液壓氣動與密封:張海平博士談中國液壓工業技術與液壓強國相比的差距與優勢

行業動態 ????|???? 2020-05-20
摘要:如何振興中國液壓工業,我國的液壓技術與液壓強國相比差距在哪?優勢又在哪呢?帶著這些思考,我們編輯采訪了長期在德國和中國液壓工業領域工作的液壓技術專家張海平博士。

  近年來,隨著我國工程機械、冶金設備、礦山機械和農林機械等主機行業的高速發展,液壓元件的市場規模正在逐漸擴大,中國液壓工業從規模和數量方面已躋身大國行列;但同時必須看到,高端產品一直被國外公司所壟斷,造成主機行業在重要基礎部件方面受制于人,這成了中國液壓工業領域的錐心之痛。如何振興中國液壓工業,我國的液壓技術與液壓強國相比差距在哪?優勢又在哪呢?帶著這些思考,我們編輯采訪了長期在德國和中國液壓工業領域工作的液壓技術專家張海平博士。
 
  問:您可以介紹一下您在德國的工作經歷嗎?
 
  我是1988年在上海交通大學獲得博士學位的,當時算是國內流體傳動與控制專業第一屆博士研究生,隨后從1988年8月至1990年3月在德國亞琛工業大學液壓氣動研究所做博士后,師從巴克教授(Prof. W.Backé)。我是屬于那個被特殊時代耽誤了的一代,在上海郊區的農場里一呆十年,很遲才開始專業學習。雖然后來做了液壓課教師,但因為碩士和博士課題都是搞仿真,所以當時除了仿真外,對液壓技術所知甚少。到了亞琛工大液壓氣動研究所后,就是試探著改進他們已有的數字仿真軟件包DSH。巴克教授最初也放手讓我自己去搞,只是過了一段時間以后,才對我指出,也要研究一些實際問題。到了我的博士后后期,巴克教授就問我,結束以后,去向怎樣?我告訴他,回去后肯定是到大學教書。他就對我說,在亞琛工大,工程專業的畢業生,不管是碩士、博士還是博士后,結束后都是不能直接留校的,必須到產業界去工作,至少干五年,才能再到大學來申請教授職位。他說,他已到過中國幾次,雖然不懂中文,但中國的大學液壓教科書還是能看懂一二的。他說,理論不少,但離實際遠了些,中國大學液壓的教學與產業界距離大了些。因此,他建議我,利用這次機會,博士后結束后,到德國工廠去實踐一下。當時正好蔡勒公司到亞琛來找液壓專業的人,他就建議我去,說,中型工廠較好,可以接觸到企業的方方面面,如果到大型公司去,幾千個工程師,你只能接觸到其中很小一部分業務。這樣,我就到了蔡勒公司研發部去實習。蔡勒公司(Zoeller-Kipper)麻雀雖小,五臟俱全,在法英奧捷克波蘭等歐洲各國有分廠和子公司,建廠五十多年,專業制造廢物集運車的上裝-壓縮機和提升機。我去了之后,就參與了其液壓系統的改進和研發。從此,就完全地投入到實際液壓工程中去了,關注那些我原先在做大學教師時覺得沒有水平、毫不關心但對實際液壓系統的性能和可靠性卻不可忽視的技術問題。實習期滿后,我就留在了蔡勒公司的研發部門,主管液壓與電控系統研發,同時作為整個公司集團的液壓負責人,為各個部門和子公司提供咨詢和培訓,負責解決他們自己解決不了的液壓方面的問題,直到退休,現在還經常往返于中德兩國之間。我銘記巴克教授對我的教誨:“要注重實際,到實際中去”,這教誨改變了我的專業學習的軌跡,讓我終身受益,對此我一直懷著深深的謝意。
 
  問:國外在研發一個新產品時,它的步驟是怎樣的?
 
