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樂金濤:中國試驗機的成就與遺憾

樂金濤,1983年開始從事金屬材料力學性能檢測工作,至今已有32年,目前任職全國鋼標準化技術委員會力學及工藝性能試驗分技術委員會委員、全國冶金物理測試網力學與試樣加工技術委員會副主任委員、《物理測試》雜志副主編、審稿專家,《理化檢驗-物理分冊》雜志編委、審稿專家,全國分析檢測人員能力培訓委員會培訓大綱及教材編寫專家/培訓教師,中國國際招標網機電產品評標專家、寶鋼集團上海寶華國際招標公司評標專家等。本網編輯采訪了樂老師,為我們分享了試驗機行業的機會、挑戰和前景。


樂金濤

回首過往

專注試驗室工作三十余年

第一次見面,樂金濤給小編的印象是很高大、嚴肅,顯得專家范兒十足,但相對于“專家”的頭銜,樂金濤倒是特別喜歡“老師”這個稱呼;“在單位里一般大家都叫我樂工或老樂,我不喜歡人家叫我專家什么的,因為現在社會上對專家等的稱呼似乎貶義的成分多了一點!睒方饾f。

樂金濤介紹,自83年開始他便從事金屬材料力學性能檢測工作,從普通的試驗員做起,到試驗組長、試驗室主任、試驗設備管理,到試驗室項目建設、試驗室項目招投標評審工作、試驗方法標準的審修訂等。樂金濤表示由于長期從事金屬材料的力學性能測試工作,他熟悉各類金屬材料的試樣加工和力學性能試驗標準,組織參與了國內和上海市許多重大建設工程用鋼的性能測試工作,處理了許多大型電站、橋梁、水利、采油平臺、鍋爐容器等重大工程用鋼的用戶質量異議,確保了工程建設質量;參與有關金屬材料力學試驗國家標準的討論、修改、審定工作,發表過許多有關金屬材料力學測試方面的專業性文章;作為主講人組織參與了許多不同類型的培訓考核工作;樂金濤強調,這三十年多年來他一直沒有脫離過試驗室工作和技術。

四類產品 5個核心技術

關于試驗機,樂金濤介紹試驗機的種類較多,不同的試驗機有不同的作用,目前主要是有四大類試驗機產品:

1、金屬材料試驗機——主要是對金屬材料進行測試,適用于金屬的拉伸、壓縮、沖擊、硬度、扭轉、疲勞、持久蠕變等性能的測試;

2、非金屬材料試驗機——主要是針對非金屬材料的測量,如橡膠、塑料、醫療等物品;

3、工藝性能試驗機——包括摩擦磨損試驗機、彎折試驗機、落錘試驗機、頂鍛試驗機等;

4、振動臺——包括沖擊臺和碰撞試驗臺。

樂金濤認為試驗機技術有5個關鍵核心,分別為:一是試驗機的機械結構設計和機械加工、裝配精度,它決定了試驗機至關重要的剛度;二是用于測量力值的測力傳感器的精度和分辨率;三是測量材料變形的引伸計或位移傳感器精度和分辨率;四是試驗機的核心——控制器;五是試驗軟件。樂金濤指出試驗機的硬件和軟件都重要,缺一不可。

歷經三十多年 試驗機行業全面發展

目前試驗機行業在中國制造業當中是一個小行業,而關于試驗機歷史的追溯,樂金濤介紹到,建國前,中國根本沒有試驗測試的概念,也沒有相關的廠家以及設備。到上世紀五六十年代時,中國的試驗機技術、產品均來自于蘇聯或東歐。隨著制造業的發展,以及社會對產品質量、工藝控制的要求不斷提高,上世紀七八十年代,出現了部分國營試驗機廠,如長春試驗機廠、天水紅山試驗機廠、濟南試驗機廠、吳忠試驗機廠等,在計劃經濟時代,國營的試驗機制造企業,注定了它在創新、服務等方面發展的局限性。到上世紀九十年代,改革開放后涌現的一批民營試驗機企業(如深圳新三思、上海華龍等)迅速發展壯大,在產品質量、技術、服務等方面進行創新和改革,迅速占領國內市場,大大提高了國產試驗機的技術含量。至此國產試驗機產量和品種得到了快速發展,基本覆蓋了現代工程性能試驗所需的各種應用領域,產品的技術水平和質量也有了很大的提升,對中國試驗機行業的整體發展起到了巨大的推動作用。歸納起來主要體現在幾大方面:

一、靜態金屬材料力學性能試驗機的測量技術、控制技術、計算機應用技術取得重大突破,電子、微機控制液壓萬能試驗機的技術指標已接近或已達到國際同類產品的水平。目前對于國內中高端的全閉環控制試驗機,實現全試驗過程的閉環控制及通道切換已經是很成熟的技術,試驗軟件都可以實現試驗過程的流程化控制編程,能方便地實現對試驗過程的控制;

二、基于數字信號處理技術的電液伺服動靜萬能試驗機、基于全數字化技術的高頻疲勞試驗機等產品投放市場,這標志著國產動態力學性能測試儀器的關鍵技術有了較大的提高;

三、多通道、多自由度協調加載的力學性能測試系統、及實際工況模擬試驗系統的開發有較快的進展;

四、動平衡機的測量控制技術進步很快,性能指標和穩定性都明顯提高。

五、大噸位電動振動臺已達到國際同類產品的先進水平。

六、滿足用戶個性化要求的各種試驗機發展很快,如:全自動試驗機、生物力學試驗機、大型結構試驗機、高低溫恒溫恒濕鹽霧等環境試驗機、巖土力學模型試驗機、電子持久蠕變試驗機等;

七、非金屬試驗機發展也很快,如塑料管材沖擊試驗機等。

審視當下

動態試驗機與國外差距很大

“如果要把我國制造的試驗機和從國外進口的試驗機作比較的話,我認為靜態的電子試驗機、微機控制電液伺服萬能試驗機的技術指標已接近或已達到國際同類產品的水平,如果試驗機的控制器、測力傳感器、引伸計或位移傳感器等配套件的性能指標更好,那就更加理想。去年我們開展了一個有21家試驗室和試驗機制造企業參加的驗證試驗,各種類型的試驗機都有,試驗結果證明了國內一線品牌的靜態試驗機完全能夠滿足如GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫試驗方法》等國家試驗方法標準的要求,國內試驗機的試驗結果一點都不比從國外進口的試驗機差。但國內制造的動態試驗機如疲勞試驗機,和國外同類產品有較大的差距,主要還是在控制器的設計制造等方面達不到要求,這一塊至今還是被國外的試驗機企業所壟斷!睒方饾f。

國內市場需求旺盛 企業仍在增長

我國試驗機行業近十年獲得了快速發展,取得了明顯進步。根據國家統計局和中國儀器儀表行業協會公布的數據顯示:我國試驗機行業的工業總產值從1989年的3億元上升到2008年的40億元(76家規模以上企業的數據);到2010年,100家規模以上企業的工業總產值已達到60億;到2014年試驗機工業總產值保守估計達到100億(其中出口交貨值僅為8億元)。我國各個產業對試驗機的需求始終保持著旺盛的增長勢頭,除個別年度外,試驗機行業工業總產值、市場銷售額的增加值均在兩位數以上,可以預測在未來一段時期,各個產業對試驗機的需求將仍然保持兩位數的增長。

據中國儀器儀表行業協會不完全統計,1989年全國生產試驗機的廠家接近50家。2008年以后,規模以上企業76家。保守估計國內生產試驗機的廠家不低于300家,其中較為有影響力的企業近10家左右,包括美國MTS(中國)有限公司(原來的新三思)、上海華龍測試儀器有限公司、濟南試金集團有限公司、深圳三思縱橫科技股份有限公司、深圳萬測試驗機有限公司、長春機械科學研究院有限公司、長春材料試驗機廠、上海申力試驗機有限等公司、上海尚材試驗機有限公司等。

試驗機行業優勢、劣勢并存

材料試驗機主要應用于鋼鐵、造船、電氣、機械制造、鋼構、航空航天、港口機械、建筑、大學、科研院所、質量監督檢驗、第三方檢測機構等材料檢測行業,凡是與金屬材料有關的企業試驗室都要使用。

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樂金濤講解試驗機性能

樂金濤介紹,在寶鋼下屬的各個試驗室里,凡是涉及到金屬材料研究和生產檢測的各類試驗機都有,試驗機的數量龐大、分布廣、種類齊全,而且以進口、高檔的居多,現在少部分的試驗機也開始采用了國內一線試驗機制造廠家的產品。這些試驗機用于對金屬進行拉伸、壓縮、沖擊、硬度、疲勞、持久蠕變、摩擦磨損、彎曲、扭轉、落錘、頂鍛等性能的測量。

