談談高端制造的幾個問題

Thoughts on High-end Manufacturing

--在安徽省機械工程學會2012年會上的主旨報告

機械工業第一設計研究院  王玉玨

主題詞：高端制造、核心部件、精益生產、智能制造、再制造

1、問題的由來Why

十八大前夕的10月11日，國務院領導聽取經濟形勢匯報時，問到機械制造業還有什么是短線？中機聯領導的回答是：只要我國會制造的，全部都是長線。不會制造的全部是短線。

后金融危機時代，我國人口紅利即將喪失、勞動力成本大幅攀升、缺乏訓練有素的工人等問題，使許多企業開始轉向采用自動化、數字化、智能化的裝備，催生高端制造。

以美國為代表的工業發達國家回歸實體經濟、重振制造業，將發展高端制造作為重新奪回制造業主動權的殺手锏。美國新當選的奧巴馬總統明確提出美國要重新回到"制造業時代"，這預示著美國未來將把更多的精力放在高端制造業發展上。

美國的瓦德瓦教授2012年1月11日在《華盛頓郵報》提出："當我們將人工智能、機器人和數字制造技術相結合，將會發生一場制造業的革命。它使得美國企業家在本地建廠開工，生產出各種各樣的產品。這樣，中國還如何能與我們競爭？美國注定要重新獲得制造業的領導權，而很快就該輪到中國去擔憂了。"瓦德瓦的文章在1月24日新華社《國內動態清樣》轉載，中央領導很重視，李長春、張德江作了重要批示。路甬祥副委員長給予了具體指示。

釣魚島事件對于中日技術博弈的深遠影響不可小視。

十八大后政府高度關注經濟發展，建設美麗中國的迫切需求。

面對復雜多變的經濟形勢，作為制造業的我們怎么辦？《易》曰：知幾其神乎！《詩·小雅》曰：如彼雨雪，先集維霰。天氣冷了，外部形勢在改變，考慮如何抱團取暖已迫在眉睫，變革是主題，把握機會很關鍵。必須利用時機，樹立信心，必須研究產品的差異化，必須進行工藝創新，必須提升自己的高端制造能力，恢復經濟增長。

下面我談一些個人對于高端制造的認識，拋磚引玉，就教于方家。

2、高端制造的范疇What

2010年3月12日，溫總理在《政府工作報告》指出 "發展戰略性新興產業，搶占經濟科技制高點，決定國家的未來，必須抓住機遇，明確重點，有所作為"。"要大力發展新能源、新材料、節能環保、生物醫藥、信息網絡和高端制造產業。"

2010年9月8日，國務院常務會議審議并原則通過了《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，確定戰略性新興產業成為我國國民經濟的先導和支柱產業。提出現階段選擇節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車七個產業，在重點領域集中力量，加快推進。從"高端制造產業"變成"高端裝備制造產業"兩字之差，意義非凡。

高端制造產業指制造業的高端領域，我個人理解主要體現為：

技術含量高，表現為知識、技術密集，體現多學科和多領域高精尖技術的集成；（技術水平要高）

處在價值鏈的高端，具有高附加值的特征；（投入及產出要多）

在產業鏈中占據核心部位，其發展的水平決定來產業鏈的整體競爭力。（產業控制力要強）

將高端裝備制造列為戰略性新興產業，對制造業發展意義重大。

對鼓勵裝備制造行業向高端發展，起到了政策引領作用；

有利于鼓勵企業加強自主創新，重視研發，有效推動企業成為創新主體；

有利于傳統機械產業改造升級，對于節能節材，生產線升級、產品換代都具有很大促進作用。

高端裝備制造業是裝備制造業的高端部分，是各項工業技術、信息技術及各類新興技術的集成載體，其發展直接關系到各個行業的產業升級、技術進步。所以說，向高端延伸，從高端突破，搶占高端領域，是選擇，是決策，更是戰略。將高端裝備制造列為戰略性新興產業，主要目的就是"替代進口"，能夠讓國產高尖端產品成為國民經濟發展的支柱。

重點培育和發展高端裝備制造業，是國家走上創新驅動、內在增長軌道的必然選擇，可能會是今后相當長一段時間內產業政策的重點舉措。

發達國家憑借技術優勢，將其制造產業鏈中低技術環節轉移出去，而將含有核心技術的高附加值部分牢牢控制在自己手中。我國雖已是世界裝備制造業大國，但是我們處于國際分工的加工組裝環節，其在全球制造產業鏈中的價值最低。

