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机械工业一院王玉珏谈谈高端制造的几个问题似的

发布时间:2021-07-14 08:33:36 阅读: 来源:三角龙骨厂家

机械工业一院王玉珏:谈谈高端制造的几个问题

智能制造是针对产品、装备的设计制造的过程,利用信息感知、决策判断、安全执行等先进技术,实现制造资源优化配置,达到由人类专家与智能机器共同组成的人机系统去扩大、延伸和部分取代人类在制造过程中体力与脑力劳动的目的。谈谈高端制造的几个问题

Thoughts on High-end Manufacturing

--在安徽省机械工程学会2012年会上的主旨报告

机械工业第一设计研究院 王玉珏

主题词:高端制造、核心部件、精益生产、智能制造、再制造

1、问题的由来Why

十八大前夕的10月11日,国务院领导听取经济形势汇报时,问到机械制造业还有什么是短线?中机联领导的回答是:只要我国会制造的,全部都是长线。不会制造的全部是短线。

后金融危机时代,我国人口红利即将丧失、劳动力成本大幅攀升、缺乏训练有素的工人等问题,使许多企业开始转向采用自动化、数字化、智能化的装备,催生高端制造。

以美国为代表的工业发达国家回归实体经济、重振制造业,将发展高端制造作为重新夺回制造业主动权的杀手锏。美国新当选的奥巴马总统明确提出美国要重新回到 制造业时代 ,这预示着美国未来将把更多的精力放在高端制造业发展上。

美国的瓦德瓦教授2012年1月11日在《华盛顿邮报》提出: 当我们将人工智能、机器人和数字制造技术相结合,将会发生一场制造业的革命。它使得美国企业家在本地建厂开工,生产出各种各样的产品。这样,中国还如何能与我们竞争?美国注定要重新获得制造业的领导权,而很快就该轮到中国去担忧了。 瓦德瓦的文章在1月24日新华社《国内动态清样》转载,中央领导很重视,李长春、张德江作了重要批示。路甬祥副委员长给予了具体指示。

钓鱼岛事件对于中日技术博弈的深远影响不可小视。

十八大后政府高度关注经济发展,建设美丽中国的迫切需求。

面对复杂多变的经济形势,作为制造业的我们怎么办?《易》曰:知几其神乎!《诗 小雅》曰:如彼雨雪,先集维霰。天气冷了,外部形势在改变,考虑如何抱团取暖已迫在眉睫,变革是主题,把握机会很关键。必须利用时机,树立信心,必须研究产品的差异化,必须进行工艺创新,必须提升自己的高端制造能力,恢复经济增长。

下面我谈一些个人对于高端制造的认识,抛砖引玉,就教于方家。

2、高端制造的范畴What

2010年3月12日,温总理在《政府工作报告》指出 发展战略性新兴产业,抢占经济科技制高点,决定国家的未来,必须抓住机遇,明确重点,有所作为 。 要大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息络和高端制造产业。

2010年9月8日,国务院常务会议审议并原则通过了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,确定战略性新兴产业成为我国国民经济的先导和支柱产业。提出现阶段选择节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个产业,在重点领域集中力量,加快推进。从 高端制造产业 变成 高端装备制造产业 两字之差,意义非凡。

高端制造产业指制造业的高端领域,我个人理解主要体现为:

技术含量高,表现为知识、技术密集,体现多学科和多领域高精尖技术的集成;(技术水平要高)

处在价值链的高端,具有高附加值的特征;(投入及产出要多)

在产业链中占据核心部位,其发展的水平决定来产业链的整体竞争力。(产业控制力要强)

将高端装备制造列为战略性新兴产业,对制造业发展意义重大。

对鼓励装备制造行业向高端发展,起到了政策引领作用;

有利于鼓励企业加强自主创新,重视研发,有效推动企业成为创新主体;

有利于传统机械产业改造升级,对于节能节材,生产线升级、产品换代都具有很大促进作用。

高端装备制造业是装备制造业的高端部分,是各项工业技术、信息技术及各类新兴技术的集成载体,其发展直接关系到各个行业的产业升级、技术进步。所以说,向高端延伸,从高端突破,抢占高端领域,是选择,是决策,更是战略。将高端装备制造列为战略性新兴产业,主要目的就是 替代进口 ,能够让国产高尖端产品成为国民经济发展的支柱。

