“九五”期间机械工业科学技术重大进展

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  及时反映科技进展情况,为政府制定科技发展规划、科学研究计划以及科技工作者选择研究方向提供参考,是全国性科技社团的一项重要职责。

  去年年底,我会受科技部委托,组织专家对九五期间我国机械工业科学技术进展进行研究、分析和评选,确定计算机辅助设计技术在机械行业全面普及,提高了企业的设计水平和产品开发能力等11项作为九五机械工业科学技术的重大进展,并在5月16日科技部召开的发布会上向社会发布。这些项目多数是九五期间国家重点投入、重点发展,对行业影响大、辐射广的重点项目,并在九五期间取得了重要进展,获得了很大的经济效益;也有一些是近年来发展起来的新技术,我国已在国际上占有一席之地。这些技术的发展,对我国装备制造业乃至整个国民经济的发展已经或将要产生重要影响。这项工作是政府转变职能,依托学会对我国科学技术发展情况进行科学、系统、客观分析和评价的具体体现。

  从本期开始,《会讯》将连续刊登这些重大进展的具体内容。学会要求,各专业分会及其技术委员会要及时了解本专业领域的科技进展情况,并将此作为一项经常性的工作。也希望政府有关部门,进一步依托全国性科技社团这支重要力量,使之为推动我国科技事业的发展发挥更大的作用。

中国机械工程学会工作总部

一、概述

  机械工业是国民经济的装备部,是科学技术物化的基础,是高新技术产业化的载体,是国防建设的基础,是实现经济快速增长的重要支柱,也是为提高人民生活质量提供消费类机电产品的供应部。它对国民经济运行的质量和效益、产业结构的调整和优化具有极其重要的作用。

  “九五期间,我国机械工业以打好产品质量翻身组织结构优化开发能力提高三大战役为切入点,加快开发能力的建设步伐,努力提高产品质量,调整企业组织结构,取得了扎实有效的进展。科学技术进展及科技进步对机械工业发展的带动主要表现在以下三个方面:

  第一,掌握了一批重大技术装备的核心、关键技术,为国民经济建设服务的本领明显增强。机械工业为农业、能源、交通、矿山、冶金、石化、国防、建筑、建材、轻工、纺织等部门提供了一批大型成套设备和大批重要机械产品,有相当数量达到国外80年代中末期水平。在重大工业装备领域,300MW及600MW火电机组已成为国家电力工业的主力机组;6000m电驱动沙漠钻机达到国际先进水平,基本满足了国民经济现代化建设需要,有力地促进了电力、石化等工业部门技术结构的优化。正在服役的农业装备大部分由国内企业制造。代表制造业水平的数控机床产品技术水平有了较大提高,一些高精度、专门化的产品(如五坐标联动数控加工中心等)有了新的突破。以数字技术和网络通讯技术为基础的新一代总线测控系统及仪表完成了自主版权软硬件的开发,在石化等领域成功应用,实现了模拟仪表技术向数字仪表技术的转变,跟上了国际先进水平的步伐。

  第二,一批共性、基础性的先进制造技术与装备的研究、开发和应用推广取得重大进展,全面提高了行业的技术水平。如制造过程中的产品质量保证技术、先进设计基础与方法、设计自动化与CAD技术、数控系统与装备、精密成形及加工技术与装备、以激光加工为代表的特种加工技术、制造业自动化单元及集成技术(工业机器人、FMS、CIMS等)、工业设计等先进技术已在全行业推广应用;随着信息技术的发展而在近几年兴起的一批前沿技术,如快速原型制造技术、热加工工艺模拟优化技术、工程数据库及分散网络化制造等新型生产模式的研究与实践等,也获得重大进展与突破;出现了一批具有创新性的科技成果和具有自主知识产权的软、硬件产品。

