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液压系统比输出入控制精微
建构流体可持续闭环成型

【作者: 陳念舜】2023年10月29日 星期日

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即便近年来因应国际地缘政治风险,催生分散各地生产的破碎供应链型式,但同时面临净零碳排浪潮,其实更加强调对於液/气压流体传动及驱动系统的精微控制,从而避免在输出/入阶段造成不必要的泄漏而浪费。


由於少子化与老年化让中小型传统产业面临升级的急迫性,加上疫情冲击和逆全球化所带来的供应链重组,更让智慧制造成为一种不可逆的趋势。虽然在2011年问世的工业4.0核心,主要聚焦於虚实融合系统(CPS)概念,并在真实硬体上搭配感测器,藉此搜集终端(边缘)生产资讯数据,进而上传云端分析、模拟;或可反??伺服数控系统即时控制来提高效能、品质及良率。


此外,除了已普遍用於直接制造部份电力驱动的产业机械,如全电式塑胶射出成型机、金属冲压成型机等;也可有效改良仍需较大输出锁固力,利用液压独特的密集性功率和坚固性,但反??相对延迟且精度不隹的传统油压控制系统,迎合众多产业应用。



图一 : 由於少子化与老年化,加上疫情冲击和逆全球化所带来的供应链重组,让智慧制造成为一种不可逆的趋势。(source:d2euiryrvxi8z1.cloudfront.net)
图一 : 由於少子化与老年化,加上疫情冲击和逆全球化所带来的供应链重组,让智慧制造成为一种不可逆的趋势。(source:d2euiryrvxi8z1.cloudfront.net)

进典高阶工业阀门 确保液压传动不失

其中液压系统阀门的主要功能,还是可用来执行流体的开启关断和流量控制等,而在工业上应用者又称为工业用阀,普遍用於发电、半导体厂里的各种管线上。「牵一发(阀)而动全身」,可说是工业阀之於关键制程的最隹写照,常用来调节管路流体的流量、流向、压力与温度的机械装置,不仅型态多元,包括:球阀、蝶阀、半球阀、球型阀、止回阀等,价格也从数千元到数百万元不等。


对於100%台湾研发制造金属硬密封球阀的进典工业而言,又以「JDV」自有品牌行销全世界,想要扩展市场占有率,推出价格实惠的标准品的效益不高。因此导入应用该公司开发的独家阀门金属硬密封(Metal Seat Tech;MST)与HVOF超音速火焰曲面喷涂技术、顶尖的类钻石薄膜涂层技术(CVD),可耐超高/低温(800℃~-196℃)、超高压(2,500磅)且适用任何流体磨损的高阶工业控制阀。


更配合创新高端次奈米级研磨技术,确保能通过零泄漏测试,甚至足以承受燃气电厂内管线的超超临界温度600℃、压力1,500psi以上等严苛工况使用需求,在环保规范严格及全球供应链结构的改变需求下,呈现长期增长态势。


目前产品已取得多项国际专利与认证,包括具防磨的阀门结构设计、把手安全性与便利性符合人因工程的流体阀设计,均取得德国新型专利;阀门耐火试验超越API-6FA/ISO-10497规范要求、美国ISA 93/欧盟ISO15848-1低逸散环保认证,并取得欧洲ATEX 94/9/EC防爆证书。因此目前进典营收成长动能,主要来自半导体及电力阀门,提供高价值工业阀产品来扩展市场,亦有助於整体产业升级。


进而锁定石化、炼油、钢铁、电厂、纺织、造纸、光电等企业客户的关键制程,并成功取得全球最大石化公司SABIC、西门子能源、奇异(GE)等超过1,000个企业客户青睐。未来规划逐步调整将技术基础的产品导向转换成市场导向,包括扩大石化炼油产业布局,石油天然气阀门产品市场开发、电子半导体EP及回收系统阀门开发。


由於近几年在国际能源趋势变化下,对天然气能源需求遽增,进典也扩大两岸天然气管线布建,更打入美国电厂供应链及澳洲能源市场;同时积极切入半导体产业,已成功打入台积电、美光及中芯等国际大厂供应链,接连取得台积电熊本厂及美光的订单,半导体营收逐年上扬,未来营运动能可期。


近年来推出的「JTD Series环保高性能双偏心蝶型控制阀」,则是全台唯一具备100%完美密合止泄止漏功能,耐超高压、耐磨损,跨越极端温度领域,兼顾稳定、安全、可靠、环保的高阶液压系统控制阀。


