裝備制造的關(guān)鍵技術(shù)需要自主開發(fā)

內(nèi)容提要：改革開放以來，我國的裝備制造業(yè)有了很大發(fā)展，企業(yè)的發(fā)展要依靠引進(jìn)裝備、引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)資金，但更主要的是要依靠自主開發(fā)。

關(guān)鍵詞：裝備制造業(yè)；引進(jìn)；自主開發(fā)

中圖分類號(hào)：F424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-4161(2009)01-0012-04

1.巨大而寶貴的國內(nèi)市場培育了我國的制造業(yè)

我國的制造業(yè)發(fā)展勢頭非常好。改革開放以來我國制造業(yè)的發(fā)展歷程，大致有這么幾次高潮。第一次是家電業(yè)的發(fā)展。僅僅經(jīng)過十年的時(shí)間，我國的家庭幾乎都有了電視機(jī)。第二次浪潮是以汽車為代表的裝備產(chǎn)品的發(fā)展。這得益于改革開放的政策和觀念的更新。采用的主要辦法是引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)全套設(shè)備。下一個(gè)浪潮，應(yīng)該在重大裝備制造上。

我國制造業(yè)的發(fā)展，首先得益于我國人口眾多這個(gè)最大的資源。市場大是我們非常重要的資源，我們應(yīng)該珍視它。我國廣大的市場培育了我們的制造業(yè)。我國談不上地大物博，尤其按人口來平均資源還很匱乏。無論是能源還是鋼鐵、水，我們都達(dá)不到世界的平均值，有的只占到百分之十幾、二十幾，最多只占到三分之一。但是人口眾多的確還是我們的特點(diǎn)。這眾多的人口要消費(fèi)就是一個(gè)很大的市場，這個(gè)巨大的市場培育了我們的制造業(yè)。我們應(yīng)該珍視這個(gè)市場。溫州能從最小的產(chǎn)品做起并發(fā)展，如打火機(jī)，幾家企業(yè)分工做打火機(jī)，先占領(lǐng)當(dāng)?shù)氐氖袌?，然后占領(lǐng)浙江的市場，再占領(lǐng)中國的市場，中國的市場占領(lǐng)了以后世界的市場自然就占領(lǐng)了。由于我們有這么大的市場，就可以把產(chǎn)品做得非常精，分工很細(xì)，而且非常便宜。打火機(jī)上有一個(gè)光桿，大概就十幾毫米長、一個(gè)毫米粗，其圓度、不直度都非常好，居然可做到一角錢十幾個(gè)?？梢哉f世界上沒有哪個(gè)國家能做到這個(gè)程度。汽車產(chǎn)業(yè)也是這樣。我國的制造業(yè)，以前大都是通過引進(jìn)裝備、引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)資金，依靠便宜的勞動(dòng)力、依靠消費(fèi)者的資金發(fā)展的。這樣雖然發(fā)展了，但也帶來了一些問題。低廉的勞動(dòng)力使人民的生活不能得到完全的改善，使社會(huì)不夠和諧。發(fā)展中犧牲了一部分消費(fèi)者的利益，是消費(fèi)者的資金支持了制造業(yè)的發(fā)展。例如在剛開始時(shí)，家電的價(jià)格非常高。汽車也是這樣。引進(jìn)技術(shù)在使我們很快發(fā)展的同時(shí)，也使我們很多企業(yè)失去了自主權(quán)利，大部分利益被國外企業(yè)抽走了。2007年以來，原材料、能源及勞動(dòng)力價(jià)格的上升，使許多低技術(shù)的加工企業(yè)遭遇了極大困難，面臨倒閉，充分說明了企業(yè)的長期發(fā)展，還必須依靠先進(jìn)裝備和技術(shù)創(chuàng)新。

