基于智能制造技术的智能机械制造工艺研究

基于智能制造技术的智能机械制造工艺研究

李涛

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摘要：在当前时代，机械制造业正在经历一场革命性的转型，逐渐迈向智能化的新时代。这种转变不仅推动了传统机械加工过程的现代化，而且已经成为推动机械制造行业发展的关键趋势。对于中国而言，这一转变对国内机械制造行业的繁荣与进步起到了显著的推动作用。为了更有效地利用智能制造技术，本文将对变压器的智能制造技术进行深入探讨。

关键词：智能制造技术；智能机械；制造工艺

引言

近年来，中国已经连续数年保持了变压器产量的全球领先地位，展现出强大的产业实力和未来增长的巨大潜力。然而，变压器制造业也面临着一系列挑战，其中最为突出的问题包括生产效率和产品品质未能满足预期目标，这些问题严重制约了企业提升核心竞争力的能力。鉴于此，相关产业必须更加重视智能化技术的应用。

1.电力变压器机械制造智能化的特点

（1）状态的可视化：这是智能电力变压器的核心特征之一。通过整合智能传感器和先进的自诊断技术，变压器的工作状态能够被转化为直观的数据展示。这种可视化不仅增强了对变压器运行状况的透明度，而且还确保了电网运营人员能够实时地监测变压器的性能。（2）控制的网络化和测量的数字化：这一特点体现在两个方面。首先，对于那些需要进行控制的变压器设备或部件，智能网络控制可以在信息交换的基础上实现，例如变压器冷却系统的智能化管理。其次，智能变压器能够实现对关键参数的本地数字化测量，这些测量数据可以根据实际需要被发送到过程层或者站控层网络，从而为变压器的控制和运行提供支持。（3）功能的一体化与信息的互动化：通过将传感器与变压器集成为一体的设计，不仅减少了安装和布线的复杂性，还提高了系统整体的稳定性和可靠性。这种集成方法允许对变压器的关键性能指标如温度、压力和湿度进行实时监测，从而更精确地掌握变压器的运行状况和健康水平。信息互动化则体现在智能组件内部的数据交互，以及它们与上层控制系统之间的沟通。智能变压器系统中的各个组件可以相互分享数据，控制器根据这些信息进行分析并做出调整。（4）非电量信号的延时性处理：传统变压器在遇到故障时，通常需要等到辅助装置介入才能进行处理。然而，智能化电力变压器通过部署先进的智能传感器，能够实时采集和分析变压器的相关数据，提高了对非电量信号的响应速度。

2.当前变压器的智能化中存在的问题

（1）技术实施的挑战：智能制造的实施在变压器领域遭遇了一些技术壁垒。首先，对现有传统变压器设备进行智能化升级是一项复杂的工程，需要解决现有设备的硬件和软件限制。（2）数据的采集与分析：智能制造的核心在于数据的采集、分析和利用。在变压器行业中，有效的数据采集面临着一系列挑战，包括数据收集的不完整性和数据质量的不一致性。除了数据采集，如何从海量的数据中提取有价值的信息，并将其转化为实际的操作和决策，也是一个巨大的挑战。（3）人才的培养与发展：随着变压器行业向智能化迈进，对具备相关技术和知识的专业人才的需求日益增长。然而，当前行业内专业技术人才的短缺，以及对数字化转型认识和培训的不足，成为制约行业发展的一个关键因素。

3.智能制造技术在变压器制造业中的应用

3.1硬件部分的设计

3.1.1传感器部分的硬件设计

在智能电力变压器的体系中，传感器扮演着至关重要的角色，它们如同变压器的“视觉系统”，负责提供各项关键参数的数据。这些参数包括但不限于油色谱、微水含量、局部放电情况、绕组温度、机械应力以及绝缘性能等。为了获取这些数据，必须部署一系列高度专业的传感器，如油色谱传感器、微水检测传感器、局部放电传感器、绕组温度传感器、应力传感器和绝缘检测传感器等。由于传感器采集的数据构成了智能化的基础，并且传感器需要在充满干扰因素的环境中稳定工作，因此，确保传感器采集电路的高抗干扰能力是至关重要的。

