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一重人傾力打造的“新一代鋼鐵巨人”，把“自主創新”四個輝煌的大字鐫刻在了中國重大裝備制造業的歷史上。 有這樣一臺設備，它的更新換代跨越了幾十年，新設備的數年研制凝聚了國人的首創精神和智慧結晶，它的誕生還先后得到了幾位國家領導人的批示； 有這樣一臺設備，它的存在與國民經濟的發展和國家安全息息相關，有了它，就可以解決制約我國電力、冶金、石化、造船、國防等行業發展的瓶頸難題，沒有它，就要影響到中國強國夢的實現； 有這樣一臺設備，它個頭很高、體積很大、重量很重，絕對的龐然大物，而其位置精度卻能控制在±2毫米之內，也就是一分錢硬幣的厚度；由它打造的部件精度可控制在±3毫米。如此細微的精度與如此龐然大物好像極不相稱，而制造者卻做到了； 有這樣一臺設備，問世之后便屢建奇功，當年就連奪兩項大獎———2007年度黑龍江科技進步特等獎和首屆中央企業青年創新獎金獎。 是什么樣的設備如此了得，擁有如此多的傳奇，又是什么樣的人創造了這一切呢？ 這臺設備就是昂然屹立在中國東北的國內首臺、世界最大、技術最先進的15000噸自由鍛造水壓機。這臺設備有很多別名，有人叫它“新一代鋼鐵巨人”、有人叫它“超級大力士”。 這臺設備由國有重點骨干企業———中國第一重型機械集團公司（以下簡稱“中國一重”）自主研制，擁有完全自主知識產權。作為中國重型裝備制造業的領軍企業，中國一重還有個響亮的名字———“國寶”，這是敬愛的周恩來總理當年對它的美譽。 “五一”前夕，記者走進位于黑龍江省齊齊哈爾市的中國一重總部，近距離接觸了研制這臺設備的一群可欽可敬的創新者———年輕的總設計師吳生富和他帶領的創新團隊。 這臺重要的巨型戰略裝備全部由這支創新團隊自行設計、自行制造和自行安裝，充分印證著國家確立企業作為創新主體策略的正確性，成為中國企業自主創新的優秀案例。它吸引的不僅是國人關注的目光，更有來自國際裝備制造業大腕們的刮目相看。 那么，在當前倡導企業為主體加強自主創新的關鍵時期，中國一重這個創新案例對其它國有大中型企業有什么啟示？有哪些經驗值得借鑒和推廣呢？ 記者試圖從自主創新的獨特視角，從新一代15000噸自由鍛造水壓機所擁有的諸多創新點入手，解讀中國一重在提倡自主創新這個特殊時代的特殊意義，也試圖解讀這家有著50多年歷史的“國寶”級企業怎樣實現了歷久彌新、高速發展的自主創新能力。 記者親歷：“鋼鐵巨人”首展神威 “2006年12月30日上午，由中國第一重型機械集團公司自主創新的中國首臺、世界最大、技術最先進的15000噸自由鍛造水壓機，一次熱負荷試車成功。這個曾經為國家貢獻了大量戰略裝備的‘國寶’級企業在2006年歲末再次為國家獻上一臺具有標志性意義的戰略裝備。為中國重大裝備制造業贏得了與世界一流水平同臺競爭的國際話語權。”（摘自2007年1月1日《科技日報》一版）。記者當年曾有幸和國家發改委副主任、國務院振興東北辦主任張國寶等諸多領導一起親歷試車現場，見證了這個高達25米、重4000多噸的“新一代鋼鐵巨人”首次施展神威。 在試車儀式上，張國寶宣讀了時任中共中央政治局委員、國務院副總理曾培炎發來的賀信。信中說：“15000噸水壓機正式投產，是我國1958年研制成功萬噸水壓機之后又一重大裝備成果，將為生產大型鍛件提供重要的硬件條件，極大提升電力、冶金、石化、船舶行業設備制造水平，對加快振興重大裝備制造業具有重大意義。” 中國一重總經理、項目總設計師吳生富向在場的記者介紹了相關情況：這一重要戰略裝備項目是黨中央、國務院于2002年決定建設的。