文 | 海航创始人,总经济师 文小芒
整理自龙腾网
我们都知道制造业产业升级的基础是装备制造业升级,不然升级就是空中楼阁,无源之水。可以这样说,装备制造业是我国产业升级的核心,装备制造业不能升级,其他产业升级都是笑话。最近国家对装备制造业升级出台了很多扶持政策和规划,我们也在积极参与。因此调查了一些企业。
最近在看一些陷入困境的装备制造企业的资料,其基本症状都是:或者市场萎缩,库存增加;或者附加值太低,生产越多,亏损越大;或者质量问题层出不穷,退换货维修导致入不敷出;当然更常见的是产品精度不够,使用寿命短,质量不稳定(不同批次和同批次不同批号),可靠性差,尤其跟进口货比非常明显。
我参加过1990年代中期的制造业国企救亡运动,当时制造业国企大多数也都陷入困境,但是解决办法却很简单:债务重组,降低负债(主要是冻结债务,延期偿还+债转股);资产重组,轻装上阵(剥离非生产性资产,例如学校,医院,宾馆,电视台,火车站,文工团之类);业务重组,突出重点(重新安排产品配置和产品结构,把赔本赚吆喝的一些公益性质产品删除,例如减少国家储备任务,取消军品生产线);运营结构重组,建立市场化运营模式(例如建立直销网络,建立售后服务网络,建立问题解决方案一揽子服务队伍,建立市场化供应链)等等,大多数企业其实是能够起死回生的(当然有地方领导为了完成老朱的关停并转指标政治任务,不许全部可以起死回生企业活下来,那是另外一个话题)。
但是,这一次制造业国企救亡运动难度却大得多。首先是市场环境发生极大变化,90年代中期的制造业国企相比当时的民营企业在产品质量控制和技术等级上都有优势(实际上当时进入装备制造业的民营企业凤毛麟角),再加上当时外国制造业巨无霸并未在中国开始大规模布局占领市场,所以当时国企生产的产品销路问题不大,只要能够生产出合格产品,价格不离谱,就有市场。现在不同了,一个是民营制造业企业已经羽毛丰满,不但规模巨大,质量控制水平和产品技术水平也上了很大一个台阶,相比国有企业,并不落下风,二个是跨国巨无霸在中国布局完成,绝大多数制造业行业领先企业都在中国有分支机构和制造基地,可以说,目前中国市场就是世界市场。所以现在制造业国企首先面临的考验不是产得出,而是卖得掉。
其次是现在制造业国企已经没有积累可以辗转腾挪。90年代中期,大多数大型制造业国企,都有相当多的家底,例如都有巨大的土地储备,实在过不下去,把老厂房一卖,换一块远郊土地,重建新厂房,就能焕发青春。现在我看到的这几个陷入困境的制造业国企基本都油干灯尽,没什么可以下手重组的资源。
其三是现在人员流动已经非常便利,可能一夜之间,生产线全部技工就集体跳槽到竞争对手那里(例如齐齐哈尔两个机床厂就发生过这种事情),而代价往往不过是每月增加几百元工资。这种不稳定的人员结构,使任何管理人员都不敢轻举妄动,随便改革或改良。不动手,员工流失,责任不在你,你动手改革或改良,导致员工流失,就要追究你的责任。所以现在相当多的已经陷入困境的制造业国有企业都在混吃等死,毫不想作为。其实最近闹事的德阳二重领导还是不错的,至少他们还想上进,还想寻找出路(当然随便搞点自己好处也是可能的),至少没有混吃等死。这是很多领导闭着眼睛不愿意面对的现实,现在制造业国企困境上,装鸵鸟的领导很多,当然装B的更多。
根据我看到的这几个企业资料,究其原因,其实无非是以下几种:
一、体制原因
1、责权利不对等
按照几个企业领导人的说法:现行体制下,对国企领导要求是圣人级别的,要你拼命跑,还不能吃太多草,现在不但不能偷吃草,还要降低草料标准。
可是没人是圣人,尤其是经过精英逆向淘汰上来的领导,不是吃、喝、嫖、赌、抽五毒俱全就已经是组织部工作尽职尽责了。
所以大多数国企领导就是混日子,保证在自己手里不出事,至于企业能不能脱困,能不能闯出去,看运气。少部分有上进心的,想法设法找机会突破,但是往往是在走钢丝绳,打擦边球,到时可能是改革英雄,也可能是经营罪犯。
当然目前现状,最高董事会的解决办法是模仿毛主席把支部建在连上,现在正在实行央企党务工作垂直领导改革,也即取消以前央企党务属地化管理模式,分支机构党务工作(组织,纪检)全部收归央企总部。切断央企分支机构与地方的千丝万缕利益交换联系,堵塞一些徇私舞弊通道。
行不行,只能看结果,我们可以等等看。这不是我们能够置喙的。
2、责任心太低
接触到的企业员工和工程师,普遍看法是:现在制造业的工程师,技术员和技工地位太低,实在太低。他们自己感觉就是包身工或奴隶(至少不止一个人自己这么说,还有的说得更极端,说是牲口)。他们地位低,不仅仅表现在收入低(与其他行业相比,例如金融业,电信业,电力业,能源业等等),更重要是晋升机会少,发展机会少,职业前景没出路。这种地位低,就导致了我们制造业做事情的浮躁,不负责,质量标准低,产品质量稳定性差,可靠性差。同样的加工设备,同样的材料,德国人可以比我们精度高一个数量级,寿命高一倍,可靠性高两个数量级。举例来讲,某个企业一个大的责任事故,竟然只是加工液压油箱时,里面的加工金属碎屑没有清理干净,导致爆裂。这完全不是技术问题,就是责任心问题。当年上海某大型造船厂龙门吊垮塌导致人员伤亡严重事故,其实也是责任心问题,但凡当班相关人员稍微尽职尽责一点,都能避免。
