基礎，最終決定建設扇箱機器人自動化焊接工作站，在同一工位實現多工序集成作業。一次裝夾定位，完成多個焊道作業，尺寸精度與焊接效率高、焊道成型質量好。技術經濟性核算表明，單件扇箱焊接可節省工人2 名，縮短工時0.8，一次成本投入預計在兩年內回收。

2.2 淋漆設備自動化及環保升級改造

噴涂油漆作業對電力設備而言是至關重要的，由于安裝使用位置分布于全國各地，且高壓設備多為戶外型，運行環境復雜、多樣，存在銹蝕風險，漆膜可以很好地提供保護。

傳統噴漆作業以人工為主，工作環境極其不友好，需要穿戴厚重、密閉的防護服。噴漆作業分為除銹—噴涂—烘干幾個主要步驟，其中噴涂是重點，除銹、烘干作業已基本實現半自動化或全自動，如果噴涂作業可實現自動化，或部分實現，可以極大改善該工序作業環境，提升漆膜完成質量。為此，相關人員應去汽車生產線噴漆工序進行調研，汽車行業自動噴漆發展已比較成熟。分析片式散熱器結構特點，噴漆作業的步驟和難點，對現有淋漆生產線進行升級，優化裝夾工裝結構，固定的同時實現角度翻轉，一次裝夾多面噴涂；新增自動淋漆小車，生產線加多一個自由度。升級改造完成后，噴漆工時縮短10%，漆膜完成質量提升。

為適應環保和節能需要，安裝淋漆室廢氣、廢水處理設備，實現淋漆作業零排放。對現有烘干設備進行改造，原有設備單位熱量功耗高、噪聲大，且部門零部件由于老化，故障率攀升。換裝伸縮型烘干設備后，單件產品噴漆耗能成本下降2.3 元，運行穩定可靠，月均故障停機次數小于0.2。

3 先進制造技術及其在生產工藝中的應用

3.1 先進制造技術不同類型

先進制造技術是相對于傳統機加工制造技術而言的，包括CAM、CAPP、FMS、特種加工及新型制造技術。

CAM（Computer Aided Manufacturing），計算機技術融入產品準備到制造成品的全過程，實現半自動、自動加工[5]。涉及數據轉換和過程自動化兩個流程，分為硬件和軟件兩大部分，NC（數控）是CAM 的核心。加工工序和工藝路線數字化輸入，控制道具、焊機按既定軌跡執行。加工狀態預先模擬仿真，以動畫形式直觀展示。

CAPP（Computer Aided Process Planning），屬于制造企業信息化建設的重要內容，實現產品設計與加工制造間的銜接。設計圖紙轉變為加工制造和管理信息，包括加工設備選擇、工藝參數、工藝路線。CAPP 為半定制化，按工作原理分為檢索式、派生式和創成式。檢索式與數據庫匹配，應用范圍受限；派生式匹配相似零件，進行工序增加或刪減；創成式智能化水平高，依賴于工程數據和決策方法的有效性。

FMS（Flexible Manufacturing System）柔性制造系統是一項并行執行系統工程，中央計算機控制機床和傳輸系統，支持多種不同設備同時工作，包括柔性制造單元、柔性制造系統、柔性自動生產線。所謂柔性體現為對加工對象的自適應，協調了機械制造自動化與柔性化間的矛盾，適用于小批量、定制化加工，市場響應速度快。

特種加工及新興制造技術，3D 打印、超精密加工、束流加工等新興技術已具備工業應用條件，以高集成度、自動化制造水平迅速推廣。虛擬軸機床實現機床技術與機器人技術的結合，徹底改變了固定軸機床的概念，可以加工更加復雜的零件外形，被稱為20 世紀機床設計領域最具應用價值的變革。

3.2 先進制造技術與制造流程的結合

成品質量和生產效率的提高離不開生產設備的技術升級和生產工藝的改進。設計階段的數字化模型，作為控制系統的輸入條件，通過編碼技術對數字模型進行再加工和重組；基于工業物聯網技術，由中央控制系統向各生產設備發送對應操作指令；機加工車間配備加工中心，存儲不同零部件NC 程序，按加工需求自動更換道具，調整切屑角度、速率和進給量。在這個過程中，操作員需為不同指令劃定對應的工藝路線，以提高生產效率。