高端制造還應該呼應市場。在重型機械行業，今年的核電、冶金裝備壓力很大；前幾年各地熱上的風電產品、光伏制造裝備產品風光不再。教訓一定要汲取。

2011年3月，工信部等起草了《"十二五"高端裝備制造業產業發展規劃》。裝備制造業的發展思路可總體概括為一個戰略、一個目標。一個戰略是調整轉型、創新升級；一個目標指的是推進裝備制造業由大變強。在發展方向上著眼五個細分行業：航空、航天、高速鐵路、海洋工程、智能裝備。《規劃》預計到2015年，高端裝備制造業銷售產值將在6萬億以上；力爭到2020年，高端裝備制造業銷售產值占裝備制造業的30%以上，國內市場滿足率超過25%。

我個人認為此指標有些高，供參考。

國家重點發展的航空、航天、高速鐵路、海洋工程、智能裝備制造業，安徽制造企業未必都能夠高攀上，我把感覺到能參與的幾個問題交流一下體會。

3、解決核心零部件制造問題Core Components

我個人以為，不管機械產品本身是否高端，其核心零部件（主要指進口的）一般都是高端制造件。關鍵基礎零部件，元器件及通用部件領域，高參數、高精密和高可靠性軸承，液壓、氣動、密封元件，齒輪傳動裝置及大型、精密、復雜、長壽命模具等還是要重點發展。

以液壓挖掘機為例，我們用了十余年時間，將我國的挖掘機從年產2000多臺做到了世界第一，實際生產能力已突破60萬臺。我的機械工業第一設計院起到了很大作用--設計建造了大量結構件制造、涂裝、裝配廠房，形成了主要機身的大規模制造能力。但是高端機型中保證功能和產品壽命的核心件液壓泵閥組，約有2/3被日本川崎油工（KAWASAKI HYDROMECHANICS CORP.）一家壟斷，我們有些企業從八十年代就開始攻關，技術似乎全都說的明白，但至今規模生產仍有一些問題，關鍵是質量的穩定以及工藝的不走樣做不好。

最郁悶的是，日本川崎油工并不在意大規模擴建提高產量，在一時沒有替代品的情形下，為了保證主機的高水準，市場的"饑渴"害的我們的徐工、我們的三一都要放低姿態，與其簽訂合作伙伴的協議，排隊采購。

好在現在國家出臺了三基（基礎工藝、基礎材料、基礎零部件）產業發展規劃的一系列政策文件。國內一批企業在政策鼓勵下埋頭開始研發，我們安徽就出現了博一流體公司，我們寄希望于他們。

安徽的中鼎公司，最近收購了美國兩個生產高端密封件的公司，應該是從高端基礎零部件開始起步，默默地提升國產主機品質的典形企業。

所謂"三基"包括：

機械基礎件--軸承、齒輪、液壓件、液力元件、氣動元件、密封件、鏈與鏈輪、傳動聯結件、緊固件、彈簧、粉末冶金零件、模具。

基礎制造工藝--鑄造、鍛壓、熱處理、焊接、表面工程和切削加工及特種加工。

基礎材料--機械制造業所需的小批量、特種優質專用材料。

目前我國重大裝備所需關鍵零部件主要依賴進口，陷入"空殼化"困境。可靠性和壽命僅為國外同類產品的1/2-2/3。"三基"發展滯后已成為制約我國裝備制造業發展的瓶頸。