  第三,由于科技进步的带动,使得机械工业新产品开发及产业化速度加快,产品总体水平有较大提高,市场应变能力得到一定程度的加强。目前机械工业全行业生产总值、资产、利税、吸纳就业人员及出口创汇等主要经济指标在国民经济和工业中均占重要地位。机械工业的年增长速度高于同期国内生产总值和工业总产值的平均增长速度,成为国民经济最大的产业部门。许多重要的机械产品产量逐年大幅度增加。“九五”末期,发电设备年产量达1600万千瓦;汽车、拖拉机和农用运输车产量分别达207万辆、180万台和300万辆;金属切削机床年产量达15万台。许多与人民生活息息相关的主要耐用消费机械产品产量居世界前列,摩托车年产量达1153万辆(占世界摩托车总产量的40%);照相机年产量达4700万架(占世界市场50%以上);电冰箱年产量达1045万台;家用洗衣机年产量达1250万台;家用空调器年产量达980万台。我国已成为名副其实的机械工业生产大国。

二、“九五”机械工业科学技术重大进展

  (一)计算机辅助设计技术在机械行业全面普及,提高了企业的设计水平和产品开发能力

  “九五”期间,机械工业计算机辅助设计(CAD)技术应用工程取得重要成果。

  (1)培育了分布在不同行业、不同地区、不同应用深度的50家CAD示范企业,覆盖了重型、矿山、工程、农机、汽车、通用、电工、电器、仪器仪表等八个行业40个小行业和北京、上海、江苏、辽宁、青海、浙江、广东等15个省、市、自治区,直接带动了近500家CAD重点应用企业。

  (2)开发了具有行业特点的CAD/CAM应用软件和专用软件300余项。目前,在国内CAD市场上已经出现一批在一定程度上可与国外同类软件抗衡的自主版权CAD/CAM软件,包括二维CAD、三维CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM,并开始走向网络化和集成化。这些国产软件价格低廉,技术支持和服务有保障,在实际应用中逐步趋向成熟,已经拥有30%的用户群,特别是针对行业特点开发的应用软件和专业软件,受到企业的欢迎和好评。

  (3)建立了机械工业CAD技术应用推广咨询服务体系,由机械工业CAD咨询服务中心和20个分布在不同行业和地区的分中心组成,为企业提供技术支持服务,促进了软件、硬件供应商与企业三者之间的合作,并成为沟通政府与企业的桥梁。经过几年的运作,其中80%以上形成独立实体或与相关的其它实体紧密结合,具有固定的服务范围和领域,具备了自我生存和发展的能力。机械行业CAD技术咨询服务产业已初具规模。

  (4)建立人才培训网络,培育了一支不同层次的CAD技术应用、开发、管理人才队伍。仅17个省市统计,CAD培训网点共有347个,累计培训CAD技术人员38万人次。

  (5)在CAD应用普及工作中,制定了技术标准和规范,对于CAD产业的发展和进一步推广应用具有深远意义。已经发布的有关标准有:
  ①《CAD通用技术标准》(GB/T17304-1998);
  ②《CAD文件管理》10个标准(GB/T17679.1~10-1999);
  ③《CAD电子文件应用光盘存储、归档与档案管理要求》(GB/T17678.1~2-1999)。

  机械工业CAD应用技术开发与示范,带动了大批企业开展CAD技术应用工作,产生了显著的社会效益和经济效益。50家示范企业直接投资累计48328万元,新增产值74.2亿元,降低成本11.4亿元,节创汇7.9亿美元,开发的专业软件销售收入累计2928万元;培训与咨询服务收入累计2.76亿元。示范企业应用CAD技术平均缩短设计周期47.4%,对改型产品可缩短设计周期60%~80%,设计的一次成功率普遍达到95%以上;CAD技术普及率已达93%,主导产品CAD出图率达98%。全行业重点骨干企业的CAD技术应用面达70%以上,CAD应用水平达到工业发达国家90年代中期水平,有力地促进了企业技术进步,提高了企业的综合实力和市场竞争能力。

  机械工业CAD应用技术开发与示范工程推动了设计水平的全面提高,缩短了与发达国家的差距,

  为我国进入WTO后,企业参与国际竞争创造了有利条件,为企业实现信息化打下良好基础。通过该工程的实施,培养了人才,积累了经验,促进了机械行业应用软件和专业软件的开发与产业化,使之成为我国软件产业的一个具有生命力的生长点。

