2020年学科发展报告

设备工程学科发展与创新必将为我国持续经济发展提供更加坚实的装备保障与服务,随着经济产业调整和发展模式的创新,为我国设备工程学科发展拓展了更为广阔空间,同时也对设备工程技术与装备的创新发展提出了更高的要求。

 

一、现代设备的特点

随着科学技术的迅速发展,科技新成果不断地应用在设备上,要求设备的性能更高级、技术更加综合、结构更加复杂、作业更加连续、工作更加可靠,设备将为经济发展、社会进步提供了更强大的创造物质财富的能力。为满足上述要求,

设备正在朝着大型化、高速化、精密化、数字化、智能化等五个方向发展,见图1。

 

 

图1  现代设备特点示意

 

 

 

二、设备工程发展

结合我国经济社会发展需求,以及发展环境、技术研发、市场实践之间的关系,设备工程发展的技术路线图,确定了设备管理、监测检验、故障诊断、设备润滑、维护修理、更新改造技术等六个方面具体内容,见图2。

 

图2  设备工程技术路线图框架示意图

在设备全寿命周期科学管理中,通过推行设备工程技术路线图为企业设备的高效运转、生产过程的正常运行提供可靠保障,其中包括6方面技术和管理内容:

1、现代设备管理:采用与企业生产经营模式相适应的、稳健高效的设备管理措施,提高企业的设备利用率和经济效益;

2、监测检验:对设备的信息载体或伴随着设备运行的各种性能指标的变化状态进行安全监测、记录、分析,了解设备运行状态,为做出调整、控制决策提供依据;

3、故障诊断:通过对监测数据进行分析,查明故障部位和原因, 或预测有关设备异常、劣化或故障趋势,并提出相应对策;

4、设备润滑:是设备维护工作的重要环节,目的是保护设备,确保设备正常可靠运行;

5、维护修理:为保持或恢复设备完成规定功能的能力而采取的技术活动;

6、更新改造:采用新技术、新材料、新工艺、新部件对现有设备进行改造,以提升其技术状态和功能。

总之,设备工程技术路线图从现代设备管理、监测检验、故障诊断、设备润滑、维护修理、更新改造技术等6个管理技术层面出发,分析其内容、实施目标、有效实施途径,为实现设备工程的现代化、市场化、社会化奠定扎实的基础。

 

三、新时期设备工程新特征

新一轮科技革命与产业变革对传统生产方式带来革命性创新,由规模批量生产向大规模定制生产转变,现代生产方式的转变对设备的依赖程度越来越大,对技术人员全面掌握设备技术状态的要求越来越高;可以预见,设备工程管理与技术也将呈现出“安全可靠、高效、节能环保、智能、融合、服务”的新特征。

1. 安全可靠

长期以来,设备与人民群众的生命财产安全息息相关。近年来,随着我国经济的快速发展,特别是特种设备,高危设备数量也在相应迅速增加,由于特种设备、高危设备本身所具有高温高压、高空、易燃易爆、有毒等危险性,与迅猛增长的数量因素双重叠加,使得设备的安全形势更加复杂。

2. 高效

长期以来设备运行效率与发达国家相比存有一定差距,从设备设计、制造、使用等各环节都存有很大空间。首先是使用环节,由于操作者对设备结构、工作原理、运行规律不熟悉、不了解造成的效率下降;同时操作者要进一步提高责任性,真正做到严格执行操作规程,充分采用设备运行监控系统,通过智能化仪器仪表提供设备状态参数,用有效手段不断进行调整确保设备在最佳运行点及范围运行,从而提升设备运行效率。

3. 节能环保

设备制造过程一方面要消耗大量的钢材、有色金属、塑料及辅助材料;设备在运行中要消耗大量能源和各种生产原料;另一方面设备运行也会产生大量废料(渣)和废气、废水,并造成环境污染。

4. 智能

近年来随着信息技术、监测监控与诊断技术的不断发展,促进了企业设备工程水平日益提高,设备智能发展趋势表现为:

