液壓系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望
近幾十年來，液壓系統(tǒng)一直致力于改善其形象，但在許多用戶眼中，它仍然是一只恐龍。因此未能成為年輕職場新人的首選。畢業(yè)生們往往被富于數(shù)字化商業(yè)理念的創(chuàng)業(yè)環(huán)境所吸引，形象一點說，他們所青睞的是金色獨角獸。
在國際上，獨角獸象征著創(chuàng)新和創(chuàng)造性思路，擁有令人驚嘆的因素，可以賺取大筆利潤。不管外界如何看待液壓系統(tǒng)，它在全球經(jīng)濟中的重要性都是毋庸置疑的，其銷售額高達(dá)數(shù)百億美元。與之矛盾的是，流體動力技術(shù)的經(jīng)濟意義卻與用戶、公眾和科學(xué)界對它的看法存在鮮明的反差。
液壓技術(shù)應(yīng)如何轉(zhuǎn)變其形象以面對新世界呢？答案很簡單，恐龍必須通過整合新技術(shù)來加以轉(zhuǎn)化，特別是在電子控制和機電傳動方面。如果這樣做了的話，液壓系統(tǒng)將會實現(xiàn)質(zhì)變，并能提供全新的、高科技感十足的用戶體驗。
為此，博世力士樂瞄準(zhǔn)金色獨角獸，從多個方面，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了革命，在保持液壓系統(tǒng)優(yōu)勢的前提下，依靠工業(yè)4.0，將其與“IT消費者世界”的技術(shù)機遇和優(yōu)勢結(jié)合起來。然后，用戶會將“隱形的”液壓系統(tǒng)視為一個緊湊、完整的功能模塊，簡單、直觀、互聯(lián)且安裝快捷。不管未來前景如何，液壓系統(tǒng)必須保持其相對于機電驅(qū)動的地位。在許多領(lǐng)域，這種技術(shù)轉(zhuǎn)化已獲得了長足的發(fā)展。
No.1
工業(yè)環(huán)境
不斷變化的市場環(huán)境中，工業(yè)液壓系統(tǒng)無法免受發(fā)展的影響。然而，熱門的新技術(shù)主題并不是塑造未來趨勢的唯一因素。一些原有的趨勢仍將對未來的增長舉足輕重。
能效
在歐洲，與能源有關(guān)的法規(guī)已細(xì)化到組件級別（例如，電機的IE3標(biāo)準(zhǔn)）。
能效重要性的影響正在超越工業(yè)化國家的范圍。世界上許多地區(qū)的能源價格仍然太低，只有在供應(yīng)和價格壓力下才會出現(xiàn)新的、創(chuàng)新的方法。由于其獨特的優(yōu)勢（功率密度高、力量強大），液壓系統(tǒng)注定是為強大的機器而生。這尤其適用于最看重節(jié)能驅(qū)動型解決方案的壓力供應(yīng)站。
前景
目前存在的能效問題已導(dǎo)致速度控制驅(qū)動系統(tǒng)的使用穩(wěn)步上升。高效伺服電機正逐漸取代標(biāo)準(zhǔn)異步電機。技術(shù)上可擴展的解決方案也已面市。
Sytronix變速泵驅(qū)動是液壓系統(tǒng)的一種趨勢，它將變速電氣驅(qū)動、變速電機和液壓泵結(jié)合到同一集成驅(qū)動單元之中。
No.2
環(huán)境挑戰(zhàn)
工業(yè)液壓系統(tǒng)被用于各種環(huán)境條件下。管理機構(gòu)對液壓產(chǎn)品的可持續(xù)生產(chǎn)、回收和處置實施了具體的區(qū)域性法規(guī)。作為一種不可或缺的壓力傳遞介質(zhì)和潤滑劑，液壓油在環(huán)境影響和系統(tǒng)功能安全方面發(fā)揮著特殊的作用。
盡管快速生物降解油已經(jīng)有60多年的歷史，但礦物油仍然是最常用的。但持續(xù)改進(jìn)不僅涉及液壓流體，還必須進(jìn)一步開發(fā)密封件，使其兼容各種液壓流體、新材料和幾何形狀。降低用油量是降低環(huán)境風(fēng)險的另一種方式。它可以通過配備主動排氣功能或更小分散驅(qū)動軸的智能油箱設(shè)計來實現(xiàn)。
前景
環(huán)境法規(guī)預(yù)期在未來將變得更加嚴(yán)格。因此，液壓油、密封件和液壓裝置制造商可能會結(jié)成聯(lián)盟，以進(jìn)一步提高環(huán)境相容性。
安全相關(guān)要求
