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四大問題嚴重制約中國裝備自動化發展
發布日期:2007/8/15 15:21:06  來源:《科學新聞》2007年8月第1期  

   日前,在中科院沈陽自動化所舉行的中國工程院“工業自動化的發展”工程科技論壇上,浙江大學工業自動化國家工程研究中心、中國工程院院士孫優賢做了題為《我國裝備自動化的現狀和主要任務》的報告,指出,我國對許多大型設備,如大型綜合機床、大型工程機械、大型礦山裝備、大型冶金裝備、大型化工裝備等,都有相當的制造能力,但獨缺與之配套的自動化成套系統。自動化成套系統是大型裝備的重要組成部分,沒有自動化成套系統,大型裝備就沒有靈魂。所以,目前發展大型裝備必須同時發展自動化成套系統,這是發展裝備制造業的關鍵之一。
 
    孫優賢說,裝備制造業特別是重大裝備制造的鮮明特點是:需求彈性大、產業關聯程度高;研制周期長,需要投入大量資金;成套性強,需要各個行業的緊密配合;技術難度大,需要各種高技術的高度集成;科技含量高,對經濟增長具有很強的帶動作用,對國民經濟發展、產業結構調整具有重要意義。
 
    我國裝備工業取得了許多重大成就
 
    在發電裝備方面,2005年完成9000萬千瓦,到2005年底,全國發電裝機容量達到50841萬千瓦,同比增長14.9%;全國發電量完成24747億千瓦時,同比增長12.8%;全社會用電量完成24698億千萬時,同比增長13.5%;到2010年全國裝機容量將達到6.5億千瓦。我國發電裝備已形成以哈爾濱電站設備、中國東方電氣、上海電氣三大制造基地為代表的自主產業能力,正在運行的200多套20萬千瓦火電機組中,國產化機組占70%,40多套60萬千瓦火電機組中,國產化機組占25%以上。在消化、吸收的基礎上,已能生產600MW亞臨界、超臨界、超超臨界煤電三大主機,能夠批量生產1000MW大型火電機組、1000MW大型核心機組、700MW大型水電機組,以及大型燃氣輪機和大型循環流化床鍋爐。
 
    在石化裝備方面,百萬噸級乙烯裝備以及大型PTA成套設備已經成為石化裝備振興的重中之中,它代表當今世界石化裝備的最高水平。2005年,我國乙烯生產能力為900萬噸/年,預計2010年我國乙烯需求量將達到2500萬-2600萬噸,而生產能力只能達到1400萬噸,只能滿足國內需求的55%,預計到2010年我國需新增80萬-100萬噸級的乙烯成套裝置約8套。我國已能成套提供1000萬噸級煤油廠,300萬噸加氫精制、150萬噸加氫裂化裝置所需要設備。我國自己設計制造的6000米電驅動沙漠石油鉆機、大型乙烯工程主要設備(包括乙烯裂解裝置、聚乙烯裝置以及聚丙烯裝置等)、30萬噸合成氨裝置關鍵設備、大型城市煤氣化裝置等大型設備,也在國家重點工程中廣泛使用。
 
    在冶金裝備方面,我國已能生產1700熱連軋、1780冷連軋、3500中厚板連軋等具有國際先進水平的冷熱連軋機、板坯連鑄機、大型澆結機、4063立方米高爐、6米焦爐、200萬噸級大型露天礦成套設備,以及大型粗鉛冶煉的艾隆爐、煙化爐、焙燒爐等,優勢制造企業有第一重機廠、第二重機廠、上海重機廠、沈陽機制廠、太原重機廠。
 
    在數控裝備方面,我國數控技術起始于1958年,經過50年不平凡的發展歷程,我國國產數控裝備的研發和產業化取得了實質性進展,到2003年,國產數控機床的國內市場占有率達到了50%,配備了國產數控系統的普及型也達到了10%。我國已奠定了數控技術的基礎技術,形成了華中數控、航天數控等數控系統生產廠,蘭州電機、華中數控等伺服系統、伺服電機生產廠,北京一機、濟南一機等數控主機生產廠。
 
    近年來我國的裝備自動化也取得了重大進展
 
    在發電裝備自動化系統方面,HOLLIAS-MACS、HOLLIAS-PLC、HOLLIAS-PADS等分布開放式控制系統、現場總線開放式控制系統、電站集散控制系統等重大裝備自動化系統,突破了實時數據復制技術、數據分流和截取技術、智能故障診斷技術以及爐、機、站各系統融合技術等一大批技術難關,使系統從工藝水平到體系結構,從硬件性能到軟件功能等方面,都達到了進口同類產品的先進水平,MACS還通過了IE級的核安全認證,該系統在600MW機組擊敗眾多跨國公司,成功中標4個項目,并在核電中取得了很好的應用業績。
 