  預先要強調兩點,第一,這個問題太大,我只知道幾個德國企業的情況。
 
  第二,我所了解的幾個德國液壓企業,大量的技術力量放在改進現有的產品即老產品上:根據實際應用中出現的問題,或者市場和顧客新的需要,改進現有產品。即使是搞新產品,也多是從改進、仿造開始的:改進自己的,或者仿造別人的,如果不侵權的話。他們不輕易搞全新的產品,因為周期長,風險大。
 
  我也參與過一些,完全脫開現有的解決方案,從頭開始研發,尋找全新原理全新結構產品的項目。
 
  基本步驟,大致如下,其實國內也知道:
 
  − 廣泛收集市場信息和顧客需要;
 
  − 設法了解競爭對手產品的水平和特點;
 
  − 詳細分析現有產品的問題;
 
  − 確定新產品應該達到的性能水平和成本上限——比對手的性能好一些,價格低一些;
 
  − 仔細分析梳理,設想一切可能的解決方案;這時,也幾乎只有在這時,才是發明創新能力大顯身手的時候。這時,也是考驗容忍“異想天開”“異端邪說”承受力的時候。這時,只準出主意,可以天馬行空,不準說“不”。
 
  − 然后再開始詳細比較各個方案的可行性、長處和短處,從技術角度和經濟角度;
 
  − 確定方案,開始設計。這時也使用一些現代的手段,如有限元強度分析、流場分析(CFD)、動特性數字仿真等,但只是很少一部分,并以大量測試為基礎,圍繞實際目標,而非為發表論文。
 
  − 制造樣機;
 
  − 作安全性評估;
 
  − 實驗室條件下的測試:空載,滿載,超載;
 
  − 改進;
 
  − 實地試驗,各種氣候條件下的測試;
 
  − 再改進;
 
  − 小批量試產;
 
  − 送到各地區各國給顧客試用,同時在自己這里開始高頻率高強度壽命試驗;
 
  − 再改進;
 
  − 批量生產,投放市場;
 
  − 一兩年后,根據實際應用情況,再進行一次全面改進。像這樣進行,時間長,投入也大,還有相當的風險。我參與過的兩個這種從頭開始的研發項目:一個,經過兩年的研發試制和兩三年的改進后,返修率投訴率降低到幾乎為零,很受顧客歡迎,也給公司帶來相當利潤,成為公司的金毛羊;另一個,雖然經過幾年改進,性能達到了市場的要求,但制造成本超過計劃,基本上屬于失敗,已開始研發替代產品。
 
  我聽過德國數學教授、IBM公司高級經理G.Dueck先生的報告。他提到,據統計,平均下來,每10個正確的主意(專利)中,只有一個能成為成功的產品。所以,要研發新產品,先要把可能的風險考慮進去。
 
  問:您的閱歷決定了您有很廣闊的視野,那么您覺得我國的液壓工業與德國相比,差距主要表現在哪?
 
  我確實是在德國生活工作了20多年,但僅此而已。我不認為自己有很廣闊的視野。
 
  液壓工業需要其他工業部門的支撐。我個人感覺,我們在材料、鑄造工藝、鍛壓工藝、熱處理、精密加工、測量儀器、密封、工作介質、電子元器件、伺服放大器與電子控制器、閥用電磁鐵、配套液壓件等多方面都有很大的差距。不過,這些可以走逐步國產化的途徑,有些材料或元件先從國外進口然后消化吸收再創新。
 
  關于我國液壓工業的落后,液氣密協會的特聘顧問王長江先生曾很精辟地歸納為
 
  20世紀80年代產品落后、生產手段落后;
 
  20世紀90年代體制落后、管理落后;
 
  21世紀00年代理念落后、市場能力落后。
 
  這才是真正有豐富閱歷廣闊視野的人能總結出來的,我不行。我完全接受他的看法。
 
  從我本人十分有限的經歷出發,我只能補充兩點。
 
  第一,員工對工作的認真態度。在我所了解的德國企業中,領導對員工的工作條件和福利都是自愿地或被迫地比較重視的,而員工也以做出好產品為樂為自豪,不敷衍混日子。他們工作時,大多不緊張,但認認真真,兢兢業業。一絲不茍,簡直到了死板的地步。比方說,我所在公司的進貨檢驗員,對采購來的電磁閥連接電線的長度都要測量,比圖紙尺寸長哪怕幾個毫米都不輕易放行,一定要我簽單特批。機械制造不同于藝術創作,完美的質量就需要這種近乎死板的態度。
 
