從簡單的系統(tǒng)集成到逐步提升整機國產(chǎn)化率，再到核心部件自研自制、產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，全面邁入3.0時代的中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)駛?cè)?ldquo;無人區(qū)”。這意味著沒有先例可循，沒有經(jīng)驗可鑒，只能先行先試，大膽探索。
作為風(fēng)機國產(chǎn)化卡脖子的“最后一公里”，主軸承曾長期困擾著中國風(fēng)電制造業(yè)，特別是與漸成主流的大兆瓦風(fēng)機匹配的大型主軸承，在國際上也缺少量產(chǎn)經(jīng)驗，遑論實際運行。如今，在“無人區(qū)”獨舞的中國風(fēng)企正在創(chuàng)造歷史——遠景自研自制的主軸承5年交付4600臺，運行零失效，形成了從設(shè)計、制造、測試驗證到可靠性運行的閉環(huán)，不僅將風(fēng)機的性能和可靠性提升到前所未有的新高度，更有力推動我國風(fēng)電供應(yīng)鏈變成“合作鏈”“共贏鏈”，代表中國制造業(yè)最高水平躋身全球第一梯隊。
形成全流程閉環(huán) 實現(xiàn)全過程管理
主軸承是高精密件，精度控制要求高達微米級，對設(shè)計、制造、質(zhì)量管理各環(huán)節(jié)均提出極高要求。長久以來占據(jù)中國風(fēng)電市場的國際知名軸承品牌雖然有深厚的技術(shù)沉淀，但也存在短板：在盈利目標(biāo)的驅(qū)動下，軸承產(chǎn)品盡可能統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，才能減少研發(fā)和生產(chǎn)成本，適用于更多市場和行業(yè)，為風(fēng)電行業(yè)“量身定制”幾無可能，更多是把標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品供給風(fēng)機廠家，很多實際應(yīng)用中的問題由此而生。國內(nèi)軸承企業(yè)進入風(fēng)電行業(yè)較晚，同樣制造通用軸承產(chǎn)品較多，對風(fēng)電主軸承的理解不深，與風(fēng)機相匹配的產(chǎn)品設(shè)計更無從談起。
如何從風(fēng)機實際應(yīng)用工況出發(fā)，定制化主軸承產(chǎn)品，更好實現(xiàn)與風(fēng)機控制的協(xié)同，進而打造一款完全適用于風(fēng)機產(chǎn)品和應(yīng)用場景的主軸承，成為擺在全行業(yè)面前的一道難題。
除了自研自制，別無他途。
然而，自研自制主軸承絕非易事。遠景自研軸承團隊表示，除了在設(shè)計源頭需要與風(fēng)機控制、運行場景相匹配，主軸承的制造對精度控制要求也很高，不僅需要先進的制造設(shè)備和高標(biāo)準(zhǔn)的物料，與之相關(guān)的人員配置和培訓(xùn)也得跟上，更需要實現(xiàn)批量產(chǎn)品一致性的全流程嚴(yán)格質(zhì)量把控。批量制造穩(wěn)定性的控制能力，是對軸承制造商最大的考驗。
可靠的主軸承離不開源頭的最優(yōu)設(shè)計、模擬風(fēng)機真實工況的測試驗證、嚴(yán)格的制造過程管理。5年前，遠景組建了匯集各行業(yè)頂尖人才的團隊，與供應(yīng)鏈企業(yè)形成合力，在設(shè)計源頭、制造技術(shù)、質(zhì)量控制三個環(huán)節(jié)同時發(fā)力，開始打造真正適合風(fēng)機產(chǎn)品和應(yīng)用場景的主軸承。
嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)口 堅守源頭創(chuàng)新