在歐洲，機械指令要求機器的設(shè)計和制造應(yīng)避免對人類造成潛在風(fēng)險。一系列歐洲液壓系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立，并得到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)補充，如壓力設(shè)備指令。
前景
安全問題在未來也將是優(yōu)先考慮的問題。在其它地區(qū)，特別是新興國家，同樣會出臺更嚴(yán)格的法規(guī)（如審批檢查、設(shè)計指南）。
No.3
數(shù)字信息采購
工業(yè)用戶越來越希望從消費者世界（配置器、合用性、移動設(shè)備、app、云解決方案等）獲得他們業(yè)已習(xí)慣的同級別的便利。根據(jù)需求，產(chǎn)品本身將擁有一切，從簡單數(shù)字接口（例如，IO鏈路）到實時多以太網(wǎng)連接。
從2023年起，新的5G通信標(biāo)準(zhǔn)將使更多的私有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可在工業(yè)環(huán)境中使用。有了這些基于邊緣云的網(wǎng)絡(luò)，傳感器-執(zhí)行器的循環(huán)時間可以縮短到1毫秒以內(nèi)。因此，可以滿足塑料加工機械中常規(guī)的控制器要求。集成到產(chǎn)品中的傳感器和5G通信將為狀態(tài)監(jiān)測提供信息，甚至為預(yù)防性維護提供數(shù)據(jù)。因此，需要大量基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)模型。
前景
電液元件將受益于自動化和IT世界的技術(shù)影響。與電氣自動化一樣，液壓元件供應(yīng)商正準(zhǔn)備與其它相關(guān)供應(yīng)商合作，共同開發(fā)人工智能和基于云的解決方案。將需要建立更多的跨技術(shù)合作伙伴關(guān)系，特別是對于尖端的IT主題。
培訓(xùn)和經(jīng)驗
一段時間以來，具有專業(yè)液壓知識的潛在員工數(shù)量在明顯下降。無論在商業(yè)部門還是在工程部門都是如此。以德國為例，就專業(yè)基礎(chǔ)和進(jìn)一步培訓(xùn)而言都不存在公認(rèn)的資質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。目前，液壓專業(yè)人員主要是從相關(guān)專業(yè)招聘，如農(nóng)業(yè)或建筑機械裝配工、工業(yè)機械或機電技術(shù)人員。
事實上，沒有哪項具體的培訓(xùn)能提供流體機電專家資質(zhì)。大學(xué)不提供專門的液壓系統(tǒng)課程，液壓系統(tǒng)僅僅是工程學(xué)課程中的一個基本模塊，這種情況無法令人滿意。當(dāng)液壓系統(tǒng)作為一門學(xué)科提供時，課程幾乎只限于標(biāo)準(zhǔn)液壓系統(tǒng)而非電液力學(xué)。我們在國外也看到了類似的情況。
要實現(xiàn)成為“金色獨角獸”的目標(biāo)，就需要最新的現(xiàn)代教學(xué)、技術(shù)轉(zhuǎn)化，并在學(xué)術(shù)和商業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)建新的“流體機電專家”資格。這是教育政策制定者、行業(yè)界、國家或國際流體技術(shù)協(xié)會所面臨共同的關(guān)鍵性任務(wù)之一。
未來，液壓領(lǐng)域需要兩種不同的職業(yè)體系。一種是面向組件的專家，具有開發(fā)和優(yōu)化產(chǎn)品的機械工程技能。另一種將是面向系統(tǒng)的流體機電專家，具備控制技術(shù)知識，精通各類液壓和機電驅(qū)動工具。
前景
未來的幾年里，提高教育水平，以獲取深入的知識將是至關(guān)重要的。這是因為，如果缺乏控制技術(shù)、數(shù)字化、軟件或運動學(xué)方面的知識，無論技術(shù)多么優(yōu)秀，電液系統(tǒng)解決方案都不會獲得成功。
