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创新发展军民融合再制造技术 显著提升武器装备维修保障能力

03日

创新发展军民融合再制造技术 显著提升武器装备维修保障能力

   时间: 2014-06-03

来源:《财经界•再制造》

徐滨士 朱胜 张伟 史佩京

装甲兵工程学院 装备再制造技术国防科技重点实验室

 

 党的三代领导核心先后提出了“军民兼顾、军民结合、寓军于民和军民融合”的战略思想,阐明了中国特色军民融合式发展的一系列重大问题,明确了战略定位、目标任务、方法途径和基本要求,强调把推进军民融合式发展作为转变经济发展方式的重要内容和转变战斗力生成模式的重要途径,为中国特色军民融合式发展指明了方向[1-4]

 

 装备再制造是废旧装备高技术修复、改造的产业化。装备再制造是武器装备维修保障发展的高级阶段和新领域,属于军民融合技术。再制造的重要特征是再制造后的装备质量和性能达到甚至超过新品,成本只是新品的50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响显著降低[5]

 

 开展装备再制造是提高装备维修保障能力及延长装备服役寿命的有效途径,在维持现有装备的战备完好率、降低装备全寿命周期费用、节省装备备件购置费用和库存费用等方面具有重要的军事意义和经济意义。

 

 1 围绕装备维修保障需求,创新研究装备再制造的理论与技术

 

 围绕国家可持续发展战略和国防发展战略,装备再制造技术国防科技重点实验室(以下称为“重点实验室”)在装备维修工程和表面工程的基础上,创新发展了装备再制造工程,并为解决装备再制造的质量、效率和成本问题,先后在“十五”、“十一五”、“十二五”期间,探索研究了用于装备再制造的基础理论和多种关键技术,如再制造的多寿命周期理论、再制造的寿命评估预测理论,以及微纳米表面工程技术、自动化表面工程技术、运行中的再制造技术等,有力促进了中国特色的装备再制造发展。

 

 1.1 用于装备再制造的基础理论

 

 (1) 装备再制造的多寿命周期理论

 

 装备全寿命周期是指装备从设计、制造、使用、维修到报废所经历的全过程。传统的装备全寿命周期,至报废阶段,装备的寿命即行结束,而装备再制造的出现使得废旧装备起死回生。再制造是对装备全寿命周期的延伸与补充,赋予了废旧装备新的寿命周期,将装备全寿命周期由开环系统拓展为闭环系统,形成了装备的多寿命周期,延长了装备的服役寿命。再制造多寿命周期理论的建立,指明了装备再制造的发展方向。

 

 (2) 再制造寿命评估预测理论

 

 再制造寿命评估预测理论是决定装备能否再制造以及再制造后能否继续安全服役的基础理论。与制造中的寿命预测相比,再制造的寿命预测更为困难,不仅因为用于再制造的毛坯件即废旧零件,已经历了一个服役周期,集磨损、腐蚀、应力集中、表面疲劳硬化以及宏微观裂纹等诸多缺陷于一身,状态非常复杂,而且再制造零件的表面涂层,无论是金属、合金还是陶瓷材料,都不同于基体材料,服役过程中异质材料之间又将产生许多新的耦合损伤问题。

 

 目前,用于装备再制造的寿命评估预测理论在国内外是尚未解决的重大难题。重点实验室开拓性地利用金属磁记忆技术进行寿命评估预测的研究工作,基于铁磁材料的磁致伸缩效应,通过检测漏磁信号来分析判断铁磁材料零部件的损伤演化规律。结合X-射线衍射分析、涡流检测、超声检测及纳米划痕研究,在装备剩余寿命评估预测方面进行了探索性、创新性研究,基本掌握了磁记忆检测信号、疲劳裂纹产生以及疲劳裂纹扩展之间的内在规律,初步建立起了废旧零件的剩余寿命评估模型,在对装备进行寿命评估方面迈出了坚实的一步。随着该寿命评估模型的不断完善,废旧装备能否再制造以及能再制造几次的国际性难题有望得到科学回答。

 

 1.2 创新装备再制造的关键技术

 

 (1) 纳米表面工程技术

 