当然在全社会都迷恋赚快钱前提下,也不可能单凭说教就让年轻人做到尽职尽责,更不可能让他们静下心来学习技术,积累工艺经验。这是一个全社会的环境问题,不是短期能够解决的。
而大幅提升制造业报酬,这是不现实的,因为我们绝大多数的制造业附加值太低,没法实现。
二、管理原因
这一部分问题很多,详细写可以写一本书,我只能简单介绍我看的在几家企业的一点现象而已。
1、供应链管理
由于没有充足流动资金,无法建立稳定的采购供应商体系,经常都是谁肯赊账用谁的,以至于二道贩子猖獗,不合格原材物料就很难禁止,再加上接受一些抵账的原材物料,整个供应链体系必然混乱不堪,什么供应商资格认证流程,储备供应商审核流程,原材物料进厂检测流程,基本都成为摆设,有时病急乱投医,甚至到处借原材物料,因为企业已经等米下锅。
2、资源优化
基本无法实现资源最优配置,经常是按照订单下生产计划,而有的订单本身就是赔本赚吆喝的,有的是隔三差五才来的不稳定需求,但是为了维持生产体系不崩溃,为了工人工资,有时不得不靠吃折旧,吃大修理基金来维持生产。有活干就不错,那里还能优化。
3、全面预算控制
由于需求不稳定,全面预算实施的基础就消失了,搞全面预算就是走过场,因为根本无法计划销售,也就无法计划生产。
4、质量控制
由于原材物料进厂关无法严格把门(等米下锅状态下,进厂不得不咬牙放行),订单审核无法把关(有时争取到一个订单已经是千难万难),经常导致质量控制第一关失守,后面做得再好,也仅仅是聊胜于无了。尤其是订单审核中的质量指标要求,经常成为企业的陷阱,如果强制达标,经常不得不付出很大代价,例如增加原材物料质量等级,或者增加加工精度,增加工艺标准,大幅增加加工成本,赔本赚吆喝经常就这么发生了。德阳二重经常干这种事情。
三、技术原因
总的来说主要是核心工艺落后和基础材料落后,这两个落后,导致了基础器件的落后,例如液压件,密封件,轴承和齿轮;导致了精密加工设备和工艺的落后,例如高端数控系统落后;当然另外一个落后的节点是仪器仪表的落后。这些落后,导致我国装备制造业升级高喊口号十多年,进步不能说不大,但是还是处处受制于人(例如高档工程机械70%利润,工业机器人75%利润,高档数控机床50%以上利润,都必须分享给外国人,相当多还是日本人。实际上我们不过是一个产品组装商而已。至于仪器仪表,就更可怜,高端100%必须进口,现在每年进口额在500亿美元左右,自己能够生产销售的都是低档产品),部分企业甚至不得不陷入困境。
下面我先介绍核心工艺(重点介绍热处理、焊接、表面工程和切削加工工艺)落后情况,再介绍基础材料落后情况,再介绍精密加工设备和工艺落后情况,再介绍基础器件(重点介绍液压件,轴承和齿轮)落后情况,最后介绍仪器仪表落后情况。
这些落后领域,不止是这几家企业如此,基本是中国全行业情况。
在介绍之前,先简单介绍一下基本概念。
我国装备制造业包括:
1、制造装备的装备:例如数控机床(NC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、工业机器人、大规模集成电路及电子制造设备等。
2、基础件:例如液压、气动、轴承、密封、模具、刀具、低压电器、微电子和电力电子器件、仪器仪表及自动化控制系统等。
3、成套设备:例如矿山开采设备,大型电力(火电、水电、核电)成套设备,输变电(超高压交、直流输变电)成套设备,化工(石油化工、煤化工、盐化工)成套设备,黑色和有色金属冶炼轧制成套设备,交通运输设备(民用飞机、高速铁路、地铁及城市轨道车、汽车、船舶),环保设备(污水、垃圾及大型烟道气净化处理),工程成套设备(隧道挖掘、盾构、大型输水输气),农业成套设备,科学仪器和医疗设备,军事装备,通信、航管及航空航天装备,印刷设备等。
目前国家装备制造业产业升级第一阶段目录是:航空装备(重点是系列涡扇发动机产业化和大客机实用化);卫星及应用(重点是北斗导航系统实用化);轨道交通装备(重点是高铁系列化);海洋工程装备(重点是深海(南海3000米水深)石油钻探采集实用化,包括半潜式钻井/生产平台、钻井船、自升式钻井平台、浮式生产储卸装置、物探船、起重铺管船等等);智能制造装备(重点是高精度数控机床和工业机器人的数控系统,伺服系统,减速机及主要基础件全面国产化)。
目前国家正在支持的装备制造业重大专项:高档数控机床;大型先进压水堆和高温气冷堆核电站;极大规模集成电路制造装备及成套工艺。
2013年,中国装备制造业销售收入达到20万亿人民币(大约3.3万亿美元),约占世界30%。其中上述高端装备制造业实现约2万亿元销售收入,约占装备制造业销售收入的10%左右。虽然我们装备制造业规模世界第一,但是质量却不高,美国虽然装备制造业规模比我们小很多(大约2万亿美元),但是他们高附加值的高端装备制造业占比达到50%以上,这就是差距。
