摘要 分会专家委员会委员李道育方向比努力更重要涂附磨具要为国家重大装备项目提供服务加快创新速度承担社会责任生产装备的技术升级是企业转型的重要方向今年四月份在上海我和高(忠)老曾代表涂附磨...
分会专家委员会委员 李道育
方向比努力更重要
涂附磨具要为国家重大装备项目提供服务
加快创新速度 承担社会责任
生产装备的技术升级是企业转型的重要方向
今年四月份在上海我和高(忠)老曾代表涂附磨具协会参加了一个由中国机械工业联合会和中国机械工程学会主办的《现代机械工业发展国际论坛》。这个国际论坛总体来讲,演讲者的学术层次是比较高的,像上海机床厂原总工程师,也是我国国家工程院的院士周勤之先生,同济大学的张曙教授,还有许多著名企业的老总和年富力强的博士等,他们既有深厚的理论,又有丰富实际经验,还有现代化的前沿知识,称得上一次名符其实的高峰论坛。听了他们的演讲获益匪浅。上半年我俩还在上海参观了几个展览会,同样也开阔了眼界。在此我就讲一讲国际论坛和展览会上所得到的一些感受,所以今天发言的题目是《我的感受和联想》。
在国际论坛上首先给我一个最大的感触,是各行业都在高度关注今后的技术发展方向问题。记得清华大学的校长在硕士生和博士生结业典礼上,告诫他们的第一句话就是“方向比努力更重要”。这个方向问题不仅对个人的发展十分重要,也确实是摆在每个企业、每个行业面前一个非常重要,也很严峻的课题。
原中国机械科学研究总院副院长屈贤明教授在演讲中介绍说,老美也在考虑这个问题,以前美国的劳动力成本非常高,就把大量的制造业挪到海外,其中很大一部分就挪到了中国,所以中国这几年利用劳动力成本低的优势,在老美和世界市场的驱动下就慢慢变成了世界的制造大国。老美这样搞了之后是什么样的结果呢?结果是进出口的逆差很大,财政赤字累累,大家都知道我们国家买了数量很大的美国国债,这就是我们上亿劳动人民的血汗钱积累下的。现在老美觉得这样下去不行,他们要扭转这种情况,但是靠人力怎么也拼不过中国,只有靠科技,所以今年一月份在华盛顿邮报上有一个美国的奇想大师瓦德瓦教授发表了一篇文章,他说:“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,它使得美国的企业家就可以在本地建厂开工,生产出各种各样的产品,这样中国还如何与我们竞争呢?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发愁了。”他这段话很快就传到我们中央领导的耳朵,中央就要求工信部来研究探讨这个问题。可能在座的有人会感觉老美有点妄想,但是老美的科学技术是非常发达的,我们“神九”最近上了天,大家都为我国航天技术的进步感到兴奋和欣喜;可是老美的飞船已经越过了太阳系进入了银河,他们很快还将登陆火星,从老美宇宙航天技术的发展就可以看到他的科学技术实力是非常强大的,有些现在看上去技术难度很大的想法,不久的将来是有可能实现的。
如今老美就强调一个发展“人工智能”。什么叫“人工智能”呢?这包括两个环节,一是要有感知系统,好比人的视觉、听觉和触觉;第二要有个决策能力,可以根据生产现场的实际情况变化,自行决定执行机构的具体动作。说到底“人工智能”就是把人类长期积累的生产经验和数据全存在电脑内,由它按需调用。目前最好的实例就是人和电脑比赛下棋。而我们如今使用的数控机床只是按人事前编好的程序来工作的,只能做规定好的动作,无法根据情况变化来自行改变动作。现在的数控机床前面往往又加一个机器人,由机器人代替人完成工件和工具的自动装卸,甚至也可让机器人动作来加工工件。那位美国人的设想就是要给机器人和数控机床都加上一个“人工智能”的指挥系统,你交给这样的生产线一个任务以后,机器就可以自动按照你所需要的来生产,他就是不想依靠人工劳动力,就想实现高度的自动化生产。今天早上参观了玉立,看到了你们那个制胶车间的控制方式,虽然还不算是人工智能的水平,但是你们已经达到了参数控制的水平,需要配什么胶,只需要输入胶号,它就会自动的进行各方面的作业,这就是一个很大的进步。
老美那位奇想大师提的这个问题已提醒了国内科学界的高度重视,大家已经开始考虑如果老外真要这样,我们的应对策略将怎么办呢?这是一个非常前瞻性的方向问题。另外在论坛上也得到了一个消息,大家都知道富士康,富士康是一个台湾企业,是郭台铭办的,在深圳一个厂区就有四十万的工人,现在全国到处都有他的工厂,他的工人在我们国内有上百万,可是他现在要在2015年在生产线上装备100万台机器人。另外也听说由于招工困难和劳动力成本的提高,东莞和温州的一些不锈钢制品企业也提出了抛磨自动化的需求。这种加工自动化的需求来了以后对我们涂附磨具制造业会有什么新的要求呢?我们的产品如何去适应这种发展势头呢?