    在冶金裝備自動化系統,冶金自動化研究院已能夠獨立開發并完整掌握大型熱軋連軋機傳動交流調速系統技術,攻克了大功率交交變頻器設計理論及制造技術,交交變頻器熱連軋機傳動速度控制和抗扭振技術,交交變頻器熱連軋機負荷觀測及控制技術等八大技術難關,并在攀鋼1450熱連軋、川威950熱連軋、北臺850熱連軋、建龍1780熱連軋的自動化系統中取得成功應用。
 
    在石化裝備自動化系統,Supcon DCS、Webfield ECS等重大裝備自動化系統,綜合運用裝置建模技術、先進控制技術、智能控制技術、裝備優化技術、故障診斷技術、數據挖掘技術和相關工藝技術,成功解決了大型煉油廠、大型化工廠、大型石化廠等重大裝備的優化與控制;同時還研發了Multif系列多功能儀表,Superfield系列智能變送器,最終形成重大裝備的成套自動化系統。目前該系統已銷售4000余套,在該領域占有57%的市場份額,成為國內應用數量最多、應用領域最廣的控制系統。在與眾多國外大公司的競標中,屢屢中標。
 
    在輕工裝備自動化系統,昆明船舶在云南紅河卷煙廠實施制絲機自動化系統,該系統運用圖像識別技術,通過高速攝像,鑒別快速通過的煙絲中的雜質,識別率達到84%,精度僅次于美國一個百分點。系統在特種檢測技術上取得突破,用紅外技術快速在線測定煙絲水分,用核輻射技術在線測定煙絲重量,用射線快速在線測定煙絲粒度,所有檢測精度都達到了國際先進水平。這些關鍵技術在新型8000公斤/小時制絲機上獲得成功應用,使紅河卷煙廠獲得三個世界第一:自動化總體水平,人均實物勞動生產力,單一品牌銷售。該系統已在國內大中型卷煙廠廣泛應用。
 
    我國裝備自動化存在的主要問題
 
    自主創新能力低下,自主知識產權匱乏。具體表現在國產高端自動化產品奇缺,市場競爭力不強。2004年,我國國產控制系統為3240套,占61%,但國產高端控制系統的市場份額只占5%;與裝備自動化系統配套的國產智能變送器,2004年的市場占有率為27%,但高端智能變送器不到5%;特別適合于大中型裝備的成套專用控制系統或成套專用優化系統,2004年國產系統的市場份額達到30%,但國產高端成套專用控制系統或優化系統幾乎為零。
 
    產品性能存在差距,進入重大工程困難。我國大部分控制系統由于在高可靠性、高穩定性、高環境適應性,以及數字化、智能化、集成化等方面,與國外先進產品存在較大差距,同時由于政府認識上的原因,國產控制系統進入我國重大工程的關鍵裝備、核心裝備、主體裝備十分困難,絕大部分被國外控制系統所壟斷。如核電裝備,在秦山核電站、大亞灣核電站等應用國產控制系統25套,但全部都在外核。又如石化裝備,在大型煉油廠、大型化工廠等應用3000余套,但在核心裝備上應用的還不到50套。
 
    控制系統“中間強,兩端弱”的現象十分嚴重。國產裝備自動化系統中的主控系統,研發力量強大,投入資金充足,技術成果豐富,產品質量較高。但是作為控制系統的兩端——變送器和執行器,長期以來投入嚴重不足,研發力量單薄,產品質量低下,我國自行設計制造的智能變送器在國內市場占有率只有國外產品的十分之一,智能執行器更是如此。與以微型化、數字化、智能化、集成化、網絡化為特色的,以高精度、高可靠、高適應為目標的,體積小、重量輕、成本低、功耗小的高質量產品相比較,有著很大的差距。
 
    公用工程大型裝備自動化控制系統十分落后。公用大型工程裝備指的是大型工程機械裝備、大型礦山機械裝備、大型口岸工程裝備、大型交通工程裝備、大型城市工程裝備等,長期以來,資金投入不足,研發力量薄弱,缺乏現代控制理論、方法、技術的融入。我國自行設計制造的大型挖掘機、大型攤鋪機、大型裝載機等重大裝備,控制系統絕大部分由國外提供。我國自行設計制造的大型注塑機、大型綜合機床等重大裝備,成套自動化系統都由國外提供。這些因素嚴重影響我國裝備制造業的快速發展。

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