黃祖堯| 中國滾動功能部件作為一個從機床行業的搖籃中成長起來的小產業，直接承受了後者金融危機之下成長乏力的衝擊，且問路在何方？機遇何在？我們相信，只要將危機的衝擊力迅速轉化為向高檔產品衝刺和實現市場多元化的推動力，必將迎來“苦寒過後盡開顏”的新局面。 |
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始於2008年下半年的全球金融風暴，在進入2009年後，慣性還將使其“多米諾骨牌”效應次第發生，此時此刻我們更應冷靜思考，回顧昨天，面對現實，展望未來，尋找對策。筆者站在滾動功能部件產業這個角度，謹以“科技創新、調整產品結構、實現市場多元化”為切入點，試與大家共同探討拓寬市場、科學發展的一些問題。
“危”在哪裡？“機”在何方
我認為，滾動功能部件產業當前的危機主要表現在以下方面：
1. 過分依存本國機床業用戶
首先需要指出的是，從機床行業這個“搖籃”中成長起來的滾動功能部件“小”產業，其用戶中約有70~80％來自我國機床行業。而在國外，滾動功能部件產業的用戶群中，來自本國機床行業的用戶佔比僅為30~50％左右。相形之下，我滾動功能部件產業的發展無論從技術、經濟、市場、產業結構等方面，都對機床行業有很大依存度，因而在當前經濟實體普遍受到衝擊的情況下，這一產業也直接地承受了來自機床行業的連帶衝擊。
具體而言，當機床行業的產量連續7、8年以年均30％左右的增速快速攀升時，有力帶動了滾動功能部件產業並湧現出一批“90後”小企業。再來看目前中國機床行業的展趨勢，已出現車、銑、刨、鋸這一類產品的中低檔單機庫存明顯增加、產銷率下滑的情況，而與此同時，高檔機床的需求只增不減，還在不斷地進口。這種機床產業結構的弊端和兩極分化的態勢直接折射到滾動功能部件產業中來，凡是僅僅生產低檔、單一產品，而且又主要為中低檔機床配套的滾動功能部件企業，日子都不好過。
2. 高檔產品品種少、商品化率低
其次，近年來國內研發的高檔滾動功能部件品種少、商品化率低，多數用戶依然靠進口來解決，技術瓶頸依舊未能突破，“國產化”的推進過程缺少國內市場的有力拉動。
3. 與海外同行的競爭愈演愈烈
再次，在國際市場十分不景氣的情況下，海外同行把目光投向有四万投資的中國市場，使危機中的滾動功能部件產業雪上加霜，與世界知名品牌的較量也在所難免。
在危機面前敢問路在何方？機遇在哪裡？其實機遇就在腳下，機遇在於國家出臺的擴大內需、促經濟增長、保社會穩定的一系列政策措施上；機遇在於國家始終對振興裝備製造業的關注、16個重大專項的啟動與深入；機遇在於改革開放30年所奠定的經濟基礎和強大的抗寒能力。只要我們善於把金融危機的衝擊力迅速轉化為向高檔滾動功能部件產品衝刺和實現市場多元化的推動力，必將迎來“苦寒過後盡開顏”的新局面。
基於滾動功能部件的“功能” 開拓多元化市場
眾所周知，滾動軸承是產量極大、通用性互換性極高、使用面非常廣泛的關鍵基礎零部件。而滾動功能部件就是從滾動軸承衍生出來的，例如滾珠絲杠副就是螺旋傳動副與滾動軸承“嫁接”而成，它們有“滾動摩擦學”的共同“基因”，都具有滾動摩擦副的物理特性和理論基礎。在對“疲勞壽命”、“額定負荷”的研究計算中，都把典的“Hertz彈性接觸理論”、“Weibull材料強度理論”和“Lundberg-Palmgren滾動疲勞壽命理論”作為主要考依據。滾動功能部件的不少“功能”，也都是傳承了滾動軸承的“速度”、“效率”、“壽命”和“通用性”等特征而形成的。
