(续上期）

　　(六)三峡工程的心脏──水轮发电机组的关键技术基础研究取得长足进步

　　长江三峡工程举世瞩目，其中水轮发电机组的多项指标乃当今世界之最，是三峡工程的心脏，其质量直接影响三峡工程的成败。“九五”期间，针对大型水轮发电机组存在的效率低、烧瓦、气蚀、轴系振动、铸焊件质量及电机热变形等关键工程问题，开展应用基础研究，取得了丰硕成果。

　　(1)水轮机优化设计理论及试验研究。将吴仲华的叶轮机械三元流动理论应用在水轮机的流动分析之中；发展了水轮机流动计算分析的全三维欧拉方程计算方法，进行了水轮机过流部件内部流动计算；发展了可用于水轮机流动分析的紊流模型，进行了过流部件三维紊流计算，并完成了转轮非设计工况和尾水管流动的三维紊流计算；提出了多目标函数、多优化参数的优化设计方法。

　　(2)水轮发电机组动力响应分析及系统稳定性研究。研制开发了一套可用于三峡大型水轮发电机组动力响应及系统稳定性计算分析和设计预估的软件系统；在转轮水附加质量计算方法与程序、尾水管涡带诱发的转轮横向激振力计算方法与程序、主轴系统固有频率、临界转速及主轴摆度计算方法与程序、大型水电机组振动稳定性设计导则与判据等方面取得了一批重要成果。

　　(3)巨型推力轴承理论与性能研究。在金属瓦研究方面，建立了一套系统的优化设计方法及软件；在弹性金属塑料瓦方面，建立了一套热粘弹流性能计算方法及软件；建立了可考虑推力轴承等影响的水轮发电机轴系的动力学模型及计算方法 。

　　(4)水轮机转轮制造工艺模拟及质量控制研究。研发出比国外常用的马氏体不锈钢焊接材料更具优异抗焊接裂纹性能及优良塑韧性的超低碳三相组织(马氏体＋奥氏体＋铁素体)的焊接材料；开发了不锈钢导叶电渣熔铸过程模拟计算机软件ESRC3D，并建立了导叶工艺设计专家系统；将计算机模拟技术应用于叶片模压工艺。

　　(5)水轮发电机热变形及冷却技术研究。发展了用电磁场有限元法和电路计算相结合方法计算电磁损耗的方法；建立了包括定子铁芯在内的新模型，导出了铁芯各向异性的等效磁导率和电导率；根据温度场、电磁力计算结果，计算结构变形和热应力；开发了三维流场、温度分布云图软件包。

　　通过研究，提高了我国大型水轮发电机组关键技术基础研究的水平，为长江三峡水轮发电机组的设计、制造和性能优化，提供了新的理论、方法、技术、工艺和试验结果。其部分成果已达到国际先进水平。

　　水轮机优化设计理论及试验研究和CFD技术的引进，使我国自行设计开发的大批模型转轮效率超过了94％；研制的三相组织焊接材料，成功地应用于二滩、石家寨等电站水轮机转轮焊接；开发的叶片热模压工艺，应用于两江、满台城和万家寨电站机组生产，是我国水轮机转轮制造工艺的重大突破。部分研究成果还分别在五强溪电站、白山电站、水口电站、富春江电站等得到应用和验证，对三峡工程项目的引进和消化吸收起到了积极的促进作用，并产生了较大的经济效益和社会效益。

　　(七)热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工逐步由“技艺”走向“科学”

　　材料热加工(包括金属材料的铸造、锻压、焊接、热处理和高分子材料的注塑)是将材料制成机械零部件的成形与改性方法，是材料与制造两大行业的交叉和接口技术。热加工工艺模拟优化技术(以下简称模拟优化)亦称热加工虚拟制造，它以材料热加工过程的精确数学物理建模为基础，以数值模拟及相应的精确测试为手段，能够在计算机逼真的拟实环境中动态模拟热加工过程，形象地显示各种工艺的实施过程及材料形状、轮廓、尺寸及内部组织的演变情况；预测材料经成形改性制成零件毛坯后的组织性能质量，特别是能找出易发缺陷的成因及消除方法；另外还可以通过在虚拟条件下工艺参数的反复比较，得出最优工艺方案，即通过在计算机上修改构思实现热加工工艺的优化设计。

　　该项技术通过引进计算机等高新技术架起材料科学基础理论与热加工工程实际的桥梁，使基础学科的理论能够直接定量地指导材料热加工过程，是信息化提升传统工艺水平的重要实例。它的成功应用，将改变热加工工艺设计长期依赖经验的落后状况，使工艺设计由经验判断走向定量分析，从而使热加工由“技艺”发展为真正的工程科学。通过模拟优化，可以将热加工缺陷及“隐患”消灭在计算机拟实加工的反复比 较中，从而可以确保关键大件一次制造成功；对于大批量生产的毛坯件，可以减少试模次数，直至确保一次试模成功。