 纳米表面工程技术是指充分利用纳米材料,尤其是纳米颗粒材料的优异性能,将纳米颗粒均匀弥散分布于传统涂层中,进一步改变涂层成分、结构,使涂层具有更优异的耐磨、耐蚀、抗疲劳性能的新型表面工程技术,从而实现了纳米材料在现阶段的应用。重点实验室开发了多类纳米表面工程技术,其中有代表性的是纳米颗粒复合电刷镀技术。针对汽车发动机关键零部件如曲轴、凸轮轴、连杆等工况恶劣的情况,利用该技术制备的纳米颗粒复合电刷镀层提高了上述零件的耐高温、耐磨损和抗疲劳性能。尤其突出的是,该技术成功完成了进口飞机发动机压气机叶片的再制造,使叶片抗微动磨损性能显著提高,300小时台架试验验证满足要求,再制造费用仅是国外技术维修费用的1/10。纳米颗粒复合电刷镀技术已应用于国家首批再制造示范试点企业济南复强动力公司的汽车发动机再制造生产线。

 

 

 (2) 自动化表面工程技术

 

 再制造企业的产业化程度越来越高,对自动化(机械化)表面工程技术的需求越来越迫切。为此,重点实验室近年来研发了多类自动化表面工程技术,为再制造的产业化发展做出了新贡献。

 

 自动化纳米颗粒复合电刷镀技术。通过解决刷镀过程中镀液连续供给和循环利用、镀覆过程的实时监控等关键难题,实现了纳米颗粒复合电刷镀工艺的自动化,研制出了用于斯太尔汽车发动机连杆再制造的自动化纳米颗粒复合电刷镀专机,可一次性完成4-6件发动机连杆的电刷镀,并使单件作业时间由60分钟缩短为5分钟,效率提高10倍以上。再制造连杆所需的能源消耗和材料消耗为新品连杆的50%和10%,成本仅为新品连杆的1/10。自动化纳米电刷镀再制造连杆的耐磨性是同类手工电刷镀的1.4-1.8倍。

 

 自动化高速电弧喷涂技术。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。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。曲轴、缸体等零件的再制造,其材料消耗为零件本体重量的0.5%,费用投入不超过新品价格的1/10。

 

 自动化微束等离子弧熔覆技术。微束等离子弧具有高电流密度、小热输入量的特点,解决了中小零部件弧焊修复时因热输入量大而引起变形的问题,而且熔覆层与基材为冶金结合,可以抵抗冲击、交变载荷。按发动机以前的修理规范,气门密封锥面磨损超差后,只能做报废处理。该技术的出现,实现了废旧气门的再制造,再制造后气门变形量小,表面硬度恢复到磨损前的数值,质量超过了新品。

 

 自动化表面工程技术既有效提升了再制造产品的质量性能、提高了加工效率,又具有显著的节能节材效果。

 

 (3) 运行中的再制造技术

 

 运行中的再制造技术是一种通过摩擦化学作用,在发动机摩擦副表面形成具有减摩润滑和自修复功能的固态修复膜,达到磨损和修复的动态平衡,从而在发动机不停机、不解体状况下实现磨损表面自修复的技术。自主知识产权的纳米减摩自修复添加剂在六缸军用吉普车发动机中进行了300小时耐久性台架试验,结果表明,该添加剂使发动机功率提高了6%,扭矩提高了2%,油耗下降了6%,证明纳米自修复添加剂具有优良的动力性和经济性。在20辆重载坦克发动机上进行了一年半的实车考核,发动机机油消耗量显著降低,原先存在烧机油现象的发动机明显好转,说明该添加剂改善了活塞与气缸的密闭性。纳米减摩自修复添加剂可使机油寿命延长50%,换油周期延长1倍,为装备维修保障做出了新的贡献。

 

 2 创新军民融合的军用装备再制造保障模式

 

 英、美两国的坦克、装甲车辆及军用汽车普遍采用军方采购地方再制造企业的方式替代大修。其中英国李斯特派特再制造公司作为英军、美军的发动机再制造定点企业,每年为英、美军方提供不同型号的再制造发动机3000多台。卡特彼勒公司在英国的“威廉斯”发动机再制造工厂承担着英军“挑战者”坦克、勇士装甲车用发动机、传动箱再制造任务。这种依托有资质的地方再制造企业的保障模式,提高了军队维修保障质量、效率与效益。