液壓系統(tǒng)的維護應(yīng)盡可能方便用戶，液壓系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)為年輕人提供有吸引力的、面向未來的職業(yè)。
未來的可行性
為了對未來的可行性做出可靠的描述（在10年的觀察期內(nèi)），研究人員進(jìn)行了一項調(diào)查，以確定是否可以替代工業(yè)液壓系統(tǒng)10個主要領(lǐng)域中最重要的應(yīng)用。
液壓系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望！
工業(yè)液壓系統(tǒng)的重要行業(yè)與應(yīng)用概述。
上述主要應(yīng)用考慮了以下驅(qū)動類型：
– 線性運動：所有運動中的80%以上
– 液壓：通過閥門或泵控制和小型軸的氣缸驅(qū)動
– 機電：滾珠或滾軸絲杠組件
– 旋轉(zhuǎn)運動：所有應(yīng)用中的20%以內(nèi)
– 液壓：泵控制或輔助控制
– 機電：直接驅(qū)動或齒輪電機
液壓系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望！
液壓和機電驅(qū)動技術(shù)中的驅(qū)動類型。
對最適合未來的驅(qū)動類型的總體評估是基于針對以下四個主要類別所進(jìn)行的調(diào)查，每種應(yīng)用總共有13項標(biāo)準(zhǔn)：
– 功能：動力學(xué)、穩(wěn)健性、靜態(tài)功率極限、準(zhǔn)確性、安全性
– 集成性：安裝空間、靈活性、用戶友好性
– 成本效益：成本、效率、使用壽命
– 生態(tài)：生態(tài)友好、維護
前景
對于額定值小于100千牛的系統(tǒng)，機電系統(tǒng)在許多應(yīng)用中具有取代液壓系統(tǒng)的巨大潛力。雖然通過進(jìn)一步開發(fā)材料、涂層和幾何結(jié)構(gòu)，可以在功率和速度上取得輕微的改善，但似乎不太可能出現(xiàn)革命性的飛躍。任何通過機械傳動進(jìn)一步增加的功率和扭矩都將受到需加速的質(zhì)量的限制。
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對線性運動技術(shù)的比較表明，液壓在速度和力上均繼續(xù)領(lǐng)先于機電式執(zhí)行機構(gòu)。
（圖注：
Feed speed 進(jìn)給速度
Maximum force 最大力
Planetary screw assembly 行星螺桿總成
Ball screw assembly 滾珠絲杠組件
Hydraulic cylinder drive 液壓缸驅(qū)動）
液壓驅(qū)動裝置已能傳遞比過去大100倍以上的力。金屬切削機械和轉(zhuǎn)子驅(qū)動中的液壓系統(tǒng)可能面臨更激烈的競爭。然而，通過閥門控制系統(tǒng)和更人性化的產(chǎn)品和系統(tǒng)實現(xiàn)的能源節(jié)省，也將能贏得機會。就線性應(yīng)用而言，通過小型軸的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，液壓系統(tǒng)將保持甚至增強其現(xiàn)有地位。
這種發(fā)展曾經(jīng)產(chǎn)生了自主式電液軸，由電動機-泵單元、歧管和氣缸構(gòu)成。這些軸實際上是免維護的，并且與機電驅(qū)動相同。與液壓系統(tǒng)相關(guān)的細(xì)節(jié)已包含在軟件庫中。因此，即使是用于成形、連接、注射成型和其它大力應(yīng)用的復(fù)雜行程輪廓，也可以非常容易地實現(xiàn)參數(shù)化。作為規(guī)范過程的一部分，機器制造商和系統(tǒng)集成商也可以達(dá)到SIL3級安全水平。
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這種自主伺服液壓執(zhí)行器是一種一體式裝置，可利用與機電執(zhí)行器相同的技術(shù)進(jìn)行調(diào)試。
No.4
發(fā)展趨勢
