裝備再制造領(lǐng)域的軍民融合
——徐濱士院士訪談錄

本刊編輯部

記者：徐院士，您好！是否能請您先介紹一下裝備再制造工程的概念？

徐院士：裝備再制造工程是以裝備全壽命周期設(shè)計和管理為指導(dǎo)，以廢舊裝備實現(xiàn)性能提升為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，對廢舊裝備進行修復(fù)和改造的一系列技術(shù)措施或工程活動，是裝備綜合保障技術(shù)的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)支撐。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28619—2012《再制造術(shù)語》對“再制造”的定義為：對再制造毛坯進行專業(yè)化修復(fù)或升級改造，使其質(zhì)量特性（包括產(chǎn)品功能、技術(shù)性能、綠色性、經(jīng)濟性等）不低于原型新品水平的過程。再制造是制造產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，也是先進制造和綠色制造的重要組成部分。再制造被列入國家“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，《中國制造2025》提出“大力發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，實施高端再制造、智能再制造、在役再制造，推進再制造產(chǎn)品認(rèn)定，促進再制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展”。再制造產(chǎn)品的質(zhì)量特性不低于原型新品，而成本僅是新品的50%左右，可實現(xiàn)節(jié)能60%、節(jié)材70%、污染物排放量降低80%，經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益顯著。再制造流程主要包括廢舊產(chǎn)品的拆解、清洗、檢測、再制造成形、裝配、性能測試等步驟。

▲ 再制造流程圖

歐美等國家再制造產(chǎn)業(yè)起步早、規(guī)模大、產(chǎn)值高，以工程機械、汽車、辦公用品等為代表的傳統(tǒng)再制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展的同時，以航空航天、醫(yī)療、電子產(chǎn)品等為代表的高端再制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展。其再制造模式主要以尺寸修理法和換件修理法為主，存在著再制造率低、破壞零件互換性、結(jié)構(gòu)損傷無法再制造、再制造毛壞損傷檢測手段單一等問題。美國是再制造的最大受益者，再制造已經(jīng)成為美軍維持其龐大武器庫運轉(zhuǎn)而采取的戰(zhàn)略性措施之一。例如，美軍研制出了高柔性零件現(xiàn)場再制造系統(tǒng)——“移動零件醫(yī)院（Mobile Parts Hospital, MPH）”，能夠在臨近戰(zhàn)場需要的位置快速部署，成功對機槍等武器裝備零部件進行快速再制造，大幅提升了裝備快速精確保障響應(yīng)速度和保障水平。美軍對“阿帕奇”AH-64A型直升機進行再制造升級，再制造后的“阿帕奇”AH-64D型直升機可一次同時攻擊的目標(biāo)數(shù)是原機的4倍，生存能力比原機提高了7.2倍。此外，美軍還對大型運輸直升機、坦克、裝甲車、垂直起降戰(zhàn)斗機、洲際導(dǎo)彈等進行再制造。英國“挑戰(zhàn)者”坦克、“勇士”裝甲車用發(fā)動機、傳動箱的再制造任務(wù)主要由卡特彼勒公司的再制造工廠承擔(dān)，再制造提高了英軍裝備維修保障質(zhì)量、效率與效益。由此可見，裝備再制造工程促進了裝備維修保障模式的變革，使裝備及時適應(yīng)作戰(zhàn)需求，提高了裝備建設(shè)經(jīng)費使用效益，同時武器裝備的再制造為新一代裝備的研制提供實踐經(jīng)驗，對提升裝備的綜合保障效能和核心戰(zhàn)斗力具有重要意義。

