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中国机械工程技术路线图及对行业创新的启发
更新时间:2015/2/8 17:48:50

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《中国机械工程技术路线图》(下称路线图)是在2011年8月份正式出版,在中科院院长、机电工程学会路甬祥理事长全程的倡议和具体指导下完成的。绿色、智能、超常、融合、服务这十个字是其精髓。
  路线图对机械工程技术未来发展的作用体现在:第一,分析经济社会发展需求、机械工程技术研发、市场实现之间的关系,可以从未来市场实现出发组织技术研发,重点突破薄弱环节和关键技术,使未来机械工程技术研发的目标、应用前景和市场定位更加明确。第二,路线图按时间序列给出不同时间节点的发展重点、技术发展路径、实现时间等要素,可按照技术创新过程不同阶段的任务目标,合理配置创新资源,实现产学研用结合的集成创新。第三,在技术路线图制定过程中,综合集成经济、社会、科技、企业等方面专家的意见和建议,增强了指导性和权威性。
  技术发展路线图的研究重点包括六大制造技术领域:先进设计、成形制造、智能制造、精密与微纳制造、仿生制造、再制造等;三种传动与执行零部件:齿轮、轴承、液压/气动/密封;两类工模具:模具、刀具。

  冯培恩,1965年同济大学机电系工程机械专业本科毕业,1981-1986在联邦德国柏林工业大学机械设计研究所做访问学者,1985年获柏林工业大学工学博士学位。1886年起担任浙江大学副教授、教授,博士生导师。1996-2005任浙江大学副校长兼研究生院副院长,1999-2005创办并兼任浙江大学远程教育学院院长,2006年创办并兼任浙江大学台州研究院院长至今。
  冯培恩,1965年同济大学机电系工程机械专业本科毕业,1981-1986在联邦德国柏林工业大学机械设计研究所做访问学者,1985年获柏林工业大学工学博士学位。1886年起担任浙江大学副教授、教授,博士生导师。1996-2005任浙江大学副校长兼研究生院副院长,1999-2005创办并兼任浙江大学远程教育学院院长,2006年创办并兼任浙江大学台州研究院院长至今。
  现还兼任联邦德国工程师协会会员,中国机械工程学会荣誉理事,中国机械工程学会机械设计分会理事长,中国工程机械学会副理事长暨挖掘机械分会理事长,国际机器与机构理论学会中国委员会副主席,中德合作《工程设计学报》主编,《机械设计》编委会主任、《中国工程机械学报》和《起重运输机械》编委会副主任等职。

  路线图中讲到机械行业的四大进展,两大问题,五大发展趋势。提列了八大机械工程技术,而且指出今后20年就要围绕这八大机械工程技术来进行创新。我今天主要介绍路线图中研究的工程技术和今后20年要进一步发展创新的关键问题。
  1、我国机械工业的发展现状
  1.1、中国已成为全球第一机械制造大国
  中国已经是全球第一的机械制造大国,但仅仅是GDP产值世界第一,而真正的含金量不是很高。工程机械重量的70%是我国制造的,主要是结构件,剩下的30%是进口件。而工程机械利润的70%是流到了外国,我们只剩下30%。工程机械的状态反应了我们整个国家机械工业技术的发展水平,可以说中国是第一机械制造大国,而不是强国。
  1.2、重大技术装备自主化取得较大突破
  “十一五”以来,围绕能源、材料、交通运输、农业及国防等领域发展的需要,开发出一批具有自主知识产权的机械产品,其国内市场自给率已经超过了85%。
  工程机械相对于机械的其他种类近十年的发展特别快,这是值得我们自豪的。但是这个进步是不是属于技术上的重大突破,还值得我们考虑。我们的技术究竟有多少是自主的技术、创新的技术、超过国外的技术。我们也要进一步思考,外国人是不是制造不出最大的,还是他们考虑多方面因素不愿意做最大的。
  1.3、产业结构调整取得一定进展
  三资企业比重大大提高,发展活力越来越强;国有大企在重大技术装备研制和生产中继续发挥主力军作用;民营企业有很强的抗风险能力,对机械工业的贡献率超过了50%;代表性产品国际地位提升,高端产品比重提高。
  1.4、进出口贸易逆差变顺差,结构不断优化
  2006 年我国机械工业对外贸易首次实现顺差,外贸结构也不断优化。
  2、机械工程技术的发展趋势
  2.1、绿色

