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转变观念和技术跨越是实现纺机强国必由之路

http://www.gkong.com 2011-07-04 10:45 来源:今日自动化

  加快发展自动化纺机,高产、高效、用人少、减排,不仅是今后的技术趋势,更是当下经济结构转型的必然结果!

  2010年,我国纺机行业获得空前快速增长,实现产品销售收入850亿元,占全球销量的1/3。国产纺机产品市场份额由“十五”末期的59.87%增长到“十一五”末期的78.78%。中国已成为国际纺机制造业中规模最大、产量最高、产品种类最多的国家。纺机行业高速增长也带动了配套产品的增长,以自动化产品为例,2010年纺机配套的自动化产品占自动化市场份额达12%,增长率达65%,位居机床、风电行业之后的第三位。

  2011年伊始,中国纺机市场出现了更强劲的增长势头,同时《纺织工业“十二五”科技进步纲要》又吹响了“中国纺机要在2020年实现世界纺机强国”的进军号角。按照纲要规划,到2015年,纺机行业产品销售收入将达1200亿,年均增长7.0%,国产纺机份额达到85%,主要纺机产品30%以上达到同期国际先进水平(其中纺纱机械、化纤机械主要产品达50%以上)。纲要提到要重点加强50项新型纺机产品的技术研发和产业化,重点推广38项先进适用的纺机产品,即加快新纤维成套技术工艺装备、产业用纺织品装备、节能减排和绿色环保技术装备、高性能纺机专用基础件和新型纺机检验仪器的研发和产业化,加大毛、麻、丝等天然纤维纺织机械的研发和产业化投入。

  然而,越是形势喜人、目标宏伟,越应保持头脑清醒。虽然我们利用低价的差别化优势,经过30年的奋斗成为当之无愧的世界制造中心,但处于全球生产链当中低附加值、低技术含量、高能耗、高污染的下游,这种发展模式已经无法再继续下去了,必须转变发展思路!

  跟踪和仿造决不能变成世界强国

  中国纺机长期以来在技术上实行跟踪路线,以引进、仿造为主,消化、创新严重不足。目前主要产品在技术水平上落后发达国家1~1.5代,时间上落后10~20年。下面的几个实例可以说明:

  先说细纱机,国外在80年代后期转速已达到25000rpm(从18000rpm达到25000rpm经历了80年),近期突破了30000rpm,我国细纱机的水平长期徘徊在22000rpm。Rieter、Zinser、Toyota的高档细纱机(1008锭)售价高达250万~300万元/台,而我们的售价仅为50万~60万/台。每锭功耗(22000rpm时),国外已小于34W,我国达45W,差距十分明显。Rieter公司强制规定每年节能降耗指标,从而带动细纱机整机的技术进步,连续多年已累计取得30%的节能效果。

  再谈自动络筒机,2007年,Schlafhorst推出第4代产品Autoconer 5(Murata、Savio第4代推出在即)。按正常更新周期,2015年,Schlafhorst有望推出第5代产品,而我国仿制产品刚接近第3代水平(1997年,Schlafhorst即推出第3代)。

  织机就更不用提了,在速度、能耗和机种上,差距更为明显,中高端产品主要依赖进口。

  最近有报道说我们仿造的地毯簇绒机达到“国际领先水平”,而国外的新一代地毯簇绒机,自动化、柔性化程度较十年前的第一代大大提高,伺服电机用量2200个,每台售价达380万美金。这种轻率和不实事求是的态度对发展纺机是十分有害的。

  作为自动络筒机关键部件的电子清纱器至今仍完全依靠国外产品,国内厂家长期停留在为普通络筒机生产配套的清纱器上,国产高档在线检测传感器几乎空白。随着纺机智能化、自动化程度的提高,传感器占整机成本的比例越来越高,完全依赖进口传感器必定制约国产纺机自动化和附加值的提高,国产纺机在高端领域很难取胜。

