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德国机床先进经验对我国行业发展的启示
Jun 20, 2013   作者:工信部课题组
    为了学习和借鉴发达国家高档数控机床产业发展战略和产业政策,提高我国高档数控机床产业水平,促进我国高档数控机床产业发展,经国家外专局批准,工业和信息化产业部于2012年11月7~27日在德国成功举办了“国际高档数控机床产业发展战略及产业政策高级培训班”。来自工业和信息化部机关、部分省(市、区)工业和信息管理部门、部属有关企业和高等院校等24人,在柏林工业大学、卡斯鲁尔大学、亚琛工业大学和弗朗德霍夫IWU等高校研究所,以及MAG、DMG、TRUMPF、EEW、HEIDENHAIN、COBURG等企业进行培训、参观和交流。经过全体学员的共同努力,此次国际高档数控机床产业发展战略及产业政策高级培训班学习工作取得了圆满成功,并写出了总结。下面将他们在德国数控机床先进技术、德国数控机床专业人才培养体系、德国高档数控机床产业发展做法和经验,以及心得体会呈现给大家,供大家学习和借鉴。
     
  德国数控机床先进技术
     
  近年来,德国数控机床继续在高精、高速、高效、复合等方面努力,深层次体现了高效节能的特点。

  1.提高数控加工效率的先进技术
     
  提高数控加工效率以提高切削速度、进给速度、加加速度,减少换刀时间、上下料时间等手段为代表,如直线进给速度达150m/min,加速度1g。
     
  ⑴采用直线电机、力矩电机,缩短传动链,提高系统的动态特性。
     
  ⑵轻量化设计:运动部件结构优化,采用碳纤维等复合材料,降低运动部件质量。如汽车部件轻量化制造,使用碳纤维材料涂胶压铸、温度控制在150°C,真空挤压、热压固化。材料强度高、重量轻,较金属材料轻约30%,可作为汽车外壳等主要部件替换材料。宝马、奔驰用此材料做底盘、车身。EEW公司在机床运动部件中大量采用碳纤维材料,用于大跨距龙门移动式机床,实现高动态高速运动。
     
  ⑶采用电主轴,提高主轴转速。
     
  ⑷交换工作台,换料时间2.2s,提高上下料效率。
     
  ⑸机器人上下料,代替人工上下料。
     
  ⑹高加加速度,从50m/s3提高到150m/s3,加工效率提高30%。
     
  ⑺二次换刀,换刀时间缩短到1s以内。

  2.复合加工的先进技术
     
  除以往常用的铣车复合加工机床和双主轴加工机床外,德国亚琛工业大学探索铣削和激光表面处理复合,在硬度低、韧性好的基体材料上铣削加工,然后通过激光加工在表面上焊上一层具有特殊性能的材料;德国EEW与Hugo Rost公司合作,在风电叶片五轴加工机床上复合X射线探伤设备,实现了铣削和探伤在一次装夹中完成。
     

  3.提高加工精度的先进技术
     
  ⑴对数控机床中的发热元件冷却,如直线驱动的初级和次级、数控转台、主轴等冷却,减少热变形对机床精度的影响。定位精度6μm,重复定位精度4μm。
     
  ⑵GPS定位技术在提高装配精度方面的应用。

  4.模块化机床技术
     
  德国机床企业具有非常细的分工,模块化的理念贯穿于机床生产全过程:
     
  ⑴机床模块化设计:将机床进行模块化合理划分,机电液一体化设计。
     
  ⑵按照模块化设计结果,电机、丝杠、导轨、刀库等部件直接采购,机架、立柱、横梁等部件外协加工,使得大部分机床企业不进行或少量机加。
     
  ⑶模块化装配:为了提高机床装配效率,先行进行部件级装配(包括机电液气),模块间具有便捷的接口,使得模块具有更强的独立性,方便运输传送和装配。

  5.智能化自动化机床技术
     
  德国高技术发展战略在机床方面体现之一就是数字工厂,生产、加工过程的自动化、节能和适应各种不同要求。

  在海德汉公司内部小型部件物流采用全自动智能化AGV车,实现了自动规划、自动避障、自动开关门、自动上下电梯等功能,具有很高的智能。

  德国机床设备的发展趋势是自动化、高效、节能,机床设备在满足基本加工功能之外,逐步向为用户提供集成化、自动化的解决方案。如通快公司在中国不仅销售机床,更重要的是为中国汽车制造企业规划和提供整体的汽车制造车间、生产线和设备,其产品广泛采用了自动化上下料装置,使机床的加工效率和自动化程度大大提高。

  宝马汽车摩托车构架自动制造线以前由人工制造,卡斯鲁尔大学机床研究所通过机床、空间成形技术,用机床数控系统控制、机器人加工成形、自动切割、过程自动控制、测量机工位进行测量、后续打孔等工序的加工,自动组装并焊接加工。正在做不同车型自适应加工流程方面的研究,未来将全过程由机器人自动化完成。

