楊春永

(卡特彼勒技術(shù)研發(fā)(中國(guó))有限公司青島分公司，山東 青島 266061)

0 引言

隨著5G技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(IOT)的快速發(fā)展，以及目前我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)一派大好的形勢(shì)疊加下，各主要工程機(jī)械生產(chǎn)廠家掀起了一場(chǎng)如火如荼的追趕新技術(shù)的浪潮，近期紛紛推出電驅(qū)動(dòng)、無(wú)人駕駛、自動(dòng)操作、遠(yuǎn)程控制、智能機(jī)群等的新型工程機(jī)械及其組合，以期搶占市場(chǎng)制高點(diǎn)，達(dá)到先聲奪人的戰(zhàn)略目的。

從目前了解到的信息來(lái)看，各廠家除了在整機(jī)操控系統(tǒng)的層面對(duì)這些新技術(shù)的應(yīng)用加大研究外，也開(kāi)始了對(duì)于主要零部件性能的監(jiān)測(cè)和故障的早期智慧診斷研究，尤其是對(duì)整機(jī)運(yùn)行非常重要、和工程機(jī)械如影隨形、永不分離的潤(rùn)滑油，更是從技術(shù)和管理層面加大了研發(fā)力度。

在過(guò)去，由于潤(rùn)滑油普遍由供應(yīng)商或代理商提供，主機(jī)廠關(guān)注少，且潤(rùn)滑油的使用數(shù)據(jù)又難以收集，導(dǎo)致用戶(hù)在實(shí)際使用潤(rùn)滑油過(guò)程當(dāng)中的問(wèn)題難以徹底解決，長(zhǎng)期以來(lái)客觀存在著用戶(hù)和主機(jī)廠之間的矛盾[1-3]。

1 潤(rùn)滑油的重要性及傳統(tǒng)管理方式存在的問(wèn)題

潤(rùn)滑油對(duì)于工程機(jī)械非常重要，首先是工程機(jī)械應(yīng)用的潤(rùn)滑油及相關(guān)產(chǎn)品非常多，像柴油、液壓油、傳動(dòng)油、機(jī)油、潤(rùn)滑脂、制動(dòng)液等等。其次，潤(rùn)滑油對(duì)于工程機(jī)械來(lái)說(shuō)又是必不可少的，像柴油、液壓油、傳動(dòng)油等常被比做工程機(jī)械的“血液”，而潤(rùn)滑油又被比做工程機(jī)械的“體液”。沒(méi)有血液就無(wú)法傳遞能量，而沒(méi)有體液，則所有的關(guān)節(jié)將無(wú)法運(yùn)動(dòng)，具體見(jiàn)圖1。

圖1 潤(rùn)滑油之于工程機(jī)械

潤(rùn)滑油對(duì)于工程機(jī)械是如此重要，而在之前，很多工程機(jī)械主機(jī)廠家和潤(rùn)滑油供應(yīng)商卻基本對(duì)其處于失控狀態(tài)。因?yàn)橘u(mài)出去的機(jī)器設(shè)備一旦到達(dá)客戶(hù)手中，主機(jī)廠了解這臺(tái)機(jī)器狀態(tài)的主要溝通方式就是電話回訪，然后由服務(wù)人員進(jìn)行記錄并簡(jiǎn)單分析判斷。

這種方式存在很多的局限性，首先是很多客戶(hù)往往描述不清，或是有意隱瞞某些信息，導(dǎo)致回訪得到的結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確指導(dǎo)客戶(hù)維護(hù)和保養(yǎng)機(jī)器。因?yàn)檫@些信息往往滯后，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，故障已經(jīng)發(fā)生，客戶(hù)的損失已經(jīng)難以挽回了。但就是這種簡(jiǎn)單的溝通方式，也大多局限于三包期之內(nèi)，一旦超出三包期，潤(rùn)滑油的使用更是無(wú)人問(wèn)津。

長(zhǎng)期以來(lái)，潤(rùn)滑油的問(wèn)題一直是主機(jī)廠、客戶(hù)和供應(yīng)商之間的一個(gè)痛點(diǎn)。然而，隨著數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，應(yīng)用5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是為我們提供了一種實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、且能保證多方共贏的方式。因?yàn)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)的真正價(jià)值在于我們能夠以更快、更安全和可預(yù)測(cè)的方式獲取潤(rùn)滑油實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并利用這些數(shù)據(jù)幫助客戶(hù)改善整機(jī)各流體動(dòng)力系統(tǒng)的性能。

