1工程机械的发展仍需继续努力
工程机械的发展经历了3次大的变革，第一次是动力系统的革命。内燃机的出现，解决了工程机械移动的动力源难题；第二次是传动系统的革命，液体传动（液压和液力传动）的出现为工程机械提供了良好的传动装置；第三次是操纵和控制系统革命，减轻了司机劳动强度和改善了操纵控制性能。国内企业在设计制造方面，也投入了不少精力，基本上跟上了时代的步伐。鉴于国内工程机械的发展不平衡，今后的发展方向，还应着重从以下几个方面考虑：
1.1微型化、大型化与多功能化的进一步拓展
随着人类对物质生活品质需求的日渐增长，工程机械产品的应用空间不断得以拓展。为适应城市建设中狭窄施工场所、建筑物层内、地下工程、救灾等作业环境的施工要求，工程机械逐步向两端延伸，即微型化与大型化。此外，大型工程机械产品的需求量随着大型工程的不断增多而不断增长。在使用过程中同一产品要求由单一功能向多功能方向发展，即在通用型产品的基础上增加多功能模块化部件或采用全新的模块化设计制造，来实现产品的多功能。推土机已经开发出适应不同工况（如沙漠、湿地、高原等、）要求的多功能、高效节能的微型与大型产品；装载机开发出废气排放小、斗容量大的大型、环保型一机多用型产品（可装载、起重、抓物等）；挖掘机也已经开发出大型、微型和水下等液压挖掘机产品。多功能、多用途的工程机械对实现机械设备效能最大化有一定的作用，但与实际使用工况和用户期望值还有一定的差距。
1.2力争自动化、信息化与智能化的普及应用
2000年前后开始，以微处理器为核心的工程机械专用控制器由于可以满足日益增强的自动化、智能化需求逐渐成为主流。从最初的手动控制到目前的专用控制器，工程机械控制器的发展，使机电液一体化技术的集成技术得以实现，提高了单台工程机系统自动化的功能。有线控制、无线遥控的出现又使得机械的操纵性能得到大幅度提高。工程机械的自动化、智能化体现在以下几方面：（1）计算机的故障诊断系统。机载计算机可根据各种传感器的检测信号，结合专家知识库对机器的运行状态进行评估，预测可能出现的故障；在出现故障时，通过工程机械控制面板上的报警信号和指示灯发出故障信息，提醒操作人员可能潜在的故障部位或隐患，或指导驾驶员查找和排除故障；（2）自动控制系统：对工程机械液压泵的排量和发动机的转速进行自动控制；对工程机械液压系统的负载实现传感控制；对各功能机构的功率合理分配，并应用各种传感器实现自诊、自测、自调功能；（3）电子监控系统：监控工程机械发动机燃油量、机油压力、冷却水液面高度和温度。监控工程机械液压系统各种元件的参数；（4）遥控与安全防护系统：为了保证人机的安全，提高作业质量，在遥控中心对在恶劣施工条件下正在运行的机械实行实时监控。运用反馈信号精确控制。如工程机械的附着力控制系统、行驶平稳性控制系统、负载自动稳定系统、变速和转向集成控制系统等智能控制系统；（5）精确作业控制与指导系统：基于GPS技术与数字地图技术的导航系统，在驾驶室内装有触摸屏计算机，可实时显示机器在作业区内的位置、作业区域实际值与设计值的差距及相关信息，即使是毫无经验的驾驶员，也能有效地完成诸如坡度作业等作业要求。可实现坡度的精确控制，驾驶室内可视化显示系统指导驾驶员精确作业。工程机械的信息化与智能化可以改善操作者的工作环境，提高工程机械各种故障的自我诊断能力和修复能力。例如：在一些特殊工况下（如高空、水下、严寒、高温和辐射等），工程机械可以代替人工进行智能化施工作业，实现远程控制与自动控制，实现施工作业的精确定位、故障诊断与修复。工程机械的信息化与智能化进程一般分为几个阶段：a.工程机械作业工况的监控；b.工程机械局部操纵自动化；c.在操作者掌控下的完全自动化；d.实现机械无人参与下的自动化；e.实现多工种机群作业现场的自动监控。在部分比较先进的机器上已经实现局部操纵自动化，如全液压挖掘机。在一些较先进的机器上已经达到第三阶段，在某些人无法涉足的恶劣环境下（如核电站故障诊断与排除），可以达到第4阶段；只要工况需要，第五阶段的实施也并不是遥不可及。3G技术的使用实现了工程机械无线远程控制的基本目标,但无线传输速度慢，信号不稳定的现象制约了可靠性能的提升,后续的4G技术的使用有望解决这一难题。测控技术是现场工况取样，数据分析的基本手段，但其中的传感器技术的数据的稳定性、可靠性能有待提高；我国北斗导航系统的定位精度比美国的GPS全球定位精度要高，价格要便宜，有望取代美国的GPS全球定位。目前，我国工程机械自动化、信息化与智能化的水平，基本能跟上国际发展水平，但微处理器技术的制造能力有待提高，提高行业普及率是提升整体水平的关键。