為什么我們的制造業(yè)發(fā)展了、做大了，卻并沒有做強(qiáng)。不強(qiáng)的重要標(biāo)志是我國制造業(yè)產(chǎn)品主要占據(jù)的是市場價(jià)值鏈的低端，附加值、利潤都低。而產(chǎn)品在價(jià)值鏈中所處地位、自主開發(fā)能力均取決于裝備制造（如IT產(chǎn)業(yè)、機(jī)床）能力和水平。譬如我國的手機(jī)市場規(guī)模絕對是世界第一，但是我們做手機(jī)的企業(yè)賺到的利潤卻很少。為什么？就是因?yàn)槲覀兊难b備制造業(yè)不行，手機(jī)核心的東西——芯片是國外制造的。我國生產(chǎn)芯片的大規(guī)模集成電子設(shè)備幾乎全是進(jìn)口的。生產(chǎn)芯片的國外裝備制造商有一個(gè)明確的理念，就是一定要把供給中國的芯片生產(chǎn)設(shè)備同他們自己的保持兩到三代的功能、技術(shù)差距。例如國外現(xiàn)在45納米的光刻機(jī)已經(jīng)做出來了，65納米的光刻機(jī)已經(jīng)裝備生產(chǎn)線了，但是給中國只提供90納米的光刻機(jī)。目的就是保持這種技術(shù)差距。國內(nèi)外的微電子行業(yè)經(jīng)營表明：IC行業(yè)的利潤來自先進(jìn)裝備。芯片的水平差，手機(jī)的功能就比別人的差。我們生產(chǎn)的手機(jī)，必須用國外的芯片，我們只是做個(gè)殼子。我們的手機(jī)廠、芯片廠都不賺錢，類似的例子很多。我們的造船業(yè)已經(jīng)可以生產(chǎn)200萬噸的大船了，成了造船第一大國，但實(shí)際主要是做船的殼體，船舶電子我們不行，船的大曲軸也做不了，因?yàn)槲覀儧]有做大曲軸的裝備。我們的機(jī)床現(xiàn)在發(fā)展的比較好了，但是數(shù)控系統(tǒng)是人家的，高速電主軸也是人家的。軸承、滾動(dòng)導(dǎo)軌都競爭不過國外。我們的鑄造產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來了。鑄造產(chǎn)業(yè)是一個(gè)污染大、消耗資源的產(chǎn)業(yè)，這與可持續(xù)發(fā)展有矛盾。我國現(xiàn)在面臨著可持續(xù)發(fā)展的重大問題。發(fā)達(dá)國家指責(zé)我國消耗了能源、污染了環(huán)境。當(dāng)然我國也有我們的說法，說美國人均能源消耗比我們大多了。但實(shí)際上世界能源消耗中增量多的是中國，我們在替發(fā)達(dá)國家背污染的黑鍋。為了可持續(xù)發(fā)展，必須糾正這個(gè)問題。這就必須提高產(chǎn)品的價(jià)值，占據(jù)價(jià)值量的高端。而這些都有賴于裝備制造業(yè)的提高。

我國要發(fā)展大飛機(jī)，自身擁有巨大的市場是一個(gè)很重要的因素。預(yù)計(jì)到2020年，我國將需要民用飛機(jī)1.700多架，需要的運(yùn)輸機(jī)也非常多，這就是我們發(fā)展的基礎(chǔ)。我們有理由堅(jiān)信我國的飛機(jī)制造業(yè)肯定也能發(fā)展起來。

很多口號(hào)都是以市場來換這個(gè)換那個(gè)，這些口號(hào)值得商榷。當(dāng)然，在一定的歷史發(fā)展階段，我們不得不這樣去做。但我們不能照顧了近期的利益，卻犧牲了長遠(yuǎn)的利益。因此，在制造業(yè)發(fā)展的同時(shí)，要想得到最好、最大的利益，就必須重視和發(fā)展裝備制造業(yè)。由于我們的裝備制造業(yè)發(fā)展沒有同步跟上制造業(yè)的發(fā)展，實(shí)際上喪失了很多很難彌補(bǔ)的發(fā)展機(jī)會(huì)。像手機(jī)，我們培育了新興市場，但芯片制造裝備沒有發(fā)展起來，結(jié)果培育手機(jī)裝備制造業(yè)的機(jī)遇也喪失了。