2 采用新技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油狀態(tài)的意義

能夠?qū)崟r(shí)收集到潤(rùn)滑油工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)并做出適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢?duì)于客戶(hù)、主機(jī)廠和潤(rùn)滑油供應(yīng)商都具有重大的意義，四者關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 客戶(hù)、主機(jī)廠、潤(rùn)滑油及其供應(yīng)商關(guān)系

2.1 對(duì)客戶(hù)的影響

對(duì)于工程機(jī)械的用戶(hù)來(lái)講，如果能在機(jī)器設(shè)備出現(xiàn)故障之前得到提示，則可以提前進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)，以減少甚至消除出現(xiàn)故障后的停機(jī)時(shí)間和維修損失。同時(shí)，對(duì)于需要周期性維護(hù)的項(xiàng)目，如果能夠做到用智能的方式進(jìn)行按需維護(hù)，則可以為客戶(hù)降低維護(hù)成本。例如在潤(rùn)滑系統(tǒng)當(dāng)中，過(guò)濾器是一個(gè)非常重要的部件，如圖3所示，它主要由濾網(wǎng)和旁通閥組成，其工作原理是：當(dāng)潤(rùn)滑油壓力低于旁通閥設(shè)定值時(shí)，潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)，并過(guò)濾掉雜質(zhì)，然后進(jìn)入工作部件。而隨著濾芯不斷收集雜質(zhì)顆粒，濾芯的效率會(huì)越來(lái)越低，當(dāng)壓力達(dá)到旁通閥的設(shè)定壓力時(shí)，旁通閥打開(kāi)，潤(rùn)滑油繞開(kāi)過(guò)濾器濾網(wǎng)直接進(jìn)入工作部件，過(guò)濾器就不再有效了。

圖3 過(guò)濾器原理

傳統(tǒng)的液壓過(guò)濾預(yù)防性維護(hù)通常是基于時(shí)間表或基于彈出式指示器，該指示器會(huì)告訴用戶(hù)過(guò)濾器即將到期或已經(jīng)過(guò)期，但在這種情況下，過(guò)濾器往往可能因?yàn)橐殉銎溆行詮亩档土诵?，或者已?jīng)失去了作用。同時(shí)，按時(shí)間計(jì)劃更換所有過(guò)濾器，有可能其實(shí)有些過(guò)濾器并不需要更換，而一旦更換了就是在浪費(fèi)金錢(qián)[4-5]。

而對(duì)于使用IOT部署智能過(guò)濾的機(jī)器設(shè)備，能夠在壓力達(dá)到峰值之前，在準(zhǔn)確的時(shí)刻提醒用戶(hù)在正確的時(shí)間更換過(guò)濾器。這不但能保證過(guò)濾器時(shí)刻有效地保護(hù)客戶(hù)的機(jī)器，并可為客戶(hù)節(jié)省超過(guò)30%的過(guò)濾器成本，建立真正的過(guò)濾效率。

2.2 對(duì)主機(jī)廠的影響

由于設(shè)計(jì)工程師不可能深入實(shí)地了解每臺(tái)設(shè)備在傳統(tǒng)的非公路或工廠車(chē)間內(nèi)高度變化的環(huán)境中如何工作，因此將采用新技術(shù)后采集到的信息反饋給他們，他們就可以圍繞產(chǎn)品的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出更明智的設(shè)計(jì)決策工作。

維護(hù)工程師可以從采集到的數(shù)據(jù)中了解潤(rùn)滑油實(shí)時(shí)狀態(tài)、對(duì)用戶(hù)提出維護(hù)建議和指導(dǎo)，由事后維修變?yōu)槭虑邦A(yù)防，并將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題反饋給設(shè)計(jì)工程師。設(shè)計(jì)工程師通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地分析故障發(fā)生的原因，為制造商改進(jìn)設(shè)備提供科學(xué)和數(shù)字化的依據(jù)，由此可以得到海量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并節(jié)省大量的研發(fā)成本，舉例如下。