  绿色包括人类友好(所有生物)、资源节约(能量、物料、信息)、环境友好(生态、空气、水),这就是绿色的含义。而且在时间长度上,绿色应该是全生命周期的,制造过程、运行使用过程、维修保养再制造过程、用后处理过程都要绿色。
  绿色制造技术包括绿色设计技术、绿色材料技术、绿色制造工艺(包括精确成形、干式准干式切削、废物再利用、快速原型制造等)、绿色包装技术(包括包装设计,包装材料、包装结构和包装废弃物处理)、绿色处理技术(再制造技术及绿色回收技术)。

 2.2、智能
  (1)智能制造是制造技术与信息技术综合交叉的技术;
  (2)制造活动中的各种数据与信息的感知和分析,经验与知识的学习和创建,基于数据、信息、知识的智能决策与执行;
  (3)智能制造技术包括制造智能、智能制造装备、智能制造系统、智能制造服务;
  (4)智能工程机械(机床,机器人,特种制造装备);
  复杂、恶劣、不确定的作业环境要求智能化的工程机械,以提高设备的可靠性和物流作业的安全性,提高工程质量和生产效率。熟练工人的短缺和复杂艰苦的工作环境要求提供更便捷、更人性化的智能作业辅助操作系统。大规模的现场施工也对作业机群的智能化管理和调度提出了更高的要求。
  (5)智能化制造的目标;
  2020年,工程机械实现单机的智能化,具有针对环境和作业特征的智能辅助行进与作业操作物流系统、智能状态检测与故障诊断系统、自适应动力与燃油控制系统、GPS 导航/精密定位与实时通信系统。
  2030年,建立作业机群协作施工系统,机群监测与控制系统和单机系统实现无缝链接,具备完善的信息通信功能、作业数据的统计与智能分析功能、机群定位与工况分析功能、资源优化与智能调度功能、作业信息管理功能。
  2.3、超常
  超常态条件下的制造技术:
  (1)巨系统制造:航天运载工具、100万千瓦以上的动力装备、数百万吨级的石化装备、数万吨级的模锻装备、超大型零部件和系统的制造;
  (2)超微超精密制造:微纳电子器件、微纳机电系统等极小尺寸或极高精度的产品需要微细制造和超精密制造;
  (3)超高能制造:极高能量密度的激光、电子束、离子束等强能束制造;
  (4)超高性能产品制造:航空发动机叶片工作环境温度1300度,合金叶片用单晶制造技术,海洋工程装备在高压低温腐蚀环境中;
  (5)超常成形工艺:增量制造工艺。
  2.4、融合
  (1)多种工艺融合。车铣刨磨复合加工、激光电弧复合热源焊接、冷热加工等不同工艺通过融合将出现更高性能的复合机床和全自动柔性生产线;激光、数控、精密伺服驱动、新材料与制造技术相融合产生先进快速成形工艺,金属材料直接快速成型逐渐转向工业应用。
  (2)与信息技术融合。更高档次的数控装备、数码产品和智能装备;自下而上的产品协同设计和制造技术,基于网络的集成企业信息系统。
  (3)与新材料融合。先进复合材料、电子信息材料、新能源材料、先进陶瓷材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、高性能结构材料、智能材料等将催生新的生产工艺。 2009年投资超百亿美元的波音787机身80%由碳纤维复合材料和钛合金材料制造,节能减排。
  (4)与生物技术融合。模仿生物的组织、结构、功能和性能的生物制造。
  (5)与纳米技术融合。纳米材料表征技术水平进一步提高,新的光学现象可能被发现,导致新光电子器件的发明,对纳米结构的尺寸、材料纯度、位序以及成份的精确控制将取得突破性进展。
  (6)与文化融合。
  2.5、服务
  未来20年我国将更关注服务型制造技术的发展,其特点主要有:
  (1)知识性。重点向支持高附加值环节服务的技术发展,更具知识性和高技术性。如:设备状态智能感知、信息传送及其与控制系统的智能互联技术的研发。
  (2)集成性。即通过技术集成达到服务功能集成。如:机械产品服务系统技术将实物产品和服务集成起来作为一个整体解决方案销售给客户,以满足客户特殊需求。又如:产品售后服务集成技术包括设备运行、维修、产品再循环使用等服务技术的集成。
  (3)战略性。机械产品用户的需求已扩大到战略咨询领域。如:机械设备系统资产与寿命评估技术,用户企业往往将这项评估作为制定发展战略或经营策略的依据,或者在资产重组等方面发挥重要的作用。服务由局域扩展到全球,由离线展转向在线,由被动转向主动。
  3、我国机械工业的存在问题
  3.1、问题的表象

