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徐滨士:装备再制造——军民两用的战略性新兴产业

来源:《军民两用技术与产品》   作者:徐滨士      2019-07-18
  再制造是先进、绿色制造的重要组成部分,被列入国家战略性新兴产业,作为典型的军民两用技术有着广阔的应用空间。表面工程学科和再制造工程学科的倡导者和开拓者之一——徐滨士院士带我们认识装备再制造。

一、什么是装备再制造?

  装备再制造工程是以装备全寿命周期设计和管理为指导,以提升废旧装备性能为目标,以优质、高效、节能、节材、环保为准则,以先进技术和产业化生产为手段,对废旧装备进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动。

  装备再制造工程是装备综合保障技术和国家循环经济发展的的重要组成部分和关键技术支撑,是废旧装备高技术修复、改造的产业化,促进了装备维修保障模式的变革,使装备及时适应作战需求,提高了装备建设经费的使用效益,同时武器装备的再制造为新一代装备的研制提供实践经验,对提升装备的综合保障效能和核心战斗力具有重要意义。

  再制造是对再制造毛胚进行专业化修复或升级改造,使其质量特性不低于原型新品水平的过程。其流程主要包括废旧产品的拆解、清洗、检测、再制造成形、装配、性能测试等步骤。再制造是制造产业链的延伸,也是先进与绿色制造的重要组成部分,被列入国家“十三五”战略性新兴产业,也是《中国制造业2025》的重要内容。再制造产品的质量特性不低于原型新品,而成本仅是新品的50%左右,可实现节能60%、节材70%、污染物排放量降低80%,经济效益、社会效益和生态效益显著。

二、再制造与维修的区别

  再制造与维修不同。维修是在产品的使用阶段为保持其良好技术状况及正常的运行而采用的技术措施,常具有随机性、原位性、应急性。维修的对象是有故障的产品,多以换件为主,辅以单个或小批量的零(部)件修复,维修后的产品多数在质量、性能上难以达到新品水平。

  再制造以高新技术为支撑,可使废旧装备的质量不低于原型新品,不但可以通过延长装备的使用寿命获取经济效益,还可以通过降低废旧装备的制造活动成本、能源消耗成本和设备工具消耗成本等提高产品附加价值。可以说,再制造是高技术维修的产业化,是维修发展的高级阶段。

三、装备再制造的关键技术

  目前成熟的再制造关键技术主要有:废旧零件寿命预测和评估技术、纳米电刷镀技术、高速电弧喷涂技术、微弧等离子熔覆技术和纳米自修复添加剂技术等。 

  1、纳米自修复添加剂技术。它被称为运行中的再制造技术。这项研究最早始于俄罗斯,他们在采矿钻井时发现,钻头在采到地下某一深度的岩层时,钻头不仅没有磨损,以前的磨损部位反而还得到了修复。他们很惊讶,深入分析才知道原来这一层岩石是具有自修复功能的蛇纹石。蛇纹石经过一系列复杂的机械作用及摩擦化学作用,形成一层具有保持作用的修复层,实现自修复。

  近年来,我们也研制开发出多种纳米减摩自修复添加剂,目前,这项技术已开始在部队应用。

  2、自动化高速电弧喷涂技术。即利用操作机夹持喷枪,通过编程实现喷涂过程的路径规划,实时反馈调节喷涂工艺参数,按照设定路径实现自动化的喷涂作业。例如,该技术用于重载汽车发动机缸体、曲轴箱体等重要零件的再制造,单件发动机箱体的再制造时间由手工操作的1.5 小时缩短为20 分钟,效率提高4.5倍。

  3、纳米复合电刷镀技术。我们将纳米材料与电刷镀技术结合研发出了纳米电刷镀技术。纳米电刷镀技术目前已经广泛应用到坦克、军用车辆、舰船和飞机发动机等关键零件的修复上。例如,用在某型飞机发动机压气机叶片的再制造上,突破了国外对该飞机维修技术和设备的垄断。

  4、超音速等离子喷涂技术。行星框架是某型重载车辆转向机构重要的薄壁零件,易于磨损失效。采用等离子喷涂及自熔剂合金新材料,完成了行星框架的再制造。经过车辆的实车考核,再制造行星框架的使用寿命达到新品的3倍,成本及材料消耗为新品的1/10及1/100。

四、欧美再制造、产业的发展情况

  欧美等国家再制造产业起步早、规模大、产值高。工程机械、汽车、办公用品等传统再制造产业稳步发展的同时,航空航天、医疗、电子产品等高端再制造技术和产业也迅速推进。欧美再制造模式主要以“尺寸修理法”和“换件修理法”为主,存在再制造率低、破坏零件互换性、结构损伤无法再制造、再制造毛坏损伤检测手段单一等问题。

