一臺(tái)大風(fēng)機(jī)，從設(shè)計(jì)完成到推向市場(chǎng)交付客戶，一共要分幾步？
這似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題，但遠(yuǎn)景卻給出了更負(fù)責(zé)任的答案。
中國(guó)風(fēng)機(jī)市場(chǎng)正快速向大兆瓦進(jìn)化。數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國(guó)市場(chǎng)新增吊裝主流機(jī)型是陸上3MW、海上6MW。但2022年前十個(gè)月，目前交付的最大機(jī)型已經(jīng)達(dá)到陸上6.7MW，海上11MW。投標(biāo)機(jī)型更大，陸上最大出現(xiàn)7.77MW，海上最大16MW。
快速迭代的風(fēng)機(jī)如何又大又可靠？
“風(fēng)機(jī)變大，看似簡(jiǎn)單的數(shù)字量變，實(shí)則是機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、部件和系統(tǒng)的質(zhì)變，需要特別重視風(fēng)機(jī)的可靠性。單靠部件質(zhì)量不能保證風(fēng)機(jī)可靠性，遠(yuǎn)景建立了從材料、部件、系統(tǒng)、整機(jī)、到批量機(jī)群的全流程、多層級(jí)測(cè)試驗(yàn)證體系，以空間換時(shí)間，從設(shè)計(jì)源頭保證風(fēng)機(jī)可靠性。”遠(yuǎn)景能源總工程師朱宏棟博士說(shuō)。
多自由度系統(tǒng)加載測(cè)試臺(tái)
2015年開始，遠(yuǎn)景規(guī)劃籌建全球領(lǐng)先的智慧風(fēng)電測(cè)試驗(yàn)證中心，總面積6500平方米，總投資超過(guò)3億元，已先后建成了齒輪箱彎扭耦合系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)、多自由度系統(tǒng)加載測(cè)試臺(tái)、自研原材料實(shí)驗(yàn)室等，目前共計(jì)完成了超100次新品項(xiàng)目測(cè)試，驗(yàn)證了全球獨(dú)有的齒輪修型、主軸承等核心部件設(shè)計(jì)，以及高品質(zhì)葉片復(fù)合材料、齒輪和結(jié)構(gòu)件材料性能，并具備50MNm整機(jī)加載能力，可以驗(yàn)證整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化空間。
“風(fēng)機(jī)技術(shù)創(chuàng)新迭代源于硬件技術(shù)的積累和信息數(shù)據(jù)的閉環(huán)。全流程多層級(jí)測(cè)試的終極目的，是完成風(fēng)機(jī)數(shù)字孿生模型的‘驗(yàn)證’，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)部件子系統(tǒng)、整機(jī)系統(tǒng)‘數(shù)字模型與物理實(shí)體’的一致性。”朱宏棟博士說(shuō)。
出生決定一生
測(cè)試+驗(yàn)證保證大風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的可靠性
風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是仿真的過(guò)程，仿真模型越接近真實(shí)模型，設(shè)計(jì)結(jié)果越精確。測(cè)試驗(yàn)證的作用，就是讓仿真模型無(wú)限接近于真實(shí)物理模型。伴隨機(jī)組快速大型化的，是從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)維全鏈條的新場(chǎng)景，是產(chǎn)品新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的快速進(jìn)步。遠(yuǎn)景工程師認(rèn)為，這些新場(chǎng)景、新技術(shù)需要依托全流程、多層級(jí)的測(cè)試驗(yàn)證體系，保證優(yōu)良的設(shè)計(jì)基因。
以齒輪箱為例，齒輪箱是風(fēng)機(jī)重要的功率傳輸部件，與整機(jī)設(shè)計(jì)和控制有強(qiáng)耦合關(guān)系，是穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性提升的核心部件。齒輪箱運(yùn)行過(guò)程中，承受的扭矩和彎矩都會(huì)產(chǎn)生變形影響，但過(guò)去行業(yè)里由于缺乏足夠的高保真數(shù)據(jù)積累和模型驗(yàn)證能力，無(wú)法理解彎矩對(duì)齒輪箱的變形影響，只能做基本扭矩的測(cè)試，不做彎矩測(cè)試。遠(yuǎn)景獨(dú)家設(shè)計(jì)齒輪箱彎扭耦合系統(tǒng)級(jí)測(cè)試臺(tái)，測(cè)試扭矩和彎矩對(duì)齒輪箱的共同影響，通過(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合，精準(zhǔn)校驗(yàn)仿真模型里的齒輪修型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試和驗(yàn)證的閉環(huán)。
遠(yuǎn)景齒輪箱彎扭耦合系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)
朱宏棟博士表示，雖然現(xiàn)實(shí)中批量工業(yè)產(chǎn)品不能保證100%完美，但測(cè)試和驗(yàn)證卻能有效保障風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的可靠性，即風(fēng)機(jī)不因設(shè)計(jì)缺陷而出現(xiàn)系統(tǒng)性問題。“保障可靠性的關(guān)鍵，不僅在于測(cè)試，更在于測(cè)試數(shù)據(jù)的閉環(huán)和仿真模型的驗(yàn)證，兩者缺一不可。”經(jīng)過(guò)充分測(cè)試驗(yàn)證迭代出來(lái)的仿真模型，能夠保證風(fēng)機(jī)新品的設(shè)計(jì)在全生命周期20甚至25年之中運(yùn)行無(wú)憂。測(cè)試驗(yàn)證，不僅是批量投放風(fēng)機(jī)之前的安全屏障，更是遠(yuǎn)景的技術(shù)工程師建立產(chǎn)品認(rèn)知（Knowhow）的重要基礎(chǔ)，是風(fēng)電技術(shù)和可靠性提升的必由之路。