1. 滾珠絲杠副的功能
與滑動絲杠‧導軌副、靜壓絲杠‧導軌副、油缸驅動、齒輪‧齒條、直線電動機比較，滾珠絲杠副具有以下功能：傳動效率很高（η≧90％）；節電省能增力；無間隙靈敏傳動；精密定位；高dn值和低成本提速；同步性（多軸驅動）；傳動的可逆性（不自鎖）；對極端環境的適應性；長壽命和可再製造；綠色環保。
2. 滾動直線導軌副的功能
包括精密導向和定位；誤差均化（對安裝基面）；高效節能；高速特性；可承受不同方向載荷；敏捷靈活隨動無爬行；長壽命可再製造；對極端環境的適應性。
基於上述功能，滾動功能部件被譽為21世紀節能環保的綠色產品，它不但是現代數控機床的核心功能部件，還是標準化、系列化、通用化程度高、技術含量大的通用零部件，具備生產專業化、市場多元化的基本條件。
3. 功能利用率：產品質量和檔次的重要標誌
必須指出，上述功能並非唾手可得，唯有通過產品優化設計和採用先進製造技術才能使其功能利用率最高，再通過技術創新進而得到功能的延伸和複合化。而且，是否合理安裝、正確使用也是功能利用率的影響因素。
對於那些低水平重複的“山寨”產品，功能會大打折扣甚至功能縮水，例如：若滾珠絲杠副的接觸剛度低、預緊力不穩定、滾動體流暢性不好，會導致定位精度下降甚至喪失；螺紋滾道表面硬度低於HRc58、硬化層深度不夠，將導致疲勞壽命明顯縮短；而劣質產品的傳動效率η遠遠低於90％。可見，功能利用率也是產品質量和檔次的重要標誌。
危機帶來“逼進”機遇：市場多元化乃必由之路
1. 應用尚不普及，市場多元化的空間廣闊
相比西方發達工業國家，中國尚處於工業化中期階段。我國滾動功能部件產品在各個廣泛工業領域的應用普及率並不高。甚至可以說，幾乎在每個工業領域都能發現滾動功能部件產品“未開墾的處女地”， 存在市場多元化的廣闊空間。因此，應對金融危機迅速改變對單一市場的依存度，向大機械產業拓寬市場。
2. 各種“功能”在不同領域的獨特應用
滾珠絲杠副的“高速化”功能被廣泛應用於各種快速驅動的場合，例如：工業機器人、高速衝壓裝備、CNC自動繪圖機，雷達快速定位、造波水槽快速驅動、天體望遠鏡的快速機構、印刷電路版的CNC高速鑽、航空模擬訓練裝置，等等。
圖1 雙滾珠絲杠副用於雙電機重心驅動的加工中心 |
同時，基於性價比和節能環保的考慮，在各類高速加工中心、CNC高速專用機床，快進速度V≦100m/min、加速度≦1.5g時的高速伺服進給系統這些領域中，精密高速滾動功能部件在相當長的時間內依然唱主角。特別是當機床採用“雙絲杠重心驅動”結構時，精密高速滾珠絲杠副的“精密定位”、“速度特性”、“運轉同步性”三大功能更是得到綜合利用、熠熠生輝（見圖1）。
滾珠絲杠副的“傳動同步性”和“對極端環境的適應性”，使其在“大飛機”和各種航空航天設備上得到廣泛應用，如圖2所示，波音747機型中的“前折翼”、“外側折翼”、“水平穩定板”、“內側折翼”、“反推力裝置”、“起落架”等多個部位都成排、成組地使用高可靠性滾珠絲杠副完成同步驅動。此外，直升機的尾部驅動系統，軍用機的水平穩定器，飛行員彈射基座逃生裝置，導彈發射系統，空港登機走廊等，也都採用了滾珠絲杠副。
圖2 波音747飛機採用滾珠絲杠的部位 |
