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液壓系統比輸出入控制精微
建構流體可持續閉環成型

【作者: 陳念舜】   2023年10月29日 星期日

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即便近年來因應國際地緣政治風險,催生分散各地生產的破碎供應鏈型式,但同時面臨淨零碳排浪潮,其實更加強調對於液/氣壓流體傳動及驅動系統的精微控制,從而避免在輸出/入階段造成不必要的洩漏而浪費。


由於少子化與老年化讓中小型傳統產業面臨升級的急迫性,加上疫情衝擊和逆全球化所帶來的供應鏈重組,更讓智慧製造成為一種不可逆的趨勢。雖然在2011年問世的工業4.0核心,主要聚焦於虛實融合系統(CPS)概念,並在真實硬體上搭配感測器,藉此蒐集終端(邊緣)生產資訊數據,進而上傳雲端分析、模擬;或可反饋伺服數控系統即時控制來提高效能、品質及良率。


此外,除了已普遍用於直接製造部份電力驅動的產業機械,如全電式塑膠射出成型機、金屬沖壓成型機等;也可有效改良仍需較大輸出鎖固力,利用液壓獨特的密集性功率和堅固性,但反饋相對延遲且精度不佳的傳統油壓控制系統,迎合眾多產業應用。



圖一 : 由於少子化與老年化,加上疫情衝擊和逆全球化所帶來的供應鏈重組,讓智慧製造成為一種不可逆的趨勢。(source:d2euiryrvxi8z1.cloudfront.net)
圖一 : 由於少子化與老年化,加上疫情衝擊和逆全球化所帶來的供應鏈重組,讓智慧製造成為一種不可逆的趨勢。(source:d2euiryrvxi8z1.cloudfront.net)

進典高階工業閥門 確保液壓傳動不失

其中液壓系統閥門的主要功能,還是可用來執行流體的開啟關斷和流量控制等,而在工業上應用者又稱為工業用閥,普遍用於發電、半導體廠裡的各種管線上。「牽一髮(閥)而動全身」,可說是工業閥之於關鍵製程的最佳寫照,常用來調節管路流體的流量、流向、壓力與溫度的機械裝置,不僅型態多元,包括:球閥、蝶閥、半球閥、球型閥、止回閥等,價格也從數千元到數百萬元不等。


對於100%台灣研發製造金屬硬密封球閥的進典工業而言,又以「JDV」自有品牌行銷全世界,想要擴展市場佔有率,推出價格實惠的標準品的效益不高。因此導入應用該公司開發的獨家閥門金屬硬密封(Metal Seat Tech;MST)與HVOF超音速火焰曲面噴塗技術、頂尖的類鑽石薄膜塗層技術(CVD),可耐超高/低溫(800℃~-196℃)、超高壓(2,500磅)且適用任何流體磨損的高階工業控制閥。


更配合創新高端次奈米級研磨技術,確保能通過零洩漏測試,甚至足以承受燃氣電廠內管線的超超臨界溫度600℃、壓力1,500psi以上等嚴苛工況使用需求,在環保規範嚴格及全球供應鏈結構的改變需求下,呈現長期增長態勢。


目前產品已取得多項國際專利與認證,包括具防磨的閥門結構設計、把手安全性與便利性符合人因工程的流體閥設計,均取得德國新型專利;閥門耐火試驗超越API-6FA/ISO-10497規範要求、美國ISA 93/歐盟ISO15848-1低逸散環保認證,並取得歐洲ATEX 94/9/EC防爆證書。因此目前進典營收成長動能,主要來自半導體及電力閥門,提供高價值工業閥產品來擴展市場,亦有助於整體產業升級。


進而鎖定石化、煉油、鋼鐵、電廠、紡織、造紙、光電等企業客戶的關鍵製程,並成功取得全球最大石化公司SABIC、西門子能源、奇異(GE)等超過1,000個企業客戶青睞。未來規劃逐步調整將技術基礎的產品導向轉換成市場導向,包括擴大石化煉油產業佈局,石油天然氣閥門產品市場開發、電子半導體EP及回收系統閥門開發。


由於近幾年在國際能源趨勢變化下,對天然氣能源需求遽增,進典也擴大兩岸天然氣管線佈建,更打入美國電廠供應鏈及澳洲能源市場;同時積極切入半導體產業,已成功打入台積電、美光及中芯等國際大廠供應鏈,接連取得台積電熊本廠及美光的訂單,半導體營收逐年上揚,未來營運動能可期。


近年來推出的「JTD Series環保高性能雙偏心蝶型控制閥」,則是全台唯一具備100%完美密合止洩止漏功能,耐超高壓、耐磨損,跨越極端溫度領域,兼顧穩定、安全、可靠、環保的高階液壓系統控制閥。