目前我们在百万千瓦级超超临界火电发电机组、百万千瓦级先进压水堆核电站成套设备、1000KV特高压交流输变电设备、±800KV直流输变电成套设备、百万吨乙烯装置成套装备、超重型数控卧式镗车床、精密高速加工中心、2000吨履带起重机、高铁、3000米深水半潜式钻井平台等装备上已经走在世界前列。但是上述装备相当多还是需要外国进口基础件来组装的。
目前我国装备制造业升级的瓶颈:超高温金属材料和复合材料,精密加工工艺,精密数字控制,超大型数据采集与监控系统,精密仪器仪表,基础件(超高压液压件、超高压密封件、精密轴承、高精度齿轮、精密传感器、精密伺服电机)。
下面想从目前国内重型机械行业的运营模式角度来看看陷入困境的原因。
重型装备制造业(也叫重型机械制造业)就是生产重大冶金成套装备和冶金、电力(水、火、风、核电) 、石化、交通、航 空航天、船舶、军工等行业所需的大型、超大型铸锻件为代表性产品的行业。是国家战略安全的支柱。
中国重型机械行业有著名七兄弟,包括中国一重、中国二重、太原重工、北方重工、中信重工、大连重工和上海重工。这7家企业都是世界级的企业。其中中国一重,中国二重属于涉及国家战略安全,涉及重大国计民生的53家副部级央企之列。(实际上重型机械行业企业数量极多,大概有3千多家,不过大多数水平不高,都是干傻大黑粗力气活的,就不介绍了,进入全国500强的有20家左右)
这7家企业主要生产大型设备和装置的大型铸件和锻件(机械加工的大型和超大型零件),是中国制造业基础的基础,为煤炭、冶金、矿山、石油、电力(包括核能)、化工、建材、原材料、水利(例如三峡水电站)等关系国民经济命脉的行业需要的重大技术装备的大型铸锻件和设备。7家企业约有分工,其中中国一重、中国二重以重型压力容器(例如核电站,军用反应堆等等)、冶金成套设备和大型铸锻件(例如二重生产的大型盾构机铸锻件、大飞机铸锻件和某些国防项目铸锻件)为主,太原重工以火车轮轴、轮对、起重机、轧机、挖掘机、冲压机、挤压机、液压机、若干核电站专用设备等等为主,中信重工以矿山设备和水泥成套设备为主,北方重工以轧钢、煤炭、电力、隧道掘进等成套设备为主,大连重工以冶金、港口、矿山、工程、交通、造船等行业成套技术装备为主,上海重工以轧钢、矿山采掘成套设备和大型铸锻件为主。
再强调一句,我这是给外行看热闹的帖子,绝对经不起内行推敲。
一、七兄弟简介
(1)、中国一重
主要为钢铁、电力、汽车、矿山、石化、核电、交通运输等行业及国防军工提供重大成套技术装备和重要铸锻件,目前主要产品有冶金设备(包括冷热带钢连轧机、中厚板轧机、连铸机、转炉等等);压力容器(包括加氢反应器、煤制油反应器,核电反应堆压力容器,核岛稳压器和核岛成套锻件等等);大型铸锻件(包括三峡水轮机叶片,发电机上冠及高中低压转子,大型水电、火电机组配套的大型铸锻件,特大型锻钢、铸钢轧辊、铸铁轧辊等等);压力机(包括5000吨大型机械压力机、热模锻重型锻压设备等等)。我国第一套112500吨自由锻造水压机、30000吨模锻水压机、2800毫米冷热铝板轧机、2050毫米热连轧机、1900毫米板坯连铸机、2800XPB大型矿用挖掘机、汽车覆盖件压力机、大型石油裂化热壁加氢反应器、2000吨的煤液化反应器,世界最大、性能最先进的15000吨自由锻造水压机、600MW核反应堆压力容器、3000吨立式弯板机、30万千瓦高中低压电站转子、300兆瓦核压力壳等等都是一重产品。
中国一重具备炼钢、铸造、锻造、焊接、热处理、机械加工、装配、检测计量和包装发运等配套齐全产业链。可提供优质钢水20万吨/年,一次提供钢水量为700吨、最大铸件500吨、最大钢锭300吨。50多年来,中国一重共生产机器产品百万余吨,目前在大型板带轧制工艺及设备、重型容器(加氢、核电、煤液化)、电站铸锻件等领域达到世界先进水平。目前中国一重在冶金成套设备、重型压力容器(包括核反应堆压力容器)、核岛设备(核岛成套铸锻件)方面居国内领先地位。
一重集团装备有15000t自由锻造水压机。
(2)、中国二重
为冶金、电力、水利、化工、汽车、航空航天、船舶、核能、交通运输、矿山、水泥建材、农林等行业提供成套成线设备和各种大型铸锻件、型锻件,主要产品有中国"轧机之王"称号的4.2米特厚钢板轧机,2050型热连轧机,1350型板胚连铸机,125兆冲汽车前渠曲轴锻造自动生产线,反应堆本体,1000兆瓦火电转子,三峡水轮机不锈钢铸件,盾构机,以及大量国防项目重大装备等等。
目前中国二重是中国最大的冶金成套设备、锻压设备、风电核心部件、核电、水电、火电成套铸锻件、船用铸锻件、重型压力容器、大型传动件、大型航空模锻件等重大技术装备制造基地,是核电、重型容器等大型成套设备极限制造加工基地。目前中国二重在冶金设备、电站设备方面居国内领先地位。
二重集团装备有16000t自由锻造水压机,80000t模锻液压机;具备一次性冶炼1000t钢水、浇注600t钢锭、产出550t成品铸件及400t 成品锻件的能力。