  他們不迷信理論,凡事都想要自己來驗證一下。比方說,氣蝕是液壓元件中普遍存在的。多年來,我一直以能講出一些道理,寫出一些公式為滿足。但在SUN德國子公司的實驗室里,我才第一次親眼看到了氣蝕——從溢流閥的出口噴射出的米粒大小的藍色火焰。
 
  第二,很可惜,我們一些大學的液壓教材和實驗設備也相當落后(參見本人在貴刊2009年第6期發表的拙文),這也是我國液壓工業與德國相比的一個大差距。因為任何事情都是要靠人來做的。如果我們的大學培養出來的學生知識陳舊、不了解實際、研究素養差,我們的工業界靠誰來做出好產品呢?
 
  我們舍得每年花幾十億進口國外的液壓產品,花幾個億進口生產設備。我不知道,我們肯花多少錢在提高我們員工的敬業精神和研究素養上?肯花多少力量來編寫或翻譯一些真正跟上時代的液壓教材呢?
 
  說得微觀一點,我們的企業要想縮小這些差距,主要要做哪些工作?
 
  我認為,企業如果只測繪仿造,不測試研發,那就永遠落后。要想縮小差距,就得踏踏實實,鍥而不舍,不斷改進。這個改進不但包括提高性能、穩定質量、延長壽命,而且包括增加變型,以適應更多的應用領域。改進也屬于研發,是研發不可缺少的一環,比設計新產品更重要。
 
  拿力士樂幾乎任何一個產品的說明書來,只要看看它的修改日期與替代日期,以及改進代號,就可以知道,他們是如何不斷改進的。好的液壓產品都是千錘百煉改進出來的!
 
  把實際使用中遇到的問題、顧客提出的意見,當作改進的契機,而不是忽悠。這些,我所了解的德國的企業都是比較認真去做的。國內許多企業家也都明白并也努力認真去做。據說,國內已有企業,車間的干凈程度達到了“饅頭掉在地上,可以撿起來就吃”。但我也參觀過國內一個企業的液壓裝配車間:人,必須通過前后隔離的更衣室,戴帽子穿隔離服套鞋套,但旁邊有一個很大的門,一直敞開著,運輸工件的鏟車,輪子上沾滿切屑,呼嘯著進進出出。
 
  認真,是一種品德。忽悠別人的人,最終忽悠了他自己。
 
  問:從您的角度看,中國的液壓企業有些什么樣的優勢?或者說有哪些長處是需要我們發揚光大的?
 
  與歐美企業來比,我覺得,中國的液壓企業有兩個優勢。
框架式內高壓成形液壓機
 
  第一,還是人力成本方面的。在歐美,流體技術企業收入的大部分必須用來支付員工的工資福利。我知道,有些世界級的流體技術企業,盡管產品價格很高,但也沒有利潤,當然也就不繳所得稅。他們的員工,不但工資福利好,而且工作時間也比中國的短得多。另外一方面,要看到,他們員工的技術素質和工作認真程度也要高些。而這一點,正是決定生產率和產品質量不可或缺的一個因素。因此,我覺得,我們中國企業不能長期濫用中國人力成本低這一點,也要關心員工的待遇,讓他們也能分享企業發展的甜頭,真正安心認真地工作。時代在變,中國的企業領導不能再拿自己當年當學徒工的待遇要求現在的員工。在這方面,一場競賽已經悄悄地開始了。誰在改善員工待遇方面走在前面,誰就能獲得員工的心,留住和獲得有經驗高素質的員工。以人為本,也是真理啊。誰用它來忽悠他的員工,最終會被他的員工忽悠——不能用手投票時,就會用腳投票。
 
  第二,地理(地利)優勢。中國已經是或將要是世界最大的液壓產品市場。中國的液壓企業貼近市場,貼近用戶,這也是一個大優勢,我們要利用好:多跑用戶,多做現場測試,根據實際使用情況,及時認真地改進??刹灰】戳诉@個優勢。只要設想一下,你的液壓產品出口到國外去,會碰到多少障礙,就能理解了。一些國外公司固然有先發優勢,但他們離中國顧客有一段距離,這也會帶來問題。前幾天,碰到一位世界級公司中國子公司的員工,他感嘆道,為了說服各個相關部門,對出口到中國的產品做出一些改進,在母公司待了整整兩個星期,好累啊,至于這些改動愿望什么時候能實現?不知道!
 
