在过去多年的发展历程中，气动技术已经被证明是实现自动化技术的一种非常有效的方式。然而随着人类社会对节能的需求越来越强烈，气动技术的气源成本也越来越受到关注。因此，如何有效地控制气源成本已成为用户以及业界关注的焦点。在本期业界对话中，我们邀请了气动领域的重要专家和厂商，分别从压缩空气自身如何科学实现功率评价，以及综合了电动技术与气动技术为一体的全新的气动技术的角度，为气动技术的持续发展提供了全新的视角。

电缸在气动行业内悄然兴起

费斯托（中国）有限公司副总经理  王雄耀

过去若干年来，工业生产率明显上升，在很大程度上取决于自动化控制的发展，当然也包括气动技术的不断创新。我们不必再描述气缸、真空抓取和阀岛等气动技术所作的贡献，因为这些都是众所周知的。随着电子技术和二进制数字技术的发展，自动化流水线的控制速度越来越快、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。我们分析并预测今后工业自动化发展需求，气动元件制造厂商是否只发展气驱动？是否也要开发电驱动？如何发展气驱动或电驱动都是十分重要的。

当面临灰尘、油脂、水或清洁剂等恶劣条件时，气动驱动器极具优越性。尤其是目前的气动驱动器，由于采用模块化设计及安装技术，其能方便快速地改动某模块，使自动流水线很快投产。气动驱动器与真空吸盘和气抓取技术组合能提供典型的抓取功能，操作方便且成本低廉，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和高精确度的定位要求。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定位精度在高节奏、高精度自动流水线上是远不能满足实际工况需要的。而带伺服马达的电驱动重复精度可达到± 0.02mm。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明显优势。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。

另外，还要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，直到现在为至，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，在这种观念的误导下，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。根据压缩机厂商的资料介绍，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，其他80%左右的空压机能量被转换成热能浪费掉。如果加上系统配置不合理、操作不当、元器件和管道连接泄漏以及不正确使用等，由此每年造成的浪费更是惊人。当前国际上，有一些气动制造厂商，尤其是一些坚持为客户提供整套解决方案的气动制造厂商，在对待自动化驱动这一课题上，几乎都采取二种做法，一方面就是针对气驱动产品开发上，更多地研发模块化的带导向装置的气缸（减小气缸缸径，但可增强气缸承载能力），另一方面则是悄然地研发电驱动，无论是电缸（齿形带传动型、丝杆传动型）、步进马达、步进马达控制器、伺服马达、伺服马达控制器还是直线马达等全方位的开始研发、生产并投入市场。因此，我个人认为，从气动行业内部分厂商悄然发展电缸，到更多气动厂商参与开发电缸这条路是必然的，其主要原因是：高节奏、高精度的自动流水线工况要求，电驱动带具有作用力大、定位精确和运转同步等优势，人们对低碳气动技术的重视，及对今后电子元器件（包括电缸的元器件）成本大幅度进一步地下降的期待。在相当长一段时间内，气驱动与电驱动的发展会处于良性、互补状况。一条流水线上有气驱动和电驱动互搭的情况是再正常不过的，而且或许往往是最佳的设计方案。

压缩空气的功率评价已提上日程

北京航空航天大学SMC节能环保中心主任 蔡茂林

2010年10月20日，ISO/TC131（国际标准化组织流体传动系统技术委员会）在日本东京召开全体工作组专家会议，商讨流体传动领域中拟立项发展的新的国际标准项目。其中，6个候补项目中的第一项是液压气动元器件的能耗评价及测量方法的标准化；第二项是元器件泄漏的在线检测及诊断；第五项是流体能量存储技术；第六项是压缩空气排气回收的能量计算及经济可行性论证，节能相关项目占了2/3。显然，正在吸引全球目光的气候变化会议以及逐渐升温的低碳公众宣传使得节能减排渗入到各行各业，流体传动标准化领域也在响应时代脉搏行动了起来。

2009年底，笔者负责的压缩空气功率评价标准化研究课题获得国家质量监督检疫总局的公益性科研专项立项支持。2010年9月在黄山召开的全国液压气动标准化技术委员会气压传动和控制分技术委员会（SAC/TC3/SC2）第四届三次会议上，与会代表就将压缩空气的功率评价及测量方法制定成国家标准，并进而推动其成为国际标准一事达成一致意见。压缩空气的功率评价已然提上了日程。

气动系统以空压机为动力源，以空气作为工作介质，其系统构成简单、元器件价格低廉、环境污染小且工程实现容易，广泛应用于机械、化工、电子、电器、橡胶、纺织和汽车等各种制造行业。由于各种元器件消耗的是压缩空气，而压缩空气来自大气，为非资源性气体，其能耗问题很容易被忽视，很少被关注。但是，空压机用电在各行业制造业工厂占比10%~35%，在我国每年总用电量高达2100亿度的事实又使我们不能不将其列为重要的节能对象。

由于世界各国在压缩空气能耗评价及测量上没有统一的标准，当前气动元器件、气动设备和气动系统的能效无法正确评价，从而无法引导用户优先选用能源利用效率高的气动元器件和设备，无法指导用户分析自己工厂内气动系统中的主要损失和浪费，从而造成大部分企业对气动系统及其元器件的能耗问题认识不足，节能意识淡薄。