(3)、太原重工
太原重工设计、制造生产的产品广泛用于冶金、矿山、水电、火电、核电、能源、交通、航空、航天、化工、铁路、造船、环保、交通运输设备等行业,主要产品有挖掘设备(包括20--75立方矿用挖掘机等)、起重设备(包括500t铸造起重机、三峡电站厂房1200t桥式起重机等)、轨道交通设备、锻压设备(包括20--225MN铝挤压机等)、轧钢设备(包括Φ180mm三辊连轧管机组成套设备、Φ720mm大口径无缝机组生产线成套设备等)、焦炉设备(包括7m顶装焦炉、6.25m捣固焦炉等)、煤化工设备(包括BGL熔渣气化炉等)、齿轮传动、风力发电设备(1.5--5MW风力发电设备)、油膜轴承、铸锻件、海洋工程装备、神舟号系列载人飞船发射塔架等等。
其中减速器是太原重工的优势产品,主要为起重、轧钢、挖掘、煤焦炉、锻压、航天发射、矿山、石油开采等设备配套,是高低速重载、大扭矩、大功率的传动装置。例如为武钢设计制造的760双圆弧齿轮机座是世界上最大的双圆弧齿轮机座,为卫星发射中心设计制造的起升减速器。
太原重工是中国最大的起重设备生产基地、最大的挖掘设备生产基地、最大的航天发射装置生产基地、最大的大型轧机油膜轴承生产基地、最大的矫直机生产基地、最大的多功能旋转舞台生产基地、唯一的管轧机定点生产基地、唯一的火车轮对生产基地、国内品种最全的锻压设备生产基地。目前太原重工在起重机设备、挖掘焦化设备、轧锻设备和列车轮轴方面在国内居领先地位。
太原重工拥有主要生产设备1600多台套,其中具有世界先进水平的设备有60余台
(4)、北方重工
北方重工主要制造电站、冶金、轧钢、矿山、煤炭、电力、建材、港口、化工、隧道掘进、工程机械、环保、军工等领域大型技术装备铸钢件、锻件、结构件和成套设备。主要产品有隧道盾构机(目前是世界最大的盾构机生产企业),电力装备(包括1000MW火电机组双进双出磨煤机、中速磨煤机和600MW褐煤火电机组风扇磨煤机),建材装备(日产万吨水泥生产线的输送、给料、破碎、料场混匀、原材物料立磨、回转窑、水泥磨、煤磨和篦冷机等全部主机设备设计和制造),人造板成套设备(是目前世界上年产5万立方米以上规格多层和单层大幅面热压机的唯一生产企业),冶金装备(大规格中厚板精整区成套设备,炉卷轧机、镁合金板等板材轧制和大型H型钢轧机成套设备;世界最大的660平方米烧结机成套设备),锻压装备(大型快锻机组;大型模锻压机;成板压机;大型锻造压机操作机),矿山装备(破碎、粉磨和洗选选矿成套设备,包括年产千万吨级以上规模选矿厂用磁选、浮选、重选、脱水、浓缩成套设备;长距离、高运力和大倾角带式输送机),煤炭机械(电牵引采煤机、刮板输送机、顺槽带式输送机、液压支架等煤矿井下开采成套设备;大型移动式破碎站、转载机、挖掘机、排土机和长距离大运力的带式输送机等10000t/h级大型露天矿半连续开采成套设备;输送机、破碎机、筛分设备、重介选煤设备、浮选设备、脱水设备、浓缩机、洗煤机和跳汰机等成套洗煤设备),港口装备(带式输送机、斗轮堆取料机、大型装船机、卸船机、火车卸车机、商品取制样等成套设备),节能环保装备(湿式脱硫磨机、干式脱硫立磨和脱硫制粉/浆等烟气脱硫、脱硝系统和成套设备),以及其他设备,例如110t/h矿渣粉磨成套设备;年30万吨废钢破碎成套设备;用于大型风电、水泥设备、轧钢设备等的大型齿轮制造及检测(直径超过2米以上)。
(5)、中信重工
主要为矿山、建材、冶金、有色、电力、化工、环保、军工等行业提供重大技术装备,主要产品包括矿山、煤炭、水泥、冶金、有色、电力、化工、洗选、环保、军工等行业的采掘、提升、选矿、破碎、粉磨等等设备,也生产轧钢成套设备、回转式铜冶炼阳极炉、"大飞机"项目120MN张力拉伸机、环保机械,发电设备、大功率减速器、大型铸锻件等。
中信重工是世界最大的水泥成套设备生产基地(能够生产日产12000吨生产线成套设备);世界最大球磨机、破碎机、提升机、竖井钻机生产基地;世界最大的铸铁件生产基地;是中国低速重载齿轮生产基地(例如国产首台盾构机减速器, 2000kN?m减速器)。目前中信重工在建材(水泥)成套设备和矿山成套设备,包括新型干法水泥成套主线设备、大型立磨粉磨系统、大型矿井提升设备、超深矿建井钻机、大型磨矿装备和超细碎高压辊磨装备等方面在国内处于领先地位。
目前装备有18500吨油压机和750吨?米锻造操作机。中信重工的1.85万吨自由锻造油压机大大提升了单一大型铸锻件的制造能力。目前,公司可以一次提供钢水900吨,生产最大钢锭600吨、最大铸钢件600吨、最大锻件400吨。在大型铸锻件制造能力上,超越了中国一重、二重。
(6)、大连重工
主要为冶金、港口、能源、矿山、工程、交通、航空航天、造船等行业提供成套技术装备,主要产品包括冶金、起重(核环吊等等)、散料装卸、港口、能源(包括兆瓦级风力发电设备等等)、传动与控制系统(风电齿轮箱等等)、船用零部件(大型船用曲轴等等)、工程(隧道掘进机/盾构机等等)、海工和大型关键铸锻件等。
(7)、上海重工
