王長(zhǎng)江：5G時(shí)代工程機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)

【第一工程機(jī)械網(wǎng) 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道】2019年4月2日，由中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)、國(guó)家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心指導(dǎo)，《工程機(jī)械與維修》雜志主辦，匠客工程機(jī)械傳媒承辦的“2019工程機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展（北京）論壇暨中國(guó)工程機(jī)械年度產(chǎn)品TOP50頒獎(jiǎng)典禮”在京隆重舉行。

本次活動(dòng)的重磅環(huán)節(jié)“工程機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展（北京）論壇“聚各方資源和思維，圍繞“工程機(jī)械智能互聯(lián)及環(huán)保”，結(jié)合理論和行業(yè)實(shí)踐，做出深刻而理性的探討，以期為行業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)提供智力支持。

中國(guó)液壓氣動(dòng)密封工業(yè)協(xié)會(huì)專家委副主任王長(zhǎng)江

第四位帶來(lái)分享的嘉賓是中國(guó)液壓氣動(dòng)密封工業(yè)協(xié)會(huì)專家委副主任王長(zhǎng)江。他的演講主題是“5G時(shí)代工程機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)”，以下為演講全文：

王長(zhǎng)江：我是一個(gè)工程機(jī)械行業(yè)的老兵，非常想借此機(jī)會(huì)跟大家談?wù)勎覀兿乱徊皆撛趺崔k。今天我分享的是《5G時(shí)代工程機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)》。

能否達(dá)到節(jié)能、精準(zhǔn)、高效？要有量化標(biāo)準(zhǔn)

節(jié)能、精準(zhǔn)、高效是永恒的發(fā)展課題，這些目標(biāo)是否能夠達(dá)到，有一些具體的指標(biāo)。比如各類工程機(jī)械節(jié)能上能不能再做15%的節(jié)能？作業(yè)精準(zhǔn)、位置精準(zhǔn)、行走機(jī)械的軌跡需要什么樣的新高度、用智能化實(shí)現(xiàn)機(jī)械如何效率。

以挖掘機(jī)為例，通過(guò)對(duì)國(guó)際上工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展水平的了解，我們知道挖掘機(jī)有很大的節(jié)能空間。比如全球比較領(lǐng)先的公司，卡特彼勒在2013年提出可以在原有基礎(chǔ)上節(jié)能33%，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)是持懷疑態(tài)度的，原因是我們沒有找到可以解決節(jié)能的手段。

工程機(jī)械特別是挖掘機(jī)節(jié)能15%是相對(duì)容易的。例如從液壓系統(tǒng)的角度，中國(guó)的挖掘機(jī)大部分工程機(jī)械用的閥是6分閥，這種閥本身會(huì)浪費(fèi)很大的能量。六通閥，世界的液壓行走機(jī)械上提出了要用閉芯系統(tǒng)，這是有歷史原因的，20世紀(jì)70年代把工業(yè)液壓拿到行走機(jī)械中來(lái)發(fā)現(xiàn)很大的問題，發(fā)現(xiàn)挖掘機(jī)無(wú)法工作，非常不穩(wěn)定，后來(lái)采用了一個(gè)辦法，用了一個(gè)六通的閥中間開了兩微兩通，工作的時(shí)間油料就通過(guò)油箱了，這樣的功能等于在液壓系統(tǒng)中增加了一個(gè)阻尼，有了這個(gè)阻尼之后工程機(jī)械液壓系統(tǒng)兩個(gè)泵控制一個(gè)多路閥、再控制整個(gè)工作機(jī)構(gòu)就可以很穩(wěn)定了，但是這同樣也帶來(lái)了很大的能量損失。

從液壓系統(tǒng)角度解決節(jié)能問題

現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)則發(fā)生了變化，比如卡特的挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)開始取消兩微兩通，系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題怎么解決呢？工業(yè)界解決的方法是恒壓變量泵，液壓泵要維持自身的瀉流量，有了這樣的辦法，未來(lái)的行走機(jī)械從開芯進(jìn)入閉芯，節(jié)省能量15%是可以實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)油泵是電機(jī)進(jìn)行控制的，可以控制流量、壓力、功率。