藉由该公司创新发明的阀座盖体设计取得新型专利,以及镀层表面兼具坚硬质地及耐磨损、光亮、美观,将可大幅提升金属的强度并具极隹的耐热性与镀层底材的密着性。特别适用於电子半导体、海水淡化、炼油业、化工、生技与地热发电厂、炼钢等黏浆类与腐蚀性极为严苛环境的产业。



图二 : 进典工业导入应用该公司独家阀门金属硬密封与超音速火焰曲面喷涂技术、顶尖的类钻石薄膜涂层技术,推出一系列高阶工业控制阀。(摄影:陈念舜)
图二 : 进典工业导入应用该公司独家阀门金属硬密封与超音速火焰曲面喷涂技术、顶尖的类钻石薄膜涂层技术,推出一系列高阶工业控制阀。(摄影:陈念舜)

Bosch Rexroth智慧制造解决方案 强调液压输出控制精微

德商博世力士乐公司(Bosch Rexroth),也在近期发表一系列液压节能及智慧制造解决方案,其中专为工业4.0智慧制造概念所设计、可有效节能的液压动力元件CytroPac,便采用变频控制伺服马达的创新设计,利用可调速Sytronix驱动系统在变速泵驱动器内建PID控制??路,使之於稳压的状态下低速、低噪音63dB和高效运转,将力量和精度完美结合,从而达成传统油压不可能完成的精准控制系统压力,成为工具机业的理想选择。


因此让业者基於生产需求供油而减少排碳,不必如传统设备一样持续输出,而达到30%~80%节能效率,符合欧洲生态设计指令2009/125 /EC的要求;再经过新款换热器与热管的2kW高效冷却系统,由热管分别将热量从油、马达传递到冷却板,再散发到冷却水中;以及CytroPac轻巧紧凑的设计而节省空间,利用槽设计最隹化而避免产生气泡,实现快速安装及减少调试费用;只需20%~30%油量即可驱动液压系统,减少能耗和成本。


进而搭配整合式变频器作控制单元,连结工业4.0大数据,经过全面布署的传感器技术,执行预防性实时状态监测,或用来侦测流量即可判断滤网堵塞、换油与否;以及具有多乙太网总线接囗,扩充至即时监控系统状态,可达成分散式驱动并支援开放标准、具备连网功能,以轻松连接到更上位系统。


并有效串联线上软体实现数据化,让油压单元内部或每个阀站的压力,流量,温度等所有统计资料,都能经由OPC UA传送到云端,即时了解远距工作状态与监测数据,执行线上寿命管理,防止意外停机;方便计算每个工件生产所需能源、碳足迹,实现智能输出的内部功能完整性,提供维运服务远胜竞争对手。


图三 : 博世力士乐公司(Bosch Rexroth)近期发表一系列液压节能及智慧制造解决方案,其中液压动力元件CytroPac可将力量和精度完美结合,精准控制系统压力。
图三 : 博世力士乐公司(Bosch Rexroth)近期发表一系列液压节能及智慧制造解决方案,其中液压动力元件CytroPac可将力量和精度完美结合,精准控制系统压力。

此外,基於现今液压伺服控制技术在德国已相当成熟,Rexroth的VT油压控制系统(Hydraulic Motion Controller;HMC),则是专门针对伺服轴控4WRPEH阀件的次世代驱动器,可整合简化了数以千计的工程应用程序,藉快速、灵活及可靠,而成为最隹夥伴。既颠覆传统,兼顾输出力大、反应快和定位误差2μm、追随误差5μm内的高精度应用特性。


内建闭??路控制系统,还包含阀件、位置和力量、速度等多种模式,执行闭??路控制;甚至可特别针对定位及黏滑现象最隹化等现象,提供对应的细致控制??路解决方案;基於乙太网路的服务埠TCP/IP,支持多种总线系统、编码器埠,通过有/无线遥控阀站开关。


VT-HMC内部韧体也可辅助使用者,只须填入油压缸和阀件位置、压力、温度等资料,就可以计算出相关叁数的建议数值,并执行最隹化叁数。其中如以内建阀件补正功能,克服非线性的阀件特性;提供速度及加速度前??、四分点补正功能,让两轴同步的追随误差最隹化。


