文| 潘瀟雨
編輯|彭孝秋
在今天，當(dāng)人們?cè)偬崞饳C(jī)器人或是人工智能時(shí)，大多指向了同一個(gè)方向——智能制造。作為智能制造的底層支柱，工業(yè)自動(dòng)化的重要程度不言而喻，而這個(gè)看上去并不性感，且曾經(jīng)一度游離在資本市場(chǎng)之外的行業(yè)，也開(kāi)始站在了風(fēng)口之上。
工業(yè)自動(dòng)化（又稱工控自動(dòng)化），是指將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在機(jī)械工業(yè)制造環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工和連續(xù)生產(chǎn)的作業(yè)手段。根據(jù)MIR統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)總價(jià)值量達(dá)到2000億元左右，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)規(guī)模總體保持上升趨勢(shì)，2019-2021年復(fù)合增速超過(guò)30%。
盡管看似遙遠(yuǎn)，但是隨著工業(yè)自動(dòng)化滲透加速，數(shù)控機(jī)床、油田鉆井、塔式起重機(jī)這些沉重又龐大的機(jī)器，正在經(jīng)歷著一次又一次的重塑，通過(guò)更輕巧與高效的方式，將產(chǎn)品與能源送至我們生活的各個(gè)角落。
而在操控這些鋼鐵猛獸的環(huán)節(jié)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（變頻器或伺服驅(qū)動(dòng)器）是不可或缺的一步。在一個(gè)完整的執(zhí)行動(dòng)作里，電機(jī)首先將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)控制。簡(jiǎn)單理解就是驅(qū)動(dòng)器通過(guò)控制電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
然而，正是這樣一個(gè)重要如人體心血管系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)，長(zhǎng)期以來(lái)卻被國(guó)外公司占據(jù)了大半壁江山。盡管近年來(lái)國(guó)產(chǎn)替代的浪潮興起，已有像匯川、英威騰等公司開(kāi)始搶占國(guó)內(nèi)份額，但仍有超半數(shù)的市場(chǎng)持續(xù)被國(guó)外ABB、西門(mén)子等老牌公司壟斷。根據(jù)東吳證券數(shù)據(jù)顯示，2020年在變頻器市場(chǎng)，ABB、西門(mén)子等占據(jù)60%以上銷售額市占率，匯川以12.2%的市占率排在第三。
而對(duì)于海外品牌難以被替代的原因，分享投資創(chuàng)始合伙人白文濤告訴36氪，除了國(guó)產(chǎn)品牌作為后來(lái)者，還處于增量市場(chǎng)中；另一個(gè)關(guān)鍵原因在于，國(guó)產(chǎn)品牌的控制技術(shù)實(shí)則尚未追平海外，其中就包括在精密機(jī)床、塔式起重機(jī)、船舶等高端應(yīng)用場(chǎng)景。由于國(guó)產(chǎn)技術(shù)在精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等多重方面仍存有欠缺，因此遲遲無(wú)法完全替代。
但近日，36氪卻在深圳發(fā)現(xiàn)了一家公司——弘遠(yuǎn)電氣，通過(guò)自研工控驅(qū)動(dòng)的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC技術(shù)）和磁通矢量技術(shù)，在高端驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中能夠替代ABB、西門(mén)子、科爾摩根、倫茨等品牌。并且在公司成立不久后，就快速實(shí)現(xiàn)了盈利。
在深圳龍崗一個(gè)遠(yuǎn)離熱鬧中心區(qū)的地方，周圍是散亂的廠房和堆疊的工程物料，弘遠(yuǎn)電氣的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)就在這里默默研發(fā)了近10年。去年，弘遠(yuǎn)的年收入達(dá)0.5億元，并在10月獲得了深圳高新投和分享投資的數(shù)千萬(wàn)元A輪融資。
目前，弘遠(yuǎn)的技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多項(xiàng)國(guó)家重大項(xiàng)目，包括向陽(yáng)紅號(hào)深?？瓶即鹘g車的電驅(qū)控制、新疆克拉瑪依油田3千米下的螺桿潛油泵驅(qū)動(dòng)、軸研科技16萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘的精密軸承加工以及湖北葛洲壩水泥廠的各種永磁（直驅(qū)）電機(jī)節(jié)能改造。此外，還拿下了韓國(guó)PNT（鋰電設(shè)備）、徐州重工、江門(mén)佳鐵、哈挺、聯(lián)測(cè)科技、江陰宇航等行業(yè)標(biāo)桿客戶。
韓國(guó)PNT成柜
機(jī)床、船舶、起重機(jī)、測(cè)功機(jī)、鋰電生產(chǎn)設(shè)備......這些看似各不相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，其實(shí)背后都有著對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能的嚴(yán)苛要求，這也是弘遠(yuǎn)能夠打下市場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。弘遠(yuǎn)的核心優(yōu)勢(shì)在于同時(shí)掌握了磁通矢量控制與DTC技術(shù)，而此前，全球唯一一家同時(shí)掌握兩項(xiàng)技術(shù)的還是ABB。
