技术创新引领齿轮行业发展

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  过去30年,我国齿轮行业得到快速发展,先后经历了机械装备、数控装备以及齿轮技术全面提升的三个增长周期。
  自2017年开始,以国产自动变速器、精密减速器、轨道交通齿轮箱为代表,我国齿轮行业进入了第四个增长时期。预计这一时期将持续5~8年,整个产业规模将达到3000亿元。在这一时期,我国将实现从齿轮制造大国向制造强国的转变。
  第四个机遇期
  作为量大面广的关键基础零部件,齿轮几乎应用在国民经济的各个领域。目前,齿轮工业已成为机械通用零部件中的第一大产业。2017年,我国齿轮行业总产值达到2360亿元,位列世界第一。
  我国已经成为齿轮制造大国,而且融入了全球的工业配套体系里,更引以为豪的是,我国形成了世界上最完整的齿轮产业体系。可以说,经过30年发展,我国齿轮行业不但历史性地实现了从低档向中档的转变,出现了_一定的高端产品,还基本形成了自己的齿轮产业技术创新体系和技术标准体系。
  行业的第一个增长周期始于1990年,在摩托车产业的驱动下’行业总产值由20多亿元上升到近200亿元:第二个时期自2001年开始,中国加入WTO后,汽车齿轮的市场爆发,使行业产值从200亿元跃升到1000多亿元:此后,由于风电和工程机械产业的高速发展,自2007年开始我国齿轮产业进入第三个增长时期,产值达到2000亿元。
  从2017年开始,随着配套主机行业的需求发展、齿轮关键技术上的全面突破,我国齿轮行业进入第四个增长时期。
  其中,第一个增长点是自动变速器的全面突破。2015年之前我国需要大量进口汽车自动变速器,这导致了我国齿轮贸易的高额逆差,但这一局面在2016年迎来逆转。来自山东的盛瑞传动研制出了8AT自动变速箱,并且各类自动变速器在2017年自主制造了120多万台,标志着我国的自动变速器产业化进入实质性阶段,即将迎来一个发展高潮。
  第二个增长点是国产精密减速器快速发展,打破国际垄断。数控机床、机器人、自动化设备对精密减速器的需求大增:此外,智能器具、IT设备、医疗保健设备、科学仪器等也有越来越大的需求。这些行业大多是新兴或战略产业,需要小型微型精密减速器。因此,可以判定,小模数齿轮企业将迎来历史性的机会。但精密减速器呈现出“控制+电机+减速器”集成化的趋势,也就是“机电动力模块”,这也让企业比较头疼,要求它们既懂材料又要懂齿轮和电机。
  第三个增长点是轨道交通齿轮箱。高铁制造和建设是我国着力打造的“黄金名片”,但其中的核心关键零部件一一高铁列车用高可靠性齿轮传动系统2010年之前一直都被德日垄断。过去几年中车戚墅堰所成功研发了160~380公里时速等级的高铁齿轮传动系统,不但已经在“和谐号”和“复兴号”动车组得到全面应用,还实现了出口,目前其在国内的市场份额占到了80%。
  中国幅员辽阔,长距离运行时间长,而且温区跨度大,我国高铁齿轮的运行环境远比德国和日本复杂、苛刻,而且要求非常高:齿轮传动系统30年2400万公里要免维护、安全可靠。可以说,我国的高铁传动齿轮技术领先世界。随着中国大规模的高铁建设,以及铁路外交的延伸,轨道交通齿轮箱将实现快速发展。
  在齿轮行业前三次增长中,我们的技术来源主要是引进、消化、再创新,是一种摸索、消化中的提升,但进入第四次增长周期以后,以集成创新和原始创新为主的自主创新成为主要的技术来源,就像习总书记说的,“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”。而过去连续五年获得六个国家级技术大奖,也印证了我国整个齿轮行业的科技进步。
  或将迎来洗牌
  在我看来,第四个周期的本质是进行一次全面的、有质有量的提升,实现我国齿轮产品从中端向中高端转变。这为我国从齿轮制造大国成为齿轮制造强国提供了战略机遇,其主要特点是更加强调综合性,即不再依靠单要素发展,而是从技术、装备、人才到管理和资金等的综合较量。
  不久前我到德国考察了一家只有50名员工的齿轮厂总体感觉是德国企业的生产能力不一定是世界上最大的,但综合能力却是最好的一一从设计到制造,从材料到检测、试验,他们形成了可以提供系统解决方案的综合能力。