(1)    通过ERP、EAM等管理信息化、智能化系统的应用来优化设备管理及运行的各项流程;

(2)    通过应用智能自动监测及智能辅助诊断技术,由各种离线及在线监测仪器仪表,包括智能点检仪、频谱分析仪、智能燃烧控制组合群、新型无线监测装置等实现状态数据自动交换。

(3)    借助系统提供丰富数据状态分析和智能诊断技术,实现对设备状态的自动报警及自我保障,并对设备故障进行早期诊断与趋势预测。

5. 融合

当前,世界经济正处于持续调整和快速变革的关键时期,信息化与工业化融合正在加速重构全球工业生产组织体系,不仅为企业创新发展带来了新的机遇,而且为应对资源及环境的挑战提供了新的方式。信息化与工业化的整合已经成为我国发展现代装备制造业的重要途径。推动装备制造业转型,不断提升设备档次和加工能力作为企业两化融合的出发点和落脚点,通过政策引导和技术支持,培育一批实现数字技术集成应用、具有全球配置资源能力、智能制造装备企业,通过运用精益设计、高效自控、服务型协同等先进管理模式,促进现代设备工程技术创新发展。

6. 服务

工业发达国家已从生产型制造向服务型制造转变,从重视设备设计与制造技术的开发,到同时重视设备使用与智能监控技术的开发,通过提供高技术服务来获得更高的利润。随着经济持续发展,企业自动化高档设备及柔性加工自动线越来越普及,尽管操作人员减少,但设备维护人员会相应增加,为了降低生产成本,企业将通过充分利用社会维修资源,所以未来设备维修工程将成为专业化第三方服务模式,并且具有很大市场,设备维修工程不再是制造商的附属,而成为制造业服务化的重要抓手。特别未来通过开发的安全智能监控技术,从远程安全运行状态检测与管理的试验,进入到实用阶段。这些远程监控系统在机组系统健康管理服务方面,能够提供远程监测与故障诊断,以保证机组安全可靠运行。

四、设备工程的精益实施

1. 实施关键要素

(1)创新是核心

创新是一个国家一个产业的灵魂和生命力所在。我国设备发展历程告诉我们,必须始终把自主创新作为设备工程精益管理的核心点。改革开放以来,在经济管理体制的改革和企业整顿的过程中,设备管理与维修工作得到了恢复、巩固和提高,开始大量引进国外设备工程技术的新方法,同时设备管理与学术活动得到了蓬勃发展,设备领域出现了崭新局面,这是设备工程管理与技术走向规范化、科学化、系统化及全球化的一个良好开端。

(2)人才是基础

人才是设备工程精益管理发展的基础条件,也是设备工程发展的永恒主题。设备领域中不仅要有一批领军人才,还要有大批中高级的技术人才及管理人才,同时吸纳更多的年轻一代加入到设备领域中来。设备领域对复合型人才的需求已经成为当前亟需解决的问题。虽然我国科技人才数量已达到一定规模,但结构性失衡比较突出。根据人力市场提供的信息,企业对设备技术人才需求十分迫切。随着信息技术与制造技术的深度融合,对设备人才提出更高的要求,不仅需要具备良好素质和掌握信息技术、制造技术在设备工程技术及管理中的运用,还要具备一定的研究开发和设计能力,特别还需具备经济意识和组织管理能力。所以人才的培养要适应产业结构调整的需要,要满足社会、企业对人才的需求,也是我国工程教育的神圣历史使命。

(3)机制是关键

实施设备工程精益管理,一是要靠政府及行业组织的指导和支持,发挥专业学会的技术引导和业务协调的作用。目前设备工程产业规模小,自主创新能力薄弱,要实现设备工程技术超越,政府及行业组织要提供特殊扶持政策。二是要建立稳固的创新体系和机制。企业是技术创新的主体,通过建立“产学研”结合的自主创新队伍,充分发挥各自的优势,创造条件建立一批高端设备专业维修网络中心、设备高级修复技术研发中心和设备交易市场,以更经济合理的方式为全社会设备资源的优化配置和有效运行提供保障,促使设备工程技术由企业自我服务向市场提供优质服务转化。三是建立高效的激励机制。尊重知识、尊重人才、尊重创新成果,营创良好的创新氛围和环境。