为电站、核电、造船、冶炼、轧钢(包括1700热连轧生产线,2030冷连轧机,3900中厚板轧机和2250热连轧生产线等等)、锻压(万吨铝型材压机)、水利、矿山采掘(反击式破碎机、挤压机、磨煤机等等)、建材、化工等行业提供设备和大型铸锻件(包括AP1000稳压器核电锻件、高温气冷堆核电锻件、堆内构件、AP1000压力容器整套锻件、AP1000蒸发器关键部件等等;大型发电机转子锻件和汽轮机中高压转子锻件、船用曲轴锻件等等)。
上海重工是目前中国具有万吨级锻压能力的三大重机厂之一,是中国第一台万吨级水压机(12000吨自由锻造水压机)的诞生地,现在拥有目前世界上最大、技术最先进的165MN自由锻造油压机,装备的12500吨挤压机也是世界上吨位最大、性能最先进的,同时还拥有630吨米操作机、450吨电渣重熔炉,Ф2.8×22米井式热处理炉等一流的热加工设备以及SEM-525M扫描电子显微镜,3530型全自动多道X射线光谱仪等齐全的高精度检测设备,拥有数控镗床、数控龙门铣、数控立车、大型卧式车床等先进机加工设备。
现在在美日欧等国家,重型装备制造业创造的经济指标在国民经济中的比例已不十分重要,重型装备制造业已经是国力的代表,是避免受制于其他国家的保证,是保障国家对外政治地位和国家安全的柱石。
所以我国的重型机械七兄弟还任重而道远。
二、行业水平
中国机械制造业整体技术水平与世界最先进水平差距主要体现在精密制造这个环节,在重型装备制造业我们差距不大,甚至约有领先的专业和产品。(其实我们现在制造业技术水平与世界最先进水平主要差距的项目只是几个关键节点,例如机械的精密制造和精密仪器仪表;化工的精细化工;电子的微电子和超大规模集成电路;材料的高性能复合材料(包括金属基,陶瓷基和聚合物基的);信息的管理信息系统,操作系统等等)。
目前七兄弟有能力提供年产 600 万吨级钢铁联合企业常规流程成套设备,包括 4350m3 高炉、6m 焦炉、450m2 烧结机、各类连铸机、大型热连轧 板机、冷连轧板机、无缝钢管热连轧机、高速线材轧机、大型中厚板轧机,以及大型螺旋焊管机组等成套设备。并开始出口。典型代表产品有一重集团2150mm和 2130mm 冷热连轧机;二重集团5 米宽厚板轧机和1600mm 以上大型板坯连铸机;大连重工7.63 米焦炉机械等。以及核电核岛主要铸锻件,大型船用曲轴、大型轧机用轧辊、轧机油膜轴承等,彻底改变我国大型、超大型铸锻件依赖进口的局面,并把以前只能依靠进口的设备变成国产标配,例如4000 立方,甚至5500立方的高炉,300吨转炉 ,150吨电炉达;各类轧机基本都是连轧机组,热连轧速度一般在 18 m/s 左右,冷连轧速度达 25 m/s 左右,高速线材轧机的速度提 高到 100 m/s 以上总体控制水平、过程自动化、轧材质量和精度,以及信息化管理等,都有了明显提高。
现在重大冶金成套装备和冶金、电力(水、火、风、核电) 、石化、交通、航 空航天、船舶、军工等行业的一般装备基本实现自主化,重大技术装备自主化率达 90%以上。关键工艺技术装备、节能减排技术装备,以及高端机械产品研发、制造和应用方面都基本掌握关键核心技术和工艺。
节能减排技术装备也普遍采用,降低了企业吨钢综合能耗、吨钢耗用新水量、吨钢烟粉尘排放量、吨钢二氧化碳排放量,基本实现二次能源回 收利用、冶金渣综合利用、污染物排放浓度和排放总量双达标。(重型装备制造业都是能耗大户,水、烟尘、二氧化碳排放量巨大)
尤其是最近十几年来,我国在重型机械行业有了巨大进步,以前仰望的一些技术和设备,现在我们已经具备核心能力,现在除在极少数的领域,我们还得仰望德国西门子奥钢联,意大利德涅里外,我们目前在大多数领域,已经是别人仰望的对象。下面简单罗列一些。
1、大型铸锻件
以前制约我国的核电、超超临界火电、大型水电铸缎件、大型船用半组合曲轴、大型航空模锻件、大型燃气轮机锻件、大型冶金轧辊发展的大型铸锻件关键材料和关键工艺都已经实现大规模生产,目前百万千瓦级核电站大型关键铸锻件、常规岛汽轮机低压转子、百万千瓦级超超临界电站大型关键铸锻件等已经完全自主和并开始出口。我国在大型铸锻件行业的进步,让世界大型铸锻件市场供求关系发生逆转,开始供给过剩,价格直接下降50%,尤其著名的例子是大型船用曲轴(例如70型曲轴全长9.3米,重约110吨),我们锻造成功,国际市场价格直接腰斩(其实高品质、高精度、高技术含量的大型铸锻件订单中国早就占全世界订单总数的 50%),这个领域的进步,使我国多年来无法通过进口解决的一些国防项目成功实施。
这十多年来,我国在超大型核电锻件、电站大型铸锻件、燃气轮机锻件、航空整体锻件和船用铸缎件等涉及的冶炼、浇铸、锻造、热处理、机加工、检验控制等能力都大幅提升,例如如一重集团的铸锻钢基地已经实现年产钢水 50 万吨,年产锻件 24 万--25 万吨,年产铸钢件 6 万--7 万吨,其生产能力等级也达到世界顶极制造目标: 一次提供钢水 700 吨、 最大钢锭 600 吨、最大铸件 500 吨、最大锻件 400 吨。其他六兄弟也实现了类似的能力提升。