  6.其他机床技术
     
  ①三点支撑,不用打地基。②人机工程学,更好的接近性。③绿色制造先进技术。④微量润滑,低温微量润滑MQL。⑤液氮冷却技术。⑥节能型设备。

  德国全面停止核电,计划到2050年全面采用可再生能源,这不仅对能源领域提出了挑战,也对机床制造行业提出了节能型设备的要求。

  德国数控机床专业人才培养体系
     
  职业教育和大学。在德国,职业教育受到关注的程度甚至高于普通教育和高等教育。究其原因,职业教育不仅涉及大多数人的利益,而且关系到国家的发展前景。据经济合作与发展组织(OECD)统计,德国大学毕业生占同龄人的比例为20%左右,而将近80%的年轻人接受的是职业教育,并以此走上工作岗位。

  1.双元制职业教育体系
     
  德国实行双元制职业教育体系。小学学制4年,毕业后有三类中学可供选择:
     
  ●普通中学(6年,读完可以到实科中学和文理中学继续学习,只要补完13年的学习课程就可以上大学)
  ●实科中学(7年,还差2年,在各种学校补完2年后,可以继续上大学)
    
  ●文理中学(8年,以前9年,毕业后可以直接上大学,不需要高考)。
     
  大学生占1/3,其他2/3进入双元制教育体系,归德国工商会管理。

  德国必须读满9年制义务教育,才能开始职业教育。德国分了360种职业,所有职业都需要职业证书,实行职业准入制度。根据职业不同,职业学校有2~4年培训。机电一体化专业通常为3年。

  德国《职业教育法》给予职业教育体系规范的法律保障。它不仅确定了职业教育的目的,规范了职业教育的概念,还对培训场地、培训职业认可、培训条例、考试要求、证书发放、培训时间、培训合同、双方义务、对培训学校的要求、培训期间的补偿、职业能力、解除合同、试用期、对老师的要求与监管等,都做了明确的阐述。

  学生和企业签订了职业学习合同,就取得了州属管理的职业学校上课资格,每周一天在学校学习,4天在企业学习和操作,有专门的培训教师负责授课,要按照国家制定该专业培训大纲。
另外,联邦政府采取多种措施促进职业教育能够充分适应新的经济形势。其一,将行业职业教育由传统机电制造业向高新技术制造业,如纳米技术、光电技术、生物技术和系统扩展技术。其二,保证在经济不景气时期企业仍能提供年轻人职业培训岗位。德国政府提出,如果一个企业不能承担全过程的岗位培训,它可以与其他企业共同组建培训联盟,联邦政府给予必要的资助,但组织要由地方政府负责。国家培训和专业人才培养公约规定,经济界有义务每年提供30000个培训岗位,帮助学生实习,快速适应工作岗位,并逐步促使职业教育更符合创新的要求。

  2.越来越多企业加入职业培训

  企业没有义务进行培训,凡是愿意的企业,到工商会进行登记,工商会对其资格进行审查,有资格的企业可以开展职业培训工作。培训过程是免费的,企业给培训学员发基本工资,上保险,但与中国的学徒工不同,德国的培训学员以学习为主,不是廉价的劳动力。工商会在培训中间对学员培训情况考核,全部培训完成后有结业考试,通过后由工商会发放技工证书。

  越来越多德国企业加入到职业培训中来,其主要原因有二:
     
  ⑴企业需要技术工人,自己培训的技术工人针对性更强,更能适应自己企业,而招聘其他企业培训的技术工人有很多问题。

  ⑵自己企业培训的技术工人,对企业有很强的认同感和亲和力,很少有员工跳槽,也非常有利于技术传承。

  德国企业把技术工人看做是公司的宝贵财富。2009年经济危机期间,通快公司的销售额下滑40%,但是没有解雇一名工作人员,危机过后很快回到了工作岗位。而国内大多数企业对技术工人的重要性重视不够,原有的企业办技校的体制被取消,而新的培养体制还没有形成和完善,新进入人员需要较长时间的培训,而且人员流动性大,不利于技术传承积累和产品质量的稳定。

  3.国际化职工培训
     
  最近,纽伦堡与北京昌平区签订机电一体化专业的职业教育合作协议,在中国的德国企业进行职业培训,毕业后拿德国文凭。

  4.职业培训示例
     
  在WALDRICH COBURG公司,设立了专门的培训学校(Training School),开辟了专门的培训场地,配备了大量的培训用机床、设备和材料。

  培训学校设有Master of Training Workshop负责总体培训工作,下设机械导师(Instructor Mechanics)和电气导师(Instructor Electronics)。

  培训课程分为Industrial mechanic、Machine cutting mechanic、Electrician和Design draftsmen等4个技术工种,以及Mechanical Engineering的学位教育。

  德马吉(弗朗德)工厂的员工中8%属于技校学生,在德马吉培训2~3年后,可以直接任职生产岗位。同时,德马吉公司的车间蓝领工人与办公室白领人员的工资相差不大,只是工作环境有一些差异。上述做法都很好保证了德国企业技术人才的技术传承和持续创新。

  5.职工全程培训
     
  目前,德国对于技术人员和工作工人的技术水平的要求越来越高,对知识的更新要求也越来越高。一方面通过对新员工的职业培训,获得最新的技能;另一方面对企业现有员工进行后续培训,如在职业培训中有针对性的进行机械工程师的学位教育,职业培训后的员工继续学位教育,或其他职业培训等。企业通过全程学习维持和更新机床工业工作工人的技术。

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