樂金濤指出我國試驗機行業發展至今,目前存在一些優勢和劣勢,主要有:

優勢:

一、擁有世界上試驗機企業數量最多的企業群;

二、這個企業群已擁有一定的技術水平和制造實力,所提供的中低檔產品基本可以滿足國內市場需求,個別產品的性價比已達到國際領先水平,幾個較大規模的企業已具備研發高檔試驗機產品的基礎和實力;

三、擁有現實和潛在的市場容量需求及發展機遇。

劣勢:

一、在一些老牌國企試驗機企業出現各種各樣的經營不景氣的背景下,一些地區(上海、深圳、濟南、長春等)涌現了一大批魚龍混雜的試驗機小廠,大都由一些不景氣的國企老廠人員流出開辦;隨著國內用戶對各類試驗機的需求持續性增長,客觀上刺激了越來越多的民間資金和人員投入到該領域中,使得試驗機制造企業的數量迅速膨脹,但多數企業的規模卻普遍偏小。

2008年中國最大的試驗機企業深圳新三思公司被美國MTS公司并購,唯一一個我國擁有領先優勢、能夠與國外產品競爭的品牌被土崩瓦解;原新三思的主要股東組建的新公司,開始了重組后的自相殘殺。盡管中國試驗機市場份額逐年增長,盡管再如何努力經營,也依然沒有一家試驗機企業能像當年的新三思一樣與國外品牌抗衡。據不完全統計,2014年在國內試驗機行業具有一定規模的95家企業中(年產值達2000萬元以上),但年銷售額過億元的企業只有5家左右,年銷售額在5000萬左右的企業在10家左右。同時試驗機產品的結構性矛盾也非常突出,一方面低檔試驗機存在著局部過剩,另一方面技術上較復雜的動態試驗機卻嚴重短缺,用戶除了購買價格昂貴的進口產品外就別無選擇。

二、在很多場合許多業內人士都談到我們國家現在的標準制定,許多有關材料檢測試驗方法國家標準的制定,都是按照國際標準照搬翻譯,對于關鍵的技術參數或指標等缺少我國自己的驗證或分析。在對制定的標準進行評價時,等效采用國際標準制定的國家標準,其制定標準的水平就是先進水平;而結合實際修改采用國際標準制定的國家標準,其制定標準的水平只能是一般水平。標準是技術規范,同樣也是技術壁壘,一些國外知名試驗機企業現在已經做到了利用技術上的優勢和在國際標準制定上的主導權,通過設置技術壁壘來遏制其他試驗機企業的發展。

三、試驗機制造企業為用戶解決了不少的實際問題,但企業間的發展還不平衡,這包括技術問題和地理區域問題。盡管試驗機企業已基本實現了資本結構上的變革,但由于長時間高度計劃經濟時期的影響,管理者和科技人員形成的一些舊的理念制約了自主創新的發展,管理水平低下;部分試驗機企業本來就缺少專業技術人才,技術人員又忙于應付日常事務,缺乏對企業和自身技術業務的總結或提升;部分試驗機企業投入研發的資金少,從事研發的手段比較落后。目前我國試驗機制造企業廠商絕大部分都是走模仿的道路,部分國產試驗機制造質量差、可靠性差、產品質量穩定性低、品牌效應差,試驗機的試驗軟件功能低、開放性差,降低了同國外產品的競爭力。

四、我們原來的國家試驗機管理機構和研究院所都轉制成了自負盈虧的經營性企業。國內試驗機行業合作少,缺乏對行業共性問題的驗證分析、關鍵技術的合作開發,都是靠各個試驗機企業自己來摸索或仿造,不利于促進我國試驗機行業技術水平的快速提升和發展。

五、我國的高端試驗機和國外的差距比較大,目前國內試驗機的高端市場主要被歐美MTS、ZWICK、INSTRON等國際著名品牌牢牢把持。國際知名的試驗機制造企業幾乎都已進入中國的試驗機市場,這些企業不但壟斷了高檔產品,而且在和國內企業爭奪中檔產品的市場份額。根據海關數據顯示,2014年我國試驗機行業的進口額度達10億美元之多,其中試驗臺的進口份額占進口總額的45-50%,這說明我國各種試驗臺主要靠進口,國內試驗臺產品還滿足不了用戶需求。另外部分國營大企業試驗機用戶的技術需求定位不合理,不分用途,只求進口,造成設備功能和財力大量的浪費,也阻礙了國產試驗機的發展。

