关于气动技术的思索

　　——访中国液压气动与密封件工业协会专家委员会特别顾问 王雄耀

　　编者按：国家提出国民收入倍增计划，低廉的劳动力成本或许即将成为历史，这预示着工业自动化是必由之路。气动技术是工业自动化的重要组成部分，它必将受益于此，这是一个重大的机遇。问题是我们准备好了吗?气动技术将如何发展，它会面对哪些挑战，这是每一个气动行业里的企业家、技术人员必须面对的问题。不久前，我们采访了中国液气密协会专家委员会特别顾问、费斯托(中国)有限公司副总经理王雄耀先生，希望这篇采访稿能够给大家带来一些思索，能够对大家有所启示。

　　我们知道您是化工出版社" 机械设计手册" 副主编、第五卷气动篇主编，请简单介绍一下您当时编手册的情况及您所在的费斯托公司对此事的态度。

　　编写手册的工作量是很大的，当时我是这样考虑的：我是1968年开始搞气动技术的，最近十七年来我在德国FESTO公司任职，学到了许多新的气动技术知识和理念，我体会到，我国目前与这些创新技术差距确实很大，这些创新技术对中国工业自动化及装备制造业都是迫切需要的，如把这些技术写出来反馈给中国的工程师，就可以提高我国的气动应用技术水平，主要是从这个角度来考虑。因此，“一激动”就真的开始冲动起来想去编写第五版的气压传动篇。编写手册时并没有脱产，我在上班。大概是这样一个过程，刚开始编写时，我还有一个秘书帮助我，编写了两年以后，秘书离开了公司，就只有我一个人写。当时，我在家里专门腾出一间房间，地板上到处都堆满了资料，也不让别人来打扫，就这样一写就是四五年时间。

　　费斯托公司对此事的态度是十分积极的。当时我为了了解德国FESTO总部对此事的态度，我写了十三章节目录提纲，我的秘书花了不少时间，全把它翻成英语。然后我寄给费斯托总部Dr.Kurt Stoll(Dr.Kurt Stoll 是德国 FESTO 公司两个股东老板的兄长、大学毕业

　　就从事气动研究，曾被称为欧洲气动教皇)。我想知道他的态度。很快 Dr.Kurt Stoll 就发传真给我，不仅对我十三章节作了补充意见，还专门写了一封信给我，信中写道：“…恭喜你对 600 页的手册作出巨大努力，这将是我们FESTO 公司在你国家推广的一个巨大的贡献，你写的内容己经非常完整了，回复附件有我对你目录提纲的额外补充、评论”。收到此信后我很高兴，也使我很欣慰。后来该手册出版了，我专门邮寄一本给Dr.Kurt Stoll。Dr.Kurt Stoll 专门给董事会通报了此事，董事会的主席 Dr.Ebehard Veit 专门写了一封祝贺信给我，表扬我作出的贡献，还拷贝给费斯特(中国)有限公司总经理裘博士。所以说，德国FESTO 公司是非常支持我做这件事的。这次编写有哪些不同以往的思路吗?有哪些收获?原先我与彭光正、包纲一起编过第四版的化工部《机械设计手册》气压传动篇，第四版的 70% 内容主要是摘录各家气动厂商的产品样本。其中，国内的产品样本占37%，FESTO 及 SMC产品样本各占17%。到第五版出版前夕，化工部《机械设计手册》主编找我谈话，希望由我一个人执笔，系统地反映出当今国际上先进的气动技术和气动产品。就是我上面提到的“一激动”答应下来。考虑到目前国内还是缺乏系统性介绍现代气动技术的书籍，所以首先要做的就是删掉第四版产品样本的篇幅，腾出篇幅来反映目前国际上气动技术的基本状况。我考虑的思路是，尽可能要客观、公正、全面地反映目前世界上气动的技术水平，不能百分之百，至少也要百分之七、八十地反映出来。以产品的先进性为依据，不管是哪家公司的产品，只要产品具有先进性，以后在气动应用中会经常用得到的，就把它编写进去。为了避免介绍产品时突显出某家公司，在介绍产品原理特性时，不提该公司名字(除了第十章专题介绍国外新产品这一章节)，并把该公司产品图上的LOGO全部去掉，当然这增加了很多工作量，但这样我就不必有思想包袱(哪家公司产品介绍多、哪家公司产品介绍少)。对于这样一本有相当影响力的技术类型的书籍，我必须要有这样心态，公正、客观地反映当前气动技术处在一个什么状况，这是我对编写第五版化工部《机械设计手册》气压传动篇的基本态度。