  (二)快速原型制造技术由起步迈向成熟,工艺、装备并举发展,技术立足国内,应用初具规模

  快速原型制造(RPM-RapidPrototypeManufacturing)技术是一项国外80年代中期才发展起来的高新技术,包括一切由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。RPM改变了传统加工采用的撊コ龜原理,采用离散/堆积成型原理成形,先由三维CAD制成三维实体(电子)模型,然后将三维电子模型变成二维平面信息(离散过程),最后在RPM设备中分层加工每个薄层并自动粘接(材料堆积过程)形成原型或零件。

  RPM的主要技术特征是成形的快捷性。运用RPM技术能自动、快速、精确地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直接制造零件,对缩短产品开发周期、减少产品开发费用、提高企业竞争力有重要作用。

  这项新技术从摪宋鍞期间开始起步,在“九五”期间取得了突破性的进展。我国已经掌握了四种最主要的RPM技术,即:立体印刷(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成形(FDM)技术,并在工艺、装备、材料方面并举发展。采用上述技术的设备国内都已商品化生产,投放国内市场并有少量出口。目前我国拥有的RPM设备从20多台发展到150台左右,居世界第五位。其中有50%是我国自己制造的;RPM用的成型材料均可国产配套,LOM用纸、SLA用光固化树脂、FDM用蜡、ABS及尼龙材料以及SLS用粉末初步实现了产业化,解决了与国产成型机的配套问题,并可为部分进口机配套成型材料;应用反求工程完成了从实物反求到制成模具的RE/RP/RT快速成型制造集成系统的开发。

  “九五”期间,我国还开发出几种具有创新性的RPM工艺方法及装备。例如:无模砂型制造(PLC)工艺通过同路径连续两次喷射扫描方法,用催化剂强化固结砂粒的树脂直接制造砂型。此工艺一反传统概念,在树脂砂中喷射催化剂,因而使铸型的CAD模型直接驱动砂型制造成为现实。并发明了低温冰型(LIRP)工艺,用水致冷成冰来快速成型,原材料无污染、成本低,为实现精密铸造创出一条新路,是一项国际创新成果。紫外光固化快速成型机采用紫外光源代替激光器,使设备价格降低为原来价格的1/5。某单位改进了SLS工艺的铺粉机构,大幅度降低了SLS设备价格。这些技术上的创新引起国际及国内同行的重视。

  我国RPM技术在成果转化方面效果显著,技术应用已初具规模。“九五”期间,在西安、天津、武汉、深圳、宁波建立了5个快速原型技术服务中心,已为行业及地方开展了大量技术服务,为250多个企业提供快速原型制件1500余件。中心运行良好,社会效益相当可观。典型的实例如:美的空调器的开发、新大洲摩托车的开发、节水农业微灌滴头的开发以及黄河多媒体电视机的开发等。此外,重庆、江苏、广西等省市区,上海交通大学、北京钢铁研究总院等院所,海尔集团等大型企业也在利用RPM技术开发新产品,在开拓RPM新用途方面作了许多工作。实践证明,RPM确实可以大大加快产品开发速度、降低开发费用以及降低开发风险。目前,全国累计制作原型已超过1万种;已建立了RPM网站,网站为http://www.crpm.org.cn,几个RPM服务中心均已开展了网上远程服务,成功案例已在100件以上。上述几个方面的努力,对加速我国家电、信息技术、军工、内燃机、生物医学制造行业新产品开发发挥了积极作用。值得指出的是,RPM技术与生物技术相结合,应用于医疗康复工程已展现出巨大前景。某单位按照CT数据用RP制造骨原型,然后加工人工骨,已成功实施近百例,并组建了一个假体网上工程系统。另外,其它单位将RPM技术应用于生物医学制造工程也都做了大量工作,取得可喜成绩。

  总体来说,我国对RPM这项80年代中期国际上才开始出现的新技术,通过研究开发,紧抓成果配套及推广应用,形成了具有国际水平的RPM行业。但是与世界最先进国家(如美国)相比,仍然存在较大差距。反映在研究开发方面创新还不够多,目前已掌握的4种主要RPM技术基本上是国外专利的改进和提高,我国有独创性的几种方法应用范围还不够大;RPM设备与工艺材料的可靠性和稳定性仍须提高;在应用方面,对RPM技术的宣传不够,因而人们对其认识也不足,造成RPM应用面还不够广泛,一些可以发挥作用的地方还未充分应用。

(待续)

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