中国制造业现状:
创新能力不强
究其原因,主要是我国制造业创新能力不强。根据昨天发表的数据,我国的研发投入占GDP的2.08%,对照近年来数据,这是突飞猛进的发展。但是,如果和工业发达国家来比,这一数据仍然较低。美国的这一比例在2.9%的基础上还要追加;瑞典大于3%。从企业研发投资来讲,我国企业研发投入平均在1.2%,美国、德国、日本、分别是在4.9%、2.9%、3.8%,我国整个的研发投入很高,可是人均研发投入分别只占德国、美国、日本的18%、22%、36%。我国目前芯片80%还是进口的,我们的数控系统70%是进口的。2012年的统计,我们国家机床的出口是27.5亿美元,而进口是136.6亿,最近保持在1:6的阶段。
缺少核心关键技术,基础设计和制造技术薄弱,低端过剩、高端尚未形成
大家知道,我国的大飞机C919进展很快,正在上海组装,但里面的发动机都是依赖于进口。我国有16项重大科技专项,其中一个就是高速机床,我们投入了400多个项目,但都因为可靠性差,很多项目没有得到验收。所以我们还是低端过剩,高端缺乏。下面请大家再看看旁边大的叶片,这在我们国家是完全空白的,这个多少钱一辆SUV的价钱,大概是20万左右的,这是我想讲的第二个数字。我们制造核心关键技术,设计制造的薄弱,低端过剩高端为主的。
资源浪费污染严重
我国GDP在2010年占世界的7.5%,我国的人口占全世界16.6%,也就是说我们靠了大量的能源、劳动力才取得了世界GDP份额的7.5%,我国单位能耗是世界平均能耗的2.6倍,空气污染十分严重,这是必须要改进。
制造业面临新挑战
工业发达国家要重新发展制造业,这是金融危机以后西方国家痛定思痛之后的结论。发展以信息技术与制造技术深度融合为主要特征的新一轮的科技与产业革命,这既是挑战也是机遇。例如,数字化、智能化的制造技术已经成为国际制造业发展的趋势,互联网技术、云计算、大数据,最近美国号称大数据有很大的优势,因为全世界的超级计算机美国占了一大半,全世界的重要的工业软件80%是美国开发的。我国的造船工业、航空工业所应用一些软件都是美国开发的。与此同时,新能源、新材料也推动了产业革命。
国际先进制造业四大趋势:
国际先进制造业的发展趋势可以归纳为四个方面:
制造技术与高技术的集成
以航空发动机为例,现在燃气发动机进口已经到了1740,超过了柴油的熔点,现在已经发展到单机叶片,所以制造技术本身要和高技术相结合。下面这个例子是发动机从1公斤的叶片涨到25公斤,高度才500毫米。我们发动机需要研发耐高温和高温技术,需要在叶片上有冷却,表面要经过陶瓷涂层,这个陶瓷涂层可以保持它300多度的高温,靠叶片设计这四个技术集成起来,可以使叶片工作在1700度的温度上,现在的发展趋势还是越来越高的。
数字化、智能化的制造技术
关于数字化智能化的问题,美国国防高级研究计划署早就提出来了,这是美国的DARPA,图的上面研发周期从飞机的起落架的材料一直到起落架产业化要12年,这样时间太久,美国整个的口号是发展先进制造技术要比原来的研发周期缩短一半,比原来的研发成本要降低一半。
下面有很多的例子,美国通用电气公司采用超级计算机模拟优化,用50到100万CPU时间模拟和优化了航空发动机喷嘴的燃烧过程,大大地降低了制造成本。这是提出来的要做到工艺组织性能的模块化,在制造以前就可以预测到工艺是优化的,组织也可以体会到性能。因此美国最近提出了材料基因技术,在美国的先进制造伙伴计划的同时,起草了美国材料基因计划,前提就是发展了一个集成计算材料工程。它的目标是降低研发费用,缩短研发周期,比如说航空发动机的叶片,美国可以做到成品率大概在80%到90%左右,我们仍然是在生产,可以做到工艺模拟和组织的模拟和性能的预测。这上我们国家也通过了国家的973等项目,这是清华大学和航空材料研究院,真正的航空发动机的叶片我们采取了工艺组织性的东西,能够大大地降低了废品率,提高了成品率。这是更完整的例子。整个的过程串起来,过去我们是单方面的模拟仿真。