　　在编写的过程中，首先，我本着突出标准化产品，突出国际标准，突出国际标准发展趋势这个愿望。前几年，中国碰到的一个很大的问题是，世界上各个先进国家都把他们的产品打进中国，这样就产生了各个国家、各个公司之间标准不统一的问题。问题最大的表现在气缸的外部连接尺寸，我们知道气缸是与机器的驱动机构相连的，如果各公司气缸外部尺寸不一样，那么要更换一个气缸必须要换上原来厂家的气缸产品，而实际上，国际标准 ISO15552 已对气缸的外部连接尺寸作出了统一规定，只要是同一个规格尺寸气缸，无论哪个国家、厂家气缸产品都可互换。这已是国际上流行的趋势，而我们对此却还熟视无睹。出现这个情况对中国本身气动技术的提高和发展是十分不利的。对以后不断推陈出新新产品气缸的标准化、规范化、派生、管理也是不利的。而对用户而言，更是增加了备品备件的困难和浪费。同时也带来选型的困难，如：某家气动公司的样本上同时展示好几种型号的气缸产品，有符合某家国外公司连接尺寸的，有符合ISO6431标准连接尺寸的，也有自己长期生产的老标准气缸的等等。一个并不很复杂的气缸选用变得模糊起来，为什么选这个型号而不可以选那个型号?这几个型号气缸之间有什么区别?哪一个选用才是正确的?实际上，这仅仅是一个标准化的区别。近二年来，这个情况大有好转，国内许多厂商己经开始生产符合 ISO15552国际标准气缸(符合ISO6431 + VDMA24562标准的气缸连接尺寸)。在第五版里，我把国内采用 ISO15552国际标准气缸的气动厂家列了一个名单，另外我照顾到还有很多国内厂商没有转换过来，选用了相互都生产的但不符合ISO15552国际标准的气缸，我也列了一个名单。但等到第六版时，不符合 ISO15552国际标准气缸的厂家名单我就不列了。这样做目的就是希望我国真正能赶上世界潮流，这完全是基于技术上的考虑，没有其它什么想法。

　　关于标准化这件事情，我认为还有许多工作要做，国际上先进气动企业对待标准化的规范是十分重视的。我们国内可能还没有考虑到的一些内容，比如说防静电的产品、食品卫生、食品包装行业、电视机显像管、汽车喷漆等行业的一些规定规则，我们要把这些告诉大家，要让大家从气动应用认识上跟国际接轨。如在医药卫生、食品加工、包装过程中，要遵循 HACCP 食品行业标准(从设备设计、与食品接触程度、空气气源质量、对气动元件专门要求);在电视机显像管行业，使用不含铜、PTEF的气动产品，气动产品中铜的含量不能过高，否则会影响显像管的质量;汽车喷漆等行业中，不能含油漆湿润缺陷的物质如硅、脂肪、油、腊等。根据平时交流的情况，我们了解到国内很多厂家对此都不太熟悉。我把它放到了手册里。

　　在《机械设计手册》里，还有一个气动执行元件的分类情况。大量的、不断新开发的气动执行元件进入产品样本之后，不要说用户搞不清楚，连销售工程师自己也觉得品种太多，该用哪个气缸难以选择，所以要有一个好的分类方法。由于遵循国际标准这样一个思路，气动执行元件归类就简便、清晰得多。我们把气缸分成普通型气缸(不带Voice of Enterprise 企业之声导向驱动装置)与带导向驱动装置(即内置滑动导向装置或循环滚珠导向装置);普通型气缸又分有杆气缸和无杆气缸;有杆气缸主要以小型圆形气缸(ø8 - ø25)(ISO 6432 标准)、紧凑型气缸(ø20 -ø100)(ISO 21287 标准)普通型气 缸(ø32 - ø320)(ISO 15552标准)为主体，需要说明的气动执行器应用中，占 85% 以上是上面提到的这三个国际标准气缸，一旦确立了这样按国际标准体系分类之后，一系列派生功能气缸归类变得十分简单，如活塞杆抗扭转气缸;活塞杆加长螺纹 / 内、外螺纹 / 特殊螺纹气缸;双出杆 / 中空双出杆气缸;行程可调气缸;阳极氧化铝质活塞杆 / 带皮囊保护套活塞杆气缸;活塞杆防下坠气缸;活塞杆锁紧气缸;耐高温气缸;耐腐蚀气缸;低摩擦气缸;低速气缸;不含铜及PTFE 材质气缸;倍力气缸;多位置气缸;带阀气缸;带阀及现场总线接口气缸;清洁型气缸(易清洗气缸)等等都归类该标准之下，而且它的外部连接尺寸完全一致都可互换。无杆气缸可分绳索气缸、钢带气缸、磁耦合无杆气缸、无杆气缸/ 带锁紧机构无杆气缸。目前新开发的带导向驱动装置开始多了起来，我们把单轴导向驱动装置分直线导向驱动单元(以单轴运行为主如：导杆止动气缸、高精度导杆气缸);把二维、三维组合运行导向驱动装置归成模块化导向系统装置。这样可解决目前气动执行元件品种繁多这样一个难题。每一种气缸总可以找到它的一个位置。