經過4年艱苦攻關，這臺投資1.5億元的世界最大、加工能力最強、技術水平最先進的15000噸水壓機終于成功問世。這臺水壓機將有效解決我國核電、水電、火電、船舶、冶金、石化、煤化工業等領域對高端大型鍛件的需求，從而為更多領域的自主創新與科學發展奠定堅實的基礎。 “這臺大型戰略裝備的創新成功是我國制造實力的體現和綜合國力的象征，它標志著我國重型鍛造設備的設計制造水平已跨入當今國際領先行列；同時也標志著我國已具備自主生產高端大型鍛造機械的能力，以往生產關鍵大型鍛件受制于國外的時代有望終結。” 就從那一刻起，一重人傾力打造的“新一代鋼鐵巨人”，把“自主創新”四個輝煌的大字鐫刻在了中國重大裝備制造業歷史上。 15000噸水壓機這個氣勢恢宏的鋼鐵巨人豪邁地印證著中國重型裝備制造業從“中國制造”到“中國創造”的跨越。而中國一重也在15000噸水壓機的研制過程中實現了完美的升華，將自主創新的浪潮推向頂峰，為實現“裝備強國”之夢做出了重要貢獻。 選擇自主創新不曾片刻猶豫 時光回溯到2002年2月18日大年初七，中國一重的12500噸水壓機正在鍛造30萬千瓦低壓轉子時，一根立柱轟然裂斷。 立柱乃萬噸水壓機的“擎天之柱”。看似簡單的一根柱子的斷裂不僅對一重來說是災難性的，而且將影響國家一些重點工程的建設進度。 這臺12500噸自由鍛造水壓機是一重人在上世紀50年代自行研制、使用的國內第一臺最大型的水壓機，保持了40多年中國第一大水壓機的記錄。自1960年投產以來，在42個春秋里，由它鍛造出來的大型鍛件遍布于共和國鋼鐵、石化、電力、核電、國防等一系列重要領域，其鍛造總量約占全國同類鍛件的65%%左右。它被譽為共和國工業戰線上英雄的“母機”、“國寶級”的“鋼鐵巨人”。而在40多年的滿負荷服役中，它已經“遍體鱗傷”，隱患隨時存在。 事故發生后，恢復萬噸水壓機的生產能力成為當務之急。是改造維修這臺老設備，還是再造一臺新設備？一番激烈的研究爭論后，再造一臺新萬噸水壓機成為中國一重領導班子的共識，并得到中央領導的支持。 時年38歲的中國一重主管產品研發的副總經理吳生富挑起了新萬噸水壓機總設計師的重任。他首先面對的就是自主研制還是請他人來造的選擇。 來自德國的一家國際資深制造企業聞訊后，積極爭取承攬設計、制造任務，被中國一重謝絕后，又提出能否由他們設計、一重制造。請國外設計、制造省時省力，何樂不為呢？ 面對不同的聲音，吳生富這位從研究生畢業后就扎根在中國一重的總設計師沒有片刻猶豫，他堅定地提出：“我們一定要依靠自己的力量，走自主創新之路，用我們的智慧和力量創造出世界一流的新鋼鐵巨人”。他的主張贏得了中國一重上下的廣泛支持。 吳生富告訴記者：“當時我心里是有把握的，因為一重人才濟濟、技術先進、裝備精良，我們應當相信自己的實力！而且五十年代末一重上一代人已經造出了國內首臺12500噸自由鍛造水壓機，給我們做出了榜樣。到我們這一代反倒讓別人設計、制造，我們還有什么臉面見人？中國一重的含義就是中國第一重型機械公司，不自己做，還怎么能叫‘中國一重’，怎么扛‘第一’這個大旗？” 是啊，中國一重沒有愧對“第一”的稱號，投產近50年來，中國一重研制的屬國內第一的重大技術裝備達200多臺（套），開發新產品300多項，填補國內工業空白近400項。冶金設備冷熱連軋機組、石化設備熱壁加氫反應器、2000噸級煤液化反應器等產品都達到了世界一流水平。在重型鍛壓設備方面，一重人更有決心再攀世界高峰。 于是，年輕的總設計師帶領著由眾多年輕人組成的創新團隊，抓住了難得的歷史機遇，走上了義無反顧的創新道路，并最終成功地走出了一條帶有中國一重特色和標志的自主創新之路。 