 

 我国的再制造虽然起步较晚,但已经受到了政府和军队的高度重视。2005年,国家发改委颁布的“关于组织开展循环经济试点(第一批)工作的通知”文件将再制造列为试点的四个重点领域之一,国内第一家发动机再制造企业济南复强动力公司被列为示范试点单位。2006年4月,国务院曾培炎副总理在国家发改委《关于汽车零件再制造产业发展及有关对策措施建议的报告》上批示:“同意以汽车零部件为再制造产业试点,探索经验,研发技术,同时要考虑定时修订有关法律法规。”2009年12月,国务院温家宝总理在《我国再制造产业发展现状与对策建议的报告》上做出重要批示:“再制造产业非常重要。它不仅关系循环经济的发展,而且关系扩大内需(如家电、汽车以旧换新)和环境保护。再制造产业链条长,涉及政策、法规、标准、技术和组织,是一项比较复杂的系统工程”。

 

 自2005年起,总装备部开始探索将“发动机再制造取代传统大修的模式”引入到军用车辆维修保障中,并根据未来战争的特点和需求,探索了“军方自主、军队采购和军民融合”的三种再制造保障模式。

 

 2.1 以军为主的军民融合保障模式

 

 目前我军各类在役编制汽车几百万辆,每年需要大修的车辆占总保有量的10%,传统的维修模式仍是采取整车进厂大修,存在维修周期长、质量标准低等缺点,难以满足装备高效快速保障的发展需求。外军通用模式是采用总成再制造替代大修,该模式可减少不必要的拆装,缩短修理周期,提高维修质量和可靠性。

 

 总部机关通过借鉴地方发动机再制造企业济南复强动力公司的实践经验与再制造模式,于2005年在某大修厂投资建立了全军第一条军用汽车发动机再制造生产线,单班年再制造能力近万台,主要进行东风、解放、红岩、捷达、桑塔纳、猎豹等六种车型的发动机再制造,目前该发动机再制造生产线的建设已基本完成,为实施军用汽车发动机再制造以军为主的军民融合保障模式奠定了基础。

 

 2.2 以民为主的军民融合保障模式

 

 根据全军汽车保有量和服役状况,每年需要大修的车辆超过×万辆,完全依靠军方自主再制造保障还难以实现。中国重汽集团济南复强动力公司已经形成包括康明斯、斯太尔、桑塔纳等二十多个品种的年均2万台的发动机再制造能力,该公司再制造发动机的生产规模和技术水平都已达到国际先进水平。参照外军集中采购地方企业再制造发动机的保障模式,近年来总装某部与济南复强动力公司签订了采购上千台再制造发动机的合同,并以某军区为试点,为军区所属部队的大修车辆直接更换再制造发动机,显著降低了维修时间,提高了维修保障效率。集中采购不仅节约了经费,还保证了再制造发动机的质量,显著提升了装备性能,以民为主的军民融合保障模式已得到部队认可。

 

 2.3 寓军于民的军民融合保障模式

 

 某军区结合自身运输车辆多,车辆维修保障任务重的实际特点,探索构建了寓军于民的军民融合的再制造保障模式。一是围绕军区修理厂现有的技术装备能力,通过设备升级改造、购置部分先进的再制造设备、引进再制造生产模式等一系列措施,构建一条基本满足军区维修保障需求的先进实用型再制造生产线,用于装备数量多且技术要求不高的通用车辆发动机的再制造;二是依托民用地方再制造企业进行少数进口贵重车辆发动机的再制造,然后由军区修理厂负责进行再制造发动机的更换。目前,该军区已经筹备了近千台旧发动机作为周转发动机,定购了相关再制造加工设备,开展了再制造业务培训,并与地方再制造公司达成初步合作协议。这种投入小、见效快、效益高、充分发挥军地双方优势的寓军于民的军民融合保障模式得到了总部机关的肯定。

 

 3 变革装备大修模式,创新提升装备维修保障的质量水平

 