  美国是再制造的最大受益者,再制造已成为美军维持其庞大武器库运转而采取的战略性措施之一。

  例如,美军研制出了高柔性零件现场再制造系统——“移动零件医院(Mobile Parts Hospital, MPH)”,能够在临近战场需要的位置快速部署,对机枪等武器装备零部件进行快速再制造,大幅提升了装备快速精确保障响应速度和保障水平;美军对“阿帕奇”AH-64A型直升机进行再制造升级,再制造后的“阿帕奇”AH-64D型直升机可一次同时攻击的目标数是原机的4倍,生存能力比原机提高了7.2倍;美军还对大型运输直升机、坦克、装甲车、垂直起降战斗机、洲际导弹等进行再制造。

  英国“挑战者”坦克、“勇士”装甲车用发动机、传动箱的再制造任务主要由卡特彼勒公司的再制造工厂承担,再制造提高了英军装备维修保障质量、效率与效益。

五、中国特色的再制造产业

  我国采用了不同于欧美的以“尺寸恢复和性能提升”为主要特征的自主创新的再制造模式。我国再制造工程在维修工程、表面工程基础上发展而来,大量应用了零件寿命评估技术、表面工程、增材制造等先进技术,可使旧件尺寸精度恢复到原设计要求,并提升质量和性能。近年来,我国再制造产业发展取得了很大成就:

  其一,产业政策环境不断优化。我国再制造政策法规经历了一个从无到有、不断完善的过程,再制造产业政策环境不断优化。例如《循环经济促进法》《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》《高端智能再制造行动计划(2018—2020)》等法律、法规明确提出支持再制造产业的发展。

  其二,试点企业数量与产品种类逐步增多。截至2018年5月,我国再制造试点企业达150余家,建立了9个国家再制造产业集聚区和再制造产业示范基地。同时,发布了7批《再制造产品目录》,涵盖10大类130余种产品。

  其三,技术体系愈发完善。经过十余年的发展,我国探索提出以“尺寸恢复和性能提升”为特征的自主创新模式,中国特色再制造模式注重基础研究与工程实践相结合,创新发展了中国特色的再制造关键技术,构建了废旧产品的再制造质量控制体系,再制造基础理论和关键技术研发取得突破进展,确保再制造产品的性能质量和可靠性。

  其四,技术标准体系更加完善。目前我国已发布了20余项再制造国家标准,涵盖再制造术语、基础通用标准、共性技术等。

六、再制造技术在军民领域的应用

  再制造技术是典型的军民两用技术。在军事领域,以熔覆技术、喷涂技术、刷镀技术等为代表的再制造技术及装备已不同程度地配发部队各级维修保障单位,充分发挥了再制造在装备保障综合技术中的作用,成功解决了装备关键零部件的维修保障难题。

  在民用领域也有重要的应用。例如,冶金装备中的法兰叉、十字轴等产品的材料主要为金属材料,当其达到报废标准后,传统的回收方式是拆解、分类回炉、冶炼、轧制成型材后进一步加工利用。经过这些工序,原始制造的能源消耗、劳动力消耗和材料消耗等各种附加值绝大部分被浪费,消耗大量能源,且造成严重的二次污染。而对废旧零部件进行再制造,其投入的资源、能源和废弃物排放大约比原始制造低1~2个数量级。

  盾构机的再制造潜力也非常巨大。盾构机作为隧道掘进的专用重型工程机械,是工程机械中价值最高、技术最复杂的产品。盾构机平均使用寿命仅5年,报废周期较短,再制造潜力巨大。据统计,2013年以来,我国达到使用寿命的盾构机开始进入高发期,每年有25%~30%的盾构机面临大修或报废。

七、实现装备维修与再制造保障的军民融合

  当前和今后一个时期是我国军民融合发展的战略机遇期。装备维修与再制造保障领域的军民融合,以提高装备维修保障能力和效益为目的,以军队装备维修保障力量为主体,以军工集团和装备承制单位为技术支撑与能力补充,在更大范围、更高层次、更深程度上,统筹顶层规划、统筹资源配置、统筹力量建设与运用的一种维修保障模式,能够显著缩短保障时间,提高维修保障效率,提升装备性能。

  当前,我国装备再制造领域军民融合主要有两种实现方式:一是应邀保障,各建制单位根据平时和执行重大任务时的维修保障工作需要,依托军队现有的设施、设备,邀请院校、地方工业部门专家进行保障;二是协议化保障或合同化保障,军队在进行装备维修与再制造保障的过程中,由于在某些方面尚不完全具备维修保障能力,通过签定协议的方式,利用地方再制造企业为部队部分装备进行再制造。

  装备维修与再制造技术军民融合发展能够实现装备维修与再制造军民两用技术的商业化和产业化,并发掘企业、院校、研究机构等组织的社会资源优势。

  本文刊登于《军民两用技术与产品》2018年第6期,此处有删改。

  文章内容不代表大国策智库观点。
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