因此，明确压缩空气所携带的能量，将其评价及测量方法制定成国内和国际通行的标准，对今后设备及系统的量化评价及节能化设计、气动节能措施的效果预估及气动节能活动的深入开展具有重要意义。

当今，在全球范围的工业现场普遍采用的气动系统能量消耗指标是空气消耗量，即消耗空气的体积流量或体积。空气消耗量不具有能量单位，不能独立地表示设备能耗。而且，使用该评价体系无法对气源输出端到设备使用端的中间环节的能量损失做出量化，比如管道压力损失导致的能量损失无法计算。这样，基于现有的能耗评价标准无法明确气动系统内由于系统设计问题造成的能量损失，气动系统节能改造的深入难以为继。

气动功率新概念的提出，为压缩空气的功率评价及测量提供了一种科学、实用的方法与手段。气动功率的计算只取决于压缩空气的当前的压力、流量及温度，能够量化气动系统中的各个环节、设备和元器件的能量利用效率和能量损失。

气动功率的计算如表1所示。表压力0.7MPa、流量1000L/min(ANR)的压缩空气的气动功率为3.49kW。从单位kW可以看出，气动功率使工厂中的压缩空气可以与电力一样，在kW单位下统一来进行能耗管理。此外，气源和输送管道等各个环节的损失可以分别用气动功率计算出来。例如，流量1000L/min(ANR)的输送管道压力从0.7MPa降到0.5MPa时，其气动功率从3.49kW降到3.00kW，功率减少0.49kW，损失14%。

我们期待气动功率新能耗评价及测量体系的建立将推动气动系统的节能进入到一个全新的阶段。

智能气缸引领气动技术新发展

经过半个多世纪的发展，气动技术已由原来的粗笨型、低精度、相对独立型向集约化、轻巧化、电-气化、精准化和智能化发展。技术和理念的不断推陈出新，使气动技术不论是在轨道交通、石油化工、商用汽车、机床设备和电子半导体等工业领域，还是在生命科学、食品饮料、造纸印刷和包装打印等领域，都更加贴近我们生活的方方面面。

诺冠作为世界著名的气动和流体产品制造和供应商，在为全球客户提供气动和流体控制解决方案的同时，也致力于新一代气动产品的研发，为推动气动技术向前发展作出自己的一份贡献。

一直以来，气缸与电磁阀都是气动回路中两个最重要的执行元件和控制元件，且两者相对独立。随着工业的发展，缩短气缸的响应时间并降低回路整体的成本成为一个重要趋势，于是带阀气缸应运而生。传统的带阀气缸虽然在一定程度上满足了客户的需求，但是其不规则的外形给安装带来了极大的不便。此外，更重要的是它并没有改变气缸与阀简单“叠加”的本质。如今，客户对气缸的要求日益提高：轻巧型、易安装及易控制成为主流条件。在这样的背景下，诺冠推出了“智能气缸”(图1)以满足客户的应用要求。

诺冠推出的“智能气缸”

如图所示，除活塞和活塞杆外，缸体主要由4部分组成：前端盖——包含前缓冲和聚氨酯密封圈，且符合ISO安装方式；缸筒——铸铝，四拉杆内藏型；控制模块——包含换向阀、节流阀、气缸给排气口和后缓冲调节螺钉；后端盖——包含电磁阀排气口、LED状态指示灯和M12的电缆线接口，且符合ISO安装方式。

智能气缸将ISO型材气缸、金属密封阀、节流阀、可调缓冲和磁性开关等完美地结合到一起，具有气动回路内自三联件之后所有产品的功能，且具有诸多优点。

（1）四拉杆内藏型的设计给了气缸简洁的外观和坚固的结构，更重要的是外形尺寸依然符合ISO标准，不会给安装带来任何麻烦；

（2）内置的电磁阀包括两位五通和三位五通两大类，足以满足一般应用需求；

（3）内嵌式节流阀使气缸整体更加美观；

（4）磁性开关不外露，可以避免由于碰撞而导致的磁性开关损坏。

智能气缸只需一条电缆线

此外，智能气缸只需要一条气管与一条电缆线便可实现包括进气、排气和两个磁性开关信号输出在内的正常动作(图2)，比普通气缸缩减一半；再加上相比普通回路中省去的电磁阀与节流阀之间的气管与接头，智能气缸在节省安装时间和成本方面的优势是非常明显的。现在，工厂自动化的程度越来越高，智能气缸也配备了总线连接方式(图3)，使控制更灵活自如。

智能气缸的缸径?32~?100，能够替换中小缸径气缸和电磁阀，由于保护等级最高可达IP67，所以应用极其广泛，尤其是在包装和机床等行业更能凸现其优势。

智能气缸也配备了总线连接方式

将来，气动元件会受到更多的挑战，对于集约化和智能化的要求会越来越高。气动技术不仅要借助先进的制造加工手段，还要与其他成熟的技术相结合，并且不断挖掘自身的潜力，才能把理论和产品推向下一个新的高峰。诺冠的智能气缸已经迈出了这一步，也必将推动气动技术的新发展。