目前，在工控驅(qū)動(dòng)層面存在三種主流的控制技術(shù)：V/F標(biāo)量控制、磁通矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。而在國(guó)內(nèi)，大多控制仍主要依托于V/F標(biāo)量控制和簡(jiǎn)單的矢量控制，對(duì)應(yīng)的應(yīng)用也是較為低端的市場(chǎng)。
其中，V/F標(biāo)量控制的原理是直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，但在低速運(yùn)行時(shí)，無(wú)法滿足設(shè)備對(duì)力矩與精度的要求。因此更適用于工業(yè)和民用的風(fēng)機(jī)、水泵等簡(jiǎn)單調(diào)速設(shè)備等。而磁通矢量控制的技術(shù)進(jìn)步，是能夠更加精準(zhǔn)高效地驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且提高電機(jī)響應(yīng)速度。
作為一種更優(yōu)的控制技術(shù)，DTC技術(shù)可以理解為一種軟件技術(shù)，通過(guò)建立一個(gè)應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)學(xué)模型來(lái)控制電機(jī)。這里的難點(diǎn)就是在這套數(shù)學(xué)模型中，存在大量復(fù)雜的變量。
“這套技術(shù)建模，需要掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)、電磁理論、信號(hào)處理、離散數(shù)學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)、流體力學(xué)、電機(jī)等多種學(xué)科?！焙脒h(yuǎn)電氣創(chuàng)始人臧紹敢告訴36氪，除了需要具備多學(xué)科交叉的能力，更需要其搭建的電機(jī)控制模型，能適配多種類型電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
而弘遠(yuǎn)的契機(jī)，也源于創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)曾在2015年左右，有過(guò)一段對(duì)大量國(guó)產(chǎn)異同步電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)的經(jīng)歷?！澳菐啄辏覀兦扒昂蠛笈浜蠝y(cè)試了100多種異同步電機(jī)，所以也積累了大量電機(jī)的適配經(jīng)驗(yàn)?！标敖B敢說(shuō)。
盡管在歷經(jīng)多重坎坷后，弘遠(yuǎn)最終掌握了DTC技術(shù)，但如何落地，卻是技術(shù)公司在商業(yè)化上普遍的掣肘。
在弘遠(yuǎn)的發(fā)展歷程中，繞不開(kāi)幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，正是這幾個(gè)項(xiàng)目的攻破，驗(yàn)證了弘遠(yuǎn)技術(shù)的可行性，也為其打開(kāi)市場(chǎng)，帶來(lái)了一次次機(jī)遇。
2018年，弘遠(yuǎn)率先迎來(lái)了江門(mén)佳鐵帶來(lái)的機(jī)會(huì)。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)在3D精雕機(jī)床上，存在高轉(zhuǎn)速、高精度的技術(shù)需求，需要在1.1秒停頓時(shí)間內(nèi)快速換刀，而此時(shí)國(guó)內(nèi)外的一眾廠商都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這也給了弘遠(yuǎn)第一批產(chǎn)品落地的機(jī)會(huì)。據(jù)臧紹敢介紹，如今，弘遠(yuǎn)可以達(dá)到在電機(jī)轉(zhuǎn)速為36000萬(wàn)轉(zhuǎn)的情況下，實(shí)現(xiàn)0.5秒間隔快速換刀。
江門(mén)佳鐵讓弘遠(yuǎn)獲得了第一批產(chǎn)品落地的機(jī)會(huì)，下一步就是尋找新的市場(chǎng)。
2019年，弘遠(yuǎn)瞄準(zhǔn)了薄膜紙張的印刷包裝領(lǐng)域，這也是日本安川在國(guó)內(nèi)的主力市場(chǎng)。薄膜印刷領(lǐng)域的特性，就在于對(duì)小張力控制需求格外精準(zhǔn)，通常只需要3%左右的力矩控制。“特別是薄膜這類材料，它需要快速響應(yīng)且穩(wěn)定的力，不能有一點(diǎn)抖動(dòng)，就要在低轉(zhuǎn)速下快速精準(zhǔn)地力矩控制?！标敖B敢表示，通常國(guó)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器只能做到6%及以上的力矩，而弘遠(yuǎn)可以做到1%。
能夠滿足如此快速的換刀需求以及小張力控制需求，本質(zhì)仍離不開(kāi)DTC技術(shù)的高精度性能。DTC技術(shù)的原理是將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器看作一個(gè)整體，直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，也因此在面對(duì)小張力需求時(shí)，能更精準(zhǔn)地控制力矩輸出。同時(shí)，也能保持轉(zhuǎn)矩的重復(fù)精度，使操作更加穩(wěn)定，確保生產(chǎn)的一致性。
在成功打開(kāi)了兩大市場(chǎng)后，2020年弘遠(yuǎn)的營(yíng)收也翻了一番，并且實(shí)現(xiàn)了盈利。