重点培育和发展高端装备制造业,是国家走上创新驱动、内在增长轨道的必然选择,可能会是今后相当长一段时间内产业政策的重点举措。

发达国家凭借技术优势,将其制造产业链中低技术环节转移出去,而将含有核心技术的高附加值部分牢牢控制在自己手中。我国虽已是世界装备制造业大国,但是我们处于国际分工的加工组装环节,其在全球制造产业链中的价值最低。

高端制造还应该呼应市场。在重型机械行业,今年的核电、冶金装备压力很大;前几年各地热上的风电产品、光伏制造装备产品风光不再。教训一定要汲取。

2011年3月,工信部等起草了《 十二五 高端装备制造业产业发展规划》。装备制造业的发展思路可总体概括为一个战略、一个目标。一个战略是调整转型、创新升级;一个目标指的是推进装备制造业由大变强。在发展方向上着眼五个细分行业:航空、航天、高速铁路、海洋工程、智能装备。《规划》预计到2015年,高端装备制造业销售产值将在6万亿以上;力争到2020年,高端装备制造业销售产值占装备制造业的30%以上,国内市场满足率超过25%。

我个人认为此指标有些高,供参考。

国家重点发展的航空、航天、高速铁路、海洋工程、智能装备制造业,安徽制造企业未必都能够高攀上,我把感觉到能参与的几个问题交流一下体会。

3、解决核心零部件制造问题Core Components

我个人以为,不管机械产品本身是否高端,其核心零部件(主要指进口的)一般都是高端制造件。关键基础零部件,元器件及通用部件领域,高参数、高精密和高可靠性轴承,液压、气动、密封元件,齿轮传动装置及大型、精密、复杂、长寿命模具等还是要重点发展。

以液压挖掘机为例,我们用了十余年时间,将我国的挖掘机从年产2000多台做到了世界第一,实际生产能力已突破60万台。我的机械工业第一设计院起到了很大作用--设计建造了大量结构件制造、涂装、装配厂房,形成了主要机身的大规模制造能力。但是高端机型中保证功能和产品寿命的核心件液压泵阀组,约有2/3被日本川崎油工(KAWASAKI HYDROMECHANICS CORP.)一家垄断,我们有些企业从八十年代就开始攻关,技术似乎全都说的明白,但至今规模生产仍有一些问题,关键是质量的稳定以及工艺的不走样做不好。

最郁闷的是,日本川崎油工并不在意大规模扩建提高产量,在一时没有替代品的情形下,为了保证主机的高水准,市场的 饥渴 害的我们的徐工、我们的三一都要放低姿态,与其签订合作伙伴的协议,排队采购。

好在现在国家出台了三基(基础工艺、基础材料、基础零部件)产业发展规划的一系列政策文件。国内一批企业在政策鼓励下埋头开始研发,我们安徽就出现了博一流体公司,我们寄希望于他们。

安徽的中鼎公司,最近收购了美国两个生产高端密封件的公司,应该是从高端基础零部件开始起步,默默地提升国产主机品质的典形企业。

所谓 三基 包括:

机械基础件--轴承、齿轮、液压件、液力元件、气动元件、密封件、链与链轮、传动联结件、紧固件、弹簧、粉末冶金零件、模具。

基础制造工艺--铸造、锻压、热处理、焊接、表面工程和切削加工及特种加工。

基础材料--机械制造业所需的小批量、特种优质专用材料。

目前我国重大装备所需关键零部件主要依赖进口,陷入 空壳化 困境。可靠性和寿命仅为国外同类产品的1//3。 三基 发展滞后已成为制约我国装备制造业发展的瓶颈。

国家确定 十二五 重点发展20种标志性机械产品:

1) 2MW以上风力发电机组轴承

2) 长寿命、高可靠性轿车轴承和重载卡车轴承

3) 高速动车组轴承

4) 大型薄板冷热连轧及涂镀层生产线轴承

5) 高速、高精数控机床轴承及电主轴

6) 2MW以上风力发电机组增速器

7) 高速列车齿轮传动装置

8) 节能环保自动变速器

9) 舰船用大型齿轮传动装置

10) 工程机械用高压液压元件

11) 高压液压阀

12) 农机用静液压驱动装置(HST)

13) 轨道交通用气动元件

14) 大型风力发电关键密封件

15) 干气式机械密封装置

16) 汽车发动机正时链与自动变速箱的高速齿形链

17) 疲劳寿命500万次以上汽车发动机紧固件

18) 汽车和工程机械用高端悬架弹簧、气门弹簧和稳定杆

19) C级轿车整体车身成形模具

20) 高光无痕、叠层旋转大型塑料模具

国家确定 十二五 重点发展15项标志性基础制造工艺:

1) 定向凝固铸造技术

2) 热风长炉龄冲天炉及其熔炼工艺技术

3) 高紧实度粘土砂自动造型技术

4) 板材管材精密成形技术

5) 冷/温精密成形技术

6) 大型复杂结构件精密体积成形技术

7) 热精锻成形技术

8) 激光及激光电弧复合焊接技术

9) 搅拌摩擦焊技术

10) 化学热处理催渗技术

11) 精密可控热处理技术

12) 铝、镁合金、钛合金件表面处理与强化技术

13) 纳米颗粒复合电刷镀技术

14) 超精密加工技术

15) 低温与微量润滑切削技术

十二五 重点发展12种标志性基础材料

1) 高性能轴承钢

2) 高性能齿轮用钢

3) 高强度紧热塑性复合材料因其重量轻、强度高而备受青睐固件用钢

4) 大型、耐蚀模具钢

5) 高可靠性密封材料

6) 机床专用钢

7) 超硬刀具材料

8) 新型焊接材料

9) 液压铸件用材料

10) 高应力弹簧钢

11) 绝缘材料

12) 仪表功能材料

为落实规划,需要经费支持。路甬祥副委员长在今年2月向温家宝总理提出了 关于加强'三基'行业发展的建议 ,建议建立 三基 发展基金。温总理批示工信部与财政部协商。财政部同意今年先拿出5亿元用于工信部提出的 强基工程 ,其中2.5亿元用于 三基 ,但要求要采用新的机制。

工信部提出以20种标志性关键基础件为龙头,由制造企业牵头实施八条龙。

1) 产品核心技术研究

2) 产品的开发

3) 制造工艺攻关

4) 特种专用材料研制

5) 形成产业化的条件

6) 首批机械基础件在主机上的小批量配套应用

根据其形状分为粉末状、球状、片状、柱状、针状及纤维状填充剂7) 试验检测平台建设

8) 技术标准制定

其实在安徽省,发动机也是问题,汽车与工业车辆的自动控制模块、高档数控机床的控制系统、工业机器人的驱动电机、视觉传感器、谐波减速机、控制以减少油温的变化和油泵传动装置的振动对实验机性能的影响器等等关键总成部件,信息化和工业化如何融合,都有待于机械行业同仁的努力。

4、解决精益生产问题Lean Production

精细生产是美国MIT几位国际汽车计划组织(IMVP)的专家对日本丰田准时化生产JIT(Just In Time)生产方式的赞誉称呼。精即少而精,不投入多余的生产要素,只是在适当的时间生产必要数量的市场急需产品(或下道工序急需的产品)。

现在重提精益生产,是因为我们遇到了与当年产生精益生产方式相似的环境。战后日本汽车工业遭到的 资源稀缺 和 多品种、少批量 的市场制约,目前重现于国内市场,我认为精细生产必将成为二十一世纪标准的全球生产体系。

今天在座的很多是这方面的专家,我不班门弄斧,这里只是希望整个社会认真做到:

着力提升装备制造业整体素质,不再浪费有限的资源,少用优质资源制造次品(更不要说用有用的资源制造无用的假劣货!);

能把我们已在原理上熟练掌握的精细生产技术真正用到实际中去;

不仅在生产制造方面精细,也在产品的精细开发、协作配套链的精细控制、营销络的精细运营以及经营管理的精细策划与推进等各个方面应用。

我上个月参加中国工程机械2013年度高层论坛时应邀参观了国内管理较好的某集团新工厂,一排排产品相当壮观,领导请大家提建议,我有点煞风景地指着第一台产品的防护罩对公司领导说,这就是你们与国际一流产品的差距--防护罩的一圈环形橡胶密封条参差不齐,有一段露在外边,另一段压在罩里面,很不整齐--是明显的装配问题--图纸上肯定不是这样设计的。

不必误解,实际我很喜欢这类民族企业。我是希望进一步提升我们产品的水平与质量,真正从精细之处做起,钓鱼岛事件后我敢说,我们民族制造的机械产品如果品质相同时,哪怕卖到日本产品的120%价格,价格相同时,哪怕达到日本产品80%的品质,我们的人民就一定会没有任何考虑地自觉抵制日货!机械行业的同仁们,问题是咱们踏踏实实准备好了吗?这不能只靠愤青来解决。

微纳制造是精益生产另一个方面。

高技术提升制造业的集中体现是信息技术的应用,而制造业对高技术发展的支撑将越来越体现在微纳制造。

高技术发展中许多制造概念只有在微观尺度上才变得可能。如分子制造和纳米生长。信息技术的进一步发展、生物技术的工程应用、海洋工程、航空航天、军事国防、生活消费和健康娱乐,都需微纳技术制造。