　　这次第五版《机械设计手册》气压传动篇新增加了真空元件章节、传感器章节、新产品新技术章节、气动相关技术标准及资抖章节，补充了电—气比例 / 伺服系统及产品章节、阀岛，气动肌肉等新的内容。电缸没有放进去。我们现在要改变一个观点，以前我们认为气动是便宜的，现在看来气缸是非常需要节能的，空气是很贵的，这里提一个十分重要的低碳气动技术观点，即关于气源的成本问题。压缩空气是一种高能耗、低效率的二次能源，直到现在为止，多数企业对压缩空气并不重视，压缩空气一度还被认为是免费的，或成本非常低廉的，在这种观念的指导下，造成的浪费也是非常巨大的。就压缩空气的成本而言，它包括设备投资成本、维修成本及电力消耗成本等。通常情况下，压缩机运行所要求的功率，每年还需占压缩空气使用总成本的75%，甚至更高。根据压缩机厂商资料介绍，从理论计算结果，仅有 20% 左右的压缩机功率可以转化成可供使用的功。其它 80% 左右的空压机能量被转换成热能而被消耗浪费掉。如果加上系统配置不合理、操作不当、元器件及管道连接泄漏、不正确使用等等，由此每年造成的浪费更是惊人。所以现在电缸出来了，甚至气动厂商也在制造电缸，当然并不是压缩空气贵的问题。而是随着自动化流水线其控制速度越来越快、精度要求也越来越高。寻求一种合适的控制

　　技术是符合科学发展观需要的。您认为气动最突出的优势主要有哪些?随着电动技术的发展，气动是否会受到冲击?现在能感觉到吗?

　　气动控制的优势主要有两方面，一是方便，调试、使用、维护都很方便。比如一般的操作人员，不用太多的专业知识，只要作一些培训就会使用。而电动控制要复杂一些，对工人的技术要求要高很多。二是受环境影响比较小，电控不能在潮湿的环境，不能在易燃易爆的地方。气动没有这些限制。

　　关于气动是否受到冲击?要具体分析：当面临诸如灰尘、油脂、水或清洁剂等恶劣的环境条件时，气动驱动器显得特别有优越性。尤其是目前的气动驱动器，由于采用模块化的设计结构及安装技术，使其能方便、快速地改动某模块，便能使自动流水线很快投产。气动驱动器与真空吸盘、气抓取技术组合能提供典型的抓取功能，操作方便成本低廉。而且气动驱动器非常坚固耐用。这些都是气动驱动特别优势的表现。但并不表示它在自动流水线上能满足高节奏、高精确的定位要求。需要说明的是，当气动驱动器与相应的传感器、气动流量比例阀及比例控制器组成一个气动伺服定位系统时，它的定位精度是±0.2mm。显然，±0.2mm停位精度在高节奏、高精度自动流水线上是远不能满足实际工况需要。而带伺服马达的电驱动重复精度可达到 ± 0.02 mm。在作用力快速增大且需要精确定位的情况下，带伺服马达的电驱动器具有优势。对于要求精确、同步运转、可调节和规定的定位编程的应用场合，电驱动器是最好的选择。另一方面，我个人认为国际上一些领先的气动厂商己考虑到耗气量太大会是一个问题。所以带导向装置的导轨气缸就出来了，带导向装置的导轨气缸的缸径尺寸小了，由于内置了摩擦力很小的滚珠轴承寻轨，可以承受较大的径向负载，所以现在气动厂商也在优化气动产品、优化系统。我能感觉到的是气动厂商越来越理智，过去排斥电驱动技术，现在不仅不排斥，还友好相处，一切从用户操作方便、经济合理角度出发。

　　这么说来，气动的前景呢?