1.3虚拟现实技术有巨大应用空间
要对大型工程项目进行现代化管理，就必须对施工机械设备的工作进度、工作状态和运行方式等进行实时控制。适合这种控制要求的技术即为虚拟现实技术，是如何实现人与机器之间理想交互方式的技术。利用虚拟现实技术，计算机可以产生一个三维的、基于感知信息的临场环境和交互性。虚拟现实技术将使计算机图形接口的视窗消失，用户可以直接进入到计算机模拟环境中去与计算机进行自然直观的交互。操作人员在虚拟现实的模式下，在驾驶室里或在办公室里对工程机械进行控制，达到人机合一。这种虚拟现实模式适合于特殊环境工况（如抢险救灾、污染处理和核故障处理等）。在虚拟现实研究中，需要以下几方面的技术支持：（1）位置识别技术。工程机械安装有自动体识别系统，具有自动识别所处位置的能力；（2）位置诱导技术。工程机械按照事先设定的路线作业，假如位置识别技术确认其已偏离既定路线，应用位置诱导技术可控制工程机械自动复位；（3）作业对象的识别技术。作业对象的识别技术能够随时掌握作业对象的形状、位置和大小等信息，保证工程机械准确、快速、可靠、高效地施工；（4）机群安全控制技术。在多工种机群作业现场，施工机械、设备和材料的存放，都会给远程控制的工程机械作业造成的障碍。因此，远程控制的工程机械应具有感知、警告、停止和安全域诱导等功能。由中央控制室进行各种作业机械的位置和作业状态等项目的协调控制；（5）物性评价技术。在无人化的施工作业中，地层的物性必须由机械本身来判断，机械应具有评价作业物性、品质以及相应修改、变更作业条件的功能。从“神十”的发射前的报道可以看出，在虚拟现实中展开了的宇宙飞船的基本结构，军工企业帅先使用了这一技术。4G技术将逐步使用，其传输的速度可以达到100M，传输速度不是问题，计算机云计算功能的使用，将大大提高了数据处理能力，所以，虚拟现实技术的民用离我们不会太遥远。
1.4可持续发展与绿色化是环境保护的需要
工程机械行业优化、创新产品设计，应用新材料、新工艺、新技术，减少废物排放与资源消耗，增加可靠性和舒适性；通过计算机故障诊断技术、新型发动机节能技术等，提高设备的使用寿命，实现可持续发展。绿色制造技术是指产品制造过程中对环境影响最小，对资源利用率最高的生产技术。绿色制造的目标是使产品从设计、制造、运输、使用到报废处理的全寿命周期中，有害排放物和废弃物最少，环境污染最小。目前工程机械国际市场竞争的重要指标之一就是良好的环保性。
1.5企业发展规模化、专业化和集约化是市场竞争的需要
大型工程机械企业集团将扩大规模，增加产品种类，成为综合性的工程机械企业。零部件企业将由目前的规模小、分布散，向专业化方向发展，并与主机企业形成合作伙伴关系。主机厂的非核心零部件逐步由零部件企业生产，零部件企业将与主机企业同步快速发展，并超前开发模块化零部件，推动主机企业的发展。许多主机企业已经成为设备开发与组装厂。发动机、电子系统、液压系统、桥、箱及其他零部件越来越多的依靠专业零部件企业供应。工程机械企业将遵循市场竞争发展的需求，进行集约化生产。逐步形成不同区域环境特点的产业集群。在产业集群内，产生一批互相支持、密切配合的大、中、小企业群体。现在湖南长沙、江苏徐州、山东济宁等地已经看到了这一发展趋势。
2我国工程机械要解决的主要问题
我国的工程机械虽然发展速度很快，但与国际先进水平相比尚有差距。主要表现为：大型化、电子智能化、核心技术和高可靠性4个方面。（1）大型化：目前我国还不能生产大功率、大吨位传动元部件，大型、特大型工程机械的发展受到限制。像大吨位叉车以及6t以上装载机桥、箱、混凝土输送泵车用的汽车底盘全部依靠进口。进口产品价位、时间都受人控制，长久制约着国产大吨位工程机械产品的发展；（2）电子智能化：工程机械由于工作条件恶劣(如高温、严寒、露天、污染、水下等)，施工对象复杂，工程质量要求高，工作时间长，有些还无法用人的感觉器官控制。