博世力士樂對于未來工業(yè)液壓技術(shù)的展望
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(yè)生往往會被他們的數(shù)字商業(yè)理念吸引到初創(chuàng)環(huán)境，并且在比喻意義上，他們會被欲望的對象 – 一只金色的獨(dú)角獸所吸引。
在國際上，獨(dú)角獸象征著創(chuàng)新和創(chuàng)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(tǒng)，液壓系統(tǒng)的全球經(jīng)濟(jì)重要性無可爭議，銷售額達(dá)數(shù)百億美元。矛盾的是，流體動力技術(shù)的經(jīng)濟(jì)重要性仍然與用戶，公眾和科學(xué)界的方式形成鮮明對比。
液壓技術(shù)如何將其形象轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌氖澜纾看鸢负芎唵?恐龍必須通過整合新技術(shù)，特別是電子控制和機(jī)電動力傳輸來適應(yīng)。通過這樣做，液壓系統(tǒng)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(tǒng)的優(yōu)勢，并將其與技術(shù)“IT消費(fèi)者世界”中的機(jī)遇和優(yōu)勢相結(jié)合。用戶將把“隱藏式”液壓系統(tǒng)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(tǒng)必須保持其對機(jī)電驅(qū)動器的立場。技術(shù)轉(zhuǎn)變在許多領(lǐng)域已經(jīng)非常先進(jìn)。
在這里，我們需要保衛(wèi)我們的領(lǐng)土。與液壓系統(tǒng)不同，更容易連接和更簡單的IT連接長期以來一直是機(jī)電解決方案DNA的組成部分。但是，我們?nèi)绾尾拍艽_保未來十年工業(yè)液壓系統(tǒng)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(zhǔn)金色的獨(dú)角獸！
隨著工業(yè)4.0將這些印象轉(zhuǎn)化為更多的金色獨(dú)角獸，對水力學(xué)作為恐龍技術(shù)的錯誤認(rèn)識應(yīng)該會消失。
工業(yè)環(huán)境
工業(yè)液壓系統(tǒng)不能免受不斷變化的市場環(huán)境中發(fā)生的變化的影響。然而，時尚新技術(shù)主題并不是影響未來幾年現(xiàn)場的唯一因素。一些熟悉的趨勢將繼續(xù)對未來的增長至關(guān)重要。
能源效率。在考慮主要趨勢時，環(huán)境和資源稀缺總是起著重要作用。它們需要更節(jié)能的驅(qū)動系統(tǒng)。例如，在歐洲，能源相關(guān)法規(guī)適用于組件級別（例如，電動機(jī)的IE3標(biāo)準(zhǔn)）。除此之外，例如，許多標(biāo)準(zhǔn)和代碼適用于批量生產(chǎn)機(jī)器的機(jī)器效率標(biāo)簽。
能源效率的重要性正在超越工業(yè)化國家。能源在世界許多地區(qū)仍然太便宜，而新的，創(chuàng)新的方法只會從供應(yīng)和價格壓力中產(chǎn)生。鑒于其特定的優(yōu)勢（高功率密度，大的力），液壓系統(tǒng)注定要用于強(qiáng)大的機(jī)器。這尤其適用于節(jié)能驅(qū)動解決方案特別有益的壓力供應(yīng)站。
外表。持續(xù)存在的能效問題引起了速度控制驅(qū)動系統(tǒng)使用的穩(wěn)步上升。高效伺服電機(jī)越來越多地取代標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)。技術(shù)上可擴(kuò)展的解決方案已在市場上出售。
環(huán)境挑戰(zhàn)
工業(yè)液壓系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下使用。管理機(jī)構(gòu)對可持續(xù)生產(chǎn)，回收和液壓產(chǎn)品的處置實施了具體的區(qū)域法規(guī)。液壓油作為必不可少的壓力傳遞介質(zhì)和潤滑劑，在環(huán)境影響和系統(tǒng)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(xù)改進(jìn)不僅與液壓油有關(guān)：在與液壓油，新材料和幾何形狀的兼容性方面，還必須進(jìn)一步開發(fā)密封件。降低油量是降低環(huán)境風(fēng)險的另一種方法。這些可以通過智能油箱設(shè)計實現(xiàn)，主動脫氣或更小，分散的驅(qū)動軸。
減少使用的油量和改善環(huán)境兼容性仍然是持續(xù)存在的問題。預(yù)計未來環(huán)境法規(guī)將變得更加嚴(yán)格。因此，石油，密封和液壓制造商可能會形成聯(lián)盟，以進(jìn)一步改善環(huán)境兼容性。
安全相關(guān)要求。在歐洲，機(jī)械指令要求機(jī)器的設(shè)計和制造方式應(yīng)避免對人類構(gòu)成潛在風(fēng)險。已經(jīng)建立了一系列歐洲液壓系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)，并通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如壓力設(shè)備指令）對這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了補(bǔ)充。
