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发表于 2009-4-3 13:52:56
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续前第二节7 L$ m; s; A+ G& l+ X6 ?
2.2 国外技术创新状况
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世界各工业发达国家都非常重视焊接技术的发展与创新。美国和德国专家在讨论21世纪焊接的作用和发展方向。一致认为:3 s: i8 x! Z2 X2 v) |) ]/ i- w" W
/ p9 Y& d* X+ `9 s" r% R (1) 焊接(到2020年)仍将是制造业的重要加工技术,它是一种精确、可靠、低成本,并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接,并对所焊产品增加更大的附加值。 \. U8 ]4 X$ ~2 w- f
8 ]% t& v7 c3 n# d7 M* d: ]0 o; ^ (2) 焊接技术(包括连接、切割、涂敷)现在以及将来,都有最大可能成功地将各种材料加工成可投入市场的产品的首选加工方法。3 _6 _, p6 [1 m H$ q
2 v: L! E+ N5 L' N (3) 焊接不再是一种“应召工艺”,它将逐步集成到产品的全寿命过程,从设计、开发、制造到维修、再循环的各个阶段。6 @; N5 M8 o% I3 B% I/ ~# U
! b6 v/ z6 L3 q. i; A# v1 C& x7 g (4) 焊接将被认为对改善产品全寿命的成本、质量和可靠性是至关重要的手段,而且对提高产品的市场竞争力有重要贡献。
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世界各主要工业发达国家都非常重视发挥焊接研究机构的作用,基本上都形成大学研究所企业的三级研究开发体系。各主要工业发达国家都成立了焊接研究所,如英国的焊接研究所(TWI)、美国的爱迪生焊接研究所(EWI)、法国焊接研究所(FWI)、日本的连接与溶接研究所(JWRI)、乌克兰的巴顿电焊研究所(PEWI)、德国亚琛大学的焊接研究所(ISF)和德国焊接学会(DVS)下属的分布在全国各地的焊接研究与培训中心(SLV)等,而韩国的焊接研究中心是设在韩国现代科学技术研究院(KAIST)的韩国工业生产技术研究院KITCH 之内。它们都属于国家级的焊接研究机构。# D. P9 U) P9 r3 V
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国外近年来焊接技术的发展可以用下列有关工业机器人、焊接新电源和激光焊接技术等发展过程的几个例子来简要说明产学研结合的重要性。日本在1972年第一次国际全球石油危机之后,为了提高其汽车产业在国际上的竞争地位,开始引进、吸收美国的机器人技术,政府资助产学研结合大力发展本国的工业机器人产业,政府对应用本国机器人的制造企业给予税收的优惠,很快几家技术较强的电子/电器公司转型成为日本的工业机器人骨干企业,如安川(电机)、松下(电器)、FANAC(数控)等。从20世纪70年代至80年代末的15年间,日本的工业机器人迅速发展并超过美国成为世界工业机器人的生产与应用“王国”,2004年已拥有35.6万台各类机器人,占世界总量的42%。日本汽车产业也是应用机器人最多的行业,造就其价格竞争优势。韩国于20世纪80年代末开始大力发展工业机器人技术,在政府的资助和引导下,由现代重工集团牵头,到20世纪90年代末用了10年的时间形成自己的工业机器人体系,目前韩国的汽车工业大量应用本国的机器人,并已经有韩国的整套汽车焊接机器人生产线进入中国。中国从20世纪80年代开始,国家连续投入几亿元的资金,花了近20年的时间,但是由于工作过于学术化,至今连一个能批量生产具有中国自主知识产权的工业机器人的企业都没有建立,形成巨大的反差。
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激光被认为是21世纪的新能源,激光技术反映一个国家的工业水平。激光在焊接中的应用正引起各国的重视。德国、俄罗斯、美国、日本、法国、意大利等国都很重视发展激光技术。德国已经将激光焊接、激光切割、激光+电弧复合热源焊接技术应用于汽车的生产,特别是铝合金轿车的生产,引领了汽车焊接技术的发展。德国政府很重视激光技术的发展,在政府的教育与研究部中设立了专门管理部门,负责协调激光技术的发展。在德国已经形成大学激光技术研究所激光应用工程开发公司的联合,以及激光主机生产厂激光配件生产厂激光应用企业的联合,形成一个立体覆盖网。由亚琛大学和Fraunhofer激光研究所(ILT)以及IPG公司联合,主要开发光纤激光器FL 和半导体激光器(DDL)而斯图加特大学及其光学加工工具研究所(IFSW)和Trumpf公司联合,主要研究开发碟型激光器。德国的Rofin-Sina公司和Trumpf公司主要生产CO2激光器,HAAS公司则主要生产固体(NdYAG)激光器,而IPG公司生产新型的光纤激光器,Laserline公司生产半导体激光器,形成相互竞争又互相补充的激光技术研发与生产链。大众汽车、宝马汽车、奔驰汽车和美雅(Meyer)船厂是德国应用激光焊接技术的示范企业。德国的大众汽车已经将激光焊接技术引入中国,并在上海大众和一汽-大众的轿车批量生产线上应用,推动了中国激光焊接技术的应用。德国这种由政府牵头形成一条由研究开发主机生产配件制造应用技术开发示范企业有机结合的激光技术产学研结合链条,很值得中国学习。这种链条和日本发展机器人技术有异曲同工之处。