國家確定"十二五"重點發展20種標志性機械產品：

1)  2MW以上風力發電機組軸承

2) 長壽命、高可靠性轎車軸承和重載卡車軸承

3) 高速動車組軸承

4) 大型薄板冷熱連軋及涂鍍層生產線軸承

5) 高速、高精數控機床軸承及電主軸

6) 2MW以上風力發電機組增速器

7) 高速列車齒輪傳動裝置

8) 節能環保自動變速器

9) 艦船用大型齒輪傳動裝置

10) 工程機械用高壓液壓元件

11) 高壓液壓閥

12) 農機用靜液壓驅動裝置（HST）

13) 軌道交通用氣動元件

14) 大型風力發電關鍵密封件

15) 干氣式機械密封裝置

16) 汽車發動機正時鏈與自動變速箱的高速齒形鏈

17) 疲勞壽命500萬次以上汽車發動機緊固件

18) 汽車和工程機械用高端懸架彈簧、氣門彈簧和穩定桿

19) C級轎車整體車身成形模具

20) 高光無痕、疊層旋轉大型塑料模具

國家確定"十二五"重點發展15項標志性基礎制造工藝：

1) 定向凝固鑄造技術

2) 熱風長爐齡沖天爐及其熔煉工藝技術

3) 高緊實度粘土砂自動造型技術

4) 板材管材精密成形技術

5) 冷/溫精密成形技術

6) 大型復雜結構件精密體積成形技術

7) 熱精鍛成形技術

8) 激光及激光電弧復合焊接技術

9) 攪拌摩擦焊技術

10) 化學熱處理催滲技術

11) 精密可控熱處理技術

12) 鋁、鎂合金、鈦合金件表面處理與強化技術

13) 納米顆粒復合電刷鍍技術

14) 超精密加工技術

15) 低溫與微量潤滑切削技術

"十二五"重點發展12種標志性基礎材料

1) 高性能軸承鋼

2) 高性能齒輪用鋼

3) 高強度緊固件用鋼

4) 大型、耐蝕模具鋼

5) 高可靠性密封材料

6) 機床專用鋼

7) 超硬刀具材料

8) 新型焊接材料

9) 液壓鑄件用材料

10) 高應力彈簧鋼

11) 絕緣材料

12) 儀表功能材料

為落實規劃，需要經費支持。路甬祥副委員長在今年2月向溫家寶總理提出了"關于加強'三基'行業發展的建議"，建議建立"三基"發展基金。溫總理批示工信部與財政部協商。財政部同意今年先拿出5億元用于工信部提出的"強基工程"，其中2.5億元用于"三基"，但要求要采用新的機制。

工信部提出以20種標志性關鍵基礎件為龍頭，由制造企業牽頭實施八條龍。

1) 產品核心技術研究

2) 產品的開發

3) 制造工藝攻關

4) 特種專用材料研制

5) 形成產業化的條件

6) 首批機械基礎件在主機上的小批量配套應用

7) 試驗檢測平臺建設

8) 技術標準制定

其實在安徽省，發動機也是問題，汽車與工業車輛的自動控制模塊、高檔數控機床的控制系統、工業機器人的驅動電機、視覺傳感器、諧波減速機、控制器等等關鍵總成部件，信息化和工業化如何融合，都有待于機械行業同仁的努力。

4、解決精益生產問題Lean Production

精細生產是美國MIT幾位國際汽車計劃組織（IMVP）的專家對日本豐田準時化生產JIT（Just In Time）生產方式的贊譽稱呼。精即少而精，不投入多余的生產要素，只是在適當的時間生產必要數量的市場急需產品（或下道工序急需的產品）。

現在重提精益生產，是因為我們遇到了與當年產生精益生產方式相似的環境。戰后日本汽車工業遭到的"資源稀缺"和"多品種、少批量"的市場制約，目前重現于國內市場，我認為精細生產必將成為二十一世紀標準的全球生產體系。

今天在座的很多是這方面的專家，我不班門弄斧，這里只是希望整個社會認真做到：

著力提升裝備制造業整體素質，不再浪費有限的資源，少用優質資源制造次品（更不要說用有用的資源制造無用的假劣貨！）；

能把我們已在原理上熟練掌握的精細生產技術真正用到實際中去；

不僅在生產制造方面精細，也在產品的精細開發、協作配套鏈的精細控制、營銷網絡的精細運營以及經營管理的精細策劃與推進等各個方面應用。

我上個月參加中國工程機械2013年度高層論壇時應邀參觀了國內管理較好的某集團新工廠，一排排產品相當壯觀，領導請大家提建議，我有點煞風景地指著第一臺產品的防護罩對公司領導說，這就是你們與國際一流產品的差距--防護罩的一圈環形橡膠密封條參差不齊，有一段露在外邊，另一段壓在罩里面，很不整齊--是明顯的裝配問題--圖紙上肯定不是這樣設計的。

不必誤解，實際我很喜歡這類民族企業。我是希望進一步提升我們產品的水平與質量，真正從精細之處做起，釣魚島事件后我敢說，我們民族制造的機械產品如果品質相同時，哪怕賣到日本產品的120%價格，價格相同時，哪怕達到日本產品80%的品質，我們的人民就一定會沒有任何考慮地自覺抵制日貨！機械行業的同仁們，問題是咱們踏踏實實準備好了嗎？這不能只靠憤青來解決。

微納制造是精益生產另一個方面。

高技術提升制造業的集中體現是信息技術的應用，而制造業對高技術發展的支撐將越來越體現在微納制造。

高技術發展中許多制造概念只有在微觀尺度上才變得可能。如分子制造和納米生長。信息技術的進一步發展、生物技術的工程應用、海洋工程、航空航天、軍事國防、生活消費和健康娛樂，都需微納技術制造。