昨天我也去访问了丰普,丰普的黎总给我们讲,他们的一种产品就已经在富士康的一条全自动生产线上得到应用。我对此很高兴。方向问题在很多地方都有,就讲能源问题,关键是我们的能源结构要不要发展核电,上次日本地震以后核电站出了问题,后来日本把所有的核电站全关了,但是关到后来慢慢的就吃不消了,现在又在逐渐的开,世界上也在辩论这个问题,比尔盖茨就讲我们能源确实有很多种,有风能、太阳能、潮汐能,但是所有这些能源还是比不过核能,他认为核能是最有发展前途的,这就是一个决定着我们以后能源发展方向是否正确的问题,如今国家有关方面正在慎重地研究中。
我讲这几个例子主要就是讲方向问题,为什么要提到这个方向问题呢?国务院在今年一月份发布了一个《工业企业转型规划》,什么是转型?估计很多的领导都已经听得很熟悉了,但是也可能在座有些同志不太了解什么叫转型,实际上“企业转型”就是要把我们企业由原来主要依靠扩大生产能力,扩大资源消耗的经济增长方式改变为一种更有效的提高产品附加值和保护环境的增长方式。这两天在通城我非常高兴的看到像玉立等企业都已经注意到环保的问题,在控制排放上取得了不少成果,环保是转型中的一个重要问题,而转型中最首要的问题还是做什么样的产品,机床工具协会对本协会当中的企业提出了一个要求,就是希望我们要为核心制造领域提供装备和服务。
东汽集团应用的9台TX-6型六轴联动数控叶片砂带磨床
方面取得突破性的进展,哪些是核心装备呢?那就是我们的核电、大飞机项目、造船、汽车以及先进的航天等等,都是需要我们很多的企业为它服务的,今天早上看到了玉立已经把他们的产品用到一些先进的加工领域中,对此表示祝贺。在这次中国现代机械工业发展论坛上,我为大家介绍了我们涂附磨具在为重大装备项目提供服务中的一些成果。
首先是为核电站配套用的大型汽轮机叶片的磨削加工,这种汽轮的叶片是非常复杂的三维曲面,它要经过数控铣削初步成型以后,必须用磨削的方式进一步消除铣刀的纹路,改善表面粗糙度,由此不仅避免了应力集中,提高了气流的顺畅,对提高整机的效率和可靠性十分重要。但它用砂轮来加工是不可能的,一是砂轮磨削时的温度较高,而我们砂带磨削过程发热是比较小的,有冷磨削的美誉,不会产生工件表面灼伤;二是砂轮要达到一定的磨削线速度,直径一般做得较大,无法适应叶片小曲率半径的要求,而砂带磨削的接触轮直径可以做得很小。重庆三磨海达公司应东方汽轮机公司制造六十万千瓦汽轮机的需求,在2008年研制成功了六轴联动数控叶片砂带磨床,它最大可加工的质量是180公斤,长度可以达到两米,这么重的工件要想像过去加工小型汽轮机叶片那样靠几个人捧着去打磨,是不可能的;而且它加工的材质不是普通的碳钢,是高强度的镍基耐热合金钢,非常难加工。现在就可使用数控砂带磨床来加工,但是所用砂带不是我们现在普通的碳化硅砂带、氧化铝砂带和锆刚玉砂带,而是进口的VSM陶瓷磨料和堆积磨料砂带。现在使用的砂带粗粒度的寿命大概能用到2到3个小时,细粒度带可以用到6到8 个小时。刚才在参观玉立的图片上说你们的砂带也用到了汽轮机叶片磨削中,是不是也是用的你们新开发的堆积磨料砂带?这种六轴联动大型汽轮机叶片数控砂带磨床在上海电气西门子汽轮有限公司(即国内著名的上海汽轮机厂)也得到应用,它现在生产的都是超临界的大型汽轮机。从这张图可以看出在东汽集团就用了九台TX-6型六轴联动数控叶片砂带磨床,据介绍一个叶片粗精磨总耗时是121分钟,一台砂带磨床的加工能力可以与五台数控铣床配套。到2011年四月份,东汽公司在磨削叶片中所创造的产值已达3.3亿元。
