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数控机床才是中国的命门
2018-7-13  来源:--  作者:--

        摘要:​我在数控产业从业11年,经历了我国数控产业爆发式发展的阶段,亲自见证了该领域的可喜成绩,也能够感受到当前存在的种种问题。

        我在数控产业从业11年,经历了我国数控产业爆发式发展的阶段,亲自见证了该领域的可喜成绩,也能够感受到当前存在的种种问题。

        1/ 数控产业对基础工业与制造业的影响

        一、数控产业基本内容

        什么是数控?通常意义上认为是计算机数字控制的简称,即CNC(Computer Numerical Control);

        什么是数控机床?数字控制机床,一种装有程序控制系统的自动化机床;被尊称为“工业母机”;

        什么是数控系统?利用数字指令控制机器动作的系统,常用受控对象包括位移、角度、速度、力等模拟量和电流、功率、扭矩等数字量;也就是说,用数控系统控制加工的机床,就是数控机床。数控机床应该算是工业自动化最基本的制造单元了。

        什么是数控产业?一般泛指数控机床产业。但本人认为,除数控机床外,数控产业还应包括数控系统、伺服驱动器、电机、传感器、执行部件、机床本体和机床制造工艺、机床加工工艺等内容,涵盖了机械、电子、控制、自动化、软件、材料、工艺等学科。数控产业是一个集资金密集型、劳动力密集型、知识密集型等于一体的产业,如果把数控机床比作一个人的话,数控系统是人的大脑,伺服驱动器是人的肌肉,电机是人的关节,传感器是人的眼睛,执行部件(回转工作台或摆角铣头)是人的手脚,机床本体(床身/裸机)是人的骨架。通俗地讲,数控机床的出现就是替代了人的手工操作,使得生产制造更规范、更专业、一致性好,不依赖于人力。但其为工艺服务的本质是不变的。

        什么是机床制造工艺?机床制造工艺是指机床的生产制造过程,机床加工工艺是指机床加工零部件的使用过程,其中有一些关键概念,常见包括:1)   五轴联动:准确地说是五坐标联动。核心是刀尖点旋转编程(RTCP),意思是刀尖点可以到达空间中任意位置,作用是可实现空间任意曲面的加工,例如船用推进器的螺旋桨,汽车增压器叶轮、飞机发动机整体叶盘、汽轮机和燃机用叶片等关键工业零件。换句话说,就是复杂的自由曲面,没有这个功能就不能由图纸变成实物。2)   复合加工:多种工艺手段在工件一次装卡下完成,例如车铣复合、车削复合、铣削复合、磨削复合、增材制造(3D打印)与金切制造复合(加减一体化制造)等,是最大限度地提升工艺能力、保证加工精度的制造方式;尤其是加减一体化制造,对未来的影响极其重要,例如飞机异形结构件、鱼雷推进器等。

        很多军事工业技术的源头都有数控产业技术的身影,例如:航母用的电磁弹射技术,其技术原型就是数控产业的直线电机技术;中国的直线电机技术,现在已经基本成熟了。

        所以我们新建的航母采用电磁弹射,完全没有技术障碍,只存在工程解决方案的问题。美国IPG(阿帕奇)公司生产的1KW小型激光器禁止对华出口,因为它的另一个用途是具备杀伤性的激光枪。这种1KW小型激光器的大小,比我们常用的激光笔大不了多少。

        抗日战争时期,日本对东北三省进行的高精度测绘。其精确度非常之高,因为它采用了一个叫光栅的测量元件。目前,全球光栅产业商业化最成熟的两家公司,一家是德国的海德汉公司,一家是英国的雷尼绍公司。这两家公司几乎垄断了光栅技术的全球市场。而当下中国的数控产业只能采购到基本测量水平的光栅,高精度的光栅是对华禁售的。
 
        二、数控产业现状和趋势

        数控产业目前以美国、德国、日本、瑞士等国家为技术领先者。

        美国在电子信息方面占据垄断地位,全球的芯片和实时控制软件几乎都来自于美国。同时,美国制造业的发展得益于军事工业,尤其是航空航天产业发展的拉动。德国的制造业由大量掌握技术诀窍的中小企业支撑,由西门子等大型企业牵引,机械、电子、材料、工艺等各方面技术都发展非常均衡。也得益于战争经济的驱动。日本的制造业是在模仿创新(学习英国、德国、美国等)的基础上,由战争驱动的典型,尤其是其二战后,在美国的帮助下,技术经济得以快速发展。

