面向制造技術的不銹鋼油泵
據有關統計表明,在過去的一百里,制造過程的效率提高了20倍,而生產管理效率只提高了1.8~2.2倍,產品設計創型的效率只提高了1.2倍。這表明通過機器的自動化,使人類體力勞動的解放,但對腦力勞動的解放卻很少。顯然,要進一步提高整個制造過程的效率,關鍵在于解放人的腦力勞動、提高產品設計與創型的效率,這對知識體系高度復雜的化工過程機械產品的創新尤為重要。
隨著世界市場競爭日益激烈,制造技術和信息技術高速發展,知識一技術一產品的 新周期日益縮短,產品創新速度將越來越快,產品的知識含量將越來越高,產品及其制造過程中的信息和知識要素的增值將成為主宰新產品競爭力的決定性因素。基于知識和信息網絡的產品創新和相應的制造技術不僅已成為知識經濟的重要支柱,而且還是 活躍的驅動因素。正如 制造中心的《協作制造議程(NCMS CollaborativeManufacturfingAgenda)》所指出的:知識已成為未來企業的主要資產,掌握它,就會帶來巨大的經濟變化。而中國 自然基金委員會發表的優先資助戰略研究報告《制造技術基礎》則指出:增強產品自主創新能力,提產品市場競爭力,已成為跨世紀中國制造基礎研究的 目標。知識經濟時代的來臨既給不銹鋼油泵制造業提出嚴峻挑戰,也帶來了新機遇。目前發達 的過程設備制造商對制造技術表現出了的熱情,普遍應用計算機輔助設計軟件提高設計效率。此外,還特別重視創新速度的提高、個性化的設計方法、電子商務等。為了提高換熱器制造商的設計能力, HTRI傳熱研究公司了許多設計分析軟件; 的YUBA換熱器公司積極采用計算流體力學技術(CFD)、有限元技術(CFEM)等手段來提高創新速度;又如瑞典ALFA LAVAL公司發展基于互聯網的CAD技術、產品和部件管理技術,使得客戶可以自行設計其產品并在網絡數據庫中選擇產品和配件。目前大多公司均有互動式網頁,自動接收客戶傳熱工藝的數據和技術要求,一些公司已著手電子商務的考慮,如 API傳熱公司提出了實現電子商務的計劃,將實現顧客自行設計、在線訂貨、查詢訂貨狀態、項目執行狀態、運輸記錄等。由于化工過程機械所涉及的知識復雜,誰對這些知識有所作為,誰就有可能出的產品,從而占有 大市場份額;而對這些知識的加工、操作從根本上說離不開不銹鋼油泵工作者的努力。因此,以電子信息技術為手段進行不銹鋼油泵知識的綜合與集成,提高產品創型的速度,也是我們的機遇所在。
產品的創型要解決兩個方面的問題:一是創新的思想,二是創新的實施。前者的基本要求是“新”,后者的基本要求是“快”。“新”是指產品的知識含量高,知識附加值高;“快”則體現為制造企業對市場需求的響應和制造資源的集成和重組,而且“快”本身就是“新”的一個重要組成部分。
解決 個方面的問題, 使企業具備信息獲取和知識集成的能力。現代企業通過網絡可以訪問各種信息數據庫并和各地銷售人員聯系,通過信息查詢和銷售報告,分析市場走勢,捕捉復雜多變的市場動態信息,及時作出正確的預測和決策,以決定新產品的功能特征和上市時間。在此基礎上,通過實際生產工藝調查、網絡查詢以及各種研究報告、文獻資料等信息渠道,集成與所產品相關的知識,建立相應的數據庫、知識庫、形成初步設計方法。中國對 過程設備技術及其相關的研究起步較晚,20世紀70年代開始引進大型過程裝置,至80年代,國務院建立國產化辦公室,在消化吸收技術的同時,也在 形成了開展過程設備基礎性研究的良好勢態,十來已積累了大量科技的成果。但這些成果往往是階段性和局部性的,還無法應用到整體設備的,如對大型設備的強度研究的居多,而內部傳熱傳質與反應機理的消化吸收工作則較少;在物性方面也積累了大量數據,不過亦多散見于各研究機構、雜志、公開文獻等;在 上亦已有眾多的文獻與數據庫可以利用。在這些知識的基礎上,對創新知識進行綜合,實現概念設計的可能性已增加。