所以它是一种集现代高科技（如传感技术、控制技术、液压伺服技术、虚拟现实技术、可靠度技术等）于一体的应用技术。工业发达国家已经研制出集机械、液压、微电子与信息技术于一体的智能工程机械。我国目前只有在部分产品中采用；（3）核心技术：我国工程机械关键功能部件技术水平低，出口产品80%以上的关键功能部件都是靠进口。我国液压件的核心技术仍掌握在外国人手里，以液压件为核心技术的主机如挖掘机长期由外国人主导市场。专用控制器的核心技术是微电脑集成控制系统和电液控制阀两个核心技术。前者一直依靠进口；电液控制阀基本研究成功。湿式桥的核心技术正在研究中，主要研究解决湿式摩擦材料的性能、可靠性及寿命问题，湿式桥的密封可靠性问题、发热问题。尤其在高端产品领域，中国工程机械制造厂仍依赖于进口核心零部件，多数企业盈利能力较差，在核心技术上，自主开发创新能力不强。国内大企业竞争中，比的是产值和规模；往往忽视制造能力的提升,结果产生了大而不强的格局。反而有些小企业创新方面舍得投入，如浙江的一家年产值只有5亿元的中小企业，投入了液压泵、液压阀的研制，还取得了一定的效果。中小企业毕竟能力有限，国内大型企业集团应该主动承担开发核心零部件的重任，逐步减少对国外关键件产品的依赖，这是行业人士共同的梦想；（4）可靠性：我国工程机械在可靠性方面与国外有很大的差距，产品可靠性普遍较差。无故障时间和第一次大修时间，只有工业发达国家产品的1/2～1/5。只有少数产品的可靠性和耐久性性能指标达到国际先进水平。其主要原因是产品的精细化制造问题。工程机械可靠性指标是指从设计、制造、使用、管理、服务到维修等多个子系统的综合性能（安全性、适用性、耐久性）指标。我国传动元、部件生产基本上是粗放型经营，国内许多大型企业将零部件外委给小型企业，基本上是以组装为主，通常只能检测外形尺寸，对材质、热处理工序没有有效的检测手段，造成质量问题频发。例如：2007年在德国BAUMA展会上，中国的一台66m泵车发生严重质量事故，断裂的臂架当场从高空折断就是一个典型案例。国内在学习国际先进的管理方法时，制度写得好，执行不到位的现象比较严重，可靠性比较差就不难理解。如：“6S管理”和“精细制造”有相当一部份企业，只注重摆放整齐和现场的卫生。产品质量没有太大提高。从国际品牌企业考察发现，产品生产的每一道工序，每一个工作步逐都有非常详细的量化数据，刀具、量具的磨损有定期的检测，没有管理上的“死角”。控制好每一个生产细节，才是提高产品质量的关键。
1工程机械标准问题：标准的更新及制定要求更高的企业标准的速度跟不上工艺水平发展的速度。例如：JB/T5932.1-1991，密封履带总成；以及四轮的标准：JG/T58-1999、JB/T2983.2-2001JG/T59-1999、JB/T11011-2010,俗称“四轮一带”。标准的制造精度定位在8～10级之间，使用寿命定在1500小时。2000年之前，国内的机加工的经济精度一般也是8～10级，当时的标准是比较合理的。2000年以后随着数控技术的推广，数控机床的普及，材料和刀具的更新，目前机加工的经济精度可达到了6～8级。国际品牌的“四轮一带”的标准就定在6级精度，设计寿命8000～10000小时。制造标准是衡量一个国家的制造水平，也是指导企业生产的指南，实时更新工程机械的国家及企业标准，制定要求更高的企业标准对做强工程机械尤为重要；
2工程机械设计中容易忽视的问题：尺寸基准不统一；加工精度不统一；形位公差缺失“三个问题”，是产品质量的“设计隐患”。制造基准不统一，积累误差会超出设计公差，即是单独生产的零件是合格，在装配时也会出现干涉，甚至装不上的现象；精度不统一，产品质量高、低精度搭配，只能以低精度来衡量产品质量，整体质量提不高，增加了制造成本；形位公差的精度是影响装配精度和运动精度的关键，对于运动的零部件，尤其重要。形位公差控制不好，将造成运动部件偏磨，发热、产生噪音，振动等现象。工件提前失效，如：混凝土泵输送活塞、S管；挖掘机的“四轮一带”等。因此，设计人员对此要引起高度重视。