3.1.2总线的硬件设计

在智能电力变压器系统中，数据传输的核心采用了国际电工委员会（IEC）的61850标准协议。该协议定义的通信总线在系统中承担着双重关键职能：一方面，它负责将格式化的数据报文从采集模块高效地传输至中央处理单元；另一方面，它还确保中央处理单元的控制指令能够迅速准确地传达给各执行模块。由于数据传输总线是信息流转的关键路径，因此在设计时必须特别考虑其抗干扰能力。这涉及精心规划的信号屏蔽措施，以及精确的电气参数配置，确保通信总线能够准确无误地传递驱动器发出的信号，避免任何可能的干扰或信号失真，从而保障整个系统的信息交换的可靠性和准确性。

3.1.3中央处理单元的硬件设计

中央处理单元（CPU）在智能电力变压器系统中扮演着大脑的角色，负责实现复杂的故障诊断、分析以及执行相关逻辑算法的程序。由于CPU对时序和稳定性的严格要求，确保其电源供应的稳定性至关重要，以防止电压波动导致系统意外复位。此外，为了防止电源冲击影响其可靠性，必须采取有效的电源滤波措施。在元件选择上，应优先考虑能够适应宽温度范围的产品，以确保在不同的环境条件下，设备仍能保持稳定运行。

3.1.4执行机构的硬件设计

执行机构在智能电力变压器系统中负责实际动作的执行，是系统功能的直接体现者。鉴于电力变压器的尺寸和规模，执行机构必须具备足够的功率来应对操作需求。在设计这些机构时，确保其机械结构的强度至关重要，以防止长期使用中可能出现的结构变形或故障。此外，对于功率器件，散热能力是一个不可忽视的设计考量。持续的高温工作环境可能会缩短器件的使用寿命，因此必须确保散热系统能够满足连续工作时的冷却需求。在硬件设计中，还需要考虑驱动信号的频率响应特性，确保执行机构能够在规定的时间内精确地完成信号电平的转换，以保障系统的快速响应和准确控制。

3.2软件部分的设计

3.2.1软件工作流程

在智能电力变压器系统的启动阶段，系统首先进行初始化配置，包括连接数据库和完成程序参数的初始设置，这些关键信息将被存储在主机的内存中。一旦数据库连接建立，主机将查询并提取当前连接到总线上的所有模块信息，并读取它们的参数配置。随着系统启动流程的完成，主机开始通过通信总线向分布的智能电子设备（IED）发送指令。基于各自的子时钟计时，IED将按照预定的时间间隔向主机返回响应数据，从而完成一轮完整的参数采集。主机随后将这些采集到的数据存储到数据库中的特定位置。

3.2.2专家系统

专家系统作为本次技术升级的关键组成部分，是建立在先进的信息融合技术之上的。该系统在主机上运行，能够综合来自多个传感器的数据，实现对电力变压器状态的实时监测和评估。通过深入分析和综合处理这些数据，专家系统能够得出准确的结论。专家系统的核心在于其故障树分析模型，该模型采用逆向逻辑推理方法，从观察到的现象出发，逐步追溯至根本原因。以铁芯故障为例，系统首先判断是局部放电还是悬浮放电。如果确定为局部放电，专家系统将进一步分析可能的原因，如多点接地、磁饱和、局部短路或散热问题。

4.结束语

智能技术的应用不仅能够推动智能管理和智能生产的实现，还有助于提高机械制造业的能源效率。这种转型使得生产过程能够满足节能减排的要求，优化资源使用效率，减少生产成本，从而为机械制造业的创新发展开辟新路径。通过这样的技术升级，机械制造业将能够更好地适应市场需求，实现资源的高效利用。

参考文献

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[2]沈晓辉.关于智能制造时代机械设计技术的几点思考[J].中国设备工程，2021（12）：19-20.

[3]李瑞.基于智能制造的自动化设备的发展应用[J].中国机械，2021（7）：49.