智能物流,智能仓储,马斯克的TESLA无人工厂,智能无人驾驶电动卡车,更不用说现代的CIMS(Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems直译就是计算机/现代集成制造系统,包括项目准备、需求分析、总体解决方案设计、系统开发与实施、运行及维护)。过去由大连廉价劳动力完成的低层次重复性劳动,未来将大量的被AI技术的产品替代。
风电产业链从原材料,到部件,到风机总成,到风电日常运维,到自适应产品故障发现及排除,无不孕育着未来AI技术对产品和产业升级换代带来的市场机遇,更重要的是通过AI技术的应用,将大幅降低人工成本,减少材料浪费,提升产品加工效率,降低劳动强度,最终实现产品质量稳定可靠和产品成本大幅降低。
翻开Baidu,我们看到的风电的AI技术最多就是两个:叶片的智能运维,风功率预测,还有少量的故障诊断与预测。其中叶片的智能运维确实在行业中已经有一段时间,而且市场需求非常迫切,中国风机运行了二十多年,各种故障数据库已经足可以支撑叶片的故障智能诊断和预测,但从整个产业链而言,这还仅仅是AI技术在风电产业链的冰山一角。为此我就我所见所闻,对我了解的风电产业链能涉及到的AI应用或可能会有的应用简单聊聊。
(一)AI在叶片产业的潜在应用
叶片的智能设计,是提升叶片效率和风机效率最直接和最省钱的办法,AI也许会大有可为。
作为我的专业,复合材料产品具有多维度性能可设计的先天优势。根据风资源特性设计适合风机的叶片(我指的是叶型,包括翼型的组合),实际就是AI技术自我智能优化过程。我对叶片的设计还不够熟悉,但可以猜想,叶片的设计还是一个一个简单重复迭代的优化,如何利用已有风资源数据特性,风机运行载荷特性,强度刚度要,求翼型数据库进行自我优化,实现智能设计,应该说现在已经具备这个条件。
叶片的CP值实际利用率目前宏观的设计来看不到0.5,一般也就0.47-0.48,距离0.59的天花板还是有一定空间,如何利用AI技术,实现智能设计,将效率突破0.5甚至0.52-0.53,相当于效率提升10%,这对我们风机而言,比在其他方面做大量工作来得快,而且这么做也会事半功倍。我个人觉得叶片在风机的产品设计里面,这个非常重要,而且要作为最重要的设计工作来抓。光伏的能量效率从0.17提升到今天的0.23,就是通过0.01一个点一个点逐步做到平价光伏的水平,风电人我觉得也可以做到。这也是我们风电叶片人的担当和使命。
再谈叶片的智能制造。叶片生产实际上来说是一个纯粹的劳动密集型作业,是不是就没有可能提升了呢?AI技术可以帮你解决。
从叶片的CAD设计到CAE仿真,再到CAM制造,并不是我们现在所看到的纯劳动力过程,叶片的结构设计到增强材料设计,增强材料的预设,树脂材料的模塑(树脂灌注到叶片壳体增强材料过程中叫模塑MOULDING),部件的组合,加工,后处理(表面处理和涂料涂层),这一系列的过程有大量的智能升级应用机会,减少人力(其实纤维增强复合材料的加工过程对人体有一定影响),提升效率(与人工相比,机器效率高得多),质量稳定性更好,材料利用率更高,成本大幅降低。
如何利用AI技术呢,需要我们对材料特性,叶片模型,材料规格,工艺要求进行大数据统计分析,利用AI技术把加工过程进行优化:
纤维增强材料智能裁切,自动铺敷,大幅提升效率和减少废料产生;
夹层材料智能加工成套自动铺设,最大限度提升材料利用率;
智能设计树脂模塑方案,根据现场生产条件,自动给出树脂模塑方案,最大限度降低材料浪费;
通过智能工装,通过事先预制,智能定位,提升质量可靠性。
采用辅助机械手/机器人,对部件的胶结,表面处理,涂料涂覆等实现全自动机器处理,减少人工带来的质量不一致性。
通过一系列的AI技术植入,未来叶片的制造不仅仅可以实现少人化,更重要的是可以实现叶片的成本大幅缩减,质量可靠性大幅提升。
面对未来风电的市场需求,低成本高效率(叶片本身的效率,还包括叶片的生产效率)的叶片会迎来巨大的挑战,而且在不远的将来就马上面对,为此,如何在叶片的设计与生产中充分利用AI技术,我个人觉得,需要大家好好思考和琢磨。
智能打磨机器人
说明:其实刚开始我以为AI就是全自动,后来看了很多的视频,资料,也并不全然,人工智能只能说是大量需要原来人工做的事情,通过机器感知类似人类操作替代,比如说我看到马斯克的tesla无人车间,所有的机械手是通过感知确定部件的位置,然后进行下一步的操作动作,根据预设程序,加载多大的力,确定部件的安装尺寸。在优衣库美国总部车间,衣服折叠包装,全部机器替代。所以,在叶片的未来生产中,我可以预见,玻璃纤维布的铺敷,就会由类似人类的机械手辅助替代,而且更加准确,更加完美。或许到某天,叶片的生产车间可能就是几个人在操作系统,一切都是那么完美。而且,在智能领域也有人已经介入,例如图示的叶片智能打磨机器人,湖南飞沃新能源已经研发成果并投入使用,未来在这个领域,无人打磨将是必然趋势(粉尘大,对身体很不利,而且效率低)
期待那一天的到来!