創新靶向明確旨在革故鼎新 肩負重型裝備制造業“中國第一”的稱號和重任，一重人的視角和方向是面向世界和未來的。 一重人希望自己研制的15000噸水壓機成為可以“通吃”世界上任意形狀大鍛件的“巨無霸”。他們把創新的目標定位在世界噸位最大、精度最高、技術最先進，并能滿足未來50年產品制造需要的巨型水壓機。 作為總設計師，吳生富始終是清醒的：“要實現所選定的目標，創新是必經途徑，但絕非盲目創新，絕不能為了創新而創新，我們要從克服老水壓機缺陷出發，進行有針對性的創新。” 那么，老水壓機存在哪些毛病呢？吳生富仿佛一個老道的中醫為老機器診斷把脈，號出四個最突出的弊端。 其一，老水壓機采取的是局部預應力結構，導致立柱根部既要承受拉應力，又要承受彎應力，多重受力的結果是易發生斷裂事故，造成長時間停產維修。就像一個人的腳踝，截面最小，最易骨折。新一代水壓機要想保證使用的可靠性，就一定要克服這個最突出的缺陷； 其二，老水壓機立柱是圓柱形結構，磨損之后立柱和套管之間間隙變大，沒辦法進行調整，導致水壓機的活動橫梁在工作時出現偏斜，難以控制精度，水壓機精度范圍僅在30—50毫米之間，相應鍛件的精度也差很多； 其三，按道理，水壓機上、中橫梁應做成整體比較好，但局限于當時企業制造能力，最大只能澆鑄100噸的鑄件。因此，老水壓機上橫梁由3塊合成，活動橫梁由2塊合成。幾十年中，預緊螺栓受力發生蠕變伸長，而螺栓銹蝕后抱死，又不能重新預緊，日積月累的結果，橫梁就不再是一個整體，鍛造時受力不再均勻； 其四，老水壓機是人工操作，勞動強度非常大，鍛件的鍛造精度難以控制，導致鍛件加工余量大。 上述四個主要毛病導致老水壓機鍛件精度差，生產效率低。對此，吳生富帶領創新團隊，對癥下藥，一一破解。他們成功首創了4項有針對性的科研成果，彌補了12500噸水壓機的嚴重缺陷：包括開發了全預應力組合框架的主機結構；研究出新的平面可調間隙導軌，代替了不可調節的圓柱導向方式；整體結構的橫梁設計，避免了組合橫梁發生損壞的可能；研究出以水壓機比例控制系統和可編程序控制系統為核心的新的水壓機控制系統，代替多年沿用的傳統手動操作系統。 創新主機結構———打造“強壯筋骨” 吳生富帶領創新團隊瞄準重點，首先針對水壓機重量大、工作載荷、震動和偏載大、立柱受力復雜及引發故障較多等難題，在結構上進行了創新，借鑒機械壓力機的相關結構，提出了適于大型鍛造液壓機的平接式全預應力組合框架結構。 新結構將立柱和拉桿分開，將復雜的外力分解，拉應力由拉桿單獨承擔，彎曲力由立柱單獨承擔，好比讓兩人分擔原來由一人承受的各種外力，從根本上解決了立柱受力惡劣的難題，使得水壓機抗疲勞狀態顯著改善，可完全避免斷柱事故的發生，由于還鑲嵌了可更換的耐磨導板，在水壓機壽期內立柱可永不更換。 這種新型結構應用在15000噸水壓機上，在世界13000噸以上的鍛造液壓機中屬于首創。有膽識的一重人在新水壓機結構設計上實現了史無前例的重大突破。 圓柱變方柱———實現精確控制 針對老水壓機第二個毛病，一重人又首創了巨型水壓機方立柱16面可調間隙的平面導向結構。立柱設計成方型結構，大幅度提高了活動橫梁的導向精度，解決了間隙大、精度低的問題，避免了間隙小引起的立柱研傷或運行卡死現象的發生，提高了水壓機運行平穩性和鍛件尺寸精度。 據專家介紹，鍛造液壓機活動橫梁的導向方式一直是設計和使用中的難題。傳統圓立柱的球面座套導向結構，長期應用已有百余年歷史，其主要缺點是間隙不可調。間隙過小將造成活動橫梁運行不暢，磨損后間隙過大將使活動橫梁空程運行時搖擺晃動，偏心鍛造時偏斜過大，不僅惡化了立柱的接觸狀態，而且影響鍛件精度，并增加了工作缸承受的水平力，使工作缸導套過早磨損。