  相较之下,市场对“高、精、特”的专业化需求,我们的齿轮行业现在还不能满足。比如南海造岛的天鲲号,其减速器重达180吨,仍是德国进口,我国还不能配套。另一个新问题是,中国制造的性价比优势正逐渐消失,齿轮行业面临着成本和性能的双重压力,也承受着越来越严苛的环保压力。
  尽管“智能制造”的概念很时髦,但除了几条示范试点生产线,整个齿轮行业都还没行动起来,因为技术支撑还不够完善:在技术标准体系上,我们也欠了很多账:新版的ISO1328标准早在2013年就开始实施了,但我们还没有开始。
  另外一个严峻的挑战是专业人才短缺和从业人员再学习问题。我大概统计了下2013~2017年,在齿轮专业方面,全国高校平均每年培养320名硕士、25位博士,但行业产值已经达到2000多亿元、1000多家企业,这点齿轮专业的毕业生显然不能满足行业需求,更何况还有不少学生离开了齿轮行业。
  大家都在喊缺人。目前,一些齿轮企业已萌发了自己做齿轮学院的想法,开始提供面向企业的网络培训,还有企业想搞专门的齿轮大学。这些都值得鼓励,我们应该探索行业人才培养的多元方式。
  需要特别强调的是,除了已經形成的江苏、浙江、东北、重庆、西安等五大齿轮传统聚集区,一个新兴的产业聚集区正在脱颖而出:粤港澳大湾区,与此同时,一批新的龙头企业也在快速成长,比如深圳兆威、广东金力、苏州星诺奇、东莞星火等。
  我走访了珠三角的几十家企业,深刻感受到这里的创业者年轻有活力,其服务的领域不再是传统的机械制造行业,而更多的是IT、智能制造或跟生物相关的新兴产业。他们在企业文化、技术和员工精神风貌上,都表现出了蓬勃的朝气,这也必将推动齿轮行业新一轮的洗牌。   机器人精密减速器艰难爬坡
  尽管卧薪尝胆多年,但我国机器人减速器的国产化进程艰难曲折。
  作为齿轮行业第四个周期的典型产品,在探索中成长的机器人精密减速器是我国齿轮行业发展的新机遇一一不仅是经济上的,更是关乎整体技术水平的提升。
  减速器占到机器人总成本的35%以上。而该市场几乎被日本的纳博特斯克和哈默纳科两家企业垄断。业内有一个流传甚广的说法——日本让机器人跪下就没多少机器人还能站着。当然,这种垄断优势得益于其30年前就开始的具有前瞻性的强力研发。
  过去几年,我国机器人精密减速器领域也掀起一股热潮。全国曾有50多家企业从事机器人精密减速器研发,现在有20%依然在坚持,还有30%在观望,而50%已退出。迄今为止,还没有生产类似“RV精密摆线减速器”的公司实现盈利。
  2017年,国产RV减速器生产了2万台左右,不但远不能满足市场需求,还存在着性能不稳定、精度寿命待验证、系列化不全、成本不可控、产业化程度不高等问题。
  而这与我国工业基础不健全或不牢固、材料科学滞后、技术积累不足、管理不到位都有关系。尽管过去几年的热潮,一定程度上推动了我国精密减速器产业的发展,但行业仍面临日本减速器的强力竞争、基础共性技术难题待解、社会配套不理想、人才缺失等诸多问题。
  在我看来,中国机器人精密减速器产业正处在山坳上——后退不可能,向前有险阻,面临系列化优化设计体系待完善、批量化制造检测技术需提升、精度寿命待验证、工程应用数据反馈与优化缺失等一系列瓶颈问题。
  要真正实现产业化,我国还需要3-5年;想达到日本减速器的水平,大概还需要8-10年。这需要我们耐得住性子埋头苦干也需要三种力量合力破局:一是强化政府支持力度,加大国家重点研发项目的支持:二是鼓励引导产业基金进入精密减速器领域:三是团结行业,发挥各自优势,瞄准市场需求集中发力。
  当然,世界范围内也在思考,RV和谐波减速器是否就是机器人精密减速器的最终形态。减速器的应用是目前技术条件下的必然选择,但千百年后,这两种减速器也许不再是最理想的机器人关节减速器,甚至机器人都不再应用精密减速器。
  站在发展的角度来看,世界范围内的机器人精密减速器都处在山坳上,都面临着再创新的问题。目前,欧美日等工业发达国家以及我国都在探索尝试新型传动型式,比如渐开线齿轮、环面蜗杆、带传动、石墨钢等等。
  我们辛辛苦苦爬到山坳上来,不可能再退回去,如果希望能在未来的发展中占有一席之地,最重要的一點,就是不论政府,还是企业家、投资人、科研人员,都要有前瞻性。
  面对新需求,齿轮行业要敏锐把握市场需求和技术发展趋势,主动、超前研发,实现从追赶式跟跑向并跑转变,最终实现领跑,这才是齿轮强国的标志。
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