藉由該公司創新發明的閥座蓋體設計取得新型專利,以及鍍層表面兼具堅硬質地及耐磨損、光亮、美觀,將可大幅提升金屬的強度並具極佳的耐熱性與鍍層底材的密著性。特別適用於電子半導體、海水淡化、煉油業、化工、生技與地熱發電廠、煉鋼等黏漿類與腐蝕性極為嚴苛環境的產業。



圖二 : 進典工業導入應用該公司獨家閥門金屬硬密封與超音速火焰曲面噴塗技術、頂尖的類鑽石薄膜塗層技術,推出一系列高階工業控制閥。(攝影:陳念舜)
圖二 : 進典工業導入應用該公司獨家閥門金屬硬密封與超音速火焰曲面噴塗技術、頂尖的類鑽石薄膜塗層技術,推出一系列高階工業控制閥。(攝影:陳念舜)

Bosch Rexroth智慧製造解決方案 強調液壓輸出控制精微

德商博世力士樂公司(Bosch Rexroth),也在近期發表一系列液壓節能及智慧製造解決方案,其中專為工業4.0智慧製造概念所設計、可有效節能的液壓動力元件CytroPac,便採用變頻控制伺服馬達的創新設計,利用可調速Sytronix驅動系統在變速泵驅動器內建PID控制迴路,使之於穩壓的狀態下低速、低噪音63dB和高效運轉,將力量和精度完美結合,從而達成傳統油壓不可能完成的精準控制系統壓力,成為工具機業的理想選擇。


因此讓業者基於生產需求供油而減少排碳,不必如傳統設備一樣持續輸出,而達到30%~80%節能效率,符合歐洲生態設計指令2009/125 /EC的要求;再經過新款換熱器與熱管的2kW高效冷卻系統,由熱管分別將熱量從油、馬達傳遞到冷卻板,再散發到冷卻水中;以及CytroPac輕巧緊湊的設計而節省空間,利用槽設計最佳化而避免產生氣泡,實現快速安裝及減少調試費用;只需20%~30%油量即可驅動液壓系統,減少能耗和成本。


進而搭配整合式變頻器作控制單元,連結工業4.0大數據,經過全面佈署的傳感器技術,執行預防性實時狀態監測,或用來偵測流量即可判斷濾網堵塞、換油與否;以及具有多乙太網總線接口,擴充至即時監控系統狀態,可達成分散式驅動並支援開放標準、具備連網功能,以輕鬆連接到更上位系統。


並有效串聯線上軟體實現數據化,讓油壓單元內部或每個閥站的壓力,流量,溫度等所有統計資料,都能經由OPC UA傳送到雲端,即時瞭解遠距工作狀態與監測數據,執行線上壽命管理,防止意外停機;方便計算每個工件生產所需能源、碳足跡,實現智能輸出的內部功能完整性,提供維運服務遠勝競爭對手。


圖三 : 博世力士樂公司(Bosch Rexroth)近期發表一系列液壓節能及智慧製造解決方案,其中液壓動力元件CytroPac可將力量和精度完美結合,精準控制系統壓力。
圖三 : 博世力士樂公司(Bosch Rexroth)近期發表一系列液壓節能及智慧製造解決方案,其中液壓動力元件CytroPac可將力量和精度完美結合,精準控制系統壓力。

此外,基於現今液壓伺服控制技術在德國已相當成熟,Rexroth的VT油壓控制系統(Hydraulic Motion Controller;HMC),則是專門針對伺服軸控4WRPEH閥件的次世代驅動器,可整合簡化了數以千計的工程應用程序,藉快速、靈活及可靠,而成為最佳夥伴。既顛覆傳統,兼顧輸出力大、反應快和定位誤差2μm、追隨誤差5μm內的高精度應用特性。


內建閉迴路控制系統,還包含閥件、位置和力量、速度等多種模式,執行閉迴路控制;甚至可特別針對定位及黏滑現象最佳化等現象,提供對應的細緻控制迴路解決方案;基於乙太網路的服務埠TCP/IP,支持多種總線系統、編碼器埠,通過有/無線遙控閥站開關。


VT-HMC內部韌體也可輔助使用者,只須填入油壓缸和閥件位置、壓力、溫度等資料,就可以計算出相關參數的建議數值,並執行最佳化參數。其中如以內建閥件補正功能,克服非線性的閥件特性;提供速度及加速度前饋、四分點補正功能,讓兩軸同步的追隨誤差最佳化。