(1)、超超临界汽轮机转子
超超临界机组是指单台机组发电量超过100万千瓦的机组,超临界的意氏就是锅炉产生超高温、超高压蒸汽驱动汽轮机,带动发电机发电,这种机组效率极高,发电煤耗低于 300g/kwh,比同等容量的亚临界机组每度电少耗煤 20 克左右。现在超超临界机组所用的转子,已经国产化。
超超临界转子是在高温高压运行的高强度合金钢锻件,产品制造难度极大,在中国成功以前,只有德国萨尔钢厂能批量生产,日本也只能小批量生产,并且日本人拒绝对我国出口。
(2)、大型核电站关键设备大锻件
中国目前是核电建设最大市场,占50%以上,2020 年前,每年至少需要二十多套核电锻件,包括大型先进压水堆核电中的反应堆压力容器(RPV)、蒸汽发生器(SG)及常规岛等关键设备所需的整体顶盖、一体化接管段、锥形筒体、管板、水室封头、整锻汽轮机低压转子、 发电机转子等超大型锻件。
以前由于全球制造核电锻件的能力及水平非常有限,再加上一些"保障条件"等的限制,使得我国已开工 的一些二代加及三代核电项目因锻件受制于人而无法按期投产。
经过这十多年努力,我国已经独立自主地掌握了核电大型锻件制造的关键技术,解决了超大型锻件制造的瓶颈问题,实现了大型先进压水堆核电的国产化。
我们主要能力包括:AP1000 核岛 RPV 中的整体顶盖锻件、一体化接管段锻件、堆芯筒体锻件、AP1000 核岛 SG 中的椭球封头锻件、锥形筒体锻件、管板锻件、水室封头锻件、AP1000 常规岛低压转子锻件。
目前全球能批量生产上述大型锻件供应商不足 10 家,我国就有两家,即中国一重,中国二重。
其中AP1000 大型先进压水堆核电所要求的整体顶盖、 一体化接管段、百万千瓦核电常规岛整锻汽轮机低压转子需要600 吨级钢锭的生产能力,在中国突破以前,只有日本的 JSW(日本制钢所)能够整体锻造,但日本人对我国进行封锁,不但不愿提供其制造技术,甚至不提供核电大型铸锻件成品。
我国以前1000MW 级核电站的转子均为进口,其中核电焊接转子只有法国阿尔斯通有生产和应用经验, 整锻转子只有日本 JSW 和韩国斗山重工具备制造能力。我国突破生产技术前,全世界每年只能生产12 根1000MW 级特大转子。按照我国核电建设规划,我国每年至少要建 3--4 台 1000MW 级核电机组,需转子 9--12 根,再加上日本的封锁,核电特大型转子自主制造已成为我国核电建设必须具备的先决条件。
这些锻件的技术难度主要在锻件需要一次浇注成型(例如常规岛汽轮机整锻低压转子、RPV 整体顶盖和一体化接管 段、SG 椭球封头、管板等),关键技术就是对400吨级以上大钢锭的炼钢、浇注中钢水纯净度控制和宏观偏析的有效控制、成分和工艺优化、仿形锻造、超大型实心锻件的中心压实、管板类特厚锻件的均质控制等。尤其是P1000 核电常规岛的整锻低压转子的研发难度极大,日本用了十年,废掉了三支转子,至今仍未获得成功。
(3)、大型航空整体模锻件
我国航空、航天和战略武器生产,都需要大量整体结构锻件,例如歼20,运20,C919,先进战略威慑武器等等都需要大型整体构件,如钛合金,铝合金隔框,起落架,结构框架等等。例如目前先进战斗机和大飞机的大型整体复杂钛合金构件的投影面积约为3--5 平方(美国F-22钛合金后机身整体隔框锻件尺寸为3800×1700mm,投影面积5.16平方,锻件重量1590kg,这种锻件本来需要10万吨级以上的压力机制造,但是美国只有 4.5 万吨级设备,所以美国人发明了小载荷分步多道次的成形技术,并应用计算机模拟制造整体复杂精确锻件技术解决了问题,同时美国人还发展了诸如等温锻造、超塑成形、扩散连接、碳纤维合成材料成型等等技术),这种技术在十多年前只有美国全面掌握,而且我国也无法进口,不解决,我们四代机和大运就不可能生产出来。
我国经过十多年努力,解决了大型复杂整体构件等温局部加载精确成形技术(包括大型组合模具及模块化技术;大型复杂整体构件预制坯技术;大型复杂整体构件等温局部加载成形过程优化设计与精确控制)和重型模锻、挤压等成形技术装备的工程化问题,最终使我国四代机和大运用的大型整体 件(如钛隔框)成功制造。
大型复杂整体构件等温局部加载精确成形技术和重型模锻、挤压等代表国家综合实力的成形技术装备不但用于航空,也大量用于高铁、水面舰艇等产品。
目前我国重型机械企业装备的8万吨大型模锻液压机、4万吨和3.5万吨模锻液压机、2万吨难变形合金挤压机、2.25万吨工业铝型材挤压机都是世界一流设备。
其中尤其是中国二重集团装备的8万吨模锻液压机主要服务于航空、航天及其他重要国防产品制造的关键设备,其能够生产钛合金、高温合金、高强高韧合金钢和热强不锈钢特大型模锻件,也能生产特大型铝合金模锻件,用于这些难变形材料的热态模锻和等温超塑性成形。其锻造特点是可通过大的压力、长的保压时间、慢的变形速度来改善变形材料的致密度,用细化材料晶粒来提高锻件的综合性能,提高整个锻件的变形均匀性,使难变形材料通过等温锻造、超塑性变形充满复杂结构模腔,满足成形件的近形设计要求。