5、关于智能制造Intelligent Manufacturing

实际上智能制造与智能制造装备有一些区别。

智能制造是针对产品、装备的设计制造的过程,利用信息感知、决策判断、安全执行等先进技术,实现制造资源优化配置,达到由人类专家与智能机器共同组成的人机系统去扩大、延伸和部分取代人类在制造过程中体力与脑力劳动的目的。

是否可这样认为:人工智能+机器人+数字制造=制造业的革命

这里我们可以追溯一下制造业发展的技术进步节点。

20世纪50年代诞生的数控技术以及随后出现的机器人技术和C索尼试制了电解质采取固体材料的全固体电池AD技术,开创了数字化技术用于制造活动的先河,解决了产品制造多样化对柔性制造的要求;

传感技术的发展和普及,为大量获取制造数据和信息提供了便捷的技术手段;

人工智能技术的发展为生产数据与信息的分析和处理提供了有效的方法,给制造技术增添了智能的翅膀。

数字设计制造技术、工业机器人技术、传感技术、人工智能技术催生了智能制造。

实际上,技术发展、积累到现在,智能制造是制造自动化、制造数字化发展的必然结果和高级阶段。

智能制造将给制造业带来变化--必然以知识为核心;使制造商与客户和市场的联系更为密切;使管理更高效;使生产组织更为柔性;可大幅度提高制造效益和产品质量,降低产品成本和资源消耗。

可以预见,21世纪将是智能制造获得大发展和广泛应用的时代,智能制造将引发制造业的重大变革,甚至是革命性的变化。

对美国以人工智能、机器人、数字制造三大技术引发制造革命、重塑美国制造业未来的战略,我们既要认真分析借鉴,又不能盲目照搬,必须考虑我国制造业发展阶段、产业基础及技术水平,制定适合国情的发展战略和技术路线。

发展智能制造可能会分两步走:2020年前,面上实施数字化制造,点上实施智能制造应用示范;2020年后,在重点产业全面推进智能制造,形成可与美国等在高端制造领域抗衡的制造能力。

未来十年适合国情的制造业发展技术路线是:大力推进信息化与工业化、信息技术与制造各种5g终端多已在研发技术的深度融合,面上进行数字制造的推广应用,点上进行智能制造的研究开发和应用示范。这种制造模式可称之为数字化和智能化制造。

《 十二五 智能制造装备发展规划》已由工信部发布。

智能制造装备是具有感知、决策、执行功能的装备。其定义是:具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备,它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。

智能制造装备包括以下四个方面:

9大关键智能基础共性技术--新型传感技术、模块化及嵌入式控制系统设计技术、先进控制与优化技术、系统协同技术、故障诊断与健康维护技术、高可靠实时通信络技术、功能安全技术、特种工艺与精密制造技术、识别技术。

8大核心智能测控装置与部件--新型传感器及其系统、智能控制系统、智能仪表、精密仪器、工业机器人与专用机器人、精密传动装置、伺服控制机构、液气密元件及系统。

8大重大智能制造成套装备--石油石化智能成套设备、冶金智能成套设备、智能化成形和加工成套设备、自动化物流成套设备、建材制造成套设备、智能化食品制造生产线、智能化纺织成套装备、智能化印刷装备。

6大领域推广应用--电力领域、节能环保领域、农业装备领域、资源开采领域、国防军工领域、基础设施建设领域。

智能制造装备专项第一、第二批招标项目已实施。去年9月,国务院批准智能制造装备创新工程专项计划启动,第一批支持10个方向19个项目已获国家9.75亿经费支持。第二批9个支持方向经招标确定了31个项目,国家支持经费8.1亿元。

中国机器人产业联盟10月底在合肥建立,安徽巨一自动化公司等均有很大的发展空间。

6、关于再制造Remanufacturing

再制造的话题现在很热。何为再制造?