承載能力是衡量軸承性能的關(guān)鍵指標(biāo)，高承載能力主軸承讓風(fēng)機運行壽命更長。
然而，軸承的最終品質(zhì)與基礎(chǔ)原材料和底層技術(shù)密切相關(guān)。例如，材料疲勞會直接影響主軸承的壽命。只有最大程度剔除其中的非金屬夾雜，嚴(yán)格控制鋼材的潔凈度，才能延緩材料疲勞的發(fā)生。
正是源于對原材料純凈度檢測和把關(guān)的高度重視，遠景成立了自己的軸承原材料標(biāo)準(zhǔn)和檢測要求，也是當(dāng)前行業(yè)的最高標(biāo)準(zhǔn)。
“此外，為了保證熱處理后表面形成足夠的壓應(yīng)力，我們通過新的熱處理技術(shù)在提高耐磨性的同時，極大延緩局部微裂紋的擴展，從而提高軸承整體承載能力并大幅提升軸承的運行壽命。” 遠景自研軸承團隊介紹說。
由于風(fēng)機載荷動態(tài)變化，滾子的運動會導(dǎo)致主軸承運行過程中產(chǎn)生滑動和磨損，這些磨損是軸承剝落的起源。針對這一現(xiàn)象，遠景領(lǐng)全球之先，將摩擦功理論和技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電領(lǐng)域，有效掌控了風(fēng)機載荷引起的摩擦磨損，顯著延長了主軸承壽命。
理論和技術(shù)的創(chuàng)新離不開嚴(yán)格的測試驗證。
過去幾年，遠景在測試驗證方面投入巨大：成為國內(nèi)第一個投資了五自由度測試平臺的風(fēng)電整機廠家、建成全國最大的具備動態(tài)彎矩加載能力的主軸承測試臺、同時擁有20兆瓦級別中國唯一能夠?qū)崿F(xiàn)彎扭耦合的傳動鏈測試臺。
遠景自研軸承團隊表示，一些國外品牌的零部件供應(yīng)商雖然也有自己的測試臺，但大多只能做靜態(tài)工況的加載，而風(fēng)機的實際工況瞬息萬變，最大程度模擬真實工況的測試平臺才能更好地為零部件質(zhì)量保駕護航。除了行業(yè)常規(guī)的純扭矩加載，遠景測試平臺還能實現(xiàn)彎矩加載、扭矩和彎矩的耦合加載，同時還能實現(xiàn)沖擊載荷、交變載荷和波動載荷的測試，最大程度接近風(fēng)機的實際應(yīng)用工況。
“遠景的測試臺可以模擬風(fēng)機的真實輸入。我們在主軸承和傳動鏈布置了上百個傳感器，針對主軸承在波動載荷下的溫度、位移、應(yīng)變、偏轉(zhuǎn)角，特別是對滾動體做了非常詳細的姿態(tài)和受力監(jiān)測。通過這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們捕獲并建立了外部工況引起的摩擦磨損的理論模型。” 遠景自研軸承團隊說。
再加上遠景獨有的伽利略系統(tǒng)監(jiān)測每臺風(fēng)機主軸承的受載和疲勞狀態(tài)，近萬臺風(fēng)機數(shù)據(jù)進一步修正了測試臺架得出的理論模型。數(shù)據(jù)積累越多，批量風(fēng)機運行態(tài)與軸承壽命可靠度相關(guān)的模型就越精準(zhǔn)，這也是以遠景為代表的整機商獨一無二的優(yōu)勢所在。
在業(yè)內(nèi)看來，只有風(fēng)電整機商能夠把軸承本身的基礎(chǔ)特性同風(fēng)機運行的特性結(jié)合在一起。通過臺架測試和風(fēng)場運行數(shù)據(jù)反饋，還可以依據(jù)軸承的狀態(tài)實現(xiàn)風(fēng)機的載荷控制，提高軸承的壽命，進而提升整個系統(tǒng)的可靠性。