現(xiàn)在我國的裝備制造業(yè)已有一定發(fā)展能力了，但是自主開發(fā)能力、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)還差得比較多。很多裝備我們能做但是水平不高，在國際競爭的時(shí)候處于很軟弱無力的地位?，F(xiàn)在都提倡發(fā)展裝備制造業(yè)要靠政府支持，希望銷售的時(shí)候政府能保護(hù)我們的市場，實(shí)際上就是因?yàn)槲覀兏偁幜Σ睢＞烤共钤谀睦锬?？我們的裝備制造企業(yè)和產(chǎn)品很多，但都是以仿制為主。

發(fā)展裝備制造業(yè)有不同的觀念。創(chuàng)新大家都認(rèn)為很重要。在把創(chuàng)新分為原始創(chuàng)新、繼承創(chuàng)新、消化再創(chuàng)新的同時(shí)，還可以從另外一個(gè)角度把創(chuàng)新分為知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新。知識(shí)創(chuàng)新是創(chuàng)新的源泉，它是從基礎(chǔ)研究、基本理論開始的。回顧一下人類的歷史，蒸汽機(jī)是原始創(chuàng)新的東西，飛機(jī)也是原始創(chuàng)新的東西；機(jī)床數(shù)控也是原創(chuàng)的東西，屬于知識(shí)創(chuàng)新。技術(shù)創(chuàng)新屬于研發(fā)范圍，就是把一些原理性的東西化為工藝、化為制造方法應(yīng)用于產(chǎn)品制造。產(chǎn)品創(chuàng)新就是把知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用到某一個(gè)產(chǎn)品上。產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)都是產(chǎn)品創(chuàng)新，產(chǎn)品創(chuàng)新會(huì)引起市場細(xì)分。知識(shí)創(chuàng)新是研究院所、大學(xué)所追求的，是他們的定位分工；技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)和科研單位一起共同做的；產(chǎn)品創(chuàng)新主要是企業(yè)擔(dān)負(fù)的任務(wù)。企業(yè)只有通過產(chǎn)品創(chuàng)新才能把自己的技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為財(cái)富。

2.快速制造技術(shù)與產(chǎn)品自主開發(fā)能力的提升

快速制造技術(shù)是一項(xiàng)提升產(chǎn)品自主開發(fā)能力的新技術(shù)。它包括快速原型、快速模具、超高速切削等?？焖僭偷脑硎前讶S制造任務(wù)變成二維制造，通過一個(gè)軟件把CAD的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為兩維的剖面數(shù)據(jù)，推動(dòng)照射到振鏡的激光在液體樹脂表面上進(jìn)行掃描使液體樹脂固化累加制造。它的好處是把很多不同的制造任務(wù)化為一個(gè)模式，不再需要復(fù)雜的工裝制造生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。我們以這個(gè)技術(shù)為核心發(fā)展了一套產(chǎn)品快速開發(fā)系統(tǒng)，包括CAD以及三維反求，然后化為一個(gè)物理原型，結(jié)合快速制造模具技術(shù)，分別制造出適合不同批量生產(chǎn)需要的模具，完成產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)。這個(gè)制造模具的方法和以前的不同，先制造好一個(gè)物理原形，通過復(fù)模任務(wù)來制造模具，把制造任務(wù)簡化，制造成本降低了。這個(gè)技術(shù)已經(jīng)推廣到全國。出現(xiàn)了一個(gè)高技術(shù)制造服務(wù)業(yè)，為一些制造業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)尤其是中小企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)。服務(wù)對象有家電、輕工產(chǎn)業(yè)，也有汽車、摩托車產(chǎn)業(yè)，也包括飛機(jī)制造業(yè)。摩托車、手機(jī)、汽車零部件都可以直接制造，進(jìn)行裝配。新式飛機(jī)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)原型，能很精確地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的意圖，通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果來修改設(shè)計(jì)，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期。