安全問題也將成為未來的優(yōu)先事項。其他地區(qū)，特別是新興國家也預(yù)計會有更嚴(yán)格的法規(guī)（例如，批準(zhǔn)檢查，設(shè)計指南）。
數(shù)字信息采購
工業(yè)用戶越來越期望他們習(xí)慣于從消費(fèi)者世界配置器，可用性，移動設(shè)備，應(yīng)用程序，云解決方案等中獲得相同水平的便利性。根據(jù)需求，產(chǎn)品本身將具有來自簡單數(shù)字接口的任何東西（例如， IO-Link）具有實時功能的多以太網(wǎng)連接。
從2023年開始，新的5G通信標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致更多的私有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)環(huán)境中使用。利用這些基于邊緣云的網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)小于1毫秒的傳感器 – 執(zhí)行器循環(huán)時間。結(jié)果，可以滿足塑料加工機(jī)器中的典型控制器要求。集成到產(chǎn)品中的傳感器和5G通信將為狀態(tài)監(jiān)控提供信息，甚至可用于預(yù)防性維護(hù)的數(shù)據(jù)使用。因此，預(yù)計會有大量基于數(shù)據(jù)的商業(yè)模式。
電液部件將受益于自動化和IT世界的技術(shù)影響。與電氣自動化一樣，液壓元件供應(yīng)商正準(zhǔn)備與人工智能和基于云的解決方案的其他相關(guān)供應(yīng)商合作。將需要更多的跨技術(shù)合作伙伴關(guān)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(guān)于伙伴關(guān)系的觀念也將發(fā)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(xiàn)。如果在數(shù)字化，連接和通信方面發(fā)生必要的結(jié)構(gòu)變化并且員工具備必要的資質(zhì)，傳統(tǒng)的機(jī)械工程和工廠建設(shè)只會受益于IT世界中更短的創(chuàng)新周期。
培訓(xùn)和經(jīng)驗。一段時間以來，顯而易見的是，擁有專業(yè)液壓知識的潛在員工數(shù)量正在下降。這適用于商業(yè)和工程部門。就專業(yè)基礎(chǔ)和進(jìn)一步培訓(xùn)而言，例如在德國，沒有公認(rèn)的資格。目前，液壓專家主要從相關(guān)專業(yè)招聘，如農(nóng)業(yè)或建筑機(jī)械裝配工，工業(yè)機(jī)械或機(jī)電技師。
事實上，沒有特定的培訓(xùn)可以作為流體機(jī)電一體化專家的資格。大學(xué)不提供專門的液壓課程，液壓技術(shù)幾乎不是工程課程的基本模塊。大學(xué)的情況令人不滿意。當(dāng)液壓系統(tǒng)作為主題提供時，課程幾乎完全受限于標(biāo)準(zhǔn)液壓系統(tǒng)而非電液系統(tǒng)。我們在國外看到類似的情況。
實現(xiàn)工業(yè)獨(dú)角獸需要現(xiàn)代化，最新的教學(xué)，技術(shù)轉(zhuǎn)讓以及在學(xué)術(shù)和商業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)建新的“流體/機(jī)電一體化專家”資格。這是教育政策制定者，行業(yè)和國家/國際流體技術(shù)協(xié)會面臨的關(guān)鍵聯(lián)合任務(wù)之一。
未來，將需要兩個不同的液壓領(lǐng)域的職業(yè)概況。一個是具有機(jī)械工程技能的組件導(dǎo)向?qū)＜?，他們開發(fā)和優(yōu)化產(chǎn)品。另一個是面向系統(tǒng)的流體機(jī)電一體化專家，他具有控制技術(shù)知識，并精通液壓和機(jī)電驅(qū)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(fā)生很大變化。在未來的歲月中，改善教育將導(dǎo)致深入的知識將是至關(guān)重要的。這是因為如果控制技術(shù)，數(shù)字化，軟件或運(yùn)動學(xué)方面缺乏知識，那么無論技術(shù)有多好，電液系統(tǒng)解決方案都不會成功。
機(jī)器制造商已經(jīng)將工程外包給供應(yīng)商，并且越來越多地采購?fù)暾淖酉到y(tǒng)作為“功能模塊”。大型終端用戶越來越多地尋求專業(yè)公司進(jìn)行維護(hù)工作。因此，維護(hù)液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能方便用戶，液壓系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)為年輕人提供有吸引力的面向未來的職業(yè)。
未來生存能力
對于所有應(yīng)用，肯定沒有標(biāo)準(zhǔn)的首選技術(shù)。無論是液壓還是機(jī)電，每種類型的驅(qū)動器都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，只能根據(jù)它們對特定應(yīng)用的適用性進(jìn)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(jìn)行了一項調(diào)查，以確定是否可以替代10個主要工業(yè)液壓領(lǐng)域中最重要的應(yīng)用。