 装备维修保障是装备建设的重要组成,也是构成装备作战能力的重要因素。美军陆军装备司令部认为“获得同高技术装备相匹配的装备维修保障系统,也许比购买新一代坦克等装备更重要。”美军对装备不采用大修而采用再制造,较好地解决了新装备研制周期长、列装形成战斗力进程慢而作战需求变化快这一矛盾,成为再制造的最大受益者[6]

 

 与外军相比,我军将先进的表面工程技术引入到装备再制造中使我军的再制造技术更加先进有效,大大提高了再制造效率、降低了再制造成本,并确保了再制造装备的性能质量达到甚至超过了原型新品,受到国际同行的高度评价。

 

 我军装备维修经多年的发展,已形成了较成熟的小修、中修、大修三层次维修制度。通过对装备维修理念的推陈出新,“以可靠性为中心的维修”、“智能维修”、“先进维修”等维修理念与具体技术研究取得了较大进展,促进了装备小修和中修的发展。但我军装备大修水平仍没有大的突破,以某型发动机为例,新机寿命是500小时,大修后只能达到400小时,与该型装备底盘1000小时的寿命不匹配,给装备维修保障带来一定困难。

 

 针对这种情况,总装某部采取了切实措施予以改进,核心措施就是实施再制造,并进行依靠维修新技术的发动机再制造延寿试验,已成功将发动机的寿命从大修的500小时提高到再制造的1000小时,从而达到与车体同寿,该项工作若得以推广应用必将取得显著的军事、社会和经济效益,也必将带动装备维修制度的变革。

 

 4 建议与展望

 

 为深入贯彻军民融合发展目标,拓展武器装备维修保障模式,建议今后在以下几方面进行探索创新:

 

 (1)深入探索并构建军民融合的装备再制造保障体系及运作模式

 借鉴外军装备再制造保障体系,立足我军现有“民促军、军转民”的维修保障模式,充分发挥军地双方优势,深入探索并完善促进装备再制造发展的保障体系及运作模式,逐步扩大军用装备再制造的推广规模,推动军民结合模式升级,优质高效地提升装备维修保障能力。

 

 (2)积极研发面向军民融合的再制造产业发展的关键技术与装备

 集中多学科交叉力量,加强对装备再制造工程的关键技术攻关和成果转化工作的投入力度。研发适应军民两用再制造产业化发展的关键技术与装备,促进装备再制造产业化发展。

 

 (3)全面建立军民融合的装备再制造的质量保证体系

 结合装备战技指标,深入开展装备再制造寿命评估方法研究、制定行之有效的再制造质量控制体系、再制造技术标准体系、再制造装备的认证体系,使装备再制造的质量和性能建立在可靠、稳定的基础之上。

 

 (4)加强军民融合的装备再制造人才培养力度

 装备再制造是对装备传统大修的重大变革,意义重大,科技含量高,应进一步加强装备维修保障和再制造领域的人才培养力度,在军事工程院校建立“装备再制造工程学科”专业,培养精通装备再制造技术的本科生、研究生,并开展对部队在职技术干部的专业技术培训。

 

 5 结论

 

 装备再制造工程技术的创新发展是军民结合的具体体现,适应了“军民结合、寓军于民”的时代要求。以军用装备发动机为研究对象和突破口,坚持军民结合的产业化发展模式,对提升军用装备的维修保障能力将发挥了巨大的推动作用。

 

参考文献

[1] 胡锦涛. 坚定不移沿着中国特色社会主义道路前进,为全面建成小康社会而奋斗——在中国共产党第十八次代表大会上的报告. 北京:人民出版社, 2012:43.

[2] 梁光烈. 坚持走中国特色军民融合式发展之路. 求是, 2011, 15: 9-12.

[3] 侯光明. 国防科技工业军民融合发展研究. 北京: 科学出版社, 2009: 159-172.

[4] 罗铮, 陈小菁. 军民融合富国强军的必由之路. 解放军报, 2013.03.15.

[5] 徐滨士. 装备再制造工程的理论与技术. 北京:国防工业出版社,2007.

[6] 总装备部综合计划部. 美军装备维修保障. 北京: 国防工业出版社, 2006.