高效率的液壓元件

未來(lái)的傳感系統(tǒng)已經(jīng)用上了閉芯系統(tǒng)，泵是按壓差進(jìn)行控制的，有了這樣的恒壓變量泵是很接近的，未來(lái)的要解決節(jié)能問題，流量構(gòu)想系統(tǒng)是不節(jié)能的系統(tǒng)，比如有了泵最低的要14 bar的壓差，假如說(shuō)通過(guò)閥口流量是100升，符合傳感器并不是節(jié)能系統(tǒng)，但是可以進(jìn)行改造。未來(lái)可以在系統(tǒng)中增加一個(gè)壓力傳感器或者是壓差傳感器，可以智能的確定壓差是多少。因此工程機(jī)械從20世紀(jì)70年代至2020年的這個(gè)階段可能是液壓系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)程，最重要的過(guò)程到2020年會(huì)使用電子控制的恒壓變量泵。

恒壓變量泵起到了系統(tǒng)阻尼的作用

從VBO到VBO2，把中間的兩微兩通徹底關(guān)閉了，變成了完全的恒壓變量泵。未來(lái)的新的挖掘機(jī)一定會(huì)向閉芯系統(tǒng)發(fā)展，這樣需要有高頻的電子變量泵。工業(yè)恒壓變量泵用電子控制很容易，因?yàn)楹銐狐c(diǎn)基本上不變，未來(lái)挖掘機(jī)控制的壓力永遠(yuǎn)固定在320、350 bar，還會(huì)浪費(fèi)能量，未來(lái)一定是智能的恒壓變量泵，所以軟件控制系統(tǒng)也會(huì)變得非常的復(fù)雜。最新的挖掘機(jī)，是用自身的液壓控制，壓力流量功率完全都可以進(jìn)行控制。

取消了先導(dǎo)泵

去年卡特彼勒公司打出的廣告，有一個(gè)非常不起眼的話，但是大家需要?jiǎng)幽X筋了，我的節(jié)能可以得到15%，渠道先導(dǎo)系統(tǒng)，這是重大的變化，因?yàn)橄葘?dǎo)系統(tǒng)是定量泵，要給一定的流量，現(xiàn)在根本不需要先導(dǎo)系統(tǒng)了，能量就來(lái)了、節(jié)能就解決了。多路閥最大的改變將來(lái)是智能的合流系統(tǒng)，合流方向也可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行選擇。

5G時(shí)代，液壓系統(tǒng)的智能化控制

節(jié)能實(shí)現(xiàn)了，但是這件事就復(fù)雜了，這樣的變量泵，這樣的系統(tǒng)需要非常復(fù)雜的電子控制，這樣的電子控制、高頻響的液壓泵，軟件和控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)呢？我們無(wú)法讓用戶非常簡(jiǎn)單的就能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化，而現(xiàn)在國(guó)際上發(fā)展的狀態(tài)告訴我們，將來(lái)使用這樣的液壓系統(tǒng)之后，用戶使用一鍵就可以完成所有的電子控制的配置、初始化和參數(shù)設(shè)定，靠什么解決？未來(lái)的系統(tǒng)是這樣的，將來(lái)有三個(gè)控制器，通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)跟網(wǎng)絡(luò)鏈接，由于有三個(gè)控制器，挖掘機(jī)的成本增加很高，雖然預(yù)期節(jié)能達(dá)到15%，挖掘機(jī)廠和客戶沒有得到太大的實(shí)惠。

有沒有辦法把技術(shù)發(fā)展了成本還要控制的相對(duì)現(xiàn)在的系統(tǒng)而要降低呢？這樣的VBO2的系統(tǒng)，隨著成本的提高，傳統(tǒng)的機(jī)械壓相比成本的增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)械壓系統(tǒng)，很多挖掘機(jī)公司做出這樣的系統(tǒng)，挖掘機(jī)精準(zhǔn)度高了。上面是傳統(tǒng)的挖掘機(jī)、后面是智能挖掘機(jī)，同樣也提出的實(shí)際的工況，如果完成一個(gè)任務(wù)用傳統(tǒng)的方法需要5.6小時(shí)，用智能挖掘機(jī)2.1小時(shí)就完成了，挖掘機(jī)廠有信心了、用戶也高興了。