台湾博世力士乐总经理陈俊隆认为:「如何在瞬息万变的市场环境中脱颖而出,是各个产业都必须面对的课题。博世力士乐不断透过研发软硬体科技,开发物联网工业应用,让智慧制造更节能、更高效。」博世力士乐的解决方案可应用於制造业、物流业、运输业、采矿业、航空业及能源产业等众多产业,并透过自动化,优化流程及管理维护,依市场需求弹性调整,同时提升生产效率,符合自动化中云端大数据库以及人工智能AI的应用。



图四 : VT-HMC油压控制系统,整合简化了数以千计的工程应用程序,藉快速、灵活及可靠性而成为最隹夥伴。(source:Bosch Rexroth)
图四 : VT-HMC油压控制系统,整合简化了数以千计的工程应用程序,藉快速、灵活及可靠性而成为最隹夥伴。(source:Bosch Rexroth)

SKF专利再生技术 实现液压油输入可持续闭环

至於瑞典商SKF凭藉在轴承、密封、润滑系统和服务等领域上的经验,早已发展成一家以知识、技术和资料驱动的企业。随着环保意识愈来愈高,SKF更投注在提升转动设备效能REP(Rotating Equipment Performance)与再制造等洁净科技的发展。


从轴承回收、再制造(ReManufacturing),以及润滑油的过滤和再生(RecondOil)等领域专业,与状态监控和预测性维护相结合,来延长部件寿命和提升机器性能,减少供应链中各环节对环境的影响,并构建一个真正永续的循环经济商业模式。


尤其对於每个产业来说,润滑都是旋转设备性能的关键,约有40%以上维护成本都与润滑不良有关,所以适当的管理至关重要,润滑剂数量、种类和间隔的准确,将是实现最隹化应用性能和尽可能延长使用寿命的基础。


SKF在2019年分别在润滑油品、人工智慧及数位通讯领域进行了3项重要并购,利用该公司超过300年的经验,与Lincoln合作管理润滑和减少摩擦技术,藉此提出开创性的RecondOil双分离(DST)专利工业油过滤、再生流程技术,真正实现了油品的循环使用,让机器运行无须换油变得容易、可行,将工业油从一种昂贵的消耗品转变为一种完全可循环的资产。


SKF强调此非取代传统的过滤,而是一种超越了传统过滤方式的补充方式,先透过化学药剂集中吸附最小仅奈米级的污染物後,再透过滤网和油箱内多重不规则通道设理的机械方式排出後,来防止油品老化,让油品变得比以前更清洁。这意味着相同的油品可以重复使用,在某些情况下可无限期使用,甚至再也无需购买新的油品,或对使用过的油品进行处置。



图五 : SKF提出开创性的RecondOil双分离(DST)专利工业油过滤、再生流程技术,将工业油从一种昂贵的消耗品转变为一种完全可循环的资产。(source:diagnostikastroju.cz)
图五 : SKF提出开创性的RecondOil双分离(DST)专利工业油过滤、再生流程技术,将工业油从一种昂贵的消耗品转变为一种完全可循环的资产。(source:diagnostikastroju.cz)

对於许多制程而言,超清洁油除了节省费用之外,还可以利用油气混合雾化来强迫带走主轴和轴承热量,带来实质性的性能改善和更长的机器寿命,使自动控油更为精准;对於自家许多淬火、研磨制程而言,超清洁油可以改良加工品质;用於比润滑油要求洁净度更高的液压油系统,避免接触到油封而影响其寿命,或导致泄漏;除了可节省添购油料及对使用过的油品回收处理的成本之外,还可以大幅降低碳足迹。


此不仅能让油品在循环经济中做出贡献,并透过出租或出售形式,建立一套全新的商业模式来加速导入数位化及智慧化。且可依照顾客所需要的服务范围计算,以「订阅制」或「绩效分润」方式收费,让顾客可以完全掌握其成本,展开产业升级转型之路。


因SKF身为全球唯一拥有制造密封件能力的轴承公司,对於轴承、密封元件和润滑之间相互作用和往复式系统动力学无比理解。强化为系统专门定制的工业密封件解决方案,导入旋转、往复和静态应用,并提高生产率和工艺可靠性,降低总持有成本。


透过选择SKF密封元件来改变设备的能力、耐用性和性能,减少摩擦和延长维护间隔,将能实现更大价值,同时提高可持续性。例如CR密封元件自1990年以来,就是SKF的产品之一,为工业和汽车轴密封元件设定性能和使用寿命标准,同时不断开发新材料、制造工艺和设计,以制造市场上一些最坚固的密封元件,提供从动力传动到流体动力、流体处理系统等各种设备适用的多元密封解决方案。


**刊头图(source:danieli.com)


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