在以前，設(shè)計(jì)師如果想要知道液壓油在工作泵中的工作情況，傳統(tǒng)的方式是用一個(gè)油桶，一根軟管和一個(gè)秒表等，這是檢查流速和整體效率的一種方法，但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且準(zhǔn)確度低。現(xiàn)在有了5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就可以設(shè)計(jì)一個(gè)智能工作泵，將需要的傳感器裝到工作泵上，設(shè)計(jì)師就可以坐在本公司的辦公室內(nèi)，實(shí)時(shí)接收到這臺(tái)泵的工作數(shù)據(jù)，包括流量、流速、壓力、溫度，并可以直接計(jì)算出容積效率等參數(shù)。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)師通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可以判斷該泵的工作狀態(tài)是否達(dá)到了期望的設(shè)計(jì)水平，一旦低于期望，則可以迅速啟動(dòng)改進(jìn)流程，而不用等到若干年后。維護(hù)工程師則可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)，為用戶(hù)提供及時(shí)的指導(dǎo)，保障用戶(hù)的設(shè)備始終工作在最佳狀態(tài)[7]。

2.3 對(duì)潤(rùn)滑油供應(yīng)商的影響

在以往，潤(rùn)滑油一旦被加入到用戶(hù)的設(shè)備之中，對(duì)潤(rùn)滑油的供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，往往就變成了一個(gè)黑匣子，從而對(duì)潤(rùn)滑油的工作狀況一無(wú)所知。而現(xiàn)在，在新技術(shù)的條件下，有了獲得有關(guān)油液更多信息的機(jī)會(huì)，而能否同主機(jī)廠分享數(shù)據(jù)就變得至關(guān)重要，因此，合作共贏變成了當(dāng)前及今后的不二之選。

通過(guò)分析收集到的數(shù)據(jù)，使?jié)櫥凸?yīng)商可以準(zhǔn)確地分析出用戶(hù)的使用工況是否符合預(yù)先設(shè)定的工作條件，包括載荷大小，是否防止了污染物進(jìn)入，是否保持了流體處于適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫Φ鹊取Ｍ瑫r(shí)，根據(jù)用戶(hù)所在的行業(yè)，可以更多地了解潤(rùn)滑油添加劑包是否合適，是否有金屬侵入、流體氧化等。

在潤(rùn)滑油供應(yīng)商嘗試獲得潤(rùn)滑效率時(shí)，必須考慮所有可能造成影響的因素。而傳統(tǒng)上，一般人往往首先用眼睛觀察油品是否清潔，然后進(jìn)行液體樣本收集，再將其進(jìn)行色塊測(cè)試或發(fā)送到實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，最后生成測(cè)試報(bào)告，整個(gè)過(guò)程繁瑣冗長(zhǎng)。但即使是這樣，也往往因?yàn)闆](méi)有使用過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，測(cè)試和實(shí)驗(yàn)后只能以黏度或黏度指數(shù)的變化來(lái)進(jìn)行判斷[4]。

3 總結(jié)

得益于國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，工程機(jī)械在過(guò)去的三十年中一路高歌猛進(jìn)，只從數(shù)量上來(lái)說(shuō)，我國(guó)已成為名副其實(shí)的工程機(jī)械大國(guó)，但在性能先進(jìn)性、產(chǎn)品可靠性、市場(chǎng)服務(wù)性等方面仍有較大的提升空間。當(dāng)前的5G技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，為工程機(jī)械行業(yè)技術(shù)更新?lián)Q代提供了保障，尤其對(duì)于原來(lái)不受重視的、數(shù)據(jù)收集難度較大的潤(rùn)滑油更是一個(gè)天賜良機(jī)，從技術(shù)角度和管理角度都會(huì)得到較大的提升，表1列出了在新技術(shù)條件下和傳統(tǒng)管理方式的不同。

表1 新技術(shù)條件下潤(rùn)滑油數(shù)據(jù)收集和傳統(tǒng)管理方式的不同

當(dāng)然，要對(duì)潤(rùn)滑油的實(shí)時(shí)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)的采集和傳輸這兩個(gè)重要因素缺一不可?；谏鲜龇治觯瑪?shù)據(jù)傳輸問(wèn)題已基本解決。而另一個(gè)重要的因素就是要有合適的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)地采集到所需要的信息。雖然，智能傳感器的發(fā)展一日千里，但目前，現(xiàn)場(chǎng)可用的，靈敏度、可靠姓、性?xún)r(jià)比高的傳感器仍然較少，因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)力度，盡快研制出能實(shí)時(shí)采集潤(rùn)滑油物理及化學(xué)特性參數(shù)的傳感器[6，8]。