FMS 應用逐步深入，尤其適用于小批量電力設備制造，加工工藝得到簡化，自動化水平顯著提升。工業機器人大量應用于智能制造車間，在重復性高的崗位，存在較高應用需求。計算機、移動互聯網推動大數據、云計算技術快速迭代發展，生產線穩定性、成品一致性提升，生產過程中的設備參數設定、類型選定、工藝流程排序，可以在集成控制系統中統一完成，生產效率提升的同時，將人為誤差降至最低。

4 生產線煙塵凈化設備類比及選用

4.1 按工作原理分類

4.1.1 靜電式除塵

過濾裝置為靜電收集器，包括除塵器本體和供電設備。本體產生高壓電場，粉塵電荷在電動力作用下，從氣體中分離。放電電極由不同規格的金屬導線繞制而成，為正電極；集塵極由不同規格的金屬板制成，為負電極。

可吸附1 μm 以下的粉塵，氣體壓力損失小，不易受溫濕度影響。氣體初始濃度和粉塵比電阻有要求，超標情況下需進行預處理，操作員專業水平需求高。

4.1.2 濾筒式除塵

濾筒式除塵器主要部件為濾筒和電控系統。濾筒為多褶、筒狀結構，材質為納米復合纖維，且在不斷進步。焊接過程中產生的煙塵，在風機負壓下吸入凈化室，經過濾筒除塵，清潔空氣由排氣箱排出。濾筒表面粉塵數量達到預定值后，由電磁閥反吹排出。

濾筒氣體壓力損失小，同步清灰，干性粉塵無需經常更換濾筒，亞微米顆粒凈化率達99%以上。不適用于油污煙塵過濾，濾筒會被污染物堵塞，非標濾芯更換價格高，且空間占用大。

4.1.3 濾袋式除塵

濾袋式除塵器由清潔室、過濾室、濾袋、脈沖清灰、進風閥構成。大顆粒在重力作用下沉淀，初步除塵；纖維篩濾網阻擋大于其間隙的粉塵；除塵器濾料進一步阻攔慣性運動的顆粒；1 μm 以下的顆粒在布朗運動下改變軌跡，被濾料捕捉，過濾效果與纖維直徑成反比。

0.3nm 以上的顆粒均可捕捉，技術要求低、經濟性高；對硫化物顆粒均能捕捉，對火花和爆炸性氣體的安全性高于靜電除塵。濾袋需經常更換，氣體濕度和溫度不能過高，壓力損失大。

4.2 不同布置形式及設備選用

中央集中式，通常選用濾筒式除塵器，焊接車間內布置大量CO2氣體保護焊機（或其他弧焊），在對應工位安裝分支風管和捕集罩進行收集。采用PLC 作為控制系統核心，支持程序靈活設定。風機轉速通過變頻器按需調節，功耗與過濾動態平衡，延長使用壽命。

區域集中式，一般選用濾筒式除塵器，覆蓋范圍不超過12m。對不同焊點工位的CO2氣體保護焊機煙塵，通過大范圍捕集罩統一收集。工作原理類似于中央集中式，不同區域獨立分割，可控可調性更強，風管長度縮短，壓力損失減小。

移動單機式，每臺凈化器安裝一根或兩根360°旋轉吸氣臂，實現靈活吸氣，其可自動定位。結構簡單、操作方便、性價比高，適用于非固定焊接工位，尤其適合于維修補焊工位。放置于焊接工位附近，占用操作空間；煙塵收集范圍有限，無法實時覆蓋多焊點作業；存在焊接火花濺落濾芯表面的風險。

靜電式除塵應用于長期、重載工業煙塵清除，可處理釬焊、火焰切割作業中生成的煙霧和粉塵。濾筒式除塵應用于汽車、造船、金屬焊接，以及機械電子行業。濾袋式除塵應用于冶金、鑄造、礦山、化工等行業。電力設備制造行業推薦首選濾筒式除塵器。

5 結語

對電力設備制造企業而言，生產線的技術升級、工藝路線改進、生產方式變革是永無止境的。電力行業設備需求由增量市場向存量市場轉變的大趨勢是不可逆轉的，制造企業間的競爭是客觀的，且會長期存在。產業轉型升級的時代大背景下，對科技創新的掌握和應用是保持競爭優勢的關鍵。節能減排是實現碳中和、碳達峰的重要舉措，生產過程要節能減排，產成品同樣應符合節能減排要求，高能效裝備對生產工藝提出更高要求。產業技術改造要落到實處，切忌為了改造而改造，需求是最好的驅動力。對新技術新工藝保持足夠的感知和適應能力，迅速響應，爭取在技術變革中占據先發優勢。