如何低成本的實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)挖掘？

除此以外，整個(gè)的其他的機(jī)械控制，總體的叫未來(lái)進(jìn)行動(dòng)力流的控制，它的實(shí)現(xiàn)需要大量的電子控制、需要成本，IVT變速箱實(shí)現(xiàn)行走的智能化。這些用來(lái)做什么？動(dòng)力流控制的目的是希望精準(zhǔn)度提高，作業(yè)的精度提高同樣可以達(dá)到節(jié)能的目的，現(xiàn)在全世界在研究行走機(jī)械的時(shí)候?qū)ν诰驒C(jī)、推土機(jī)鏟斗六個(gè)自由度的控制，通過(guò)這樣的概念可以讓行走機(jī)械發(fā)生很大的變化，實(shí)現(xiàn)很好的運(yùn)動(dòng)和軌跡控制，可以達(dá)到節(jié)能、高效的目的。

作業(yè)精準(zhǔn)、位置精準(zhǔn)、行走軌跡精準(zhǔn)需要新的高度

有些挖掘機(jī)廠介紹，我們的系統(tǒng)可以有2D系統(tǒng)、可以做3D，用戶買一臺(tái)挖掘機(jī)用修坡的時(shí)間占多少，僅僅解決3D、2D是絕對(duì)不夠的。現(xiàn)在國(guó)際上挖掘機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)，過(guò)去是衛(wèi)星定位、軌跡定位。這里面提出一個(gè)問題，我們用了很好的定位系統(tǒng)，如果這樣的系統(tǒng)用了以后成本大大的提高就很難得到應(yīng)用。現(xiàn)在想到了一個(gè)好辦法，5G告訴了我們一個(gè)好辦法、未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中有一項(xiàng)技術(shù)“數(shù)字孿生”，數(shù)字孿生技術(shù)希望把未來(lái)復(fù)雜的控制解決云地同步的問題，云地同步是把復(fù)雜的定位系統(tǒng)、機(jī)群控制系統(tǒng)等等，把這些復(fù)雜的系統(tǒng)想辦法不擱在機(jī)器上算，因?yàn)檫@需要復(fù)雜的控制器，定位系統(tǒng)2D、3D只是做本機(jī)定位，未來(lái)需要和挖掘機(jī)被挖掘的對(duì)象進(jìn)行3D定位，未來(lái)的定位系統(tǒng)非常復(fù)雜，只有有了比較寬域的定位系統(tǒng)挖掘機(jī)才能真正實(shí)現(xiàn)智能，顯然用這樣的控制系統(tǒng)是無(wú)法解決的，未來(lái)一個(gè)控制器未來(lái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和云和端進(jìn)行同步，然后把復(fù)雜的計(jì)算放在上面，機(jī)器只做執(zhí)行功能、第二斷網(wǎng)應(yīng)急，這個(gè)時(shí)候挖掘機(jī)使用網(wǎng)絡(luò)控制就成為了可能。

上面有云、中間有霧、下面有端：未來(lái)的三層平臺(tái)

行走機(jī)械網(wǎng)絡(luò)的機(jī)構(gòu)不能再簡(jiǎn)單的談所謂的云平臺(tái)，因?yàn)樵破脚_(tái)、大數(shù)據(jù)的概念已經(jīng)過(guò)時(shí)了。未來(lái)我們可以考慮將來(lái)三層平臺(tái)，上面有云、中間有霧、下面有端，因?yàn)槲覀円鉀Q跟我們最近的事情，用5G和互聯(lián)網(wǎng)是有可能的。