杭州机床厂SMD-1汽轮机叶轮叶顶圆数控砂带磨床
这张图片是汽轮机叶轮盘顶圆加工用砂带磨床,是杭州机床厂为哈尔滨汽轮机厂专门设计和制造的,在2007年就已经投产了。汽轮机的叶片是一片片做好后,再一片片组装成叶轮盘的,而叶轮盘组装好以后,其顶圆面会有一些参差不齐,现在用砂带磨削来加工,一件只需4小时,而原来用立车加工要72小时;还可以保证顶圆的直径误差小于0.04mm,径向跳动达到0.02mm。不过所用的砂带也不是国产砂带,是美国3M的陶瓷磨料砂带,一根42#的砂带可以加工三个叶轮盘。
我们再来看核电站内的高压、重型容器,这些容器大部分都用不锈钢或化学稳定性好的镍基材料做成的,900兆瓦压水堆的压力壳的内径是4米,高10-12米,其壁厚普遍超过40毫米,活性区的壁厚达220mm,整个压力壳的重量在300-400吨左右,制造过程中需要对所有焊接坡口、焊缝余高、内圆表面的堆焊层进行打磨,磨削工作量相当大。由于焊缝材质为因科690镍基合金,堆焊材质为20Cr-10Ni沉淀型不锈钢,材料导热性差,砂轮磨削易形成堵塞,磨削过程又不允许使用冷却液,很容易引发表面烧伤;并且会因磨削力大引起变形和尺寸不稳定等问题,因此砂轮磨削不太适用,国外都采用砂带磨削。进口的核电高压容器自动化高效磨削设备,动作灵活可靠,加工精度和效率都较高,可是每台售价高达100多万欧元,如今三磨海达公司也已能生产这种设备。可是说到磨削使用的砂带,仍以进口砂带为主。其他如包容并封装核燃料芯块的锆合金包壳管,为保证壁厚的均匀,也需用砂带进行修磨,如今这种设备也已实现国产化,从而结束了我国包壳管长期依靠进口的局面。
下面再介绍为发展我国航空工业需要涂附磨具提供的服务。我们国家当前重大关键的工业项目之一就是大飞机项目,同时我们又在加快国防用先进战斗机的技术进步,第三代战机歼10已经在部队正式列装,具有隐形功能的歼20还正处试飞阶段。大家都知道,美国已宣布其战略重心东移,把多艘航母部署在靠近中国的沿海,还要其伙伴国日本、韩国大量购买美国最新研制的全天候战机F35,越南和印度也要大量的买这种先进战机,目的都是来针对中国,我们不加快发展自己的国防,以后就会很危险。在发展飞机制造业的过程,航空发动机是非常关键的问题,我们过去自己制造的飞机,所配套的发动机主要靠向英国、前苏联、和乌克兰购买,单靠这种渠道长期是得不到保证的,必然受制于人。我们必须掌握属于自己知识产权的先进航空发动机制造能力。这里同样遇到一个发动机叶片的磨削难题。航空发动机里的叶片和汽轮机叶片不一样,汽轮发动机叶片很大,而航空发动机叶片很小,一般才150mm长,有的精锻钛合金叶片厚度不到2mm,叶片的进排气弦边处厚度甚至薄到0.15mm,并且有很多处曲面的曲率半径很小,磨上去不能有一点点火花,不然叶片就将报废,据介绍大飞机项目的叶片材料要二十几万人民币一公斤,因此对磨削力的控制要求极为精细,只允许在三十克左右,加工过程来不得半点疏忽。