　　我个人认为，一旦解决了气驱动与电驱动在人们心理上的疙瘩，气动技术的发展又到了一个飞跃阶段。自动化控制的最终目标要完成所需的运动动作。当解决了什么时候用气驱动，什么时候用电驱动，接下来又是一个标准化接口问题。现在有杆电缸的连接尺寸已参照我们 ISO15552国标准气缸的外部连接尺寸，一旦有了无杆气缸的国际标准的话，无杆电缸的制造也有标准的接口可参照，设计一个多维运动机构又将简化了许多，再分气驱动用得多还是电驱动用得多?已无实际意义!都是气动厂商提供产品，只是根据该项目的实际需求来决定的。其实气动技术也在扩张，扩张到电控领域又何止是电驱动。比如阀岛产品也是包含电控这一块。我们以前只是气动的阀门，PLC 控制器、电输入 / 输出模块等都是由电气厂家供应的。现在我们提供的阀岛产品是一种集气动电磁阀、节点控制器、电输入输出部件的一个独立的控制系统产品，而其中节点控制器、电输入输出部件也已成气动厂商自己开模具，自己在做的产品之一。气动与电接合后其发展潜力巨大。

　　所有的自动化都是从气动开始设计的，为什么?因为我们机械传动的时候，比如说齿轮传动也好，直线传动也好，蜗轮蜗杆传动也好，传送角度受到限制，气动却很方便，你只要把空间的轨迹搭建好了，气缸的运动方向也就很方便确定了(任意空间的角度，与水平相交 15 度、20 度、30 度等都可以)，速度的快慢只要调两个速度阀。这个在你第一步设计的时候就要从这方面开始，然后确定气缸的规格，电磁阀规格，再来配气源三联件。所以很多自动化的设计都是从气动技术开始做起，然后再设计整个设备的机械系统，也就是说气动是非常有用的。工业自动化需要气动技术。

　　那么什么才是气动的发展方向呢?气动的发展方向必须是省气源的，小型化的，微型化的，集成化，智能化，模块化的，这是什么意思呢?这就是要跟电气合在一起，大了怎么跟电气合在一起?这样说以后都要跟电相结合 ?

　　对。比如说我国有一个研发人员设计了一个气 / 电比例阀，比例阀的输出口要有一个压力传感器来做反馈，这个微型压力传感器在国内很贵，所以这个产品无法推广。但后来到了德国后发现并不是很贵，这样本来是实验性的东西就可以走向市场，作为商品来销售了。所以电子元件价格一下来，马上新产品就可以推出来了。以后会有很多类似的电子元件的价格下降对气动元件带来影响，因此，气与电结合将是气动唯一的发展出路。 请您谈一下阀岛技术的发展。阀岛是德国 FESTO 公司在 1989年研发的产品，现在世界上几乎所有气动厂商都推出这一产品，阀岛的诞生加速了气动控制技术的应用发展，当然阀岛技术的发展离不开当今世界的通信技术发展，离不开目前现场总线技术、以太网技术的发展。目前带分散与集中的控制并具诊断功能的模块化阀岛(可内置/ 也可不内置 PLC)组合成一个智能控制装置。通过采用现场总线、或以太网的通信方式，它不仅可以控制现场设备，而且还能对远距离的设备进行控制、操作和故障断。借助于 internet 网络，可对几千公里之外的现场设备进行故障诊断。目前网络专家们正全力以赴开发通过以太网 IP 的 100% 安全数据传输，一旦解决之后，对几千公里之外的现场设备进行实时控制将成为现实，自动化控制将发生巨大的变革。某些国际先进的气动厂商的阀岛产量己占阀类销售的 40%以上。

　　您觉得未来几年，气动技术会在哪些领域里发展的更加迅猛呢?

　　这个题目太大了，也太难回答了。你指的是国内、还是国际上未来气动的发展?要说国内那就说不完了，许许多多事要做，也有许许多多的发展机会，最主要的是提高质量。国际上的话，我个人看法是朝着一个帮助客户提供、解决整套方案这样的目标在发展。因为气动厂商不仅仅提供气动技术方案，它还会帮助客户解决由其它相关技术与气动技术相结合的问题。如：由视觉传感设备感受发出的电信号如何与气动程序的判别检测结合起来，完成下一步动作程序等。气动己经在很多领域里应用，但决不停步，如果下一个发展领域是生物医药、太阳能制造业等的话，那么气动技术也一定会在那个领域搞得轰轰烈烈。