六、從國內試驗機行業的發展歷史看,雖然以往的計劃體制在一定程度上束縛了企業的發展,但試驗機的產能相對集中,多數大型企業也比較重視產品質量和新產品開發工作。隨著近年來大型國企逐步退出該行業,加上市場準入規則的不健全,國內試驗機的生產格局由集中向分散轉化并且逐漸陷入了一種無序狀態。試驗機行業缺乏規模較大、自主創新能力較強的領軍企業,導致行業的集中度極低,同質化惡性競爭。各路試驗機廠家,無論大小,無論地域,互相攻擊,價格沒有最低,只有更低。在高成本換來的低利潤甚至無利潤合同面前,無良的企業會盡量壓低生產成本,偷梁換柱,以次充好,無法保證產品質量。

對品牌企業來說,長期限入資金緊張、虧空的狀態,嚴重制約其發展與成長,在此情景下,企業沒有足夠的資金投入到研發與管理,產品質量、技術永遠也無法突破,連生存都在掙扎,還拿什么和國外品牌競爭?中國的試驗機行業看著一片繁榮,實則舉步維艱,嚴重影響了行業自主創新能力的快速提高和企業的發展。長期的低水平無序競爭不僅無助于整個行業的健康發展反而帶來了各種低劣產品的大量涌入,使廣大用戶成了這種無序競爭的最終受害者。

展望未來

未來機遇、挑戰不斷

樂金濤認為,當前我國的許多行業正處于十分困難的時期,國民經濟發展正處在從速度型增長向質量型增長的轉變時期,市場倒逼我們要轉方式、調結構,進行轉型升級,這就需要更精確的檢測和數據。另外,許多企業的經濟效益不理想,由原來計劃選用進口儀器設備的,現部分改為選用國內企業制造的檢測設備。以上這些都給國內材料檢測設備制造等行業發展帶來了機遇和挑戰。

樂金濤提出了試驗機未來的重要發展方向和需攻克的瓶頸問題等。

未來試驗機發展方向:

一、向功能模塊化、系列化、共用化方向發展,又向特種、專業化方向發展;

二、向準確模擬各種特殊環境、模擬實際工況的方向發展,以提供更接近特殊環境和實際工況的綜合、復雜的試驗條件;

三、向自動化、智能化、網絡化方向發展;

四、試驗機自身的控制軟件對其自身的技術水平和可靠性影響極大,而盡可能滿足用戶個性化要求的功能豐富、可擴展、可方便升級的應用軟件已成為試驗系統的重要品質。

試驗機發展目標

一、在測量技術、控制技術、關鍵部件的設計制造技術、試驗軟件、特種環境和實際工況模擬技術等方面取得一定突破;

二、在進口量較大的高檔試驗儀器的研發制造方面獲得突破,部分產品要趕上國外同類產品的水平,減少高檔試驗儀器的進口數量。

六大關鍵技術仍需攻克

一、激光引伸計、視頻引伸計、全自動引伸計、高低溫引伸計;

二、特種環境(超高溫、超低溫、耐腐蝕等)模擬試驗箱及變形測量裝置;

三、超大載荷、超大空間試驗機,全自動試驗機;

四、雙軸向靜態拉伸試驗機;

五、電液伺服動靜萬能試驗機、電液伺服裂紋疲勞試驗機、雙軸向四作動器電液伺服疲勞試驗機;

六、全自動沖擊試驗機、儀器化沖擊試驗機等。

最后,針對試驗機行業的發展方向、目標和急需開發的關鍵技術,樂金濤提出了6點建議:

一、我們要積極探索試驗機行業技術發展的新機制、加快試驗機企業重組兼并的力度、加快領軍企業的形成。隨著中國試驗機行業市場規模的不斷擴大,強勢品牌依然不足,試驗機企業發展現狀并不能滿足市場需求。在這樣的形勢下,少數優秀試驗機企業如何率先突圍、做大做強、推動行業整合、引導行業發展,已成為中國試驗機行業發展的必然趨勢。目前我國試驗機行業產品規格種類繁多,但行業集中度不高,缺乏市場競爭力的行業名牌產品。通過行業整合,具備技術創新能力和生產能力優勢的試驗機企業能夠實現優勢互補,可以在控制系統、光機電液一體化、數字技術等方面發揮特長,憑借強大的制造能力,加快產品更新速度,提高產品附加值,進一步提升現代化程度,大幅提高生產效率,鞏固和擴大企業的技術優勢和規模優勢。