三維反求技術(shù)包括三維數(shù)據(jù)技術(shù)測量和三維重構(gòu)。它是用激光傳感器、三角法測量，獲得復(fù)雜表面的三維輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。像飛機(jī)這樣的大型產(chǎn)品，對大飛機(jī)的各個(gè)部位進(jìn)行精密測量，在曲面曲率變化不大的地方少測一些數(shù)據(jù)，對空氣動(dòng)力學(xué)影響密切的細(xì)部結(jié)構(gòu)，用精密的傳感器進(jìn)行細(xì)節(jié)測量。整個(gè)飛機(jī)測量、激光跟蹤儀定位后，再通過局部坐標(biāo)對全局坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換重構(gòu)其三維模型。

發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部輪廓對產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)影響非常大。雖然氣體燃燒仿真軟件可以采購，但是我們單純依靠這些軟件，仍然無法開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槿紵?jì)算有很多前提條件和邊界條件，而我們不完全掌握。美國人做了近二百年的汽車，積累了很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，這是他們的設(shè)計(jì)知識(shí)，不會(huì)賣給我們。

我們現(xiàn)在可用反求的辦法，站在別人的肩膀上來進(jìn)行開發(fā)。拿幾款發(fā)動(dòng)機(jī)解剖，獲得數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)用我們理解的假設(shè)條件來計(jì)算，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與這款發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不吻合再修改自己的前提假設(shè)，最后達(dá)到性能吻合良好。拿幾款進(jìn)行對比以后，就可以有自己的經(jīng)驗(yàn)，幾年內(nèi)可以掌握人家兩三百年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，迅速提升自己的開發(fā)能力。這是典型的消化知識(shí)再創(chuàng)新的技術(shù)手段。對于內(nèi)部輪廓，我們采取切削一層、照相一層，通過數(shù)據(jù)整理或識(shí)別，得出內(nèi)輪廓和外輪廓的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)。有了數(shù)字模型，發(fā)動(dòng)機(jī)還要樣機(jī)驗(yàn)證，一般開發(fā)過程需要兩三百臺(tái)來驗(yàn)證。制造兩三百臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)的難度很大，很多工裝都得準(zhǔn)備?？焖僭图夹g(shù)可以和精密鑄造技術(shù)結(jié)合。比如把一個(gè)快速原型埋在型砂里面，然后把高溫熔化的金屬一起澆鑄進(jìn)去，樹脂的原型汽化了，連一點(diǎn)灰都沒有，金屬零件澆鑄出來了?？焖僭秃途荑T造技術(shù)相結(jié)合，可以很快得到設(shè)計(jì)出的樣機(jī)，這樣就可以進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)。直升機(jī)渦輪盤、汽車減速器我們都做過實(shí)際案例。我們用這個(gè)原理，把快速原型和快速模具相結(jié)合，用金屬噴涂法制造了一些簡易的模具，做了四十副汽車模具，三個(gè)半月完成了兩款汽車的工程樣車，一輛轎車、一輛商務(wù)車，成本很低。加快了汽車的開發(fā)過程。

快速原型具有廣泛的用途和廣闊的發(fā)展前景。例如農(nóng)業(yè)節(jié)水滴灌中的流道，用快速原型做出樣件，可以很快進(jìn)行一體化試驗(yàn)，幾個(gè)月的開發(fā)任務(wù)幾天內(nèi)就完成了。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)以色列的一些流道設(shè)計(jì)也不是很合理，用我們發(fā)明的主流道設(shè)計(jì)方法可以避免速度死區(qū)，避免滴灌期間泥沙的堵塞。這個(gè)技術(shù)獲得了國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。把快速原型技術(shù)和人類骨骼修復(fù)相結(jié)合，還可以用于人類健康。例如骨組織的修復(fù)、配顱骨、置換瓣關(guān)節(jié)等，效果非常好。

3.關(guān)于高速、超高速加工技術(shù)裝備

機(jī)床是工業(yè)的工作母機(jī)。國家重大領(lǐng)域迫切需要超高速機(jī)床，發(fā)展超高速機(jī)床對國家至關(guān)重要。航空航天領(lǐng)域的大型復(fù)雜薄壁曲面加工，船舶、發(fā)電設(shè)備等的葉輪葉片加工，汽車工業(yè)等都需要超高速機(jī)床。它是提高工業(yè)效率和競爭力的重要技術(shù)。這里主要講高性能工作母機(jī)的一部分即高速、超高速加工技術(shù)裝備，其他的如超精密和工作連動(dòng)的不再論述。