目前8万吨模锻液压机已经开始为四代机,大运,C919等飞机的整体隔框,大梁,起落架,以及新型大推力涡扇发电机的高压盘,叶片的生产开始服务,并能以接近净形零件目标制造, 使机加工量显著降低,可节约材料40%以上。这套设备是我国生产航空大型模锻件、 发展航空武器装备并覆盖其他军事装备的重要制造装备,是国家综合实力的一种象征。 (这套设备主机外,还包括下料设备、操作机械手、锻件的预制坯设备、适应不同材料的加热炉、切边与清理设备、模具与工装制造设备、锻件热处理炉、理化检验设备和仪器等,是我国冶金、材料、机械制造、电气电子、液气传动与控制、水文地质等技术的结晶,虽然液压件采购了部分美国产品,当时系统集成仍然是我国独立完成(因为世界上也没人做过,这是世界第一台)。
另外一台值得介绍的设备是中国兵器工业集团内蒙古北重工集团公司3.6万吨挤压机,可以用于高温合金(含粉末高温合金)、钛合金、超高强度钢和不锈钢等挤压加工成棒材、管材和异型材成形设备。
航空、航天、国防、化学和发动机等行业都要大量采用特殊物理化学性能的金属结构材料,例如目前我国有 10 多个难变形合金广泛用于涡扇发动机、洲际弹道导弹和巡航导弹、舰艇燃气轮机、运载火箭和洲际导弹用大推力发动机、导弹壳体、船用和地面用大马力燃机、气轮机等(推重比为 8--10 的航空发动机涡轮盘用的就是粉末高温合金,驱逐舰动力装置GT25000 燃气轮机的 1-6 级涡轮盘也都是难变形合金,只有依赖大吨位挤压机才可能给模锻液压机提供合格坯料)。这些金属结构材料的基体除铁钢外,常用的添加材料还有镍、钴、铌等,绝大多数都是高合金化合金。这些特种金属结构材料相对于普通碳钢和低合金钢来说,塑性变形困难。一些高合金化的难变形合金,锻造装备已不能胜任成形(有的合金成材率只有 15--20%,甚 至整炉报废),需用三向压应力工艺状态的大吨位挤压机完成开坯。
还有一台值得介绍的是铭帝铝业装备的2.25万吨工业铝型材挤压机。这台设备是目前全球最大的生产线,可以生产宽度 1500 mm, 高度 450 mm 的铝型材、直径 Φ1000 mm 的铝管材。
我国是铝型材生产和消费大国,但是以前在工业铝型材,尤其是航空工业铝型材和板材能力不足,此外高铁铝合金车体也需要大量优质铝材。这套设备服役,解决了大量问题,目前我国已经大量使用中空双表面大型铝合金挤压型材结构车体,可减少焊缝,并可提高列车高气密性,降低列车噪音。
(4)、大型轧机用轧辊及关键零部件
宽带钢热轧机、宽带钢冷轧机、中厚板轧机和宽厚板轧机等所采用的大型支撑辊,是冶金企业最重要的备品备件之一。我国目前拥有100 余条中厚板生产 线;50 余条宽度大于 1420mm 的热连轧生产线;30 余条宽度大于 1400mm 的冷连轧生产线。每年直径大于 1300mm 的支承辊消耗约 300 根。大型支承辊消耗量大,制造周期长,轧辊价格昂贵,最贵的一根支撑辊一千万元。
轧钢使用轧辊是典型的大型铸锻件,例如200 吨以上宽厚板轧机支承辊、单重 100 吨以上高铬镍钼离心复合铸铁工作辊;高铬钢、半高速钢及高速钢高精度冷、热连轧机工作辊等轧辊等等。十多年前我国完全依靠进口,每年平均需进口 7-8 亿美元,折合人民币 50 亿元左右。
随着一重、二重、上重三台 15000 吨级以上自由锻液压机、500 吨真空铸锭装置、500 吨级以上大钢锭冶炼、多炉合浇真空注锭、大锻件锻造及热处理装置的投产,我国从工艺装备上就具备生产单重 200 吨以上宽厚板轧机支承辊、单重100 吨以上高铬镍钼离心复合铸铁工作辊、高铬钢、半高速钢、高速钢高精度板材连轧机工作辊、特大型油膜轴承、大型重载高精度齿轮、大型万向接轴、主传动鼓 形齿接轴等重要专用基础件的条件。
单重 200 吨以上宽厚板轧机支承辊主要用于1.5米级特厚板轧机,这种轧机主要为航母、核电高压容器等需要宽厚板的项目服务。我国现在有5000mm 以上特厚板轧机,其支承辊都在 200 吨以上,所需钢锭都在 500 吨左右,现在完全能够自给解决。
在中国突破以前,世界上仅有二家公司能制造 200 吨以上大型支承辊,一是日本 JSW(日本制钢所), 采用整体锻钢,材质为 MC1;二是 德国GP轧辊公司,采用复合铸钢,外层为相当于 MC1,芯部为低碳低合金钢。日本JSW对我国封锁,德国报价非常高,每支支承辊都在1000 万元以上。
(5)、大型锻件制造过程中状态监测技术
大型锻件形体巨大,服役条件严酷,质量要求高,在制造过程中,锻件在冶炼、锻造、热处理等阶段的状态监测技术非常关键,因为不能精确监测,就不能精确控制,就会导致大型锻件加工余量大,材料浪费严重,利用率较低,锻件返修率高,成本高,制造周期长。
监测技术包括冶炼阶段高炉渣系氧化物成分监测、锻造阶段大型锻件热态尺寸在线测量、热处理透烧状态监测三个方面。