通俗地说,再制造就是让旧的机器设备重新焕发生命活力的过程。它以旧的机器设备为毛坯,采用专门的工艺和技术,在原有制造的基础上进行一次新的制造,而且重新制造出来的产品无论是性能还是质量都不亚于原先的新品。

从技术角度说,再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业,它针对的是损坏或行将报废的零部件,在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上,进行再制造工程设计,采用一系列相关的先进制造技术,使再制造产品质量达到或超过新品。

在全球能源、资源、环境约束日益突显的今天,制造业如何摘掉全球最大资源消耗和污染排放产业的帽子,如何发展绿色制造、智能制造,成为重要课题。再制造兼具绿色制造和先进制造的特色,是节约资源能源的有效途径。再制造和传统大修工艺完全不一样,其重要特征是再制造后的产品质量和性能不低于新品。再制造的工艺流程主要为拆解、清洗、检测、机加工、装配、测试等环节。

拆解:满足再制造要求的发动机首先被拆解且分类。零部件被分成金属、铝、塑料和其他材料四大类。

清洗:拆下来的零部件放进清洗机清洗。在拆解和清洗后,对零部件进行筛选分类,不合格的零部件将会被分类成金属、铝、塑料和其他4四大类,放到相应的铁箱里再作处理。

检测:在前面工序,对零部件进行的是外观分辨,随后还要进一步使用仪器检测,这是再制造环节中最关键的环节。会用各种先进的检测仪器对零部件进行测量、获取数据,判断是否可循环再用。这一工序要求操作人员具备丰富经验,当发现不符合再制造要求的零部件后,依然须报废。

机加工和装配:对部分零部件机加工再用。不需要过多的机加工设备,而是在通过检测程序的零部件后会进入装配工序。对于不合格零部件,再制造采用的方法是更换而不是维修,这也是和大修最不一样的地方。

在装配过程中,发动机采用原机原装的做法。目的是为了保持各个摩擦面已具备的良好配合,这和发动机大修的工艺原理一样。此外,在整个装配过程的质量标准和全新发动机的装配要求完全一致。

100%热试:全新的发动机在出厂前会冷车试验,部分抽检点火热式。而再制造发动机则100%点火,通过热试来考察再制造性能是否达到要求。

打标:打标是一项独立工序,是在再制造产品上用激光刻出其 再制造 的身份标志及编号。用户可通过该标识识别出全新和再制造产品。

图为再制造产品的标志。

再制造的概念起源于美国,据了解,美国近30年实际没有生产一台全新的战车,全是再制造升级的。其最大的坦克生产基地(占地几十平方公里,4000多栋建筑物)其实就是一座战车再制造基地。

美国卡特彼勒公司是世界上最早从事再制造的公司之一。目前提供从发动机、发动机零部件到传动系统及液压件的一切再制造服务,再制造成品要完全达到卡特标准。年回收200万件零部件,完成88万吨废金属的循环利用。所有再制造产品能达到与新零件相同的规格和性能指标,这意味着能用远低于新产品成本的价格获得等同于新产品的质量与价值。

国内已确定了14家试点汽车零部件再制造企业,形成汽车发动机、变速箱、转向机、发电机供25万台套的再制造能力,产值超过20亿元。安徽江淮与奇瑞公司榜上有名。

工信部在多家企业的试点显示,再制造业在质量性能不低于新品情况下,成本只是新品的50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响显著下降。成为建设资源节约型和环境友好型社会的重要途径,概括就是 两型社会、五、六、七 。

再制造产业化存在的问题:

消费者观念与信心的问题。中国再制造行业面对的客户群不一样,比如矿山客户,都是集团客户。很多客户对再制造的认知没到位,还需要教育和引导,普通大众需要更多了解再制造。

规模化生产与支撑。旧件的回收最关键,就跟我们过去换啤酒一样,买啤酒就把啤酒瓶还回去,把押金要回来。这样的机制能促成旧件的回收。要保证一定经济规模才能使再制造成为可能。

严格的行业标准控制。必须确立高于新品的严格检测标准。政策的保护与行业准入要研究,千万别(发夹安装不应完全锁紧明创造了?)成了假冒伪劣产品的保护伞。

再制造回收的还有30%左右废料损耗,无法再利用,必须采用稳定途径处理。

王玉珏,研究员级高工, 1975年参加工作,1982年1月毕业于合肥工大。国家注册机械工程师,注册咨询工程师,英国皇家特许建造师,上世纪始享受国务院津贴,2012年度国家科技进步奖及国家发明奖评审专家。

曾任机械部一院项目总师,副处长,副总师,院长,北京中机一院工程设计有限公司和北京华兴监理咨询公司董事长。现任一院副院长,中国重型机械工业协会常务理事,中国工程机械工业协会常务理事,中国液气密工业协会理事,中国国际工程咨询协会特聘专家,安徽省工业经济联合会副会长,省机械工程学会副理事长,省塑性工程学会副会长,锻压协会名誉会长,蚌埠市科协副主席。

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