  問:在液壓、氣動領域,您覺得是否有這樣一些新的產品、新的應用,它是國外剛剛起步,如果國內的企業現在介入,至少可以不輸在起跑線上的?
 
  是有一些這樣的新產品,但抱歉,本人所知十分有限,我沒有特別關心過這個問題。我覺得,液壓產業相對電子信息、生物技術等而言,是比較成熟的產業,新產品的出現遠沒有那么多和頻繁。因此,當今液壓產業的競爭,已不是百米跑,而是馬拉松跑。起跑早點遲點,并不重要。關鍵是誰能持續改進,堅持到最后。貴刊2010年第5期刊登的CY泵領軍人徐繩武高工的體會——十年不改進,落后二十年——真是切中時弊,真理??!
 
  舉個例,我所在的蔡勒公司在1997年開發廢物壓縮機時,由于還沒有經驗,就先學別家的樣,使用了一個世界級公司的液壓閥。但我一直在琢磨,思索壓縮機的工作原理和性能要求。到2004年,機會終于來了,我提出了新的回路,采用了其他公司的閥。經過一年的試驗改進,在2005年開始在系列產品上應用了,不再使用那個世界級公司的產品了。他們派了四個銷售和技術人員及部門領導來談判,蔡勒公司的領導很簡短地回答他們,對不起,你們來得太遲了,我們的新液壓系統性能更優良價格更便宜,不可能再用你們的產品了。起跑晚了至少7年,但最后還是趕上了。
 
  再舉一個例。我認識的博士工程師J先生,在亞琛工大液壓氣動研究所攻讀博士時就在研究柱塞泵,1992年取得博士學位后,先是留在所里當主任工程師直到1996年,之后去了力士樂公司在烏爾姆的泵廠Brueninghaus Hydromatik,在那里當到了總工程師。在他攻讀博士時,所里提出了一個專利——在柱塞泵的低壓腔到高壓腔的過渡區設立一個中壓的緩沖腔,以改善泵的性能。2005年聚會時,他說,現在我可以高興地向諸位報告了,這個想法終于在系列產品上應用了?;私甑臅r間,來改進一個泵,這是馬拉松還是百米賽跑?
 
  搞新產品,投入大,風險大,即使技術上無懈可擊的產品,能否變成商品,還有個市場接受和成本可接受的問題。因此我覺得,還不如認認真真地把現有的產品做精做好。現在,中國液壓器件國內市場上,進口件約占三分之一,上百億元(液氣密行業協會);國際市場上,中國大陸的流體技術產品僅占3.2%,臺灣1.0%(2007年,德國VDMA)。如果中國企業能把自己的產品做好,在若干年內,把進口份額降低一些,出口份額增加一些,那就是一個了不起的成就了。我不反對搞新產品,只是認為,不一定要追求新產品?,F有的產品搞不好,
 
  憑什么就能搞好新產品呢?
 
  問:您認為,作為一個技術人員,應該怎樣快速提高自己的技術水平?
 
  就我個人感覺,國內大學機械專業畢業生的動手能力,對實際的了解,比德國的機械專業畢業生,從整體上來說,是差一些。所以,我對進入液壓行業的國內大學畢業生的建議是,
 
  (1) 多下車間,多到現場,多做測試,注重解決實際問題,少搞自欺欺人的東西。
 
  (2) 多學習,多思考,不要迷信。國際標準都會有錯(見拙文“測試是液壓的靈魂”,貴刊2010年第六期),更何況其他什么標準、手冊、教材?最近,在一個偶然的機會看到一份對現有的某種液壓閥試驗方法行業標準的修訂草案。其中錯誤甚多,有些錯是因為抄1998年的老版本時沿襲下來的。這說明修改者不愿或不能花力量在上面,沒有仔細審視。如果最終稿不能把這些錯誤改掉,那這些謬誤又要繼續流傳5年到10年了。
 