不同的市場、行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)液壓系統(tǒng)提出了不同的要求。近幾十年中出現(xiàn)的發(fā)展領(lǐng)域主要集中在以下方面：
– 能效（更小的流體力、更低的壓力損失、更高的效率）
– 降噪
– 油箱容積更小、壓力水平更高、安裝空間更小
– 材料和液壓油性能更佳
– 可用性和預(yù)測性維護更高
– 用戶友好（車載電子設(shè)備、調(diào)試軟件）
– 安全
盡管這些問題未來仍將發(fā)揮作用，但其自身影響將有所收斂。3D金屬打印等工業(yè)趨勢為液壓系統(tǒng)提供了新的技術(shù)機遇，例如優(yōu)化型芯設(shè)計（砂打印程序），以改善流動性能或伺服閥生產(chǎn)。
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這個伺服閥歧管，可作為反映3D打印如何使組件更緊湊、更輕，甚至更高效的一個例子。
No.5
敏感環(huán)境中的應(yīng)用
工業(yè)液壓系統(tǒng)中的一個分部的特點是需要持續(xù)面對特殊的工況。包括海洋與近海、水利工程用鋼結(jié)構(gòu)、冶金、鑄造機、采礦等行業(yè)，系統(tǒng)往往需要安裝于室外或類似環(huán)境中。
當(dāng)涉及到連續(xù)性過程的生產(chǎn)系統(tǒng)時，需要注重通過優(yōu)化過程、提高質(zhì)量和實施預(yù)測性維護來提高生產(chǎn)力和OEE（總體設(shè)備效率）?；跈C器學(xué)習(xí)的高性能診斷系統(tǒng)，如力士樂（Rexroth）的在線診斷網(wǎng)絡(luò)（ODiN），已能可靠地預(yù)測部件的失效時間，目前正在針對液壓系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。
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基于機器學(xué)習(xí)的當(dāng)前診斷系統(tǒng)，如Rexroth（力士樂）的在線診斷網(wǎng)絡(luò)（ODiN），已能可靠地預(yù)測部件的失效時間，目前正在針對液壓系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。
（圖注：
Data source Hydraulic system 液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源
Predictive analytics 預(yù)測性分析
Status report 狀態(tài)報告
Maintenance recommendation 維護建議）
在許多情況下，需要符合環(huán)境保護等級（例如防爆）、冗余壓力供應(yīng)站和使用可生物降解液壓油。避免液壓油泄漏風(fēng)險的有效方法是減少系統(tǒng)中的用油量。實現(xiàn)自然被動排氣的油箱設(shè)計是一種有效的途徑。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，使用包括傳感器的主動排氣模塊來監(jiān)測液壓油中釋放的空氣比例，可降低70%的用油量。其它積極影響還包括減少50%的安裝空間，以及顯著降低的液壓油成本。
前景
除了進(jìn)一步開發(fā)有助于改善環(huán)境相容性的技術(shù)和液壓油之外，這些行業(yè)還將經(jīng)歷數(shù)字化推動的轉(zhuǎn)型過程，例如智能采礦、冶金4.0或自動駕駛船舶。
No.6
生產(chǎn)應(yīng)用
現(xiàn)代工廠中安裝的壓力機、塑料加工機械、裝配系統(tǒng)、機床、試驗機和類似機器相關(guān)的應(yīng)用都會受到影響。在我們確定對工業(yè)液壓系統(tǒng)的要求之前，必須對未來的工廠加以描述。主要目標(biāo)是依靠透明性來提高生產(chǎn)力和效率。
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高靈活性和高適應(yīng)性是未來工廠的關(guān)鍵目標(biāo)，同時具有透明性，有助于避免計劃外停機。墻壁、地板和天花板將保持在原位，而其它一切都將是可移動的。