超高速機(jī)床市場廣闊，經(jīng)濟(jì)效益巨大。2001～2005年，我國汽車工業(yè)消費(fèi)了1.000億元的機(jī)床，其中進(jìn)口機(jī)床占800多億元。國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床僅占數(shù)控機(jī)床總價(jià)值量的2.5%。

超高速機(jī)床首先要實(shí)現(xiàn)超高速切削。按照國際CRIP的定義，超高速切削基本上是現(xiàn)有的切削速度的五到十倍。例如鋁合金的切削速度國外已經(jīng)達(dá)到每秒6.000米甚至8.000米以上，鑄鐵達(dá)到了每秒1.000多米。超高速切削概念是由索羅門假設(shè)提出來的。用超高速切削可以直接對變速鋼進(jìn)行加工，加工表面粗糙度降低1～2級，可直接加工淬硬模具鋼，模具可以實(shí)現(xiàn)一次成型，不需要修磨、打磨。飛機(jī)的壁板肋板，95%的材料被銑掉了；機(jī)翼的內(nèi)膽鋁合金95%被切削掉了。飛機(jī)制造廠有很多切削任務(wù)，機(jī)床又少，成為制造的一個(gè)瓶頸。

超高速切削技術(shù)可以滿足越來越高的技術(shù)要求，同時(shí)可以大大降低制造和投入成本。像汽車工業(yè)，日本的汽車加工中采用高速切削，轉(zhuǎn)速每五年提高28%。我們有些企業(yè)進(jìn)口了上萬轉(zhuǎn)甚至三四萬轉(zhuǎn)以上的機(jī)床，因?yàn)椴徽莆账募庸ぞ幊?，在車間只使用到幾千轉(zhuǎn)，不敢用到那么高的速度，還是處于低速度切削狀態(tài)。因?yàn)楹芏嗳瞬惶私獬咚偾邢鞯母拍睢?/p>

高速切削機(jī)床有巨大的市場。近些年來國家進(jìn)口的機(jī)床中，高速機(jī)床越來越多。東莞地區(qū)民營、外資及臺(tái)資企業(yè)逾3.000家，其中55%以上引進(jìn)了高速機(jī)床，并大量采用高速切削刀具。因?yàn)樗麄儑L到了甜頭。他們做模具發(fā)現(xiàn)效率非常高，劃得來。這就給機(jī)床行業(yè)開辟了一個(gè)很大的市場。

發(fā)展自己的超高速切削技術(shù)和技能，關(guān)鍵要有核心技術(shù)。達(dá)到6萬轉(zhuǎn)甚至10萬轉(zhuǎn)的機(jī)床，主軸必須平衡穩(wěn)定。這時(shí)稍有一點(diǎn)不平衡，就會(huì)造成失穩(wěn)，軸承邊界摩擦就會(huì)損傷。我們在這方面做了比較好的研究。可以在機(jī)床主軸處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，很快找到不平衡的問題在那里，很快采取措施解決。以前發(fā)現(xiàn)一個(gè)完全高速的動(dòng)平衡需要一兩個(gè)星期的時(shí)間，現(xiàn)在一兩個(gè)小時(shí)就可以完成。

變速軸的支撐技術(shù)也很重要。我們有的軸承可以勝任二三萬轉(zhuǎn)的機(jī)床，但是使用壽命有限，保證壽命都是兩三千個(gè)小時(shí)。我們在發(fā)展自己的流體潤滑技術(shù)?，F(xiàn)在我們研究一種動(dòng)靜壓復(fù)合的軸承，優(yōu)點(diǎn)是可以重載、剛度高，達(dá)到上萬小時(shí)的壽命，難點(diǎn)在潤滑空間小、轉(zhuǎn)速高。高剪切率就會(huì)引起潤滑介質(zhì)發(fā)熱。解決途徑是用水潤滑，使用超光滑的表面等，使得摩擦力非常小。