(4)开放是方针

创新来源于探索,科技开发研究更需要开放探索,自由开放探索主要体现是一种学术氛围、学术方法、学术精神,在设备科技研发过程中,需要提倡开放自由探索创新,不但鼓励个人研究创新,尤其要鼓励团队领军人才具有带动整个团队科技开发的探索精神。

2. 关键技术开发与应用

(1)高端设备状态检测监控技术

未来,开展高端设备状态检测监控信息化技术开发与应用十分重要,物联网和互联网、云计算、大数据,以及人工智能、机器人等在设备工程技术及管理中的运用,对于实现设备高效、健康及节能运行的作用将愈加明显,将设备正常运行大量参数与现场直接获取的大量参数进行比较分析,当监测监检的参数超过初始限值,通过预警系统检测到设备某部位将出现问题,需要操作人员采取有效措施,妥善解决。为设备状态优化运行及健康节能运行打好技术基础,也为实施设备动态的科学维护提供技术条件等。

(2)旋转及大型机组故障诊断及预报技术

重点面向旋转及大型机组等关键设备,通过传感器及物联网信号采集技术、信息融合技术、状态监测与远程网络技术、云计算及大数据处理技术,建立相关软件环境,结合企业及设备管理平台,在未来逐步强化网络数据库相应的网站技术研究,加快开展应用程序服务器中的程序来提取实时数据,进行故障分析及故障趋势预测,实现预知维护等现代科学维护方式。由于故障诊断及故障预报中心的建立,能方便实施企业群体及大型机组群体的状态监测、故障诊断、故障预报及科学维护,有利于提高趋势预测等故障预警方法的有效性和工程应用价值。

(3)设备绿色润滑技术

进一步开展设备绿色润滑油技术的开发与应用,改变润滑材料和润滑管理方式上的传统理念,应用推广全优精确润滑、污染控制、油液监测等关键技术。同时,为改善油品的性能及质量应用开发润滑油多种添加剂,由于添加剂的存在增加了接触面积,降低了接触应力,使润滑油边界负电荷变成正电荷,使表面逐渐趋于光滑,从而大大改善了润滑状态。我国润滑油添加剂技术研究在这方面的工作起步较晚,通过不断努力已改变相对落后的状况,并已取得成效。如国产设备大力推广应用润滑油添加剂技术,不但节约大量宝贵的润滑油,而且大大提高设备效率,确保良好设备状态,所以大力开发润滑油添加剂技术应用是十分必要的。

(4)设备高级修复技术

设备高级修理技术是由多种具有先进技术的工艺、专用设备和超强性能特殊材料组合而成。在对设备及零部件开展维修时应用取得显著成效,由于在修理时设备及零部件始终处于常温状态,局部不升温,故设备及零部件在修理后不会发生变形,无内应力产生,使原有的尺寸精度保持不变,不会造成潜在的断裂等安全隐患。同时促进修理周期更短,修复速度更快,有可能在现场进行不解体修理。通过进一步开发相关的高级修复工艺,强化对设备高级修复技术研究,将会收到更好的技术经济效果。

(5)高耗能设备能效监控技术及节能环保更新改造技术

未来,我国以化石为主能源结构不会有突破性改变,同时为了确保经济持续增长,必须严格控制能耗总量,所以加大加强对主要耗能设备能效监控技术和高效、节能环保设备更新改造技术开发与应用是十分必要的。首先规范各种主要耗能设备能效测量仪器仪表和测量点;其次统一对测定数据折标和换标系数;再其次统一能效计算公式和计算方法,达到同类耗能设备能效的可比性,通过对能效监控技术不断开发和应用,使在用主要耗能设备能效有较大提高,再进一步扩展到整个生产系统能效提升,同时通过开展节能环保更新改造新技术应用,以促进各行业设备运行达到高效、节能环保!

 

 

中国机械工程学会设备与维修工程分会

                                       2020年5月


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