曾有許多公司包括國際知名公司在間隙調整方面做了許多嘗試，但效果均不理想。 一重設計的方立柱結構是在活動橫梁立柱孔上、下部各設置8塊導向板，可用楔形板單獨調整與立柱的間隙，調整在活動梁立柱孔外進行，平面導向為面接觸，接觸面壓大幅度降低，從而消除了上述弊端。 就是這一創新成果，讓龐然大物般的巨人具備了細微到二三毫米的精度控制。 澆注整體結構橫梁———最危險處站著總設計師創新與風險同伴，自古不變。 針對老水壓機第三個毛病，一重人首次設計并制造了世界最大的特大型整體箱形鑄鋼上橫梁和活動橫梁，解決了原來老水壓機不能整體鍛造的難題。而這一創新絕不僅僅是技術上的極限挑戰，同時還伴隨著巨大的危險。 大型鍛造水壓機橫梁因結構復雜、重量巨大，整體鑄造、加工難度很大，通常不得不設計成分體預應力結構。其最大弊端是長期工作后，造成組合結構失效、組件斷裂。一重人在15000噸水壓機中設計并制造了整體鑄鋼上橫梁和活動橫梁，克服了組合結構的缺點。不但重量減輕、加工量減少，而且大大改善了橫梁內部的應力分布狀況。 上橫梁有20個空腔、63個孔，凈重354噸，鑄件重量390噸，澆注用鋼液535噸，是迄今為止世界最大的薄壁箱形鑄鋼件。橫梁的澆注是個關鍵環節，但因鑄件龐大且是箱型結構，從而大大增添了鑄造難度，如果澆注中造型腔氣孔排氣不暢，將導致劇烈爆炸。一重在上世紀60年代曾發生過類似爆炸，造成多人死亡，對此心有余悸。 面臨風險，怎樣決策？創新團隊將目光盯向了已擔任中國一重總經理的總設計師吳生富。 此時，果敢的吳生富也變得格外謹慎。他要求不單從技術上充分考慮問題，更要做一個全方位、詳細的安全預案。 冒著風險，吳生富帶領一重人堅定地選擇了繼續創新的道路。 那是5月的一天，澆注開始之前，技術人員先將救生預案詳細向施工人員一一交代，告訴大家萬一爆炸該如何逃生。在車間之外，消防車、救護車、消防隊員和醫療救護人員隨時待命，現場如臨大敵，氣氛格外緊張。 在緊張的氣氛中，大家發現總經理、總設計師吳生富親臨現場，站在了一處最危險幾乎是無法逃生的地方，正鎮定自若地指揮著澆注現場。 “這種情況下，我必須要到場，給大家樹立榜樣，穩定人心，讓施工人員看看，如果發生危險，我首當其沖，危險面前領導躲到安全地方，如何讓人安心施工？” 沒有過多的豪言壯語，吳生富只想在關鍵時刻與大家一起承受千鈞一發的重壓。 澆注開始了，4個鋼包內8個包眼齊開，近600噸、2000度高溫的熾烈鋼水一起傾注到型腔中。熱浪撲來，滿眼紅光，一時間大家的心都懸起來了。當聽到出氣孔有順序地發出噗噗的、輕微的爆破聲時，大家如釋重負……世界最大的特大型整體箱形鑄鋼橫梁歷盡艱辛，終于在一重澆注成功了。 全自動操作———“巨人”有了“中國芯” 針對老水壓機第四個毛病，一重人用全自動操控系統代替了人工操作傳統方式，成功地為鋼鐵巨人安裝了一顆“中國芯”，使“新一代鋼鐵巨人”反應靈敏、身手矯捷。 一重人首創了以油—水聯合控制高壓大流量水閥、運動部分位置自適應及瞬時失載控制、工作缸沖擊偏載預控為核心的精穩控制技術。該技術消除了水壓機長期以來未能解決的“水擊現象”，活動梁位置控制精度達到±2毫米，鍛件尺寸偏差為±3毫米，高于國際上大型壓機生產鍛件±5毫米的水平；平穩卸載，減小沖擊，提高了可靠性和安全性，延長了壽命；提高了效率，減少了鍛造火次，平均降低能耗30%%。 一重人還首創了大型水壓機集主、被動安全及故障補救于一體的安全保障系統。