高速機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性就變得非常突出，機(jī)床輕微的震動(dòng)就會(huì)造成失穩(wěn)，無法工作。超高速度切削機(jī)床被認(rèn)為是集機(jī)床設(shè)計(jì)、機(jī)床研究各項(xiàng)成果的大成。按我們以前機(jī)床動(dòng)態(tài)性概念，提高剛度的措施，就是把橫梁加寬、加粗，材料多用一點(diǎn)。在震動(dòng)情況下，這樣并不見得是有益的。我們發(fā)現(xiàn)國外很多機(jī)床做得很輕，但是剛度很好。我們以前的剛度停留在靜剛度上，震動(dòng)是造成剛度損失的一個(gè)重要原因，而減輕重量就可以提高這種頻率。我們提出了一個(gè)更輕的、超輕的結(jié)構(gòu)。這是我們學(xué)校進(jìn)行973研究的重要方面。這種結(jié)構(gòu)的材料不僅可以用于飛機(jī)、汽車，也可以用于機(jī)床的動(dòng)態(tài)部分，尤其是超高速切削機(jī)床。機(jī)床那么大的工作臺(tái)，那么大的質(zhì)量，要求加速度在2個(gè)G以上，需要超輕的材料去做它。

影響機(jī)床動(dòng)態(tài)性的一個(gè)重要方面是機(jī)床的結(jié)合面。機(jī)床構(gòu)件剛度、動(dòng)靜剛度都可以計(jì)算，仿真可以做得很好。但實(shí)際上光有計(jì)算機(jī)的仿真是不行的。我們發(fā)現(xiàn)很多薄弱環(huán)節(jié)是在結(jié)合面。影響剛度的50%是由結(jié)合面決定的，阻力的50%～80%來自于結(jié)合面。所以怎樣做好結(jié)合面，提高它的阻力又增加剛性，是一個(gè)很重要的任務(wù)。這個(gè)研究很復(fù)雜，不僅和結(jié)合面的表面粗糙度有關(guān)，和加工材料的表面粗糙度有關(guān)，而且和加工工藝方法有關(guān)，銑出來與磨出來的不同，還和溫度、方向有關(guān)系，所以是一個(gè)很復(fù)雜的問題。要有精細(xì)的研究。結(jié)合面研究好了，整機(jī)的動(dòng)態(tài)特性才能預(yù)測的很準(zhǔn)確。

對機(jī)床來說，光靠提高零部件的精度，不能夠完成設(shè)計(jì)的目標(biāo)。必須進(jìn)行在線檢測和精度補(bǔ)償。整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)荷機(jī)床的各種不同功能，包括復(fù)雜切面的加工。要整合在一起才能減少工件加工時(shí)定位面的轉(zhuǎn)換，依次安裝就可以加工出來。

數(shù)控系統(tǒng)可以用國外的，但要真正提高機(jī)床的性能，必須對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。要成為機(jī)械行業(yè)的總工藝師，針對各個(gè)行業(yè)的需要和工藝需求，根據(jù)積累的工藝知識(shí)，開發(fā)出的機(jī)床才真正是性能高的。為此必須了解各行各業(yè)如發(fā)電裝備、飛機(jī)制造、汽車制造的工藝。把它們的工藝吃透了，做出來的機(jī)床才能有廣闊的市場，才能提高機(jī)床的附加值。另外還有在線檢測、故障診斷。只有把國外的硬件、軟件繼承了并消化轉(zhuǎn)化成我們的數(shù)控系統(tǒng)，才能提高數(shù)控系統(tǒng)性能。不是簡單地靠買西門子的數(shù)控系統(tǒng)就可以做出高性能機(jī)床和高性能機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的。

4.關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自主開發(fā)問題

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在業(yè)內(nèi)形容是風(fēng)起云涌，各地都在上風(fēng)電。這是國家鼓勵(lì)的產(chǎn)業(yè)，也是發(fā)展前景非常好的行業(yè)。國家給了很多鼓勵(lì)政策。風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造目前國內(nèi)企業(yè)主要采用的是技術(shù)跟進(jìn)的辦法。有的在做整機(jī)，有的在做核心零部件。