▲ 美國零件野戰(zhàn)醫(yī)院系統(tǒng)的成形設(shè)備

▲ 美國零件野戰(zhàn)醫(yī)院系統(tǒng)的加工設(shè)備

我國采用了不同于歐美的以“尺寸恢復(fù)和性能提升”為主要特征的自主創(chuàng)新的再制造模式。我國再制造工程在維修工程、表面工程基礎(chǔ)上發(fā)展而來，大量應(yīng)用了零件壽命評估技術(shù)、表面工程、增材制造等先進技術(shù)，可使舊件尺寸精度恢復(fù)到原設(shè)計要求，并提升質(zhì)量和性能。我國以尺寸恢復(fù)和性能提升為主要特征的再制造模式，在提升再制造產(chǎn)品質(zhì)量的同時，還可大幅提高舊件的再制造率。

記者：裝備的再制造與維修有什么區(qū)別？

徐院士：再制造不同于維修，維修是在產(chǎn)品的使用階段為保持其良好技術(shù)狀況及正常的運行而采用的技術(shù)措施，常具有隨機性、原位性、應(yīng)急性。維修的對象是有故障的產(chǎn)品，多以換件為主，輔以單個或小批量的零（部）件修復(fù)，維修后的產(chǎn)品多數(shù)在質(zhì)量、性能上難以達到新品水平。

再制造以高新技術(shù)為支撐，可使廢舊裝備的質(zhì)量特性不低于原型新品。再制造不但可以通過延長裝備的使用壽命獲取經(jīng)濟效益，還可以通過降低廢舊裝備的制造活動成本、能源消耗成本和設(shè)備工具消耗成本等提高產(chǎn)品附加價值。再制造是高技術(shù)維修的產(chǎn)業(yè)化，是維修發(fā)展的高級階段。

記者：為什么再制造后的產(chǎn)品質(zhì)量會不低于原型新品？

徐院士：一部機電產(chǎn)品制造出來以后，經(jīng)過若干年才會報廢，而這期間科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，對廢舊機電產(chǎn)品進行再制造時可以吸納最新的研究成果，既可以延長易損零件、易損表面的使用壽命，又可以對老產(chǎn)品進行技術(shù)升級改造，使其整體性能跟上時代的要求。而原始設(shè)備制造商只是把新的科技成果引入下一代的產(chǎn)品中，不輕易改動老產(chǎn)品的制造技術(shù)和工藝。同時，再制造過程中，需要對再制造毛坯、再制造涂覆層進行損傷評價與壽命評估，確保再制造毛坯和再制造涂覆層能夠承擔(dān)下一輪服役周期。這種原始制造與再制造的技術(shù)差別，成為再制造產(chǎn)品的性能可以達到甚至超過新品的主要原因。

記者：目前裝備再制造的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用主要有哪些？您在這方面的科研成就及創(chuàng)新性工作有哪些？

徐院士：目前成熟的再制造關(guān)鍵技術(shù)主要有：廢舊零件壽命預(yù)測和評估技術(shù)、納米電刷鍍技術(shù)、高速電弧噴涂技術(shù)、微弧等離子熔覆技術(shù)和納米自修復(fù)添加劑技術(shù)等。

我們實驗室針對航空發(fā)動機壓氣機葉片易磨損及葉片易受外來物磨損的問題，采用納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)對壓氣機葉片進行再制造，提高了零部件的強度和耐磨性。利用納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)和納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)實現(xiàn)了非導(dǎo)電納米陶瓷顆粒與金屬離子的電化學(xué)共沉積及裝備運行中摩擦副表面微損傷的自修復(fù)。采用微弧等離子束再制造技術(shù)對我軍某型號航空發(fā)動機葉片進行3D打印再制造，解決了葉尖修理極限確定、逐層堆積過程中成形困難和復(fù)雜型面近凈成形等難題。利用等離子噴涂對重載裝備的關(guān)鍵薄壁零件進行再制造，其耐磨性最高可達同類新品零件的18.3倍，而成本只是新品的10%，材料消耗只是新品制造的1%。