近幾年MTS、INSTRON、ZWICK等大型國際性公司紛紛通過對其他中小企業的兼并、重組,使資本和人員優勢得以迅速集中,企業的綜合實力也進一步得到增強,目前幾個國外大公司的年銷售額均在20億人民幣以上。在這方面作為我們國家的行業管理機構中國儀器儀表行業協會試驗儀器分會、中國儀器儀表學會試驗機分會應該要發揮積極作用;

二、加強試驗機相關領域的標準化工作。由于體制上的原因,目前國內同時存在著以試驗機生產企業為主導的試驗機標準化技術委員會和以試驗機用戶為主導的試驗方法標準化技術委員會,這與國際上將試驗方法標準、試驗設備校準與標準物質校準標準歸屬一個技術委員會,同列一個大標準的通用做法并未保持一致。由于相互之間缺乏協調以及利益取向的不一致造成它們在標準制訂和執行上各行其事,今后政府主管部門需加強兩者間的協調和管理,使試驗機的標準化工作更加貼近用戶實際。

另外還建議我們國家目前的標準制定制度和對標準評價準則要緊快地改變。在標準編制過程中:要批判地采用國外標準,不應該完全照搬,不能將國外標準中的錯誤引入國家標準,應去除國外標準中的技術壁壘;要注意歷史沿革,不要輕易否定過去已經證明是成熟的標準內容;根據中國國情編制符合中國實際的國家標準;

三、建議試驗機企業自身在管理模式、未來發展等方面要積極的創新,特別是在高端試驗機開發過程中的定位、設計思路、運行機制等方面更加要有創新的緊迫感。由于我國的高端試驗機和國外的差距比較大,所以尤其要加強這種高端試驗機的自主創新。國內試驗機企業的創新需要有國際視野,對標國外試驗機先進技術找問題找差距,明確目標方向。要重視行業共性技術的研發,引導鼓勵相關的科研院所、大企業試驗機用戶與試驗機制造企業合作開發關鍵技術和產品,共同促進我國試驗機行業技術水平的提升。

四、試驗機的用戶要逐步的改變概念。樂金濤說:“其實現在的許多進口試驗機產品,說的好聽一點是全球化采購或制造,說的透一點許多產品或零部件其實就是在國內制造的,裝配后再貼國外的牌子,是屬于偽進口產品。我們國家現在常規測試設備的品質、外觀等,真的一點都不比進口的差,許多檢測儀器設備功能齊全,精度高、重復性好,外觀漂亮,價格相對便宜,售后服務又方便。其實我們完全沒有必要圖其虛名,花這個冤枉錢。在這里我尤其敬佩像寶鋼等央企試驗室領導,像寶鋼等那么大的企業都已大膽的跨出了原來只用進口不用國產試驗設備的這個框框,比如最近在建的寶鋼湛江鋼鐵等大項目,他們結合自己的需求,審時度勢,合理配置試驗室裝備,給予了國內許多試驗機企業亮相的機會!

五、重視行業共性技術的研發,引導鼓勵相關的科研院所、大企業試驗機用戶與試驗機制造企業合作開發關鍵技術和產品,共同促進我國試驗機行業技術水平的提升,為我們國家在材料機領域趕超世界先進水平共同努力;

六、注重對試驗軟件的正確評定。長期以來我們對試驗機性能的評價基本上是對試驗機測力機構和變形測量機構的計量檢定為核心,而試驗軟件并未被納入到該評價體系中來。隨著以軟件為主導的全數字測控系統逐漸成為測試技術發展的主流,我們有必要對試驗軟件的地位和作用重新進行審視。由于尺度和標準難以統一,目前對軟件的評定也確實存在著諸多困難,我國于2003年5月頒布了《萬能試驗機計算機數據采集系統評定》,但該標準至今未得到普遍推廣。我們結合自身實際開展對軟件的評定工作,同時國家標準委也要牽頭組織類似的比對活動,以此促進國內試驗軟件設計水平的提高。

【編輯手記】采訪結束后,樂老師還送上了對分析測試百科網的祝愿:“在分析測試百科網的工作人員中,無論是領導還是編輯、售后等人員,基本都是化學相關專業出身,所以網站的建設也偏重與化學相關的專業方面,F在網站也逐步開始涉及材料的物理力學方面的檢測,這是非常好的發展方向。希望分析測試百科網為促進我國理化檢測事業的發展,多提供學習交流的平臺、多做貢獻!”


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