2020年下半年，弘遠(yuǎn)進(jìn)入了葛洲壩水泥廠，對(duì)永磁電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。此后，弘遠(yuǎn)也陸續(xù)切入了國(guó)內(nèi)部分新興永磁同步電機(jī)廠節(jié)能改造的項(xiàng)目中。
事實(shí)上，隨著工業(yè)領(lǐng)域中電機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用日益廣泛，在給生產(chǎn)與生活帶來(lái)極大便利的同時(shí)，作為電能消耗的主要設(shè)備，電機(jī)所造成的能耗問(wèn)題也同樣不可忽視。因此，對(duì)電機(jī)的節(jié)能改造也迫在眉睫。
對(duì)比如今普遍使用的矢量控制，由于磁通矢量控制是通過(guò)磁通變化來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩。所以DTC技術(shù)直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，也就能在電機(jī)相同負(fù)載情況下，將電能更高比例轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，且最大程度降低電能損耗。
測(cè)試臺(tái)
隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，臧紹敢很快發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)已經(jīng)應(yīng)用多年塔式起重機(jī)，實(shí)則也因?yàn)殡姍C(jī)驅(qū)動(dòng)而存在大量問(wèn)題?！耙环矫媸撬趸剞D(zhuǎn)的啟停效率跟不上，存在重物搖擺以及抗風(fēng)力差的問(wèn)題；另一方面是吊鉤的定位也并不精準(zhǔn)?！?/p>
塔式起重機(jī)對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要求，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速下大力矩，并且響應(yīng)速度足夠快速，才能避免啟停效率低和重物搖擺等問(wèn)題。
而DTC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于，能夠在0HZ時(shí)仍保持輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)零速滿轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，也具備了足夠快速的響應(yīng)速度與加減速，例如從零到額定轉(zhuǎn)矩，DTC技術(shù)只需要3毫秒。由此，弘遠(yuǎn)開(kāi)始步入了起重領(lǐng)域，并在年初成功拿下了徐州重工的項(xiàng)目。
此外，弘遠(yuǎn)也陸續(xù)在國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目上發(fā)力，例如在潛油深度1500-3000米及以上的深地潛油中，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用；并在深海探測(cè)作業(yè)中，以AFE低諧波驅(qū)動(dòng)器，配合完成了深海11000米鉆探取樣作業(yè)等。
目前，弘遠(yuǎn)的應(yīng)用市場(chǎng)主要在機(jī)床、船舶、起重、測(cè)功儀、高精密壓機(jī)、鋼板分條縱剪設(shè)備等，還有永磁直驅(qū)、運(yùn)動(dòng)控制以及高速風(fēng)機(jī)等場(chǎng)景上。臧紹敢將弘遠(yuǎn)的應(yīng)用主要?jiǎng)澐譃槿?，“其一針?duì)碳中和領(lǐng)域，配合永磁同步電機(jī)的節(jié)能改造；其二對(duì)精密加工有更高需求的輕工業(yè)領(lǐng)域；其三是有專精特性需求的如高速風(fēng)機(jī)、測(cè)功儀等領(lǐng)域?！辈⑶遥洚a(chǎn)品用戶也已覆蓋清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)等一批國(guó)內(nèi)一流工科高校。
團(tuán)隊(duì)方面，弘遠(yuǎn)的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)主要來(lái)自愛(ài)普生、施耐德、康佳等公司，在驅(qū)動(dòng)器、算法、電機(jī)模型等方面有多年積累。其核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)出自南京理工、華中科技、華南理工等院校的機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化等專業(yè)。其中，創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)臧紹敢曾任職正弦、庫(kù)馬克，曾創(chuàng)建康佳生活電器業(yè)務(wù)，在驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)。
智能制造的風(fēng)口越吹越盛，國(guó)產(chǎn)替代的浪潮也正在奔涌而至。在臧紹敢看來(lái)，國(guó)產(chǎn)替代的意義一定不是低值廉價(jià)路線，在價(jià)格戰(zhàn)的內(nèi)卷中搶占市場(chǎng)，而是真正地啃一些硬骨頭，實(shí)現(xiàn)在技術(shù)和產(chǎn)品層面對(duì)全球頂尖廠家的超越。在熱鬧嘈雜的市場(chǎng)環(huán)境中，尋找一個(gè)安靜的地方下苦工，也像極了弘遠(yuǎn)的寓意——士不可以不弘毅，任重而道遠(yuǎn)。
關(guān)鍵詞： 矢量控制 工業(yè)自動(dòng)化 塔式起重機(jī)