3待攻克的制造工艺问题：制造工艺的需要解决的问题很多，这里仅列举几个混凝土机械行业的问题，供业内人士参考：a.混凝土输送缸的镀铬层工艺对环境污染很严重，不符合绿色制造的要求，高频渗铬技术正在研发中，有望替代现在的镀铬工艺；b.高铬铸铁的耐磨性能是常规淬火钢的3～5倍，从混凝土输送弯管的高铬铸铁使用情况发现，同一种成份的组织，金相结构不同，寿命也相差2～3倍，铬的碳化物成六边形，组织分布均匀的产品使用寿命最长，试验数据表明，这种组织的耐磨性能是最好的，比国外同类产品还要好，但这种组织形成的几率比较低，工艺条件还要进一步摸索，形成匀均组织的铸造工艺的参数是今后重点研究的方向，也是为减少资源浪费的重要途径。c.陶瓷材料是目前抗腐蚀好、耐磨性好、性价比高的耐磨材料，其耐磨性能是常规钢材的5～10倍，价格是钢材的2～3倍，是混凝土泵车输送管入口端的理想耐磨材料，解决陶瓷材料的脆性问题是关键，烧结温度和压力是解决脆性的重要参数，摸索烧结工艺的参数是今后工程机械用陶瓷研究的发展方向，有广阔的应用空间。
4管理层容易忽视的问题：a.材料热处理淬火工艺容被忽视：热处理工艺是提升工程机械零部件质量的关键工序，但国内热处理工艺设备普遍存在差且老化的现象，利润率低，中小企业生存困难，投入不足，技术更新不及时，将影响产品质量的提升，对于没有热处理工序设备，工序对外协作的主机厂，如果忽视这个问题，将会引起产品质量的大幅波度，为了避免类似“参展泵车折断臂架的事故再次发生”，热处理淬火工艺的严格控制是不容忽视的；b.成熟技术的连续性容易被忽视：技术的变更，往往被认为是创新，变更好了产生效益，变更不好将产生负面影响。如：薄壁管件内孔层硬化，高频淬火是成熟的工艺，多年来用户反应良好；为了提高生产效率，业内企业有人将其改为超音频淬火，提高了生产效率一倍，结果在市场上出现大量的混凝土输送管爆裂现象，造成了管件质量的大幅波动。为了降低爆管现象，被迫增加管壁厚度，增加了12.5%的材料成本，才将质量基本稳定，但产品的利润大幅降低。从这个例子发现，盲目的“创新”只会适得其反，保持成熟技术的连续性是管理层不能忽视的大问题；c.新技术的自主开发容易被忽视：新技术的开发是抢占至市场至高点的关键，但新技术从开发使用到推广有一个漫长的过程，当经济形势好市场旺盛时，开发新技术费时费力且看不到效益，容易被忽视；而当市场萧条产品卖不出去，资金收不回来，资金相对紧张时，更容易被忽视。纵观历史，曾经的电冰箱行业，造纸业等许多企业都有一段辉煌经历，是时代的“幸运儿”，但后续发展跟不上时代的要求被淘汰出局。时代在发展，技术更新速度是3～5年上一台阶，靠购买技术和并购优质公司是不可持续发展的。如果把技术引进比喻是“输血”，那么技术的自主开发就是增强“造血功能”，只有“造血功”能加强了，才有保证可持续发展的动力。有些管理者总认为找不到高端技术人材，忽视国人的开发能力，中国有一句名言“千里马常有，而伯乐不常有”，我国工程机械做强，缺的不是新技术，缺的是开发新技术的管理能力，如果这种管理能力不提升，时代的“幸运儿”将变得“不幸”，最终将被市场所淘汰。所以，新技术的自主开发是提升制造能力的关键，管理层不能忽视的重大问题。我国工程机械面临的形势是市场全球化、科技高速化、需求个性化以及竞争白热化。这就要求我们科学、准确地预测未来，快速应对。这就需要我们提高行业产品性能和综合实力，提高核心技术竞争力和可靠性。加强基础工业的投入，提高行业标准，消化吸收各种加工艺，量化工艺标准是精细化制造的基本保障。前30年我国工程机械取得了快速发展，使工程建设的速度成倍的提高，城市建设如雨后春笋，道路，桥梁四通八达，解决了民众的住房和道路行走的问题，令世人瞩目。但是，我国的综合制造能力不强，还停留在组装阶段，核心零部件还要从国外进口，是提升市场竞争力的“瓶颈”。随着我国城镇化建设、交通建设以及整个国民经济建设的发展都预示着工程机械行业的美好前景。预计未来20年内，我国工程机械行业都能保持持续稳固增长。中国能否从工程机械制造大国变为工程机械制造强国，就看在“十二五”期间，国内企业工艺制造水平能否快速提升，能否把发动机、高压液压泵和马达、变速箱、大型汽车底盘等机械零部件和微处理器做大做强。因此我们必须发展科技，节约资源，减少废物排放，提高经济效益，促进部分资源循环利用，实现经济、政治、文化、社会、生态文明协调发展，真正实现习近平同志提出的“中国梦”。
作者：高文安 刘建华 单位：山西建筑职业技术学院 中联重科股份有限公司