綠色能源中的核電、水電、風電目前正受到國家高度重視。在某些核電站中，滾珠絲杠副被用於核反應堆控制棒驅動系統、危急狀態時的緊急停止裝置、壓力管檢測系統等，它們是在150℃~350℃的高溫、無潤滑和核輻射環境中運行的，所有零件均採用耐高溫、耐輻射的高強度優質合金材料和特殊工藝製造，對產品質量、安全可靠性的要求極為嚴格（圖3）。
圖3 用於核電站的特殊滾珠絲杠組件 |
滾動功能部件能在極端環境（還有腐蝕介質、粉塵、真空、高壓……等）下可靠運行，這是任何其他線性驅動產品所不具備的獨特功能。
在塑料機械中，基於綠色製造的理念，液壓型注塑機正向全電動型注塑機發展（圖4）。因其具有節能（省電50~70％）、節水（省水80~90％）、降噪、不污染環境、定位和重複定位精度很高，以及易於實現CNC控制和控制特性好等多項優點，這類以“電”代“油”的產品正日益受到業界青睞。現在，國內外已推出專為全電動注塑機配套的高載荷滾珠絲杠副系列產品。
國家投資2萬億元人民幣用於鐵路及軌道機車的發展，隨我國邁入“快鐵”時代，鐵路及軌道機車已成為拉動裝備製造業發展的新亮點，除了直接帶動CNC鐵道專用機床的發展之外，動車組、地鐵列車的車門自動開啟關閉，軌距自動跟蹤測量系統、高速列車軌道轉轍裝置等，都直接需要配套滾動功能部件。
圖4 重載滾珠絲杠副用於全電動注塑機 |
作為T（Transport）型滾珠絲杠副的派生產品—線性致動器（Linear Actuator）又稱工業線性執行器，它其實就是以“電”代“油”的電動伸縮缸（圖5），因其具有傳動效率高、可遠距控制、不污染環境、安裝維修方便等特點在各類機電產品、民用機械中廣泛應用。
例如：自動傳輸線、醫療電動床、高層建築門簾開啟、辦公自動化、交通設施、環保清潔車、噴水頭調節、農用機械、健身器材、衛星信號接收裝置的自動升降，殘疾人和老人專用器具等。圖6中進一步顯示了線性緻動器的多款應用實例。
由上可知，滾動功能部件在各領域的應用實例不勝枚舉，限於篇幅在此不再一一贅述。
3.以科學發展觀為指導，向市場多元化邁進
調整產業結構應以科學發展觀為指導，優化高、中、低的比例關系，整合生產要素，向市場多元化邁進。首先瞄準國家重點投資、具有戰略性的領域去開拓，切忌盲目進入不利於“生態文明、節能環保”的高污染、高能耗、高耗材耗水的項目和工程。
圖5 線性致動器 |
同時，對於上文述及的滾動功能部件產業所存在的長期依賴單一市場、因而對各個產業需求的適應能力下降的現狀，我們必須儘快使其改觀，從產品結構、材料和製造工藝、各種工況下的性能試驗與檢測、提高產品內在質量和可靠性的措施入手，增強對市場多元化的快速應對能力，唯有如此，才能大步邁入產業鏈的廣闊空間。
這是因為，在多元化的廣闊市場中，既有量大面廣檔次不高的產品，也有技術含量很高、製造難度大的“硬骨頭”，每開闢一個新領域都要付出艱辛的努力，要主動進入到這些產業中去，需要做深入的調查研究，吃透不同裝備對滾動功能部件產品功能的個性化需求，瞭解它的運動和受力狀態、工況環境等，然後提出整體解決方案。對於難度大的項目可聯合設計、共同試驗、協同攻關。
實現高端產品產業化、國產化是當務之急
1. 依託優勢
裝備製造業正加速向高速、高效、精密、大型重載、複合化、節能環保方向發展。經過多年發展，中國滾動功能部件產業已形成一定優勢，行業中重點骨幹企業傳承數十年精密製造技術的成果，憑借自身擁有的大型、稀有、精密裝備的“硬實力”，開始邁入高檔產品的門檻。
圖6 線性致動器的應用實例 |