納米自修復(fù)添加劑技術(shù)。它被稱為運行中的再制造技術(shù)。這項研究最早始于俄羅斯，他們在采礦鉆井時發(fā)現(xiàn)，鉆頭在采到地下某一深度的巖層時，鉆頭不僅沒有磨損，以前的磨損部位反而還得到了修復(fù)。他們很驚訝，深入分析才知道原來這一層巖石是具有自修復(fù)功能的蛇蚊石。蛇蚊石經(jīng)過一系列復(fù)雜的機械作用及摩擦化學(xué)作用，形成一層具有保持作用的修復(fù)層，實現(xiàn)自修復(fù)。

這些年來，我們也研制開發(fā)出多種納米減摩自修復(fù)添加劑。當(dāng)含有修復(fù)功能的微納米顆粒復(fù)合添加劑被加入重載車輛的潤滑油中后，微納米顆粒會隨潤滑油分散到摩擦副接觸表面，在一定的溫度、壓力、摩擦力的作用下，微納米顆粒會在摩擦表面沉積，并與摩擦表面作用，填補磨損面，形成一層修復(fù)膜?，F(xiàn)在這項技術(shù)已開始在部隊?wèi)?yīng)用。如我軍某型重載車輛由于零部件老化，發(fā)動機經(jīng)常出現(xiàn)故障，我們將微納米減摩自修復(fù)添加劑加入20輛重載車輛中，重載車輛的動力性提高了，機油消耗也減少了。

自動化高速電弧噴涂技術(shù)。利用操作機夾持噴槍，通過編程實現(xiàn)噴涂過程的路徑規(guī)劃，實時反饋調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù)，按照設(shè)定路徑實現(xiàn)自動化的噴涂作業(yè)。該技術(shù)用于重載汽車發(fā)動機缸體、曲軸箱體等重要零件的再制造，單件發(fā)動機箱體的再制造時間由手工操作的1.5 h縮短為20 min，效率提高4.5倍。曲軸、缸體等零件的再制造，其材料消耗為零件本體重量的0.5%，費用投入不超過新品價格的10%。再制造曲軸還減少了新曲軸制造中的400 ℃條件下8 h的碳氮共滲工序，節(jié)約了大量的能源。

納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)。我們將納米材料與電刷鍍技術(shù)結(jié)合研發(fā)出了納米電刷鍍技術(shù)。具體做法是在普通鍍液中添加特種納米顆粒，主要是碳化硅、氧化鋁等陶瓷顆粒，得到鍍層后這些顆粒就均勻分散在鍍層中，工作時依靠納米陶瓷顆粒的高硬度及對裂紋擴展的“釘扎”作用，耐磨性比不含納米顆料的電刷鍍層高1.6～2.5倍，硬度是其1.5～1.7倍，抗接觸壽命由105周次提高到了106周次。納米電刷鍍技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到坦克、軍用車輛、艦船和飛機發(fā)動機等關(guān)鍵零件的修復(fù)上。例如，用在某型飛機發(fā)動機壓氣機葉片的再制造上，突破了國外對該飛機維修技術(shù)和設(shè)備的壟斷。

▲ 發(fā)動機缸體自動化納米復(fù)合電刷鍍設(shè)備

▲ 連桿自動化納米復(fù)合電刷鍍設(shè)備

超音速等離子噴涂技術(shù)。行星框架是某型重載車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)重要的薄壁零件，易于磨損失效。采用等離子噴涂及自熔劑合金新材料，完成了行星框架的再制造。經(jīng)過車輛的實車考核，再制造行星框架的使用壽命達到新品的3倍，成本及材料消耗為新品的1/10及1/100。

記者：作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，目前我國再制造產(chǎn)業(yè)狀況如何？

徐院士：首先，我國再制造產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境不斷優(yōu)化。我國的再制造發(fā)展經(jīng)歷了產(chǎn)業(yè)萌生、科學(xué)論證和政府推進3個階段，我國再制造產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，離不開國家政策的支撐與法律法規(guī)的有效規(guī)范。我國再制造政策法規(guī)經(jīng)歷了一個從無到有、不斷完善的過程，《循環(huán)經(jīng)濟促進法》《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》《關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設(shè)的意見》《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》《高端智能再制造行動計劃（2018—2020）》等法律、法規(guī)明確提出支持再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國再制造產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境不斷優(yōu)化。