　　近年来，该项技术一直是材料热加工的技术前沿和研究热点。“九五”期间，多专业跨学科的“材料热加工过程动态模拟及组织性能质量的优化控制”项目已列入国家攀登计划 。通过协同攻关，各种热加工过程的数理建模、缺陷形成机理、边界处理、数据交换、算法、不同物理场耦合等基础性研究均获得较大进展；数值模拟的功能已由二维、准三维发展到全三维；模拟对象已由温度场、流场、应力／应变场发展到准固相区热应力场、相变场、相场及氢活度场，从而由预测工件的形状、尺寸及孔洞、变形等宏观模拟发展到预测工件的晶粒度、组织结构、显微缺陷等的微观模拟阶段，模拟尺度由毫米进入到微米级。为提高模拟精度并得出优化判据，某些测试技术难题初步获得突破或已找出解决办法，如：采用摄像法测试焊接熔池尾部局部应变，采用溶氢法测定氢活度及扩散系数，采用逐步迭代法得出晶粒度演化本构参数等。总体研究及应用水平已达到或接近当代国际先进水平，其中在焊接凝固裂纹和氢致裂纹的模拟预测、大锻件混晶缺陷模拟预测等方面已做出具有国际前沿水平的成果。

　　通过核心程序及前后处理开发，我国已推出铸件三维充型凝固、FDM／FEM温度－应力集成分析、热锻三维成形－晶粒度演化、塑料熔体三维流动－传热等工艺模拟优化软件，并在铸造、锻压、注塑生产中获得越来越广泛的应用。在大型企业(包括主要科技型企业)及重大工件试制中，工艺模拟优化已成为重要的方法及手段。

　　与先进国家相比，我国本领域的主要差距：一是软件商品化程度低。国外已相继推出MAGMA、PROCAST、SIMULOR、DEFORM、AUTO FORGE、ABAQUS等著名商品化软件，这些软件功能强大、前后处理完善，但售价很高，难于在中国推广。二是应用尚不普遍，以铸造工艺模拟优化为例,美国应用比例已近40％，我国尚不足5％。因此，在基础性研究基础上，尽快推出具有自主版权、经济实用的商品化软件并大力推广实属当务之急。

　　(八)新生产模式的研究和实践，推动了我国制造业的技术进步和管理现代化

　　20世纪，制造业从作坊式工厂发展成为规模生产的现代化工厂，生产模式的变革大幅度提高了劳动生产率，创造了现代工业文明。随着技术进步和市场竞争，产品更新换代加快，大量生产方式遇到了挑战。90年代以来，先进工业国家先后提出了精益生产、敏捷制造和虚拟企业等新的生产模式，促进制造业的进一步发展。

　　“九五”初期，我国在汽车工业首先推广精益生产。精简机构，组织团队，并致力于消灭企业中存在的各种浪费现象，显著提高了企业的经营效益。随着因特网的普及应用，众多高等院校在过去的5年中，将敏捷制造作为研究方向，并结合我国制造业的实际情况，进行了有益的探索和实践。

　　但是，我国制造业总体规模大、常规加工能力过剩、浪费严重、效益低下，同时又缺乏产品开发能力，因此既不能照搬精益生产，也无法跟踪敏捷制造。需要在深入调查研究的基础上，系统研究适合我国制造业的生产模式。

　　针对我国制造业的现状和问题，1997年初在香港理工大学召开的“分散网络化生产系统”学术讨论会上，内地和香港的专家提出分散网络化制造的设想，建议通过信息化和网络化促进我国制造业的发展和振兴。这一倡议不久即获得国家有关部门的立项支持。

　　分散网络化制造的实质是，在获得市场机遇时，利用网络技术把地理上分散的制造资源组织起来，通过优势互补，进行新产品开发和生产，实现优势互补，提高快速响应市场的能力，达到联合起来去竞争的目的。这种利用因特网实现跨企业、跨地区的协作模式将成为新世纪制造业的重要发展趋势 。这种生产模式充分体现了技术与管理的密切结合，是利用信息技术改造传统企业的重要途径。

　　“九五”期间，对分散网络化制造的体系结构、网络联盟企业的组建和运作、24小时不间断设计、知识管理和知识供应链，以及上述系统的集成等都作了有益的探索和实践，取得可喜的成果。除了有关实施技术外，该项目还研究了有关法律问题和管理问题，其中包含宏观和微观管理理论的若干重要观点：

　　(1)技术创新必须与管理机制和组织结构的创新相结合；

　　(2)利用信息技术，结合国情改组企业结构，精简不必要的过程和环节，以人为中心推行自主管理，并采用适度自动化技术，以达到快速响应市场的目标；

　　(3)借助因特网实现制造资源利用的社会化，发挥各自优势，降低投资风险，以较小的投入获得较大的产出。

　　分散网络化制造是国内提出的“两头在内，中间在外” 的企业组织结构与网络技术的有机结合，是适合我国国情的、有创新的一种生产模式，强调资源利用的社会化，解决的是业间的集成问题。“九五”期间已经开通了示范性的制造资源网网站，建立了深圳市模具网络化制造示范系统、模具全球网络化制造示范系统、快速成型/模具网络化制造示范系统 、网络化产品快速开发示范系统、陶瓷产品网络化制造与销售示范系统、铸件网络化制造示范系统，并进行了商业化试运行，承接了约30个订单，取得了明显的经济效益和社会效益。

　　生产模式既体现了制造业宏观的发展战略，又涉及企业的具体业务运作，它对提高企业的竞争力和实现可持续发展有极其重大的影响。“九五”期间的探索和实践，缩短了与国外的差距，为我国制造业迎接新世纪的机遇和挑战提供了新的途径。

(待续)