下面我再谈一下关于生产制造,一般的愿意用3D打印,这相当于我们过去是加法,现在我们的3D打印是一个加法,材料是一点点堆积起来的。这方面美国最近有很大的进展。美国通用电气已经批量生产发动机喷嘴,这是3D打印过的。我们国家最近几年也有一个计划,比如说西北工业大学和北京航空航天大学在钛合金制造方面做得很好,包括在飞机上的再利用,已经做到了5米高3.5米宽的钛合金组件。
另外,数字化和智能化成为了一个制造单元,机器人制造在我们国家还有若干个关键的元器件没有掌握。汽车发动机的钢体组成了一个单元,这个制造单元是三个机器旁边配若干个机器人,这个材料从交付以后一直到成品出来形成了一个单元,这就是我们所说的制造单元。因此,智能化按我的理解应该是数字化的装备,加上数字化软件再加上机器人完整地组成了一个智能化的装备。
极端工作条件下的制造技术
国家已经做了世界上最大的铸件是520吨,国外最大的是400吨,需要的钢水280吨,由此可见我国已经能做到最大的铸件。同时,大家知道现在燃机需要转子,需要在200吨的锻件,而需要500吨的钢铁,因此我们有能力可以做到500吨到600吨的钢铁,这个锻造得到了发电机和火力发电里的转子。但是,我们的铸件质量和国外仍有相当的差距,日本的锻件的质量成品率是100%,我们的成品率是70%,我们的质量还有很大的差距。因此在这方面我们和中国一重开展了研究,就是如何消除废品率,这是292吨的交付铸件,采用的模拟的仿真技术,这样可以使得交付以前我们可以把它功率优化来消除技术壁垒,改进钢的质量。
轻量化、精密化、绿色化的制造需求
大家知道,绿色可持续发展制造技术就是简单化、再回收,因此绿色制造和可持续发展制造,不仅仅是制造回收再制造,应该从源头抓起,从简单化开始抓起。提高产品质量,降低废品率提高生产率,减少研发投入,宏观来讲是绿色可持续发展的重要的组成部分。大家知道前两天刚刚有一个展览叫新能源汽车展览,新能源汽车是方向,但我们还要关注到能源节能车的重要的特征,每降低10%的汽车重量可以提高热效率7%,可以降低污染10%,目前我国的汽车产量是2000万辆,今年预计电动车到5万辆。美国通用汽车公司大概12年前公布的,每一辆汽车已经减轻了325镑。采用铝合金还有一个好处,就是可以使用绿色材料,这是我们参观美国的工厂,这边的主厂房在压缩零件,旁边有一个车间回收,整个就形成了可持续循环的发展。
结论
制造业特别是装备制造业是建设创新型国家的重要产业。我国已经是制造大国,但远不是制造强国。制造业面临着创新能力薄弱,缺乏核心和关键共性技术,资源浪费,污染严重,要发展高技术含量制造技术,数字化智能化制造技术,超大型化微纳化技术。很高兴告诉大家,我国正在制定中国制造2025,他山之石可以攻玉,但我们不要照抄,现在正在制造制定我国的目标,我们目标是到2025希望中国的制造大国能进入到制造强国的行列。什么是制造大国的标志?第一,要有雄厚的产业规模,我们13亿人,第二,要有强大的创新能力,要有优化的产业结构,要有良好的质量效益,最后要有持续的发展的潜力。
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本文标题:国际先进制造业四大趋势