文| 潘瀟雨
編輯|彭孝秋
在今天，當人們再提起機器人或是人工智能時，大多指向了同一個方向——智能制造。作為智能制造的底層支柱，工業(yè)自動化的重要程度不言而喻，而這個看上去并不性感，且曾經(jīng)一度游離在資本市場之外的行業(yè)，也開始站在了風口之上。
工業(yè)自動化（又稱工控自動化），是指將自動化技術運用在機械工業(yè)制造環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)自動加工和連續(xù)生產(chǎn)的作業(yè)手段。根據(jù)MIR統(tǒng)計，2021年中國工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)總價值量達到2000億元左右，我國工業(yè)自動化市場規(guī)?？傮w保持上升趨勢，2019-2021年復合增速超過30%。
盡管看似遙遠，但是隨著工業(yè)自動化滲透加速，數(shù)控機床、油田鉆井、塔式起重機這些沉重又龐大的機器，正在經(jīng)歷著一次又一次的重塑，通過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角落。
而在操控這些鋼鐵猛獸的環(huán)節(jié)中，電機驅動器（變頻器或伺服驅動器）是不可或缺的一步。在一個完整的執(zhí)行動作里，電機首先將電壓信號轉換成轉矩與轉速，再通過驅動器驅動控制。簡單理解就是驅動器通過控制電機，將電能轉化為機械能。
然而，正是這樣一個重要如人體心血管系統(tǒng)的動力系統(tǒng)，長期以來卻被國外公司占據(jù)了大半壁江山。盡管近年來國產(chǎn)替代的浪潮興起，已有像匯川、英威騰等公司開始搶占國內份額，但仍有超半數(shù)的市場持續(xù)被國外ABB、西門子等老牌公司壟斷。根據(jù)東吳證券數(shù)據(jù)顯示，2020年在變頻器市場，ABB、西門子等占據(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，除了國產(chǎn)品牌作為后來者，還處于增量市場中；另一個關鍵原因在于，國產(chǎn)品牌的控制技術實則尚未追平海外，其中就包括在精密機床、塔式起重機、船舶等高端應用場景。由于國產(chǎn)技術在精度、響應速度、穩(wěn)定性等多重方面仍存有欠缺，因此遲遲無法完全替代。
但近日，36氪卻在深圳發(fā)現(xiàn)了一家公司——弘遠電氣，通過自研工控驅動的直接轉矩控制（DTC技術）和磁通矢量技術，在高端驅動器應用中能夠替代ABB、西門子、科爾摩根、倫茨等品牌。并且在公司成立不久后，就快速實現(xiàn)了盈利。
在深圳龍崗一個遠離熱鬧中心區(qū)的地方，周圍是散亂的廠房和堆疊的工程物料，弘遠電氣的創(chuàng)始團隊就在這里默默研發(fā)了近10年。去年，弘遠的年收入達0.5億元，并在10月獲得了深圳高新投和分享投資的數(shù)千萬元A輪融資。
目前，弘遠的技術已經(jīng)應用于多項國家重大項目，包括向陽紅號深?？瓶即鹘g車的電驅控制、新疆克拉瑪依油田3千米下的螺桿潛油泵驅動、軸研科技16萬轉/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）電機節(jié)能改造。此外，還拿下了韓國PNT（鋰電設備）、徐州重工、江門佳鐵、哈挺、聯(lián)測科技、江陰宇航等行業(yè)標桿客戶。
韓國PNT成柜
機床、船舶、起重機、測功機、鋰電生產(chǎn)設備......這些看似各不相關的應用領域，其實背后都有著對電機驅動性能的嚴苛要求，這也是弘遠能夠打下市場的關鍵技術。弘遠的核心優(yōu)勢在于同時掌握了磁通矢量控制與DTC技術，而此前，全球唯一一家同時掌握兩項技術的還是ABB。
目前，在工控驅動層面存在三種主流的控制技術：V/F標量控制、磁通矢量控制和直接轉矩控制（DTC）。而在國內，大多控制仍主要依托于V/F標量控制和簡單的矢量控制，對應的應用也是較為低端的市場。
其中，V/F標量控制的原理是直接控制電機轉速，但在低速運行時，無法滿足設備對力矩與精度的要求。因此更適用于工業(yè)和民用的風機、水泵等簡單調速設備等。而磁通矢量控制的技術進步，是能夠更加精準高效地驅動電機，且提高電機響應速度。
作為一種更優(yōu)的控制技術，DTC技術可以理解為一種軟件技術，通過建立一個應用在驅動器上的數(shù)學模型來控制電機。這里的難點就是在這套數(shù)學模型中，存在大量復雜的變量。
“這套技術建模，需要掌握計算機科學、電磁理論、信號處理、離散數(shù)學、機械傳動、流體力學、電機等多種學科?！焙脒h電氣創(chuàng)始人臧紹敢告訴36氪，除了需要具備多學科交叉的能力，更需要其搭建的電機控制模型，能適配多種類型電機的數(shù)學模型。