  但是,我們絕不應該,因為某個資料可能有錯就丟開,而是要帶著審視的眼光去學。通過思考,加深理解。發現可能的錯誤,也是一個提高。
 
  (3) 可能的話,多去參加一些與工作有關的短期進修、技術講座和討論會。
 
  巴克教授在他的“流體技術的過去和將來”(您編譯的,本刊2010年第5期)中提到,蓋板式二通插裝閥在大流量領域顯著地降低了系統的造價,那么螺紋插裝
 
  閥是否可以在小流量領域發揮巨大的作用呢?
 
  其實,螺紋插裝閥不僅可以,而且已經在小流量領域發揮了巨大的作用。
 
  (1) 與其他組裝形式的閥相比,插裝閥可以說是一種不穿外套的閥,單獨無法工作,只有裝在閥塊或集成塊里才能工作。但正是由于這一點,它特別適合與其他插裝閥合穿一件衣服——集成塊,特別緊湊。由于減少了連接管道,降低了壓力損失,減少了可能泄漏的部位,提高了工作可靠性,這樣就降低了造價和運營費用。
 
  (2) 三維設計軟件和數控機床的普及突破了集成塊設計制造技術的瓶頸,縮短了交貨期,降低了造價。集成塊供貨商,從接到系統回路圖開始,包攬了集成塊的設計、制造、組裝、調試的全部過程——交鑰匙,這樣就大大減少了主機廠的設計費用。因此,使用插裝閥集成塊的組裝方式已成為液壓系統設計師的首選。管式閥、板式閥和疊加閥的應用受到了很大的排擠,特別是管式閥和疊加閥。
 
  (3) 螺紋插裝閥更多的是用在行走機械中,而行走液壓在整個液壓行業中所占的比重越來越大。根據2009年的統計報告,在歐洲,行走液壓已占到液壓總產值的三分之二,在全世界,更占到四分之三。螺紋插裝閥的應用也隨之大大增加。
 
  (4) 伊頓公司在它的2003年的產品樣本中就提到,插裝閥集成塊業務的增長速度是其他液壓產業的2至3倍。據美國Sun Hydraulics公司的報告,目前全球液壓閥市場約35億美元,而螺紋插裝閥及其集成塊已經達到13億美元。據說,專業制造螺紋插裝閥及其集成塊的美國HydraForce公司的產值在最近五、六年中增加了1.5倍,從9千萬美元增加到2.4億美元。
 
  (5) 由于螺紋插裝閥的發展形勢看好,各液壓巨頭在近幾年紛紛并購螺紋插裝閥生產廠,例如Bucher Hydraulics集團并購了瑞士的Furtigen公司,Parker集團并購了英國的Sterling Hydraulics公司,EATON集團并購了英國的Integrated Hydraulics公司,Bosch-Rexroth集團并購了意大利的Oil-Control公司,Sauer-Danfoss集團并購了意大利的Comatrol公司,等等。現在,世界級的螺紋插裝閥專業生產廠,除了HydraForce和SunHydraulics以外,已經全都被并購了。
 
  問:我拜讀了您的“測試是液壓的靈魂”,感受很深,我國的企業普遍對測試缺乏重視,當然也可能是缺少條件。希望您以后能多介紹一些液壓試驗臺的建立方法、測試的方法、測試結果的分析等。
 
  關于液壓試驗臺的建立,我想說的是:針對目的,少搞花俏。祖訓“外行看熱鬧,內行看門道”。亞琛工大流體技術研究所的那些試驗臺,粗看上去,拼拼湊湊,亂七八糟,很不亮麗。但正是在這里,進行著世界最前沿的研究,超前當前應用至少5年到10年。
 
  測試方法嘛,不要迷信標準,只要能測出差異就可。我目前正在編著一本《液壓螺紋插裝閥》(機械工業出版社,計劃2011年上半年出版),我計劃在該書中,試著對各類閥的穩態性能和動態性能的測試回路和測試過程梳理一下,希望能給讀者一些幫助。
 