針對上述主要應(yīng)用考慮了以下驅(qū)動器類型：
線性運(yùn)動：> 80％的應(yīng)用
液壓系統(tǒng)：通過閥門或泵控制和緊湊型軸驅(qū)動氣缸
機(jī)電：滾珠或滾柱螺桿組件
旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：占所有應(yīng)用的20％
液壓系統(tǒng)：泵控制或二級控制
機(jī)電：直接驅(qū)動或減速電機(jī)。
對未來最合適的驅(qū)動器類型的總體評估是基于對以下四個主要類別的調(diào)查，每個應(yīng)用總共有13個標(biāo)準(zhǔn)：
功能：動態(tài)，穩(wěn)健性，靜態(tài)功率限制，準(zhǔn)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(tài)學(xué)：生態(tài)友好，維護(hù)
總而言之，很明顯，線性運(yùn)動的機(jī)電系統(tǒng)最大可達(dá)500 kN或更高。對于額定值小于100 kN的系統(tǒng)，機(jī)電系統(tǒng)在許多應(yīng)用中具有取代液壓系統(tǒng)的巨大潛力。雖然通過進(jìn)一步開發(fā)材料，涂層和幾何形狀可以實現(xiàn)功率和速度的輕微改進(jìn)，但似乎不太可能出現(xiàn)革命性的跳躍。然后，通過機(jī)械傳動的功率和扭矩的任何進(jìn)一步增加將受到要加速的質(zhì)量的限制。
液壓驅(qū)動裝置已經(jīng)傳遞的力比過去大100倍。就機(jī)電系統(tǒng)的物理性能限制而言，與液壓系統(tǒng)不同，沒有明顯的中斷。因此，預(yù)計在這兩個領(lǐng)域都會有進(jìn)化的進(jìn)一步發(fā)展。金屬切割機(jī)和轉(zhuǎn)子驅(qū)動器中的液壓系統(tǒng)可能面臨更加激烈的競爭。然而，通過閥門控制系統(tǒng)以及更加用戶友好的產(chǎn)品和系統(tǒng)，也將有機(jī)會實現(xiàn)節(jié)能。就線性應(yīng)用而言，液壓系統(tǒng)將通過緊湊型軸的進(jìn)一步創(chuàng)新開發(fā)來保持甚至改善其位置。
一旦這樣的開發(fā)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(hù)，其調(diào)試與機(jī)電驅(qū)動相同。與液壓相關(guān)的細(xì)節(jié)已經(jīng)包含在軟件庫中。因此，即使是復(fù)雜的行程輪廓 – 例如用于成形，連接，注塑和其他大力應(yīng)用的行程輪廓 – 也可以非常容易地進(jìn)行參數(shù)化。作為規(guī)范過程的一部分，機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商也可以達(dá)到SIL 3的安全等級。
發(fā)展趨勢
各種市場，行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)液壓系統(tǒng)提出了截然不同的要求。近幾十年來出現(xiàn)的發(fā)展領(lǐng)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(yù)測性維護(hù)
用戶友好性（車載電子設(shè)備，調(diào)試軟件）
安全
雖然這些問題在未來仍將發(fā)揮作用，但它們本身已不再足夠。3D金屬印刷等工業(yè)趨勢為液壓技術(shù)提供了新的技術(shù)機(jī)會，例如優(yōu)化的核心設(shè)計（砂印工藝），以改善流動性或伺服閥的生產(chǎn)。
在敏感環(huán)境中的應(yīng)用
一部分工業(yè)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是特殊的環(huán)境條件，通常是連續(xù)工藝。它包括海洋和近海工業(yè)，水利工程鋼結(jié)構(gòu)，冶金，鑄造機(jī)械，采礦等，其中系統(tǒng)安裝在室外或類似環(huán)境中。對于涉及連續(xù)過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，重點(diǎn)是OEE（整體設(shè)備效率），通過優(yōu)化流程，提高質(zhì)量和實施預(yù)測性維護(hù)來實現(xiàn)生產(chǎn)力的提高。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的高性能診斷系統(tǒng) – 例如力士樂的在線診斷網(wǎng)絡(luò)（ODiN） – 已經(jīng)可以可靠地預(yù)測組件何時出現(xiàn)故障，正在以液壓技術(shù)開發(fā)。