在我们的涂附磨具发展史中,曾有一段故事,早在1958年沈阳飞机制造厂根据苏联专家的建议,要用砂带来磨削米格战斗机的发动机叶片,当时国人对砂带一无所知,就把三磨所给找去帮助解决这项难题,亲历此事的人中就有如今金太阳公司的黄国栋总经理,他们其实也从未见过砂带,就硬是凭所获的一点点信息,完全用手工方式制作了几条砂带,一用还真行,就此开创了我国砂带磨削的历史篇章,其第一个加工对象就是飞机发动机叶片。从2012年南京数控机床展上我们高兴地得知重庆三磨海达公司和北京胜为弘技公司都已相继开发成功了专供飞机发动机叶片磨削的六轴数控砂带磨床,分别在“西航动力”和“无锡叶片”投产使用。可惜如今使用的砂带仍然是进口的。
三磨海达公司的航空发动机叶片砂带数控磨床
大轮船的螺旋桨,材料是铜合金,螺旋桨铣削加工之后要通过打磨改善它的粗糙度,但是不能用砂轮,因为铜易使砂轮产生堵塞,所以铣完后要用砂带打磨表面。同样螺旋桨型面精度和粗糙度对舰船推动效率的影响很大。我们国家武汉重型机床厂已经制造出了一台用于加工大型轮船螺旋桨的5米直径龙门式数控铣床,这台机床2005年给中央领导展示的时候,胡主席马上就问:“这个可不可以加工潜艇的螺旋桨?”提这个问题是有缘由的。上世纪80年代曾发生了一件在世界上搞得沸沸扬扬的“东芝事件”,当时前苏联的潜艇到什么地方,美国就会立刻知道,因为前苏联的潜艇螺旋桨一旋转就会有涡流产生的声音,美国利用声纳一下子就可探测出来,他们感到很安全,但是过了一段时间美国突然发现他们不知道前苏联的潜艇在哪了,马上让情报局调查,结果发现是日本的一家东芝公司给前苏联出口了两台数控砂带磨床,使加工出来的潜艇螺旋桨在运行中基本没有声音。因此如果我们也能掌握这些技术,那我们的核潜艇、也能达到静音。作为军委主席的胡锦涛同志当然十分关注这项技术。由于世界各国对此技术都属国防保密的范围,所以我国对此也未作报道。不过船用可调距螺旋桨的桨叶如今已实现了砂带磨削,这张图就是三磨海达搞的可调距螺旋桨的砂带磨床。由此也可推测我们潜艇螺旋桨的砂带磨削技术可能也已解决。
三磨海达可调距螺旋桨的砂带磨床
还有许多重要工业场合都需要用砂带来磨削,上述例子足以说明砂带看起来只是件小工具,似乎不足挂齿,可是它在为我国核心制造领域提供装备和服务方面却有着独到的作用。中国机床工具工业协会在机床工具行业的“十二五”规划中已将超硬材料涂附磨具、聚酯布强力磨削砂带和特殊涂层砂带列为重点发展产品。我们的玉立生产的堆积磨料砂带、郑州瑞特的生产金刚石砂带和远东新研制成功的陶瓷磨料,等等,都是我们行业进步的表现。可是我的仍深深地感觉到,我们整个行业在这些新型磨料和新型涂附磨具研发步伐太慢了,很多专家包括重庆大学的黄云教授和河南工大邹文俊院长都一直在呼吁加快我国涂附磨具技术进步的速度。2004年四砂就在杂志上报道它的陶瓷磨料已经通过省级鉴定,但是到现在我还没看到国产陶瓷磨料的涂附磨具问世,戴红军秘书长说已用于固结磨具,那能否再努力一下,也用到我们的涂附磨具上呢?我们的国外同行却一刻也没有停止前进的步伐,3M公司的陶瓷磨料已从形状不规则的第一代产品,发展到了都是规则等边三角形的第二代产品,磨削效率比过去更高了。希望在座的企业家能勇敢地担起这项开发先进涂附磨具的社会重任,国家的安全、国家的进步需要你们的贡献!