其次，我國再制造試點企業(yè)數(shù)量和再制造產(chǎn)品種類逐步增多。截至2018年5月，我國再制造試點企業(yè)達到150余家，建立了9個國家再制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和再制造產(chǎn)業(yè)示范基地。同時，發(fā)布了7批《再制造產(chǎn)品目錄 》，涵蓋工程機械、電動機、辦公設(shè)備、石油機械、機床、礦山機械、內(nèi)燃機、軌道車輛、汽車零部件等10大類130余種產(chǎn)品。

還有就是我國再制造技術(shù)體系逐步完善。我國再制造技術(shù)原來采用國外的換件法和尺寸修理法等單一技術(shù)，經(jīng)過十余年的發(fā)展，探索提出以“尺寸恢復(fù)和性能提升”為特征的自主創(chuàng)新模式，中國特色再制造模式注重基礎(chǔ)研究與工程實踐相結(jié)合，創(chuàng)新發(fā)展了中國特色的再制造關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了廢舊產(chǎn)品的再制造質(zhì)量控制體系。涵蓋再制造工程設(shè)計、再制造關(guān)鍵技術(shù)、再制造質(zhì)量控制技術(shù)等中國特色的再制造技術(shù)體系逐步完善，再制造產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)、舊件性能評價、拆解和清洗、表面修復(fù)、無損檢測等再制造基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得突破進展，確保再制造產(chǎn)品的性能質(zhì)量和可靠性。

▲　再制造產(chǎn)品標(biāo)志樣式

▲ 汽車零部件再制造產(chǎn)品標(biāo)志

同時，我國再制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸完善。目前，我國已發(fā)布了20余項再制造國家標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋再制造術(shù)語、基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、共性技術(shù)等。再制造系列標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施對規(guī)范再制造企業(yè)生產(chǎn)、保證再制造產(chǎn)品質(zhì)量、促進我國再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了重要的推動作用。

記者：裝備維修與再制造保障軍民融合有何重大意義？

徐院士：黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央從國家發(fā)展和安全全局出發(fā)，把軍民融合發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，當(dāng)前和今后一個時期是我國軍民融合發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，也是軍民融合由初步融合向深度融合過渡、進而實現(xiàn)跨越發(fā)展的關(guān)鍵期。

裝備維修與再制造保障軍民融合是以提高裝備維修保障能力和效益為目的，以軍隊裝備維修保障力量為主體，以軍工集團和裝備承制單位為技術(shù)支撐與能力補充，在更大范圍、更高層次、更深程度上，統(tǒng)籌頂層規(guī)劃、統(tǒng)籌資源配置、統(tǒng)籌力量建設(shè)與運用的一種維修保障模式，可顯著縮短保障時間，提高維修保障效率，提升裝備性能。裝備維修與再制造技術(shù)軍民融合發(fā)展不僅能夠推進我國軍民融合管理體制和運行機制的建設(shè)和完善，還能夠?qū)崿F(xiàn)裝備維修與再制造軍民兩用技術(shù)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，并發(fā)掘企業(yè)、院校、研究機構(gòu)等組織的社會資源優(yōu)勢。

記者：裝備再制造技術(shù)怎樣做到軍民融合、寓軍于民？

徐院士：裝備再制造技術(shù)是典型的軍民兩用技術(shù)，是實現(xiàn)武器裝備維修，保障軍民融合式發(fā)展的重要途徑。當(dāng)前，我國裝備再制造領(lǐng)域軍民融合主要有兩種實現(xiàn)方式：一是應(yīng)邀保障，各建制單位根據(jù)平時和執(zhí)行重大任務(wù)時的維修保障工作需要，依托軍隊現(xiàn)有的設(shè)施、設(shè)備，邀請院校、地方工業(yè)部門專家進行保障；二是協(xié)議化保障或合同化保障，軍隊在進行裝備維修與再制造保障的過程中，由于在某些方面尚不完全具備維修保障能力，通過簽定協(xié)議的方式，利用地方再制造企業(yè)為部隊部分裝備進行再制造。