5、關于智能制造Intelligent Manufacturing

實際上智能制造與智能制造裝備有一些區別。

智能制造是針對產品、裝備的設計制造的過程，利用信息感知、決策判斷、安全執行等先進技術，實現制造資源優化配置，達到由人類專家與智能機器共同組成的人機系統去擴大、延伸和部分取代人類在制造過程中體力與腦力勞動的目的。

是否可這樣認為：人工智能+機器人+數字制造=制造業的革命

這里我們可以追溯一下制造業發展的技術進步節點。

20世紀50年代誕生的數控技術以及隨后出現的機器人技術和CAD技術，開創了數字化技術用于制造活動的先河，解決了產品制造多樣化對柔性制造的要求；

傳感技術的發展和普及，為大量獲取制造數據和信息提供了便捷的技術手段；

人工智能技術的發展為生產數據與信息的分析和處理提供了有效的方法，給制造技術增添了智能的翅膀。

數字設計制造技術、工業機器人技術、傳感技術、人工智能技術催生了智能制造。

實際上，技術發展、積累到現在，智能制造是制造自動化、制造數字化發展的必然結果和高級階段。

智能制造將給制造業帶來變化--必然以知識為核心；使制造商與客戶和市場的聯系更為密切；使管理更高效；使生產組織更為柔性；可大幅度提高制造效益和產品質量，降低產品成本和資源消耗。

可以預見，21世紀將是智能制造獲得大發展和廣泛應用的時代，智能制造將引發制造業的重大變革，甚至是革命性的變化。

對美國以人工智能、機器人、數字制造三大技術引發制造革命、重塑美國制造業未來的戰略，我們既要認真分析借鑒，又不能盲目照搬，必須考慮我國制造業發展階段、產業基礎及技術水平，制定適合國情的發展戰略和技術路線。

發展智能制造可能會分兩步走：2020年前，面上實施數字化制造，點上實施智能制造應用示范；2020年后，在重點產業全面推進智能制造，形成可與美國等在高端制造領域抗衡的制造能力。

未來十年適合國情的制造業發展技術路線是：大力推進信息化與工業化、信息技術與制造技術的深度融合，面上進行數字制造的推廣應用，點上進行智能制造的研究開發和應用示范。這種制造模式可稱之為數字化和智能化制造。

《"十二五"智能制造裝備發展規劃》已由工信部發布。

智能制造裝備是具有感知、決策、執行功能的裝備。其定義是：具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。

智能制造裝備包括以下四個方面：

9大關鍵智能基礎共性技術--新型傳感技術、模塊化及嵌入式控制系統設計技術、先進控制與優化技術、系統協同技術、故障診斷與健康維護技術、高可靠實時通信網絡技術、功能安全技術、特種工藝與精密制造技術、識別技術。

8大核心智能測控裝置與部件--新型傳感器及其系統、智能控制系統、智能儀表、精密儀器、工業機器人與專用機器人、精密傳動裝置、伺服控制機構、液氣密元件及系統。

8大重大智能制造成套裝備--石油石化智能成套設備、冶金智能成套設備、智能化成形和加工成套設備、自動化物流成套設備、建材制造成套設備、智能化食品制造生產線、智能化紡織成套裝備、智能化印刷裝備。

6大領域推廣應用--電力領域、節能環保領域、農業裝備領域、資源開采領域、國防軍工領域、基礎設施建設領域。

智能制造裝備專項第一、第二批招標項目已實施。去年9月，國務院批準智能制造裝備創新工程專項計劃啟動，第一批支持10個方向19個項目已獲國家9.75億經費支持。第二批9個支持方向經招標確定了31個項目，國家支持經費8.1億元。

中國機器人產業聯盟10月底在合肥建立，安徽巨一自動化公司等均有很大的發展空間。

6、關于再制造Remanufacturing

再制造的話題現在很熱。何為再制造？

通俗地說，再制造就是讓舊的機器設備重新煥發生命活力的過程。它以舊的機器設備為毛坯，采用專門的工藝和技術，在原有制造的基礎上進行一次新的制造，而且重新制造出來的產品無論是性能還是質量都不亞于原先的新品。

從技術角度說，再制造是一種對廢舊產品實施高技術修復和改造的產業，它針對的是損壞或行將報廢的零部件，在性能失效分析、壽命評估等分析的基礎上，進行再制造工程設計，采用一系列相關的先進制造技術，使再制造產品質量達到或超過新品。