故障診斷報警、動作連鎖等技術，保障了設備的主動安全性；被動安全回路在管道破裂、斷電、先導油失壓、壓下失控等異常情況下，系統可自動實現安全保護；在突然停電的情況下，可利用蓄能器中高壓水提升活動橫梁，及時取出熱鋼錠，實現故障補救，減少損失，保護設備。 新水壓機整機實現了高剛度、高強度和靈活響應。最終，50多年的創新積淀，一重研制15000噸自由鍛造水壓機沒有變成噸位上的簡單放大，而是被一重人安裝上了一顆“中國芯”，賦予了一顆創新的靈魂，灌注了創新的血液。 2007年11月，由5位院士和6位行業知名專家組成的鑒定專家組一致認為：“15000噸自由鍛造水壓機在主機結構、控制水平、裝機水平、鍛造產品規格等主要技術性能上均超過國外同類設備，是目前世界最大、性能最先進的自由鍛造水壓機，達到國際領先水平”。在研制過程中，中國一重已申請了多項發明專利，其中有4項已被國家專利局受理。 創新超越極限 15000噸水壓機由4萬多個零部件組成，其中上百噸重的組件就有7個。鋼鐵巨人從圖紙走到車間，到最終鮮活地站立起來，其間每一個小步驟走得都不輕松，難點處處存在。研制者每跨越一道關口都在超越一重自身的極限，每一道坎都邁得十分艱難。 聰明睿智而又無畏前行的一重人，在每一環節都將創新的理念和能量發揮到了極致，在每一個關口都勇敢地面對成敗的考驗，演繹攻堅克難的精彩。最終讓創意的火花在設計、制造、安裝等各道工序中處處綻放，在大型機組設計、大型鑄、鍛件制造、大型構件的熱處理，以及起重、運輸、安裝、調試等多個環節全面實現了創新突破，開創了新紀錄。 一重人在鑄造中挑戰極限，在安裝中也同樣挑戰了諸多極限。他們首創了大型關鍵構件設計、制造及大型組合構件的有限空間安裝技術。在25米高的車間里，如何不開天窗，把21米長的拉桿插在18米長的力柱中？他們創造性地用臥裝的方式實現了四根立柱和拉桿的安裝；水壓機的底座由5部分組成，合起來足有900噸重。一重人像安裝組合家具一樣兩個兩個地安裝，最終一次裝配成功，并且讓組裝的底座水平精度超越了設計范圍。 在極致的考驗中，一重人實現了創新的夢想。在試車現場，當力擎萬鈞的錘頭沖壓紅彤彤的鋼錠，氧化皮紛落如蓮花般綻放時，在場的一重人無不歡呼雀躍，很多人情不自禁地流下了熱淚。4年了，多少不眠的日夜，多少心血與汗水，只為等待成功的這一天！ 一重讓人們知道了創新不僅無止境，人類的創新潛力也是無窮的。創意有多遠，創新的道路就走多遠！ 巨人新使命———撐起世界一流鑄鍛鋼基地 當前，裝備制造業的一個突出的技術發展趨勢是極端制造：一方面是朝超微、超精發展；另一方面是朝超大、超重發展。電力、石化、冶金等領域重大裝備大型化、復雜化的極端發展趨勢，對大型鑄鍛件行業提出了更高要求。中國一重新建的15000萬噸水壓機就可以有效滿足這些高要求、能夠加工復雜形狀的鍛件。 據中國一重統計，一年來15000噸水壓機已經累計生產近50000噸鍛件，包括核電筒體、反應器筒節、封頭板、大型軋輥等鍛件，年新增產值28.53億元、利稅12.7億元，大鍛件產量同比增加5萬噸。 這臺新水壓機還成功鍛造了世界首支直徑5.75米的百萬千瓦核電蒸發器錐形筒體、壓力容器接管段等特大型鍛件，改變了我國關鍵大鍛件長期依賴進口的局面。其中為韓國成功仿形鍛造出的世界首件第三代核電帶直段蒸發器錐形筒體，實現了一次鍛造成功。 承擔國家使命，在大型鑄鍛件生產中發揮主導作用是一重人更高的目標，新一代萬噸水壓機可謂重任在肩。15000噸水壓機不僅奠定了一重國際競爭力的堅實基礎，更將支撐一重在2010年建成世界一流的鑄鍛鋼生產基地。 |
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