葉片對風(fēng)力發(fā)電機(jī)至關(guān)重要。葉片不僅是風(fēng)電裝備的瓶頸，對其他裝備如飛機(jī)也是非常重要的。我們在做大飛機(jī)技術(shù)方案計(jì)劃的時(shí)候，機(jī)身怎么做，機(jī)翼怎么做，數(shù)字化設(shè)計(jì)規(guī)劃怎么做，工裝怎么做，這些方面都做了很多規(guī)劃。但是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在還沒有很好的方案，關(guān)鍵就卡在葉片制造上。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐溫要達(dá)到1.800度，它需要晶體定向生長甚至是單晶的葉片。不僅如此，它里面的形狀也很復(fù)雜，有很多通冷卻流道的孔，葉片形狀的精度要求也很高，鑄造精度要達(dá)到5個(gè)μ。因此，葉片制造面臨著很艱巨的挑戰(zhàn)，而國外的這些技術(shù)對我們又是高度封鎖的。目前我們一個(gè)工序的成功率是百分之十幾，百分之八十幾是廢品。發(fā)電設(shè)備的葉片價(jià)格非常高。日本賣給我們一個(gè)新葉片價(jià)格是40萬元，維修葉片的價(jià)格是80萬元，翻1倍。而且他要求我們把損壞的葉片完整無缺的拿回去，防止我們進(jìn)行解剖研究。

陜西的一家工廠做了一個(gè)非常好的節(jié)能裝備，用鋼鐵工業(yè)、化工工業(yè)的尾氣來發(fā)電。這種設(shè)備賣的很好。但它的效率沒有日本的高，功能沒有人家的好，和國外競爭還不行。問題就在風(fēng)機(jī)的葉片、葉輪的形面設(shè)計(jì)技術(shù)不過關(guān)，性能有差距，因此價(jià)格有很大差異，主要是缺乏分析設(shè)計(jì)能力。

風(fēng)電的葉片我們國家也沒有自己的設(shè)計(jì)技術(shù)。我們現(xiàn)在以反求再設(shè)計(jì)方案來支持消化再創(chuàng)新。先用激光跟蹤儀加上流星測量臂進(jìn)行測量。流星測量臂就像一個(gè)機(jī)械手一樣，在表面上滑過以后就把數(shù)據(jù)記錄下來了，然后通過激光跟蹤儀來定位它，大型的物體也可以用小的測量儀器一部分一部分地測量出來，然后把數(shù)據(jù)綜合在一起，就把葉片的數(shù)據(jù)全部反求下來了。一個(gè)截面一個(gè)截面地構(gòu)建出來，構(gòu)建成一個(gè)截面的葉型，再構(gòu)建成三維的，最后用快速成形技術(shù)做出一個(gè)三維的葉片。這樣就可以進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證我們的一些設(shè)計(jì)。

對獲得的葉片數(shù)據(jù)要進(jìn)行流場計(jì)算、空氣動(dòng)力學(xué)分析。為什么要這么做？因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)不像汽車那里都可以跑，它是根據(jù)風(fēng)場來設(shè)計(jì)葉片型面的。不同的風(fēng)場葉片型面數(shù)據(jù)是不一樣的。新疆的風(fēng)場和甘肅的就不一樣。型面設(shè)計(jì)不合理，不僅消耗了有效的能量，而且會(huì)造成葉片的振動(dòng)，破壞葉片，需要仿真分析。我們還可以運(yùn)用計(jì)算對葉片進(jìn)行載荷分析防止疲勞。葉片設(shè)計(jì)涉及它的結(jié)構(gòu)，它不是一般的金屬結(jié)構(gòu)，而是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，是纖維加上樹脂一層一層鋪在上面的。這種材料是各向異性而不是同性的，給力學(xué)分析造成一定困難。制造葉片也是一個(gè)特殊的任務(wù)。制造得不好或者復(fù)合材料拼接的不好，都會(huì)影響它的剛度和強(qiáng)度，搞不好一些大葉片在轉(zhuǎn)的時(shí)候就會(huì)發(fā)生故障甚至斷裂。