記者：裝備再制造技術(shù)對我國軍隊裝備維修保障方面的作用和貢獻有哪些？

徐院士：裝備再制造作為武器裝備綜合技術(shù)保障和國家循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的重要技術(shù)支撐，是促進再生戰(zhàn)斗力形成的重要手段，已被列為軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略和國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容。

裝備維修保障是裝備建設(shè)的重要組成部分，也是構(gòu)成裝備作戰(zhàn)能力的重要因素。裝備再制造是裝備維修保障的重要組成及關(guān)鍵技術(shù)支撐，是廢舊裝備高技術(shù)修復(fù)、改造的產(chǎn)業(yè)化，是提高裝備質(zhì)量、效益和再生戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵支撐。再制造技術(shù)作為典型的軍民兩用技術(shù)，在我軍武器裝備維修保障中發(fā)揮了重要作用。以熔覆技術(shù)、噴涂技術(shù)、刷鍍技術(shù)等為代表的再制造技術(shù)及裝備已不同程度地配發(fā)部隊各級維修保障單位，充分發(fā)揮了再制造在裝備保障綜合技術(shù)中的作用，成功解決了裝備關(guān)鍵零部件的維修保障難題。

記者：再制造技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用情況怎樣？

徐院士：再制造技術(shù)在民用領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。例如，冶金裝備中的法蘭叉、十字軸、軸承座、延伸軸等產(chǎn)品的材料主要為金屬材料，當(dāng)其達到報廢標(biāo)準(zhǔn)后，傳統(tǒng)的回收方式是拆解、分類回爐、冶煉、軋制成型材后進一步加工利用。經(jīng)過這些工序，原始制造的能源消耗、勞動力消耗和材料消耗等各種附加值絕大部分被浪費，同時又要重新消耗大量能源，造成了嚴(yán)重的二次污染。而對廢舊零部件進行再制造，其投入的資源（如焊條、噴涂粉末、化學(xué)藥品）、能源（電能、熱能等）和廢棄物排放要少得多，大約比原始制造低1～2個數(shù)量級。

盾構(gòu)機作為隧道掘進的專用重型工程機械，是工程機械中價值最高、技術(shù)最復(fù)雜的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、水利、公路、城市管道等工程。盾構(gòu)機價格極高，每臺售價根據(jù)不同規(guī)格一般在2000萬～8000萬元

▲ 冶金軋輥再制造

▲ 輥端軸套再制造

▲ 硬巖盾構(gòu)機

▲ 盾構(gòu)機刀盤再制造前后對比

（特別感謝徐濱士院士團隊魏世丞、王海斗、董世運、李恩重、夏丹、黃艷斐給予本次采訪的大力支持?。┤嗣駧牛矌r掘進機與過江過海隧道用泥水平衡式盾構(gòu)機售價在1億～2億人民幣，超大直徑盾構(gòu)機售價更高。通常盾構(gòu)機的設(shè)計壽命是10 km，年均運行2 km，平均一臺盾構(gòu)機的使用壽命僅5年。據(jù)統(tǒng)計，2013年以來，我國達到設(shè)計使用壽命的盾構(gòu)機開始進入高發(fā)期，每年有25%～30%的盾構(gòu)機面臨大修或報廢，盾構(gòu)機體積大、價值量和技術(shù)含量高、系統(tǒng)復(fù)雜，同時報廢周期較短，再制造潛力巨大。例如，可以利用激光熔覆技術(shù)對主驅(qū)動密封鋼環(huán)進行再制造，采用納米電刷鍍技術(shù)對拼裝機大小齒圈、軸承位磨損處進行再制造，采用等離子噴涂技術(shù)對推進油缸缸體進行再制造。