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电弧焊至今仍是焊接的主要方法,而电弧焊技术的进步主要是由电源的发展带动的。国外企业非常重视焊接电源的开发,而且将电源的开发与电弧物理和焊接工艺技术相结合。每当出现一种新型焊接电源都同时推出新的控制方法。例如当出现晶闸管整流焊接电源就推出波形控制减少飞溅的CO2焊接电源和方波交流焊接电源;当逆变电源出现后就推出变极性电源、STT短路过渡焊接电源等;而当全数字化电源出现后又出现焊接电流和电压与送丝速度同步协调控制的双脉冲铝合金焊接电源和CMT“冷金属过渡”焊接电源等等。这说明焊接电源的发展并不只是电路的设计,它关系到电气技术、微电子技术、控制技术、计算机技术、电弧物理、工艺技术等工程技术人员的联合与合作,需要一个多学科的团队。国内电焊机行业缺乏龙头企业,缺乏这样的团队,是造成国内电焊机发展速度慢、小企业只能在低端产品的生产中挣扎生存的主要原因。( `" `- g2 i2 R3 u
1 ]3 s, } V/ n' U# |0 Y 搅拌摩擦焊是20世纪90年代初由英国焊接研究所发明的固态焊接新技术,这是一项带有革命性的创新,由于焊接时金属不熔化、无弧光和热辐射、耗能小、效率高、工件变形小等诸多的优点,而迅速得到推广应用。目前已经在飞机、火箭、快艇、邮轮、火车车厢等铝合金结构制造领域得到应用。国内一些研究所和高校已经购买了英国的专利技术使用许可证,开始自己的创新活动,并部分应用于生产。, X5 ?2 `) V7 A; d$ ^8 X
K- s f& X V: b5 @8 v 综上所述,国外主要工业发达国家的政府很重视焊接技术的发展,他们希望用先进的焊接技术来提高产品的生产质量、提高效率、降低成本,以此来与劳力成本相对低廉的国家进行市场竞争,这是一种战略手段。
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" p+ {0 Z- c6 G! i* ^# W/ x) {2.3 国内自主创新能力的问题和差距; Q! {! v. h1 V+ U9 d. n
2 Q! A9 r+ z S$ V' v$ k) E 2.3.1 问 题
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与国外相比,从总体上看国内焊接生产的机械化、自动化水平较低,众多企业需要的、中国自有的、“使用量大面广”的焊接技术、焊接设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。然而,对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集装箱等行业的中等以上骨干企业,在改革开放以来的多次技术改造中,引进了一些国外的先进焊接设备、材料和工艺,焊接生产的技术水平有了很大的提高,基本上能达到接近国外同类企业的水平,能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品,只是先进技术的应用面、使用的数量和技术的先进程度有别于国外的企业。但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术,目前企业使用的这些先进焊接设备与材料大多依赖外国进口。国内焊接生产的这种表面辉煌,技术空心化的局面是一个严重的战略软肋。" m6 r# W8 a8 y: G/ ~
7 D v+ ?& l$ d2 z. l* q, N 国内焊接创新能力不高的原因是多方面的:
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* y! n& v0 P* ^* M, J B) M4 @(1) 从国家层面来说,政府有关部门缺乏对焊接技术在国民经济发展和国防建设中的地位和重要性的全面准确认识;缺乏针对经济发展和市场竞争需求而提出焊接技术发展的战略性指导规划;过分追求高新精尖,而忽视基本焊接技术的创新。" S$ @* }: n/ ~* P8 z