在全球能源、資源、環境約束日益突顯的今天，制造業如何摘掉全球最大資源消耗和污染排放產業的帽子，如何發展綠色制造、智能制造，成為重要課題。再制造兼具綠色制造和先進制造的特色，是節約資源能源的有效途徑。再制造和傳統大修工藝完全不一樣，其重要特征是再制造后的產品質量和性能不低于新品。再制造的工藝流程主要為拆解、清洗、檢測、機加工、裝配、測試等環節。

拆解：滿足再制造要求的發動機首先被拆解且分類。零部件被分成金屬、鋁、塑料和其他材料四大類。

清洗：拆下來的零部件放進清洗機清洗。在拆解和清洗后，對零部件進行篩選分類，不合格的零部件將會被分類成金屬、鋁、塑料和其他4四大類，放到相應的鐵箱里再作處理。

檢測：在前面工序，對零部件進行的是外觀分辨，隨后還要進一步使用儀器檢測，這是再制造環節中最關鍵的環節。會用各種先進的檢測儀器對零部件進行測量、獲取數據，判斷是否可循環再用。這一工序要求操作人員具備豐富經驗，當發現不符合再制造要求的零部件后，依然須報廢。

機加工和裝配：對部分零部件機加工再用。不需要過多的機加工設備，而是在通過檢測程序的零部件后會進入裝配工序。對于不合格零部件，再制造采用的方法是更換而不是維修，這也是和大修最不一樣的地方。

在裝配過程中，發動機采用原機原裝的做法。目的是為了保持各個摩擦面已具備的良好配合，這和發動機大修的工藝原理一樣。此外，在整個裝配過程的質量標準和全新發動機的裝配要求完全一致。

100%熱試：全新的發動機在出廠前會冷車試驗，部分抽檢點火熱式。而再制造發動機則100%點火，通過熱試來考察再制造性能是否達到要求。

打標：打標是一項獨立工序，是在再制造產品上用激光刻出其"再制造"的身份標志及編號。用戶可通過該標識識別出全新和再制造產品。

圖為再制造產品的標志。

再制造的概念起源于美國，據了解，美國近30年實際沒有生產一臺全新的戰車，全是再制造升級的。其最大的坦克生產基地（占地幾十平方公里，4000多棟建筑物）其實就是一座戰車再制造基地。

美國卡特彼勒公司是世界上最早從事再制造的公司之一。目前提供從發動機、發動機零部件到傳動系統及液壓件的一切再制造服務，再制造成品要完全達到卡特標準。年回收200萬件零部件，完成88萬噸廢金屬的循環利用。所有再制造產品能達到與新零件相同的規格和性能指標，這意味著能用遠低于新產品成本的價格獲得等同于新產品的質量與價值。

國內已確定了14家試點汽車零部件再制造企業，形成汽車發動機、變速箱、轉向機、發電機供25萬臺套的再制造能力，產值超過20億元。安徽江淮與奇瑞公司榜上有名。

工信部在多家企業的試點顯示，再制造業在質量性能不低于新品情況下，成本只是新品的50%，節能60%，節材70%，對環境的不良影響顯著下降。成為建設資源節約型和環境友好型社會的重要途徑，概括就是"兩型社會、五、六、七"。

再制造產業化存在的問題：

消費者觀念與信心的問題。中國再制造行業面對的客戶群不一樣，比如礦山客戶，都是集團客戶。很多客戶對再制造的認知沒到位，還需要教育和引導，普通大眾需要更多了解再制造。

規模化生產與支撐。舊件的回收最關鍵，就跟我們過去換啤酒一樣，買啤酒就把啤酒瓶還回去，把押金要回來。這樣的機制能促成舊件的回收。要保證一定經濟規模才能使再制造成為可能。

嚴格的行業標準控制。必須確立高于新品的嚴格檢測標準。政策的保護與行業準入要研究，千萬別（發明創造了？）成了假冒偽劣產品的保護傘。

再制造回收的還有30%左右廢料損耗，無法再利用，必須采用穩定途徑處理。

王玉玨，研究員級高工， 1975年參加工作，1982年1月畢業于合肥工大。國家注冊機械工程師，注冊咨詢工程師，英國皇家特許建造師，上世紀始享受國務院津貼，2012年度國家科技進步獎及國家發明獎評審專家。

曾任機械部一院項目總師，副處長，副總師，院長，北京中機一院工程設計有限公司和北京華興監理咨詢公司董事長。現任一院副院長，中國重型機械工業協會常務理事，中國工程機械工業協會常務理事，中國液氣密工業協會理事，中國國際工程咨詢協會特聘專家，安徽省工業經濟聯合會副會長，省機械工程學會副理事長，省塑性工程學會副會長，鍛壓協會名譽會長，蚌埠市科協副主席。