而弘遠的契機，也源于創(chuàng)始團隊曾在2015年左右，有過一段對大量國產(chǎn)異同步電機配合驅動的經(jīng)歷?！澳菐啄?，我們前前后后配合測試了100多種異同步電機，所以也積累了大量電機的適配經(jīng)驗?！标敖B敢說。
盡管在歷經(jīng)多重坎坷后，弘遠最終掌握了DTC技術，但如何落地，卻是技術公司在商業(yè)化上普遍的掣肘。
在弘遠的發(fā)展歷程中，繞不開幾個關鍵節(jié)點，正是這幾個項目的攻破，驗證了弘遠技術的可行性，也為其打開市場，帶來了一次次機遇。
2018年，弘遠率先迎來了江門佳鐵帶來的機會。當時國內在3D精雕機床上，存在高轉速、高精度的技術需求，需要在1.1秒停頓時間內快速換刀，而此時國內外的一眾廠商都無法實現(xiàn)，這也給了弘遠第一批產(chǎn)品落地的機會。據(jù)臧紹敢介紹，如今，弘遠可以達到在電機轉速為36000萬轉的情況下，實現(xiàn)0.5秒間隔快速換刀。
江門佳鐵讓弘遠獲得了第一批產(chǎn)品落地的機會，下一步就是尋找新的市場。
2019年，弘遠瞄準了薄膜紙張的印刷包裝領域，這也是日本安川在國內的主力市場。薄膜印刷領域的特性，就在于對小張力控制需求格外精準，通常只需要3%左右的力矩控制?！疤貏e是薄膜這類材料，它需要快速響應且穩(wěn)定的力，不能有一點抖動，就要在低轉速下快速精準地力矩控制?！标敖B敢表示，通常國內的驅動器只能做到6%及以上的力矩，而弘遠可以做到1%。
能夠滿足如此快速的換刀需求以及小張力控制需求，本質仍離不開DTC技術的高精度性能。DTC技術的原理是將電機與驅動器看作一個整體，直接控制電機的轉矩，也因此在面對小張力需求時，能更精準地控制力矩輸出。同時，也能保持轉矩的重復精度，使操作更加穩(wěn)定，確保生產(chǎn)的一致性。
在成功打開了兩大市場后，2020年弘遠的營收也翻了一番，并且實現(xiàn)了盈利。
2020年下半年，弘遠進入了葛洲壩水泥廠，對永磁電機進行節(jié)能改造。此后，弘遠也陸續(xù)切入了國內部分新興永磁同步電機廠節(jié)能改造的項目中。
事實上，隨著工業(yè)領域中電機產(chǎn)品的應用日益廣泛，在給生產(chǎn)與生活帶來極大便利的同時，作為電能消耗的主要設備，電機所造成的能耗問題也同樣不可忽視。因此，對電機的節(jié)能改造也迫在眉睫。
對比如今普遍使用的矢量控制，由于磁通矢量控制是通過磁通變化來間接控制轉矩。所以DTC技術直接控制電機轉矩，也就能在電機相同負載情況下，將電能更高比例轉換成機械能，且最大程度降低電能損耗。
測試臺
隨著應用領域不斷拓展，臧紹敢很快發(fā)現(xiàn)，在我國已經(jīng)應用多年塔式起重機，實則也因為電機驅動而存在大量問題?！耙环矫媸撬趸剞D的啟停效率跟不上，存在重物搖擺以及抗風力差的問題；另一方面是吊鉤的定位也并不精準?！?/p>
塔式起重機對于電機驅動的要求，關鍵在于實現(xiàn)低轉速下大力矩，并且響應速度足夠快速，才能避免啟停效率低和重物搖擺等問題。
而DTC技術的優(yōu)勢就在于，能夠在0HZ時仍保持輸出轉矩，實現(xiàn)開環(huán)零速滿轉矩。同時，也具備了足夠快速的響應速度與加減速，例如從零到額定轉矩，DTC技術只需要3毫秒。由此，弘遠開始步入了起重領域，并在年初成功拿下了徐州重工的項目。
此外，弘遠也陸續(xù)在國家重點項目上發(fā)力，例如在潛油深度1500-3000米及以上的深地潛油中，實現(xiàn)驅動應用；并在深海探測作業(yè)中，以AFE低諧波驅動器，配合完成了深海11000米鉆探取樣作業(yè)等。
目前，弘遠的應用市場主要在機床、船舶、起重、測功儀、高精密壓機、鋼板分條縱剪設備等，還有永磁直驅、運動控制以及高速風機等場景上。臧紹敢將弘遠的應用主要劃分為三類，“其一針對碳中和領域，配合永磁同步電機的節(jié)能改造；其二對精密加工有更高需求的輕工業(yè)領域；其三是有專精特性需求的如高速風機、測功儀等領域?！辈⑶?，其產(chǎn)品用戶也已覆蓋清華大學、浙江大學、西安交通大學等一批國內一流工科高校。
團隊方面，弘遠的創(chuàng)始團隊主要來自愛普生、施耐德、康佳等公司，在驅動器、算法、電機模型等方面有多年積累。其核心技術團隊出自南京理工、華中科技、華南理工等院校的機械設計及自動化等專業(yè)。其中，創(chuàng)始人兼董事長臧紹敢曾任職正弦、庫馬克，曾創(chuàng)建康佳生活電器業(yè)務，在驅動器、電機領域有豐富經(jīng)驗。
智能制造的風口越吹越盛，國產(chǎn)替代的浪潮也正在奔涌而至。在臧紹敢看來，國產(chǎn)替代的意義一定不是低值廉價路線，在價格戰(zhàn)的內卷中搶占市場，而是真正地啃一些硬骨頭，實現(xiàn)在技術和產(chǎn)品層面對全球頂尖廠家的超越。在熱鬧嘈雜的市場環(huán)境中，尋找一個安靜的地方下苦工，也像極了弘遠的寓意——士不可以不弘毅，任重而道遠。