大風(fēng)力發(fā)電機(jī)各方面都可能會(huì)有故障。發(fā)生一次故障，吊裝下來再吊裝上去就要花費(fèi)好幾萬元，維修也很困難。風(fēng)力發(fā)電機(jī)上有很多技術(shù)，如故障診斷技術(shù)、增速器、發(fā)電機(jī)、控制線路等，需要的零部件很多。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)我們以前的經(jīng)驗(yàn)比較少，這是個(gè)新任務(wù)。

5.重型燃?xì)廨啓C(jī)研究——973計(jì)劃

先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)是先進(jìn)的國防動(dòng)力裝備，乃國防安全之急需。燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)——燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽機(jī)——燃?xì)廨啓C(jī)等混合動(dòng)力系統(tǒng)是新一代戰(zhàn)機(jī)、艦船、坦克等先進(jìn)動(dòng)力裝備必需的，代表了現(xiàn)代武器系統(tǒng)先進(jìn)動(dòng)力裝備的發(fā)展方向。

對重型燃?xì)廨啓C(jī)，目前我國缺核心零部件如葉片和葉輪的制造，缺乏整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和綜合實(shí)驗(yàn)。由于缺少這些技術(shù)，以至于國家在前些年曾經(jīng)設(shè)想把我們需要的重型燃汽輪機(jī)打包以后一次訂購20臺(tái)，用市場來換技術(shù)。跟國外談判了很久沒有成功。人家情愿放棄這個(gè)市場，也絕不把核心技術(shù)賣給我們。20臺(tái)就是二三十億元，這么大的市場也換不來技術(shù)，這說明了技術(shù)的重要性。

重型燃?xì)廨啓C(jī)里面有葉片，每一排都有上百個(gè)葉片，其中最核心的是高溫葉片。高溫葉片工作在1.400多度的環(huán)境，壽命要達(dá)到25～30年。我們對這些核心技術(shù)進(jìn)行研究，希望通過和企業(yè)的結(jié)合，掌握核心技術(shù)，逐漸形成自己的設(shè)計(jì)制造能力。高溫葉片的表面有一層熱涂層，可以隔熱200度。再通過葉片內(nèi)部的很多孔將冷氣噴出來，繞葉片進(jìn)行環(huán)流，形成一個(gè)氣體保護(hù)膜，可以隔熱500度。這樣就降低了700度溫度。這樣1.400度的材料耐熱要求變成耐受700度就行了。但葉片內(nèi)部剖開以后可以看到有很復(fù)雜的流道，流道通過表面的小孔流出來。小孔的形狀圓的、橢圓的、星形的、三棱的都有。我們的設(shè)計(jì)就是讓它能夠出來形成一個(gè)很均勻很薄的氣體保護(hù)膜。如果保護(hù)膜不穩(wěn)定，葉片就經(jīng)受不了500度的高溫，葉片就損壞了。這是一個(gè)核心制造技術(shù)，因此它的價(jià)格比黃金還要貴。用包括激光成形的辦法或用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)來制造它。

那么多的葉片裝配在一起，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成，要能夠形成很高的旋轉(zhuǎn)精度，還能夠避免它振動(dòng)，在氣體的氣壓下很穩(wěn)定的工作，必須對它整體運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行綜合分析、試驗(yàn)。東汽準(zhǔn)備作出大筆投資，與我校聯(lián)合建立一個(gè)綜合試驗(yàn)臺(tái)，體現(xiàn)了企業(yè)要成為自主創(chuàng)新技術(shù)的主人，企業(yè)不僅要用這個(gè)技術(shù)，而且要通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，研發(fā)這個(gè)技術(shù)，成為技術(shù)開發(fā)和開發(fā)投入的主體。

［作者簡介］盧秉恒（1945-），男，中國工程院院士，西安交通大學(xué)教授、博士。

［收稿日期］2008-12-20

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