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(2) 从高等学校层面来说,1998年以前,中国共有50多所高等院校设立焊接专业,每年给国家培养上千名焊接毕业生。实行通才教育后,国家教育部仅批准哈尔滨工业大学一家仍保留独立的焊接专业,每年培养70 ~80名焊接专业学士、70名左右的焊接硕士和博士。其他高校的焊接教研室大多改称焊接研究所,在通才教育的前提下,部分材料系或机械系的学生偏重于焊接学科,但是有关焊接的专业课程比原先减少了一半以上的学时。由于国内缺乏继续教育和专业培训的制度,这些大学毕业生要从事焊接技术的创新与开发需要比较长的在职锻炼时间。& ~- R# c5 O2 ]% l) A+ }. a
3 x6 ?% h9 \ |7 l4 _& x, e2 x (3) 从焊接研究机构层面来说,中国在20世纪50年代由机械工业部建立了专门的焊接研究机构——哈尔滨焊接研究所和成都电焊机研究所。其它产业部门也相继建立了相应的焊接研究机构,但是大多是以处、室的形式设在研究院所内,如钢铁研究总院的焊接室、冶金建筑研究院的焊接室、船舶工艺研究所的焊接室、航空制造工程研究所的焊接室等等。哈尔滨焊接研究所是国内唯一一所焊接技术综合性研究所,研究领域包括焊接材料、材料焊接性、焊接工艺、焊接设备、无损探伤等;行业服务中介领域包括全国焊接学会秘书处、全国焊接协会秘书处、全国焊接标准化技术委员会秘书处、国家焊接材料质量监督检验中心、焊接杂志社等。50年来,这些研究机构为中国的经济发展和国防建设做出了重要的贡献,同时也建立了具有比较先进的研究测试仪器和设备的实验研究基地,培养了一支具有多种学科、经验丰富、熟悉生产的科技队伍,树立了良好的科研气氛。随着改革的发展,一些工业部被撤消,有两百多个研究院所转制成为科技型企业,但是国家如何战略定位这些研究院所,对这些转制研究院所在科研、创新中要起什么作用,比较模糊。
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; Z- l, m( |, u, I1 S (4) 从企业层面来说,2006年全国科技大会明确指出企业在科技创新中应起主体作用。“主体”并不是意味独干,或企业自己从头干起。政府应促进企业积极牵头,超前提出需要研究解决的课题,坚持产学研的有机联合开展预先研究;“主体”也要有所为有所不为,企业不能包打天下,什么都要自己来干。国家提出企业发挥主体作用是一项比较长远的目标要求,不是每个企业都能马上做到的。目前企业的研发力量大都比较薄弱,不可能、也不应该面面俱到。装备制造企业最主要的是从事产品的创新和管理的创新,而共性的工艺技术的开发,应该更多地依靠社会的研发力量——高等院校、科研院所和有关的专业企业。在2002 ~ 2003年期间,工程院的一个咨询项目曾对115家中型到特大型企业进行调查,在2 012名焊接技术人员中具有博士学位的仅1人,而具有硕士学位的不足2%。企业中其他工艺的技术人员可能也好不了多少。这个结果比较真实地反映当前制造企业中工艺创新能力的不足。" l! p0 F9 o3 B7 a8 M: |
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目前国家要在装备制造企业中投资建立工程技术中心,如果制造企业按已被转制的原先研究院所的模式来建立技术中心,将会造成研究资源的更大浪费。
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改革开放以来,许多企业从国外引进先进的焊接设备和生产线,的确提高了工艺技术水平,改变了过去焊接生产的脏、慢、差的局面,但是在企业中也形成一种潜规则:凡是外国的设备就是先进的、好的、可以炫耀的,甚至出现“外国的再贵也要买、国产的再好也不要”的情况。企业的主体作用也应该包括给本国的创新产品提供舞台。
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制造企业在引进国外的生产设备或新设计的产品过程,从引进到消化吸收比较多的是封闭在企业内自行解决,很少组织产学研的联合消化、创新的攻关,造成不断引进。其实产学研的结合对企业来说能够获得更多的信息和更全面的分析意见,帮助企业更快地掌握和吸收;而对高校和院所来说,也能获得更多、更具体、更详尽的国外先进技术资料,有助于进一步改进、创新。企业应提供更多的平台,更充分发挥和体现主体的作用。4 f% \* w' J( ]
: [- E3 I# S: h' G2 ^8 r 韩国是刚从中国身边超越而跑到中国前面的国家,他们的科技发展很重视实效和对经济的促进作用。韩国政府对于一些需求量大而又依赖进口的设备(产品)会举行科技项目竞标,由政府资助、企业配套一定资金,实行产学研结合攻关,一旦出成果,国家将逐步减少对该产品的进口,鼓励装备制造企业用国产的产品。例如最近韩国进口一整套的轨道交通铝合金车厢焊接生产线,他们说:“我们就进口这一套,不会再进口第二套,第二套必然是国产的。”这种自豪是建立在国家的政策支持上。韩国并不追求获得“诺贝尔奖金”,但是他们的造船技术、钢铁技术、汽车技术、IT技术都超过了中国。因此不宜过度追求高新精尖,要适当注意基础共性技术的牢固。高新精尖技术是建立在牢固的基础共性技术之上的。 |
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