  測試結果的分析,特別是測試曲線的分析,這可是大有學問的事,我也還在不斷的學習之中。有些曲線我能看懂七八分,有些只能三四分。不過我覺得,這比玩脫離實際的理論公式來得有趣,要實在,更能解決實際問題,見到實際效益。
 
  話說回來,我個人的力量是十分有限的,而國內也還是人才濟濟的。巴克教授所提,“工程專業的畢業生,必須先到產業界去,至少干五年,才能回來申請教授職位”,在中國目前做起來可能還有困難。但許多大學液壓教師,積極參與實際科研或工程項目,做出了成果,獲得了實際經驗,從而豐富了他們的教學內容,提高了教學質量,這也是符合中國當前國情,方向正確,大有希望的路。我是很欽佩和尊重他們的。他們肯定能帶出許多優秀的學生,推動中國液壓工業發展。
 
  問:您對流體技術的未來是怎么看的?
 
  我覺得,機械工業液壓行業是國民經濟的骨干。若把機器比作人,那么,鋼構件就相當機器的骨骼,液壓系統就相當于機器的肌肉,電控就相當于機器的神經。這么一個模式會越來越普及,越來越協調,一時不會有大的改變。因為,液壓技術賴以生存的兩個基本點——比電氣傳動能量密度高,比機械傳動靈活——是不那么容易被突破的。
 
  固定設備的液壓現在開始部分地受到電氣傳動——伺服電機等的排擠,那是因為電能一般都可直接獲得,而使用液壓能,還多一次能量轉換,多一次能量損失。但那僅是發生在小功率的固定設備上,在那些幾千到幾萬噸的液壓機上,再過二十年液壓也不會有對手。
 
  行走設備的動力目前基本還都是來自于內燃機,因此,不管是用電驅動還是液壓驅動,都需要經過一次能量轉換,所以,使用電驅動在這方面并沒有優勢。我知道,歐洲一個廢物集運車公司接到一個城市的訂單,因為環保黨進入市議會了,廢物集運車一定要用電動的,不能用液壓。費盡九牛二虎之力搞出來了,不談研發成本和裝配人工,單是采購成本,電驅動控制元件就超過了普通原理液壓元件的十幾倍,性能上還做了大大的犧牲。是否有前途,各方都持懷疑態度。
 
  燃料電池和常溫超導體曾一度被寄予厚望,因為,燃料電池可以直接把燃料的化學能轉化為電能,常溫超導體材料允許大大提高電流強度,從而大大提高磁場能量密度,大大減小電磁驅動器的體積。但,好像在熱了一陣子后,又冷下來了。
 
  即使有朝一日,燃料電池和常溫超導體技術能夠進入實用階段,能被應用到行走設備中,液壓技術在行走設備中的應用受到了有力的挑戰,到那時,液壓技術至少還有10年的生存期。因為任何新技術的普及,都需要一個由點到面的逐步擴大過程,像液壓這么一個廣泛應用的技術是不那么容易被取代的。而在此之前,液壓的研發還會出現多少新成果?
 
  結束語:一些國外公司確實有先發優勢,但我們更貼近市場、貼近用戶,我們要學會充分利用我們的優勢。液壓產業是一個相對成熟的產業,它的競爭不是百米跑,而是馬拉松,現在所有的困難都是暫時的,只要我們認真、務實、堅持,就一定可以在競爭中取得勝利。
 
  【興迪源機械液壓技術優勢】
 
  興迪源機械嚴格按照ISO國際標準質量管理體系和5S管理標準進行質量監控和內部管理。建立有 “河南省流體壓力成形智能裝備工程技術研究中心”,核心團隊由數十名博士、碩士和各高等院校金屬成形專家教授組成,專注于液壓成形核心技術和產品工藝研發。
金屬管材內高壓成型液壓機
 
  興迪源機械與中國科學院金屬研究所、南京航空航天大學等院校開展長期的產、學、研合作,并共同設立了“液壓成形技術產業化示范基地”,時刻跟蹤國內外領先技術,不斷提升“興迪源”液壓設備品牌價值。
 

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