  (1)自主创新能力薄弱,高端装备制造呈现失守困局。拥有自主知识产权品牌的技术和产品少,大型民用飞机、深水海洋石油装备、90%的高档数控机床、95%的高档数控系统、机器人和工厂自动控制系统、70%的仪器依赖进口。2009 年装备制造业进口总额高达1800 亿美元,绝大多数是高端产品与核心关键基础件。海洋工程装备,航空发动机和飞机机载设备、高档数控机床等高端主机和成套设备所需的关键零部件、元器件、配套件乃至原材料大多依赖进口。大型工程机械高压液压件全部进口。核电机组设备投资1/4 的泵阀依赖进口。
  (2)现代制造服务业发展缓慢,价值链的高端缺位。提供系统设计、系统成套和工程承包的整体解决方案、远程诊断维护、回收再制造、租赁等服务业未能培育,大多数企业服务收入所占比重低于10%,主要业务处于价值链低端的加工装配环节。
  3.2、直接原因
  (1)政府倡导创新的策略有偏差、引进、消化、吸收、再创新、集成创新。追求短平快。
  (2)企业在引进、仿造、组装、合资、收购上面做足了表面文章。对资本、样机、装备、表面技术实行的多层次引进;对各国、各公司实行的多头引进;同行之间多对多、多对一重复引进;独家多轮引进、不断引进。精力都用在整机表面上,核心、基础和关键零部件直接进口。不少“高新技术产业”是国外企业在国内的加工组装业,根本没有自主核心技术。
  4、我国机械工业的发展展望
  十年左右变机械工业大国为强国:国际市场占有率处于世界第一位;超过一半的工业总产值国际竞争力处世界前三位;拥有一批进入世界500强的国际化大企业集团;拥有一批国际竞争力和市场占有率处世界前列的装备制造基地。
  4.1、推进产业优化升级
  (1)服务型制造:全生命周期的现代制造服务。发展系统设计、系统成套和工程承包、设备租赁、远程诊断服务、回收再制造等;
  (2)智能制造:信息技术与机械技术深度融合,提高装备的功能和性能;
  (3)绿色制造:推行节能减排与绿色制造,提高材料利用率和生产效率。
  4.2、夯实产业基础
  加强大型铸锻件和关键基础零部件等共性技术攻关。专项研究产业化试制,提高高端产品成品率。
  针对铸、锻、焊、热处理表面处理,高速超高速切削、磨削等基础制造工艺,在产业集聚区和中心城市建设区域性工艺中心,实现低排放、低能耗、专业化的集约发展。
  4.3 大力培育新兴产业
  新兴产业的特征为:技术先进性,国内已有相当的技术基础和人才;市场空间大,对装备制造业和国民经济能起到支撑作用;处于产业成长初期,成长潜力大;能源、资源的供给有保障。重点围绕新能源发电设备、智能电网及其设备、高速铁路设备、海洋工程设备、仪器仪表及物联网设备、节能环保与资源综合利用设备等方面,加快培育和发展的进程。
  4.4、做强做大优势产业
  加大创新投入、优化产品结构,提升产业核心竞争力和品牌影响力,重点围绕清洁高效发电设备、输变电设备、煤炭综采设备、轨道交通装备、工程施工机械、农业机械、起重机械等已具有产业竞争优势的产业。
  4.5、提升自主创新能力
  加速清洁高效发电设备、超特高压输变电设备、大型冶金成套装备、大型石化和石油钻采装备等成套装备、高技术装备和高技术产业所需装备的自主研发。
  完善装备自主创新体系,建立健全装备制造领域国家实验室、国家工程中心建设,支持大型装备制造企业建立高水平的企业技术中心,并与研究院和高等学校建立持续的战略合作关系,强化以企业为主体的技术创新体系。
  5、八点政策建议:
  (1)政府各部门按路线图制定规划;
  (2)八大科技问题进入国家各级各类科技计划立项;
  (3)行业重大共性技术组织国家队伍,以公益性机构的机制运行,以技术转移为考核;
  (4)坚持落实企业发展研发投入150%抵扣税政策;
  (5)设立三基(基础零部件、基础制造工艺、基础材料)专项,突破瓶颈技术;
  (6)推进特色化集聚区域建设,构筑区域性科技服务平台,研发、技术服务、人才培训、质量检测、会展营销、金融服务;
  (7)加强风投,支持创新性中小企业融资发展;
  (8)技术人才、技能人才、行政人才的培养。
本文属《建设机械技术与管理》独家向中国工程机械品牌网供稿,如需转载请注明来源和作者,违者必究!

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