  观念革命破除僵化教条,纺机才能进步

  印度纺织专家S.Y.Nanal用7年的时间,在4个棉纺厂的细纱机上进行25000rpm纺纱生产实践,出版了一本著作《High Speed Spinning of Polyester and its Blends with Viscose》,从理论上论述高速纺纱不但可行而且十分必要:既提高生产率又保证纱线质量优异,有效克服原料、能源、人力成本上升带来的压力,较低速纺纱具有明显优势。高速纺纱的经验目前已在印度推广。Rieter公司纺纱技术专家在与中国棉纺总工程师进行交流时,也提到中印两国在纺纱观念上的差异:印度追求高速、高质,尽量采用先进设备,从2009年开始进口高端纺纱设备已超过50%。而中国长期以来追求低速低定量,这种传统观念影响纺机自动化水平的发展,无法建立持久的竞争优势。

  事实上,自2010年以来,棉纺市场出现了不曾有过的火爆,极大刺激了棉纺企业进行扩大再生产,但沿海企业出现严重“用工荒”,企业开工产量不足(50%~75%的开工率),用工成本也节节攀升。通过提高纺纱装备的自动化水平,提高劳动生产率,万锭纱厂用工可减少1/3以上(如采用自动络筒机可减少21人,细纱机具备自动落纱可减少9人等),可有效解决棉纺企业用工短缺的问题,这是引起近期先进纺机需求突然增加的直接原因。万锭纺纱车间的用工方面,国外早在20年前已降为7人,并实现夜间无人值守,中国则为100人。随着经济方式的转变,中国低劳动力成本的差别优势正在减弱,纺机自动化对减少人力成本的作用日益凸显,而几年前很多人对纺机自动化的认识还只停留在解决质量问题上。加快发展自动化纺机,高产、高效、用人少、减排,不仅是今后的技术趋势,更是当下经济结构转型的必然结果!要看到目前纺机企业订单一时“饱满”,很大原因是国外先进纺机企业供货能力满足不了需求的突然增加,这并不是我们的竞争优势提高的标志。  

  中国纺机必须要找到高效的、颠覆性的技术创新道路

  实践证明:中国纺机与世界先进水平的差距不仅表现在二维上(即时间、水平),实际上还有更加重要的第三维——可靠性。可靠性是最重要的基础性能,离开可靠性,高产、高效、低耗、少人都无从谈起,越自动化越是要求可靠性高。三维差距根本无法采用跟踪、引进、消化再创新的模式来缩小,只有改变传统观念,另辟蹊径,采用技术跨越战略,才有可能实现。

  根据世界著名的Triz创新理论,工程创新分成五个级别:第1~2等级是依赖本人和本行业内的知识,也是我们纺机行业目前的方法,没有实质性的创新;第3等级是利用其他行业的知识进行实质性改进,实现效能的显著提升;第4等级是通过应用其他学科领域知识对核心原理进行创新,实现系统重大突破。很明显从这个理论出发,我们必须在第3~4等级层面上从概念设计上进行创新才能实现技术跨越。

  国外自动络筒机的技术演化是第3等级工程创新的典型实例。上世纪80年代开发的AC238,采用变频驱动和8位单片机控制;90年代开发的AC338,采用直流无刷电机分部驱动和16位单片机;2000年开发的Autoconer5采用无铁芯轴向磁场电机直接驱动和嵌入式系统构成智能化模块。三代产品的价格基本不变,但功能性能显著增长。

  粗纱机采用空气加捻取代锭翼纺纱,纺纱速度突破600米/分,比后者提高了十倍,则是纺纱学和空气动力学知识融合产生第4等级创新的实例。

  提高中国纺织机械的竞争力,需要长远的眼光和规划。而做到这一点,必须战胜“急功近利”的企业文化,耐得住寂寞。

   著名品牌企业一般都有十年以上的技术和产品发展规划,纺机产品的更新换代周期一般也在十年左右。我们在制定规划时不能仅仅盯着国外现有产品,更要学会用技术预见的理论和方法研究发达国家现有的标准、下一步规划和发展模式,用科学的方法预见5~10年后的“同期先进水平”,才能准确地选定我们的突破方向。