台灣博世力士樂總經理陳俊隆認為:「如何在瞬息萬變的市場環境中脫穎而出,是各個產業都必須面對的課題。博世力士樂不斷透過研發軟硬體科技,開發物聯網工業應用,讓智慧製造更節能、更高效。」博世力士樂的解決方案可應用於製造業、物流業、運輸業、採礦業、航空業及能源產業等眾多產業,並透過自動化,優化流程及管理維護,依市場需求彈性調整,同時提升生產效率,符合自動化中雲端大數據庫以及人工智能AI的應用。



圖四 : VT-HMC油壓控制系統,整合簡化了數以千計的工程應用程序,藉快速、靈活及可靠性而成為最佳夥伴。(source:Bosch Rexroth)
圖四 : VT-HMC油壓控制系統,整合簡化了數以千計的工程應用程序,藉快速、靈活及可靠性而成為最佳夥伴。(source:Bosch Rexroth)

SKF專利再生技術 實現液壓油輸入可持續閉環

至於瑞典商SKF憑藉在軸承、密封、潤滑系統和服務等領域上的經驗,早已發展成一家以知識、技術和資料驅動的企業。隨著環保意識愈來愈高,SKF更投注在提升轉動設備效能REP(Rotating Equipment Performance)與再製造等潔淨科技的發展。


從軸承回收、再製造(ReManufacturing),以及潤滑油的過濾和再生(RecondOil)等領域專業,與狀態監控和預測性維護相結合,來延長部件壽命和提升機器性能,減少供應鏈中各環節對環境的影響,並構建一個真正永續的循環經濟商業模式。


尤其對於每個產業來說,潤滑都是旋轉設備性能的關鍵,約有40%以上維護成本都與潤滑不良有關,所以適當的管理至關重要,潤滑劑數量、種類和間隔的準確,將是實現最佳化應用性能和盡可能延長使用壽命的基礎。


SKF在2019年分別在潤滑油品、人工智慧及數位通訊領域進行了3項重要併購,利用該公司超過300年的經驗,與Lincoln合作管理潤滑和減少摩擦技術,藉此提出開創性的RecondOil雙分離(DST)專利工業油過濾、再生流程技術,真正實現了油品的循環使用,讓機器運行無須換油變得容易、可行,將工業油從一種昂貴的消耗品轉變為一種完全可循環的資產。


SKF強調此非取代傳統的過濾,而是一種超越了傳統過濾方式的補充方式,先透過化學藥劑集中吸附最小僅奈米級的污染物後,再透過濾網和油箱內多重不規則通道設理的機械方式排出後,來防止油品老化,讓油品變得比以前更清潔。這意味著相同的油品可以重複使用,在某些情況下可無限期使用,甚至再也無需購買新的油品,或對使用過的油品進行處置。



圖五 : SKF提出開創性的RecondOil雙分離(DST)專利工業油過濾、再生流程技術,將工業油從一種昂貴的消耗品轉變為一種完全可循環的資產。(source:diagnostikastroju.cz)
圖五 : SKF提出開創性的RecondOil雙分離(DST)專利工業油過濾、再生流程技術,將工業油從一種昂貴的消耗品轉變為一種完全可循環的資產。(source:diagnostikastroju.cz)

對於許多製程而言,超清潔油除了節省費用之外,還可以利用油氣混合霧化來強迫帶走主軸和軸承熱量,帶來實質性的性能改善和更長的機器壽命,使自動控油更為精準;對於自家許多淬火、研磨製程而言,超清潔油可以改良加工品質;用於比潤滑油要求潔淨度更高的液壓油系統,避免接觸到油封而影響其壽命,或導致洩漏;除了可節省添購油料及對使用過的油品回收處理的成本之外,還可以大幅降低碳足跡。


此不僅能讓油品在循環經濟中做出貢獻,並透過出租或出售形式,建立一套全新的商業模式來加速導入數位化及智慧化。且可依照顧客所需要的服務範圍計算,以「訂閱制」或「績效分潤」方式收費,讓顧客可以完全掌握其成本,展開產業升級轉型之路。


因SKF身為全球唯一擁有製造密封件能力的軸承公司,對於軸承、密封元件和潤滑之間相互作用和往複式系統動力學無比理解。強化為系統專門定制的工業密封件解決方案,導入旋轉、往復和靜態應用,並提高生產率和工藝可靠性,降低總持有成本。


透過選擇SKF密封元件來改變設備的能力、耐用性和性能,減少摩擦和延長維護間隔,將能實現更大價值,同時提高可持續性。例如CR密封元件自1990年以來,就是SKF的產品之一,為工業和汽車軸密封元件設定性能和使用壽命標準,同時不斷開發新材料、製造工藝和設計,以製造市場上一些最堅固的密封元件,提供從動力傳動到流體動力、流體處理系統等各種設備適用的多元密封解決方案。


**刊頭圖(source:danieli.com)


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