解決 個方面的問題,亦即“快”,則包括設計、放大、制造、銷售諸環節的實現。為了實現設計,目前已提出了許多設計方法,如:計算機輔助設計(CAD),健壯設計(RobustDesign),并行工程(CE),面向制造、裝配、檢驗、質量、服務等的設計(DFx),響應設計(RRD),反求工程(RE)等;在工藝過程設計方面,還有計算機輔助工藝規劃設計(CAPP),計算機輔助裝配設計(CAAD),工藝過程的建模與仿真一虛擬制造(VM)等。
具備了設計的方法和相應的產品圖紙,還 檢驗產品在實際應用中的性能,這要求企業具有知識推理、演繹的能力,對于不銹鋼油泵產品尤為重要。由于結構與材料、傳熱與傳質、流動特性等與空間尺度乃至時間尺度均有很大關系,傳統的方式往往需要小試、中試和工業試驗的工程放大環節,試驗的周期少則數月多則數年,地限制了產品創新的速度。隨著計算機模擬技術的日益發展,許多試驗的環節已經可以通過模擬予以實現,為此提出虛擬工程放大的概念,致力于通過計算機模擬技術實現過程設備的工程放大,并通過模擬計算,進一步改進設計方案,溯新設計方法,產品一次試制成功。其中的關鍵技術包括:
(1)物性的模擬
對目前熱力學、動力學物性數據庫還沒有的數據,通過計算分子動力學模擬或其他簡化模型進行預測;
(2)傳遞現象的模擬
通過計算流體動力學(CFD)模擬裝置內的傳熱、傳質與動量傳遞過程,雖然反應工程的模擬還沒有統一的解決方案,但其結果可以從傳遞過程模擬的結果中演繹而得;
(3)結構與材料特性的模擬
主要通過計算固體力學進行模擬,對高溫設備則既有空間尺度上的放大,也有時間尺度上的外推。
加快產品的試制和定型,使其形成生產力,需要盡量利用制造自動化的各種,包括柔性制造系統(CFMS、分布式數控(DNC)、原型技術(RP)。原型制造堪稱20年來制造技術 重大的進展之一,其特點是能以 快的速度將CAD模型轉換為產品原型或直接制造零件,從而使產品可以進行測試、評價和改進,以完成設計定型,或形成鑄件和模具等的批量生產能力,因此RP技術對于化工設備的試制以及零配件制造將具有革命性的影響。
檢驗產品創新成功與否的惟一標準是產品的市場占有率,因此建立的銷售網絡是產品創新不能忽視的環節,越來越多的案例表明,電子商務(e-commerce)和協作商務(c-commerce)能夠幫助企業獲得成功。
企業欲實現上述環節的“新”和“快”,還 從組織形式到技術路線實行一系列變革。對于處于效益低谷的中國化工過程機械制造企業, 當痛下決心進行調整、改革和改制,同時建立數字化制造的環境,爭取在3~5年內能進入 市場,實現跨越式的發展。由于大型制造企業的高度發展和壟斷,中國在大型過程裝備制造上能有所作為的企業越來越少,因此應 加重視中小企業能力和市場響應能力的提高,重視協作制造、協作商務理念的培養,逐步實施分散網絡化制造,從面向全局的視野出發,以產品為紐帶,以效益為中心,不分企業內外、地域差異,實行動態聯盟,地組織產品的設計、制造和營銷。可以相信,在加入世界貿易組織以后,中國將有一批中小型化機企業通過分散網絡化制造,實施信息化“游擊戰”,實現“快魚吃慢魚”而達到后來者居上。