但必須承認的是，滾動功能部件高端產品的國產化、產業化進程並沒能邁入快速通道，這是內外因共同作用的結果：內因在於企業自身基礎不牢、“軟實力”不強；外因則在於國內市場內需的拉動力尚不夠。
2. 夯實基礎
圖發展就要進一步夯實基礎。首先，我們要借鑒國外知名軸承和滾動功能部件企業的成功經驗，持之以恆地做好性能試驗和基礎研究。
這需要我們採用新的控制理論、科學的數據採集處理方法、以及先進的測試技術、有限元分析及仿真技術，對產品進行系統的試驗—這包括速度特性、定位精度、疲勞壽命、接觸剛度、振動、噪音、溫升、動態摩擦特性，以及各種工況下運行的可靠性等多項試驗內容。通過性能對比試驗，分析滾動摩擦副中影響“滾動體流暢性”、“提速”、“壽命”和“可靠性”的因素，為改革工藝、控制質量和產品升級換代找到科學依據和良方對策，使高端產品的國產化、產業化建立在堅實可靠的基礎之上。
當我們夯實了基礎、練就了內功，軟實力便相應增強，這必然對國產高端產品在市場中的認知度、在用戶中的信任度產生決定性的積極影響。
3. 研發高端產品
研發高端產品不能只停留在絲杠和導軌上，而應當以它們為核心實現機電一體化、模塊化、功能集成化。例如：滾珠絲杠—滾珠導軌一體化組模；滾動直線導軌副與直線電機一體化的高速線性驅動裝置；滾珠花鍵—滾珠絲杠一體化的機械手；滾珠螺母主驅動；雙驅動高速伺服進給系統，等等。通過產品結構的組合搭配和功能集成，不但增加了技術含量，更有助於拓寬高端產品的市場。
4. 高端產品的商品化率
為了解決高端產品的商品化率的問題，首先要提高它在用戶中的“認知度”和“信任度”。宜採取產學研用相結合的方式，從主機新產品研發初期就與用戶（主機生產企業）建立緊密合作關係，同步開發，通過“功能部件研發→雙方合作性能試驗→裝到主機上試用→改進，完善，定型→量產”這樣一個過程，使滾動功能部件製造企業與主機生產企業在合作互動中共同邁入“首台、首套”的門檻。這種互動的過程，也正是解決“認知度”和“信任度”的最佳途徑。
5. 站在戰略化產業的高度予以扶持
高性能高檔數控機床和重大裝備是國家綜合實力的體現，其核心技術和核心功能部件必需掌握在中國人自己手中。現在無論是高檔數控機床還是其核心功能部件，都存在國產化率低、供需出現矛盾“瓶頸”等等弊端，如果總是把眼光盯在“國際大配套”上，從長遠看，其實是缺乏戰略眼光的自殘行為。如果高檔數控系統和核心功能部件長期依賴進口，只能使我國的高檔數控機床失去市場競爭力，在對外依賴度增加的同時，還會使國產高檔功能部件的研發和國產化失去國內市場的拉動力。必須要有國人秉承“為國爭光，為民族爭氣”的精神，打破這一“瓶頸”。為此，不僅企業自身要苦練內功、夯實基礎、頑強攻關，更需要國家在政策和資金方面的扶持。
對於戰略性產業，我們有必要像西方國家那樣採取市場經濟與政府扶持相結合的政策，而且一定要把扶持做到位。在能滿足高檔數控機床精度和性能要求的相同條件下，國家應鼓勵首選國產高檔核心功能部件。筆者以為，在主機新產品評定、鑒定中可增加“國產功能部件和數控系統的採用率”這樣的指標項目，以促成國產品在能夠滿足主機性能要求的前提下得到優先選用。
在2008的大雪災、汶川大地震中充分詮釋了“多難興邦”精神的國人，將繼續沉應對這場百年不遇的全球性金融風暴。筆者堅信：只要抓住機遇、夯實基礎，拓寬市場，實現市場多元化，就能在困境中闖出一片科學發展的豔陽天。
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