驗(yàn)證做得足夠好，未來(lái)即使不做更大的測(cè)試臺(tái)架，也可以直接通過(guò)已經(jīng)閉環(huán)校準(zhǔn)過(guò)的數(shù)字孿生仿真模型，在現(xiàn)有臺(tái)架上加載各種虛擬的、臺(tái)架條件所限無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工況。這種可以閉環(huán)的測(cè)試驗(yàn)證體系能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新迭代，對(duì)未來(lái)產(chǎn)品研發(fā)和風(fēng)電可持續(xù)健康發(fā)展有意義。
修正數(shù)字模型，探索物理邊界
伽利略風(fēng)機(jī)數(shù)字孿生價(jià)值顯現(xiàn)
智能風(fēng)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步取決于兩個(gè)底層邏輯。一是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造底層核心技術(shù)，遠(yuǎn)景能源不僅最早打開了風(fēng)機(jī)控制的“黑匣子”，并且通過(guò)技術(shù)穿透產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)變頻器、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、葉片、齒輪箱、主軸承等關(guān)鍵部件自研設(shè)計(jì)與制造,為數(shù)字化奠定了物理基礎(chǔ)。二是基于遠(yuǎn)景EnOSTM智能物聯(lián)操作系統(tǒng)的伽利略系統(tǒng)，反哺風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件及整機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì),其數(shù)字孿生模型與實(shí)體風(fēng)機(jī)一體化進(jìn)化,成為促進(jìn)風(fēng)電數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新動(dòng)力。
遠(yuǎn)景齒輪箱批量測(cè)試臺(tái)
完備的測(cè)試驗(yàn)證體系必須同時(shí)具備三個(gè)關(guān)鍵能力：試驗(yàn)加載工況的設(shè)計(jì)能力、試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)和加載能力、測(cè)試驗(yàn)證的閉環(huán)能力。尤其是其中最核心的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，更需要深入了解部件、系統(tǒng)的核心技術(shù)和相互耦合關(guān)系。高保真數(shù)據(jù)的獲取和處理、體現(xiàn)耦合關(guān)系的仿真模型都需要長(zhǎng)期的資金、時(shí)間和人才投入，遠(yuǎn)非一日之功。
作為最早提出生產(chǎn)智能風(fēng)機(jī)的企業(yè)，遠(yuǎn)景在多年積累的基礎(chǔ)上，從2018年開始，“秘密”開展了“冬季攻勢(shì)”行動(dòng)：對(duì)三北、山地、平原、海上四個(gè)場(chǎng)景的風(fēng)機(jī)進(jìn)行為期超過(guò)兩年的高保真數(shù)據(jù)積累。遠(yuǎn)景工程師為每臺(tái)風(fēng)機(jī)樣機(jī)配置超700個(gè)傳感器，每天傳輸數(shù)據(jù)超20G字節(jié)，比起普通的IEC標(biāo)準(zhǔn)只有十幾個(gè)傳感器的要求，對(duì)整機(jī)做了更加深度的測(cè)試，為測(cè)試中心的建立和智能風(fēng)機(jī)認(rèn)知打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2020年左右，在此基礎(chǔ)上，伽利略超感知風(fēng)機(jī)的多場(chǎng)景運(yùn)行數(shù)據(jù)再次和測(cè)試、設(shè)計(jì)、制造形成信息流閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)部件子系統(tǒng)、整機(jī)系統(tǒng)“數(shù)字模型與物理實(shí)體”的一致性。這也是遠(yuǎn)景構(gòu)建多層級(jí)測(cè)試驗(yàn)證體系的先決優(yōu)勢(shì)。
在全球能源乃至工業(yè)領(lǐng)域，這都是一項(xiàng)“前無(wú)古人”的創(chuàng)舉，海量數(shù)據(jù)的搜集、清理、統(tǒng)一接口、規(guī)律挖掘……背后是遠(yuǎn)景對(duì)“技術(shù)進(jìn)步推低新能源度電成本”的信心和堅(jiān)守。
兩年來(lái)，近萬(wàn)臺(tái)伽利略風(fēng)機(jī)經(jīng)歷的各種工況，利用數(shù)字孿生技術(shù)重構(gòu)上傳到云端，不僅優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能運(yùn)維，更構(gòu)建出完整的技術(shù)模擬艙加速新技術(shù)的驗(yàn)證和應(yīng)用，原先需要長(zhǎng)時(shí)間搜集運(yùn)行工況驗(yàn)證的先進(jìn)軟件算法，現(xiàn)在幾周就可以驗(yàn)證完成并同步到每一臺(tái)風(fēng)機(jī)。遠(yuǎn)景數(shù)字孿生技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，正在加速實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件技術(shù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和自進(jìn)化。
測(cè)試，尤其是驗(yàn)證對(duì)于風(fēng)電行業(yè)的回饋，短期內(nèi)不易見。遠(yuǎn)景建立全流程、多層級(jí)測(cè)試驗(yàn)證體系的初心，源自于對(duì)智能風(fēng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步的渴望和堅(jiān)持，對(duì)風(fēng)機(jī)快速大型化風(fēng)險(xiǎn)的把控和對(duì)風(fēng)電市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的研判。
朱宏棟博士表示，剛剛組建測(cè)試驗(yàn)證中心時(shí)，經(jīng)常遇到公司內(nèi)外部關(guān)于投資回報(bào)率的挑戰(zhàn)，但慢慢大家都形成了共識(shí)——通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證迭代模型，保證現(xiàn)場(chǎng)受載情況和仿真模型結(jié)果一模一樣，才能更好保證風(fēng)機(jī)從設(shè)計(jì)源頭是安全的。
江陰遠(yuǎn)景智慧風(fēng)電測(cè)試驗(yàn)證中心
