王安麟：工程机械产品智能化的技术选择

【第一工程机械网 独家报道】2015年4月10日，“2015工程机械产品发展（北京）论坛暨中国工程机械年度产品TOP50颁奖典礼”在北京隆重举行。来自中国工程机械工业协会及下属分支机构、国家工程机械质量监督检验中心、相关行业协会以及工程机械制造企业、施工企业、科研机构、高校、新闻媒体的200余位嘉宾参加了这次年度盛会。

目前，受“三期叠加”效应等多重因素影响，工程机械行业仍处于暂时性“阵痛期”。在国内外市场需求不旺的背景下，工程机械企业更加注重产品的投入和研发，产品升级针对性更强，环保节能已成为工程机械产品升级的基本特征，超大型工程机械得到了更为广泛的应用。更加值得注意的是，市场保有量大、应用面广的工程机械主力机型升级换代已成为众多企业谋略新常态下进行工程机械产品布局的新思路，并取得了一定的规模效应和市场效益。

机械工程学院机械电子工程研究所所长王安麟先生在2015工程机械产品发展（北京）论坛上发表了题目为《工程机械产品智能化的技术选择》的主题演讲，以下为发言实录：

机械工程学院机械电子工程研究所所长王安麟先生

王安麟：大家好，我是王安麟。

首先，我认为中国的工程机械在中国装备业中间，具有比较强的自主创新能力。第二，中国的一带一路战略，对于中国工程机械是一个很好的发展机会。但是在把握这个机会前，中国工程机械必须要“练兵”，通过资本和技术的输出，实现前100多年一种和平的发展。在这两个问题下，我谈一谈《工程机械产品智能化的技术选择》。

这个题目是我一直追求的一个方向。分为以下4个方面谈一谈。

一、基于“工业4.0”的智能化技术选择

第一个，基于国外的工业4.0的智能化技术选择的工业概念，中国也有自己的“中国制造2025”，其核心就是虚拟的网络和实体物理系统的统一和连接。其实，对于工程机械来说，首先最重要是分散生产，以前是做大公司，大集中化生产，未来根本转变是分散的。第二是定制生产，第三个是客户参与。在这个过程中间， 工程机械人最熟悉的就是一个产品的全生命周期，从设计，制造，使用到维修的整个过程中，在面向这样一个周期的工业4.0实现构想上讲，不外乎就是把虚拟网络和4个过程连接起来，实现工程机械的一个技术核心。

工业4.0技术核心到底是什么？从技术目标上讲，实现虚拟网络和实体物理的连接，从目标指向上讲，实现工厂和通讯的连接。所以，从目标上讲，要实现分散化、绿色化生产，同时实现智能化连接。我认为核心是数字化和一体化。

“工业4.0”的技术核心

二、我国工程机械产业发展现状

工程机械行业具有比较强的技术创新能力，但是仍存在很多问题。比如说产品方面，现在的主要问题是主配分离，造成关键零部件缺失。还有过度竞争，造成基础研究不足，还有产品市场机制不健全等很多的问题。从产品问题到战略问题，我们应该来反思。产品问题中，主机和配件之间的技术空缺问题。从下图中看，整机右面是配件，一个泵，一个阀。提出怎样的设计要求？这个中间是一个无人能填的鸿沟。理论上讲，泵和阀主机之间都是存在一个匹配的问题，从学术上讲，是一个大系统、大计算量问题。现在研究的人少，自然产业也出现了问题。

传统系统：大系统、大自由度、机电液耦合难题

 整机载荷到零件结构，再到物理关系（就是图中最下面的这些特征），从载荷谱到零部件物理关系应该有一个关系，但这个关系没有解决。所以，我们产品载荷到豁免性能差，还有匹配不合理，造成了作业效率较低，关键零部件依赖进口。

我国工程机械发展现状（产业问题）

从技术现状来讲，工业4.0是最后实现的目标。我画的这个图是对工程机械现在一个状态做的一个描述，横坐标是网络化水平，纵坐标是数字化水平。看一下，我们处在全球产业一个中低端，要达真正的工业4.0，最大问题就是智能化技术和数字化技术。这个意义上讲，中国工程机械产业在工业化路径应该是数字化路径。这个路径是什么？就是虚拟网络，这是一个必要条件，没有充分条件，我们必须加强数字化，才可以打开障碍，才可以看到底层背后物理机理，才能够实现真正的技术创新，才可以实现真正的智能化。利用数字化技术，快速解决产品性能的障碍，使中国工程机械产业智能化发展一个必修课。

我国工程机械发展现状（数字化水平）

数字化打造3.0，不光技术问题，包括人文，需求技术产品、互联流、交易文化、法律规则等等。通过进入CPS系统以后，才能够实现信息化、数字化、智能化。现在做技术的人，瞄准的是定制化设计，这个问题不解决后面都是空话。打造工业3.0的基础是数字化，终极目标是工业4.0。

数字化：打造工业3.0

下面这个论点是我演讲的核心。提高工程机械产品的技术，包括要开发新产品，最终是产品质量要提升，但是，产品质量提升技术难题是什么？我把它归结成9字，多工况，多能态，难量化。这个是和汽车不同的一个难点。一般情况下按照保守系统，把载荷和干扰作为外部载荷看待。载荷在系统之间，从理论上构成更加复杂。这样的话，刚刚的ABC机电液三者，原来都是顺序设计，这个就是日本上个世纪80年代提出的机电液一体化的概念。顺序设计这个解必须在交集上，实际上这个交集是会变小。顺序这个设计空间之间是会产生冲突，所以解很难拿到。所以，我们需要需要一体化，把求解的空间拉大。

三、产品智能化关键：一体化设计

我们需要自上而下，自下而上融合的方法来解决，通过数字化和一体化实现一个求解的问题。一体化这个概念说的很泛是一个概念。不要把设计流程过程全部一体化，还有机械，整机和零部件设计的结合。结合中间就是一个大系统问题，系统问题融合必须构建一个新的设计空间，实现智能化。我们10年前开始做这个事情，解决多学科优化的求解，同时解决了路径。这种表达为企业带来的好处是很大的。一体化设计平台是企业实现自主创新，产品快速开发，一种必要的手段。

研发实例

我们10年前开始做了挖掘机平台，对于挖掘机所有的参数都可以进行评价，同时可以看见能量分布，可以随便设计载荷阀开口。解析完以后，压力、管道都是可以看到响应。通过这个过程，已经给相关企业提供一个定制化平台。2012年和某企业合作，按照一个300吨的挖掘机作业情况下，所有的压力通过实验对比以后，实验和我们理论比值，误差是不到2%。

我们想设计这样一个平台，使整机，零部件，部件与部件之间的匹配关系。包括和未来的系列化研究，产品研究，标准化研究，载荷谱构建，就是在这个平台上都是可以实现。通过一个简单的虚拟样机和真正物理实验交互，可以实现所有的整机和部件一个表达，以及智能化的一个提升。
    所以最后结论是，数字化是工程机械产品智能化的技术路径，是创新产品的方法要求；是产品快速研发的科学捷径；是理论结合产业实际的必然结果；是打造工业3.0、谋划工业4.0的必须过程。一体化：工程机械产品智能化的战略性技术选择： 有利于建立机电液一体化大系统动力学机制； 有利于表达工程机械复杂载荷工况特征； 有利于面向主机匹配的配件性能定制： 有利于缩短新旧产品研发周期。

主持人：王老师的演讲的核心是一个数字化。数字化也是撑起与互联网进行结合一个基础。再一次感谢王老师。