5G到底帶來(lái)了什么事情呢？5G確實(shí)帶來(lái)了很多的值得我們自豪也值得我們行走機(jī)械開始考慮的內(nèi)容，最大的問題就是實(shí)時(shí)控制問題，對(duì)于工程機(jī)械要完成這些復(fù)雜的任務(wù)，沒有實(shí)時(shí)控制這是不可能進(jìn)行的。5G最大的功勞是解決了實(shí)時(shí)控制問題，這樣的問題解決并不僅僅是因?yàn)橛昧?G，傳輸?shù)念l率、頻寬高了所以就可以通過(guò)信息多了。其實(shí)它做了很多工作，特別是中國(guó)的華為，在無(wú)線基站上、光纖通信和芯片上都做了大量實(shí)時(shí)通訊具體的工作，使得5G可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

5G的一些參數(shù)，第一是延時(shí)性，5G可以一個(gè)毫秒，當(dāng)做端控制的時(shí)候行走機(jī)械要求最少要十個(gè)毫秒才能滿足，霧平臺(tái)要求100毫秒。第二個(gè)是數(shù)據(jù)的量級(jí)的暴增，從4G的十個(gè)PPS達(dá)到20個(gè)G，這樣的數(shù)據(jù)完全可以把復(fù)雜工程機(jī)械所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的傳遞。5G解決了一系列的問題，比如如何保證實(shí)時(shí)的安全性、如何保證信息的網(wǎng)絡(luò)安全。最重要的問題是5G突破的，以前4G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是不能進(jìn)ERP的，所以這是防火墻，未來(lái)的5G這些問題也解決了。

EDGE邊緣控制層

我個(gè)人觀點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)必須是基礎(chǔ)，4G不行必須是5G，第二接口是關(guān)鍵，用什么接口來(lái)保證安全性，第三標(biāo)準(zhǔn)化是核心、網(wǎng)絡(luò)智能化的實(shí)現(xiàn)是需要我們共同努力的。5G解決實(shí)時(shí)控制是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議叫TSN，解決了4G無(wú)法解決的問題，4G也解決了AR，但是5G不能滿足信息控制的要求。任何通訊網(wǎng)絡(luò)都是七層協(xié)議，第二層是鏈路層，用什么方法聯(lián)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)是TSN，就是非常接近實(shí)時(shí)或者對(duì)時(shí)間非常敏感的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，第七層協(xié)議是應(yīng)用層，4G的時(shí)候叫OPS，5G加入統(tǒng)一構(gòu)架，工程機(jī)械控制的各種信息，這些完全可以安全的通過(guò)5G系統(tǒng)進(jìn)行傳送了，控制也就實(shí)現(xiàn)了。

中國(guó)的通信技術(shù)公司為推動(dòng)5G發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)

可以實(shí)現(xiàn)非常好的低延時(shí)性，因此可以做閉環(huán)控制系統(tǒng)，時(shí)間同步是5G最大的功勞，特別是華為在這個(gè)問題上做出了貢獻(xiàn)，主要解決的問題是在網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)點(diǎn)的時(shí)間同步問題，過(guò)去的時(shí)間同步4G沒有解決，說(shuō)有納秒級(jí)的誤差，這個(gè)誤差會(huì)放棄很多信息，假如說(shuō)信息放棄了控制系統(tǒng)也無(wú)法進(jìn)行了，5G把這些問題也解決了，時(shí)間同步是5G很大的貢獻(xiàn)，也是華為很大的貢獻(xiàn)。