在許多情況下，需要符合環(huán)保等級（例如防爆），冗余壓力供應(yīng)站以及可生物降解流體的使用。鑒于此處描述的環(huán)境，未來可能會實施進(jìn)一步的環(huán)境法規(guī)。避免流體溢出風(fēng)險的有效方法是減少系統(tǒng)中使用的油量。進(jìn)步的基礎(chǔ)是罐體設(shè)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(jiān)測流體中釋放的空氣的比例可以導(dǎo)致油量的進(jìn)一步減少。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，油量可減少多達(dá)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(jìn)一步開發(fā)技術(shù)和流體以幫助改善環(huán)境兼容性之外，這些行業(yè)還將經(jīng)歷數(shù)字化推動的轉(zhuǎn)型過程，例如智能采礦，冶金4.0或自動船舶。
生產(chǎn)應(yīng)用
另一個細(xì)分市場受到未來工廠的發(fā)展和趨勢的影響。這涉及例如安裝在現(xiàn)代工廠中的壓力機(jī)，塑料加工機(jī)器，組裝系統(tǒng)，機(jī)床，測試機(jī)器和類似機(jī)器。在確定對工業(yè)液壓系統(tǒng)的要求之前，必須先描述未來的工廠。主要目標(biāo)是通過透明度提高生產(chǎn)力和效率。
未來的工廠將非常敏捷。高靈活性和適應(yīng)性是關(guān)鍵目標(biāo)，而透明度將有助于避免意外，昂貴的停機(jī)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(shè)計，機(jī)器將進(jìn)行重組，以便為新用途創(chuàng)建新的生產(chǎn)線。它們將通過5G相互無線通信，并通過地板上的感應(yīng)充電系統(tǒng)供電。
在未來的工廠中，一切都將連接起來 – 從現(xiàn)場級到基于云的IT系統(tǒng)。自動化和驅(qū)動解決方案只能通過開放標(biāo)準(zhǔn)通信適應(yīng)這種環(huán)境。它們易于配置，功能和類存儲在設(shè)備數(shù)據(jù)中，并由固件控制或管理。工業(yè)液壓必須采用已經(jīng)在使用的多以太網(wǎng)和IO-Link等開放標(biāo)準(zhǔn)來適應(yīng)這個世界。通過實時擴(kuò)展，所有組件，模塊和機(jī)器將共享信息。
然后，這些數(shù)據(jù)需要在未來的所有產(chǎn)品中實施，因為未來工廠中的價值流映射將被數(shù)字化。數(shù)字商業(yè)模式將繼續(xù)基于構(gòu)成新的和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的所有執(zhí)行器，模塊，傳感器和機(jī)器的準(zhǔn)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。
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(jī)器制造商提供了具有眾多內(nèi)置功能的現(xiàn)成驅(qū)動控制器。包括關(guān)鍵安全功能和驅(qū)動控制，因此可以輕松集成和配置以適應(yīng)特定應(yīng)用。集成和有線傳感器提供有關(guān)過濾器，流體和驅(qū)動條件的信息。收集的傳感器數(shù)據(jù)通過IO-Link捆綁在一起，并由驅(qū)動控制器預(yù)處理，與現(xiàn)代機(jī)器設(shè)計網(wǎng)絡(luò)連接。
類似的機(jī)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(xù)監(jiān)控自己。憑借其多以太網(wǎng)接口和開放式核心工程，CytroBox提供了這種未來的可行性。與現(xiàn)代機(jī)電驅(qū)動器一樣，該裝置使用博世力士樂的CytroConnect進(jìn)行IoT準(zhǔn)備。所有關(guān)于設(shè)備的信息 – 從組件和運(yùn)行狀態(tài)或定期維護(hù)工作到力士樂在線診斷網(wǎng)絡(luò)（ODiN）的預(yù)測性維護(hù)分析 – 都可以方便地獲得。根據(jù)要求，維護(hù)功能，故障檢測和預(yù)測性維護(hù)的其他附加軟件包可作為附加服務(wù)提供。、
“把它包起來”
傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)將在未來10年內(nèi)發(fā)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(qiáng)烈影響。用戶將體驗工業(yè)液壓作為現(xiàn)成的功能模塊，具有與IT消費(fèi)者世界相同的用戶友好性。雖然它被許多人認(rèn)為是恐龍，但工業(yè)液壓系統(tǒng)將逐漸演變成一種有吸引力的獨(dú)角獸 – 明天的工業(yè)液壓系統(tǒng)。電氣自動化和IT技術(shù)的新發(fā)展將使工業(yè)液壓系統(tǒng)更容易集成，并使其更具競爭力。
提供工業(yè)水力發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域包括緊湊的軸，能源效率和用戶友好性?；贗T的新自動化世界的發(fā)展將補(bǔ)充以前液壓領(lǐng)域的關(guān)鍵領(lǐng)域。數(shù)字化（軟件，連接，專用網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用程序等）以及數(shù)據(jù)使用（傳感器，Web服務(wù)器，數(shù)據(jù)分析，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，云解決方案等）將不可避免地征服工業(yè)界。