  由于多年来的引进仿造,我们习惯于跟踪和逆向反求工程,搞产品开发只会从详细设计开始,没有完整的产品开发经历,没有概念设计的思路。长期以来,中国纺机在可靠性方面为何始终未有进步?其根本原因就在于可靠性要从概念设计做起,而我们没有经历这个最关键的阶段。

  概念设计是产品开发的第一步,也是最重要的阶段。建议“十二五”规划项目都应从概念设计开始,应用知识创新工具进行完整的技术和市场现状和趋势分析,确定核心问题,形成最优的解决方案(包括可行性),保证方向的正确性和开发的高效性,争取从源头上取得竞争优势。

  把握机电一体化的发展脉络是纺机自动化技术进步的关键

  纺机是典型的机电一体化系统,随着电子信息技术的飞速发展, 机电一体化系统的概念有了较大的延伸,也应引起我们的高度重视。机电一体化系统由两大子系统组成:知识系统——集成知识、管理和激发系统的智能;结构系统——物理的硬件和装置组成,实现系统目标。结构系统需要知识系统来帮助其实现自身功能。

  知识系统通过网络向外部大系统延伸,在价值链上从生产过程扩大到整个产业链,在时间轴上进一步扩大到产品的整个生命周期。从虚拟设计到虚拟制造,在产品还没有开始制造和使用以前,我们已经能进行充分的分析、改进和体验。知识系统再进一步通过网络向上延伸,与超系统集成,形成智能泛在融合。知识系统逐渐成为机器的核心,主导产品的进化和改进,直至出现新的技术突破,引起产品的升级。

  结构系统则向模块化和智能化发展,对外部环境变化进行感知和响应,同时简化结构,提高可靠性,增加柔性和灵巧性。机电一体化产品的智能化水平越来越高,智能向单元层、模块层深度嵌入,通过嵌入式控制技术将知识嵌入到模块中(即机电、技术、功能、知识的集成)实现智能化模块,实现高度灵活和高度可靠的统一。

  机电一体化技术的两大趋势是:通过网络和集成技术形成自动化体系架构,知识共享实现全过程和全流程的集成,最大限度利用资源,提高生产力,创造竞争优势;通过云—端架构,进行知识融合,实现全球性服务和全球性保证,最大限度利用知识来制造价值。

  按照上述路线,纺机自动化的趋势也是从智能化模块到自动化体系,再到云—端架构。当前发展智能化模块是个重点,但必须了解集成化和全球化服务的趋势。

  借鉴中国制造业先进企业的成功之路

  广州数控20人起家,经过20年的不懈努力,2010年年产数控系统达到近10万套,产值10亿,占据国产系统的大半江山。广州数控董事长何敏佳坦言,做低端数控设备需5年,做中端数控设备需15年,做高端数控设备则需20年。其重要经验就是始终把主要精力和资源集中在最重要的事情上——建立一支长期稳定的开发团队。目前中低端产品已经比国外产品有明显竞争优势,广州数控正在组织600人的开发团队,用20年时间向高端数控市场进军。技术创新是建立在技术的积累之上的,一个企业需要一个稳定、学习型的团队,有了这种人力资源的竞争力才能实现技术的沉淀和传承。反观中国纺机企业的现状,极度缺乏富有活力的机制和强大的创新开发队伍,缺乏长期专注奋斗的精神。

  今后5~10年是中国制造业在竞争中大有作为和大放异彩的重要战略期,也是中国纺机开始从大国走向强国的第二次“长征”之时。所有纺机人需要在心态上务实、观念上突破、理论上创新、方法上提升,善于融合其他行业的知识成果,联合其他行业的有识之士,共同为中国纺机的跨越式发展奋斗!(上海二纺机股份有限公司技术顾问/周锦碚)

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