遠景過去5年累計開發(fā)了14款主軸承產(chǎn)品，交付了230多個項目，總交付量達到4600臺，至今零失效，這是國際頂尖軸承供應(yīng)商都未曾達成的業(yè)績。通過設(shè)計、質(zhì)量、認知的提升，基于創(chuàng)新理念設(shè)計的主軸承比基于常規(guī)認知設(shè)計的主軸承，能助力風(fēng)機降低單位千瓦制造和運營成本，特別是在海上大兆瓦風(fēng)機運維成本居高不下的今天，主軸承可靠性提升的價值創(chuàng)造不言而喻。
賦能零部件商帶動全產(chǎn)業(yè)鏈
正如業(yè)內(nèi)所說，風(fēng)機主軸承國產(chǎn)化進程緩慢，并非是單方面的設(shè)計、加工或質(zhì)量管理卡脖子，而是每個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，只有悉數(shù)打通，才能生產(chǎn)出可靠、可批量交付的產(chǎn)品。
遠景正是通過多年的經(jīng)驗積累才有了今天的認知，并把這種認知融入到每個環(huán)節(jié)之中。對于風(fēng)電開發(fā)商而言，遠景提供了性價比更優(yōu)，可靠性更高的整機產(chǎn)品；對于主軸承等零部件供應(yīng)商而言，遠景把自己對整機、系統(tǒng)和部件的深刻理解賦能供應(yīng)商，幫助供應(yīng)商制造出更契合整機系統(tǒng)、更適合實際運行工況的主軸承產(chǎn)品。
遠景自研軸承團隊說：“我們對主軸承代工廠是全方位、全過程、全制造體系的賦能，而不僅僅是工藝支持或質(zhì)量檢測上，除了自有的設(shè)計開發(fā)和測試驗證活動外，我們深度參與代工商的設(shè)備選型、產(chǎn)線布局、供應(yīng)鏈規(guī)劃、工藝放行等。隨著交付能力的提升，除了常規(guī)的供應(yīng)商管理活動外，還驅(qū)動了數(shù)字化、智能化的高端制造軟硬件配置，加速推進現(xiàn)場自動化管理、數(shù)字化文檔管理，具備高效的追溯能力，進而和遠景智慧平臺對接實現(xiàn)全生命周期的質(zhì)量管理。”
遠景對供應(yīng)商的管理是從源頭開始的，鋼材、熱處理、機加工、裝配、出廠檢驗等全過程都有專業(yè)的集成開發(fā)團隊負責(zé)全鏈條的開發(fā)、評審、驗證和放行，保證設(shè)備、工藝、人員等生產(chǎn)要素和過程管控都能滿足高質(zhì)量交付的要求，同時批量生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)造會將每一個生產(chǎn)節(jié)點的數(shù)據(jù)反饋回遠景質(zhì)量管理平臺進行大數(shù)據(jù)分析，保證軸承制造過程能力的穩(wěn)定受控。
遠景目前自研的4600臺主軸承雖然都用于自有品牌風(fēng)機，但在與零部件供應(yīng)商的合作過程中，后者能夠把制造和質(zhì)量管控能力復(fù)用于其生產(chǎn)制造全領(lǐng)域，整體上帶動中國風(fēng)機制造產(chǎn)業(yè)鏈水平的提升。
正是由于風(fēng)電整機商積極發(fā)揮“鏈主”作用，積極賦能主軸承供應(yīng)商，進而擴大國產(chǎn)供應(yīng)商的整體交付能力，才能最終促進本土供應(yīng)鏈競爭力提升，保證了我國風(fēng)機制造產(chǎn)業(yè)鏈的安全、穩(wěn)定和高效。
目前，風(fēng)電行業(yè)主軸承國產(chǎn)化比例從2021年前的10%左右提升到48%左右，自研主軸承平均成本比國外品牌降低了30%以上，有力支撐了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，幫助風(fēng)電行業(yè)穿越低價競爭的周期，在全球供應(yīng)鏈格局變化中更具競爭力。
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