華為出了天罡的芯片，服務(wù)器上的芯片。工業(yè)界的出現(xiàn)了OPCUA這樣的應(yīng)用協(xié)議，解決了一個(gè)機(jī)器，現(xiàn)在用一堆總線系統(tǒng)，這些信息是不是都傳遞到了另外一端呢？這是需要解決的。2015年歐盟統(tǒng)一組織下，以德國(guó)為主開始測(cè)試TSN+OPCUA這樣的協(xié)議能不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到機(jī)器的點(diǎn)上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在2017年完全通過(guò)了，通過(guò)實(shí)驗(yàn)后的照片，其中網(wǎng)絡(luò)公司只有一家就是華為，愛立信是半年后，三星和其他的公司到現(xiàn)在還沒有通過(guò)OPCUE的通訊協(xié)議實(shí)驗(yàn)。要求車間級(jí)的，可以做到500納秒，參加OPCUA的組織，我們所需要的機(jī)構(gòu)，都已經(jīng)完全可以在構(gòu)架中了，不需要再開發(fā)了。這樣一件事發(fā)起單位是OPCOA的工業(yè)發(fā)起單位，ABB、華為等等在2015年開始進(jìn)行這項(xiàng)工作，到2017年跟華為完全通過(guò)了實(shí)驗(yàn)，所以是完全可以進(jìn)行工業(yè)化的。

中國(guó)也有這樣的機(jī)構(gòu)，如OPC協(xié)會(huì)的成員，北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院。我們有若干個(gè)問題需要考慮，比如力士樂提出了看法，5G會(huì)達(dá)到非常好的實(shí)時(shí)性，還有一個(gè)概念叫連接點(diǎn)是每平方公里一百萬(wàn)個(gè)連接點(diǎn)，這一百萬(wàn)個(gè)連接點(diǎn)什么含義？現(xiàn)在要解決IOT要解決萬(wàn)物互聯(lián)，讓每個(gè)傳感器都可以作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在一個(gè)車間里就超過(guò)一百萬(wàn)了，未來(lái)這是一個(gè)瓶頸，這個(gè)瓶頸在所有的企業(yè)中最可以不受這個(gè)瓶頸限制的就是行走機(jī)械，因?yàn)楦苫畹牡胤胶苌儆羞@么多其他的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，中國(guó)網(wǎng)絡(luò)基站314萬(wàn)個(gè)，基本上兩公里一個(gè)。

兩化融合是實(shí)現(xiàn)智能化的必要途徑

我們要走入智能化，我們必須解決兩化融合的問題，兩化的融合包括工業(yè)信息化，信息化和工業(yè)化兩個(gè)概念，要解決數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的概念。國(guó)外也有要求，國(guó)際上的要求是要解決OT和IT的融合，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)上要把OT和IT結(jié)合在一起。

兩化融合

IT行業(yè)過(guò)熱，我不建議行走機(jī)械從IT入手，我建議趕快從OT入手，把網(wǎng)絡(luò)上給我們帶來(lái)的技術(shù)用好，比如說(shuō)數(shù)字孿生、云平臺(tái)、物平臺(tái)和端平臺(tái)的概念，端平臺(tái)是個(gè)服務(wù)器，現(xiàn)在一個(gè)實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)不是微軟系統(tǒng)的，一個(gè)服務(wù)器20多萬(wàn)，如果論投入就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)就可以控制我們的機(jī)器，未來(lái)搞的是垂直行業(yè)，以行走機(jī)械為主風(fēng)險(xiǎn)小，推動(dòng)整個(gè)動(dòng)力流，把行走機(jī)械迅速的建立相關(guān)的平臺(tái)。

行走機(jī)械的在線運(yùn)營(yíng)量300萬(wàn)臺(tái)，如果交網(wǎng)費(fèi)的話這個(gè)數(shù)據(jù)非常可觀，實(shí)現(xiàn)的目的是高效、節(jié)能、精準(zhǔn)、機(jī)群，要這樣做有一系列的基礎(chǔ)工作需要做。現(xiàn)在的液壓系統(tǒng)需要改變，包括元件電氣化、控制精準(zhǔn)化、機(jī)器網(wǎng)絡(luò)化、軟件APP化、硬件芯片化、系統(tǒng)云算化，這樣的概念對(duì)中國(guó)的液壓行業(yè)都是陌生的，這些東西不實(shí)現(xiàn)的話有了網(wǎng)絡(luò)也沒有用，網(wǎng)絡(luò)來(lái)了中國(guó)是領(lǐng)先的，現(xiàn)在有了一個(gè)金飯豌，我們不能再拿著金飯豌去要飯了。

這是我要介紹的內(nèi)容，謝謝大家！