黄云教授在98年一篇论文中曾介绍砂带在发达国家涂附磨具的比重占到30%-40%,当时砂带在我们国家涂附磨具中只占4%,现在可能会好一点,有人估计可能占15-20%。我觉得砂带在涂附磨具应用中技术含量是最高的,我们一定要把砂带做得更好。现在回过头来要讲砂页,技术含量虽不是特别的高,可是又是社会不可缺少的产品,砂页产品在涂附磨具年产量的比重占50%,产值占25%。砂页进步怎样呢?我也是抱着这样的疑问来到了通城,非常高兴这次在通城看到了许多砂页厂都已经有要把砂页做得更好的具体想法,有的砂页厂已经把自己的产品打到技术要求非常高的电子行业中了;有的砂页厂已经树立了追赶进口砂页的具体目标,确立了不如人家的两项性能,更可贵的是正在想办法买仪器来测试这两项性能,要用数据来评价这个差距的大小。用数据说话是一个非常好的理念。这个理念非常值得大家学习,我们不能再依靠经验、靠眼看、手摸来评价技术的好与差,已经进入二十一世纪,党中央一直在提倡科学发展观,就要用科学的手段和方法来指导我们的技术进步。
最后说一下生产装备的技术升级问题,这也是企业转型中的重要方向之一。就涂附磨具整个行业来说,装备的技术升级的首要目的就是提高产品质量的稳定性。参观过很多企业,“稳定压倒一切”的标语随处可见,表明大家都已重视这个问题。提高稳定性固然要靠人的责任心和技术素质的提高,可是生产线装备水平仍是物质基础的根本所在。2011年在郑州三磨展期间曾听了圣泉的英国专家做的一篇报告,他的一个理念就是“没有测量就没有控制”,这里说的测量是指生产过程的在线测量。我认为这句话非常正确,我们现在整个生产过程的测量基本是事后测量,据说很多工厂进口的在线测量用β-射线仪,如今几乎是全军覆没,全都被从生产线上撤了下来。上次我就问美国的小岛公司在生产胶带薄膜的过程中是怎么控制胶层厚度的呢?他们就说是用β-射线仪,为什么花大价钱买来的测量仪在我们国家就不服水土呢?这个问题值得我们深思。这次在通城的海峰纸厂看到了一台“高达科技”公司生产的纸定量和含水率国产在线测量仪,同样是利用β-射线的原理。“高达科技”是中国科学院计算技术研究所与四川绵阳合资创建的高科技企业,已为造纸行业开发了许多在线测量设备,可见我们行业与造纸行业相比在控制上落后了一大截。再如我国人造板行业有几家老外独资公司,老外已不需千里迢迢从德国或奥地利跑到中国来指挥生产,而是通过internet网络进行远程控制,今天生产什么牌号就输入什么牌号,马上各个生产环节就通过数字控制调整到位;发生故障了,也只需在国外看看计算机的控制系统,查明故障点后就通知中国的技术人员去排除,完全是远程控制。而且在上次的国际论坛上也得到这样一个信息,2011年9月经国务院领导批准,智能制造装备创新工程专项计划正式启动,第一批支持的方向共十个,其中有与我们行业有一定关系的智能织造装备等,可见全国各行业都在加快装备控制技术水平的升级。可是在我们行业常听到的一句话是:“我这条是进口线!”,以此来炫耀自己的装备水平。诚然国外在涂附磨具方面的经验和设备制造质量有许多值得好好深入学习的地方,但是随着科技的高速发展,过去进口的装备在当今就不会是属于最先进的了。在体育比赛长跑项目中有的运动员可能采取跟随战术,跟随目的是最后要超越,如果我们一直没有想把生产线水平比国外做得更好的想法,就只能始终处在一个落后的地位。装备水平升级的目的就是要把我们如今的制造大国改为制造强国。作为搞装备的人来看,涂附磨具如今的装备当中还是有许多可以考虑改进之处。今天早上王明远秘书长表扬了为本行业生产装备的全全公司,的确全全的产品要比以前有许多进步,可否在生产线的控制水平上再努力一下?现在要评价设备的先进与否,首先要看的就是控制。在此呼吁全行业能否联合起来,对我们现有的生产线一个一个工序地进行深入分析,找出需改进的方向,再分工提出解决途径,成果最后共享,使我们总体的装备技术水平,通过这次转型过程都提高到一个更新的档次。