目前我国在 1000MW 级及以上核电机组、大型水火电机组、大型石化装备、船舶机械装备、重型机械装备等锻件生产过程中,已经普遍使用先进的大型锻件生产状态在线监测技术,并实现数据采集,数据分析,控制操作的完全自动化。
2、冶金工业
冶金工业技术和装备水平是一个国家重工业的标志和基础,我国最近十多年在冶金工业的技术和装备进步极大。简单罗列一下。
具体来讲,这十几年的进步包括世界最大7.63 米焦炉,设备单孔处理焦炭量在 46 吨左右;世界最大6.25 米捣固焦炉;400x2700mm 超大型板坯连铸设备突破了生产稳定性难关,基本实现无缺陷铸坯(包括合金钢)生产,铸坯质量也有提高,且效率大幅提高,低碳板坯拉速大于 2.0m/min,最高可达 3.0m/min,与世界先进水平差距不大了,而且设备采用了结晶器液面检测与控制技术、计算机铸坯质量跟踪和判定技术、结晶器振动和辊缝远程自动调整机电液一体化技术、漏钢预报与控制技术等智能化技术,缩短了与国际先进水平10 年左右的差距。
此外,还有一些技术和装备也值得注意。例如
(1)、薄板坯连铸连轧生产线
在中国获得突破以前,世界能够批量工业生产的短流程薄板坯连铸连轧机,只有有德国西马克公司、意大利阿维迪公司、意大利达涅利公司和奥钢联。这种技术生产流程短、投资少、节能降耗、生产及操作成本低、产品品种广泛、产品质量高。
我国最近在薄板坯连铸连轧技术工艺、装备及其控制系统方面获得进展,在短流程热带钢连铸连轧技术装备实现自主化。
(2)、无缝钢管连轧机组成套设备
以前国际上先进的三辊限动芯棒连轧管机组均为德国 MEER 公司和意大 利 DANIELI 公司生产制造,该机组的关键工艺技术也由这两家公司垄断。
三辊限动芯棒连轧管机组主要生产高质量石油套管、套管接箍、流体输送管、高压锅炉管、低中压锅炉管、液压支柱管、汽缸套管、化肥设备高压管、结 构管、军工管、船舶管及冷拔管坯料等。
近年我国获得突破的核心技术包括:三辊连轧时的轧制力、轧制速度等工艺参数的计算方法;三辊限动芯棒连轧管机液压辊缝控制和芯棒限动技术;交流变频主传动控制系统和自动化系统。
(3)、冶金装备在线检测技术
在线检测装置及自动控制系统技术是冶金机械的关键核心技术,是体现冶金机械技术水平的重要技术指标。
十多年前,我国大型板带材连轧机组所采用的在线检测装置及自动控制系统,都需要进口。经过努力,我国在以下方面取得进展。
★伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动装置及控制系统(这种技术对提高拉坯速度,改善铸坯质量等具有明显效果)
★轧辊辊型在线精密测量系统(这套精密测量系统,可以提高带材质量、减少换辊次数、延长轧辊寿命、提高生产效率、实现带材高精度)
★薄板坯连铸连轧自动控制
★ 热带钢连轧过程板形控制(板形(平直度、板凸度和边部减薄)是板带材重要质量指标,板形控制是板带材轧制的高难度关键技术,核心是板形控制数学模型和软件)
★热连轧工艺及控制(大型带钢热连轧机工艺及电气控制是产品质量控制的核心,包括轧制节奏控制,加热炉、定宽机、粗轧机组、中间坯温度控制,飞剪、精轧机组、层流冷却、卷取机控制,核心是工艺计算、工艺参数确定、产能计算,以及相应的控制系统硬件)
★冷连轧机板厚综合控制
★大型冷连轧机板形仪和板形闭环控制(板形控制是大型冷连轧板机的核心和高端技术,大型冷连轧板机技术水平主要体现在板形控制技术水平。板形控制技术核心是板形检测技术和板形控制数学模型,关键技术是板形检测仪)
★冷连轧过程控制(包括事件驱动技术、多进程管理技术、轧制策略、板形策略、工艺润滑技术、动态变规格技术、数据采集技术等等)
(4)、冶金设备状态维修技术与设备
设备状态监测与故障诊断(CMFD)包括设备的运行状态监测和发现异常情况后对设备的故障进行分析、诊断,这是是一门综合性技术,涉及控制论、可靠性、数理统计、信号处理、模式识别、人工智能等。
我国在冶金设备状态诊断及其故障预报技术与设备上获得进步,可以保证我国冶金技术装备全面升级换代所需的技术支持,通过优化设备管理的工作流程,可以改变设备管理和设备维修制度,使设备维修由传统的定期检修发展到适时检修,有效地提高设备利用率,提高设备的运行质量,发挥设备潛能,避免过维修或欠维修,大大减少备品备件库存量,降低设备运行成本,并能及时处理设备隐患和缺陷,避免重、特大设备事故的发生,确保设备始终处于安全、高效、经济的运行状态。
此外获得进展的还有诸如氢冶金的熔融还原炼铁新工艺装备;非粘结煤炼焦技术装备;高效率、低成本洁净钢生产工艺装备;大型板坯连铸机集成设计、制造和系统耦合技术;冷、热连轧机组的集成设计、制造和系统耦合技术;薄板坯连铸连轧机组关键技术国产化;具有节约资源潜力的干法除尘、冶金渣干法粒化、烟气脱硫脱硝设备;冶金过程煤气发电和低热值蒸汽梯级利用技术等。
这些技术是国内重型装备制造业开拓市场的金刚钻。
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