在未來工廠中，一切都將是互聯(lián)的，從現(xiàn)場級連接到基于云的IT系統(tǒng)。自動化和驅(qū)動解決方案將只適用于開放式標(biāo)準(zhǔn)通信環(huán)境。它們將易于配置，功能和類別存儲于設(shè)備數(shù)據(jù)中，并由固件控制或管理。工業(yè)液壓系統(tǒng)必須通過采用已在使用中的開放式標(biāo)準(zhǔn)（如多以太網(wǎng)和IO-Link）來適應(yīng)這個世界。通過實時擴展，所有組件、模塊和機器都將共享信息。
前景
未來工廠中的價值流映射將被數(shù)字化。數(shù)字業(yè)務(wù)模型將仍然是基于構(gòu)成新建、和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的所有執(zhí)行器、模塊、傳感器和機器。
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帶IO-Link/藍(lán)牙（左）的壓力閥和帶多以太網(wǎng)接口的高響應(yīng)閥，用于位置、壓力和力控制以及閉環(huán)控制（右）。
博世力士樂的最新一代液壓動力裝置的CytroBox是一個分散式單元，兼具可移動性和靈活性。它采用即插即用概念和分散式智能，為機器制造商提供了一個具有許多內(nèi)置功能的現(xiàn)成驅(qū)動控制器。
主要的安全功能和驅(qū)動控制均包括在內(nèi)，因此，可以很容易地進(jìn)行集成和配置，以適應(yīng)特定的應(yīng)用。集成和有線傳感器提供有關(guān)過濾器、液壓油和驅(qū)動狀態(tài)的信息。采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過IO-Link結(jié)合在一起，由驅(qū)動控制器進(jìn)行預(yù)處理，并與現(xiàn)代機器設(shè)計聯(lián)網(wǎng)。
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類似的機器及其模塊將是無線的，通過開放式接口交換信息和指令，并持續(xù)進(jìn)行自我監(jiān)控。憑借其多以太網(wǎng)接口和開放式核心工程，CytroBox具備了未來的可行性。
與現(xiàn)代機電驅(qū)動器一樣，該設(shè)備也可以利用博世力士樂的CytroConnect實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)?？梢苑奖愕孬@得有關(guān)設(shè)備的所有信息，包括部件和運行狀態(tài)、定期維護工作，以及來自力士樂在線診斷網(wǎng)絡(luò)（ODiN）的預(yù)測性維護分析。根據(jù)需要，還能以附加服務(wù)的形式提供維護功能、故障檢測和預(yù)測性維護等其它附加功能包。
CytroBox是一個一體式液壓動力裝置，包含變速泵驅(qū)動、更小尺寸的儲罐，以及用于監(jiān)控、控制、診斷和通信的先進(jìn)電子設(shè)備。
No.7
總結(jié)
未來10年，受到IT和自動化趨勢的強烈影響，傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)將發(fā)生重大變化：智能、傳感器、電子設(shè)備和軟件將越來越多地與鋼鐵和鑄鐵構(gòu)件融為一體；用戶將能體驗到工業(yè)液壓系統(tǒng)成為一個現(xiàn)成的功能模塊，其用戶友好程度與在IT消費者世界中所習(xí)慣的完全一致；電氣自動化和IT技術(shù)的新發(fā)展將使工業(yè)液壓系統(tǒng)的集成變得更加容易，并更具競爭力；新的基于IT的自動化世界的發(fā)展將補充液壓系統(tǒng)以前的關(guān)鍵領(lǐng)域；數(shù)字化（軟件、連接性、專用網(wǎng)絡(luò)、app等）以及數(shù)據(jù)使用（傳感器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、云解決方案等）將不可避免地征服工業(yè)界。