        如果说德国是精密和品质的代名词,那么瑞士的代名词就是极致。在数控产业,同种类、同规格的系列产品中,瑞士产品的价格基本是德国产品价格的2~3倍左右。其它接近第一阵营的还有英国、法国、意大利、奥地利、瑞典和部分前独联体国家等。

        从市场上看,中国是全球机床产量最大的、采购额最高的国家,但销售额却不是前列。因为在高档机床领域,中国尚不能实现自给自足。所以中国主要是从上述国家进口机床,尤其是美日德。

        我于2015年曾去参观沈阳某飞机制造企业,看到195X年的设备还在使用,这令我惊诧不已。从表面上看,这是我们军工厂对设备保养能力的体现,而从工艺上看,这么落后的设备还在使用,足见我们技术能力的落后。

        通常大家都会认为,用几百万件衬衫换一架波音飞机是很丢脸的事情,但是更为可悲是刚才提到的对华禁售。在数控产业,即便我们愿意出更多的钱,但一些高精密的数控机床仍然不会卖给中国。

        尽管如此,但中国仍有95%以上的高档机床来自于进口。其余5%为自主生产,但其数控系统等关键部件仍然有95%来自于进口。再其余的部分关键核心部件是100%国产的,并且主要由大连光洋科技集团的子公司——科德数控股份有限公司生产。从技术水平的角度来看,这个企业拥有国内行业唯一的高档数控机床控制集成技术国家工程实验室,是国内数控技术的领军企业。

        未来,数控产业的趋势,是要向 “更好地服务于用户工艺”发展。它包括但不限于更高精度、更快速度、更高效率,要向柔性制造、绿色制造、增材制造和网络化、信息化、生产化等方面发展。但万变不离其宗,用户工艺才是数控产业的灵魂所在。

        三、数控产业与基础工业的关系

        这里,我们重点谈一点它的基础性作用。首先是数控机床的技术悖论:鸡生蛋?蛋生鸡?它受到工艺精度的制约。具体地说,机械或者电子设备零部件的生产需要机床加工。那么,提高了机床的制造精度,也就提高了零部件的精度,进而也就提高了机械或者电子设备的水平和精度。但是,高精度的机床也只能加工出不超过自身精度水平的零件。那么,机床产品本身的部件精力如何提高呢?如此,问题就来了:如何能够得到更高精度等级的机床呢?这就形成了所谓的鸡和蛋,谁产生谁的问题了。

        第二,数控机床不是普通商品,高档数控机床在“巴统”清单(现称瓦森纳协定)被列为战略物资。典型如“东芝事件”、“考克斯报告”等等。光洋集团曾从日本大隈株式会社(OKUMA)采购了一台五轴联动卧式车铣复合加工中心,机床已经入集装箱装船了,依然被日本通产省以涉及日本国家战略安全为由扣留。自此,光洋集团的核心技术人员禁止以任何公务理由进入日本国境。

        第三,基础工业有三基:装备、材料、工艺。基础装备的核心组成部分就是被称为“工业母机”的数控机床,其次还有工业机器人等。其它基础材料还有很多,例如稀土材料、特种材料、有机材料、生物材料等。而基础工艺则是利用基础装备加工基础材料,得到基础零部件和基础装备的过程。可以看出,数控产业几乎涵盖了基础工业的大部分内容。因此可以说,数控产业的水平代表了一个国家的工业水平。从这个角度来看,我们很容易理解这样一些现象:

        是谁支撑了美国的陆军、空军、海军等军事力量?又是谁支撑了英特尔、微软、高通、洛马、波音、GE等等世界级知名公司?是技术强劲的数控制造业;

        德国发起了两次世界大战,并且均以失败告终。但至今德国的经济、技术力量依然坚挺的原因,是德国坚持以工业经济为发展主线,所以它抗风险、抗打击、抗“泡沫”的能力均不同凡响。例如德国蔡司,是国际光学领域的绝对领导者;

        日本是这个世界上唯一一个把美国打疼了的国家,也是唯一一个跟美国进行过大规模海战的国家。日本源何有这种能力?因为日本右翼的核心财团之一——三菱株式会社拥有5个世界500强公司,三菱重工的造船能力是世界领先的;

        二战期间,在亚平宁半岛,有一个中立国与法国、德国、意大利都接壤,但却未经战事,这个国家叫瑞士。瑞士不仅有美丽的风光,还有精准的手表。但如果瑞士没有强大的制造业,全民皆兵又如何?

        作为老牌资本主义国家,目前值得英国和法国骄傲的资本是什么呢?英国有一个罗罗(罗尔斯罗伊斯Rolls-Royce)公司,它的兄弟公司产品是为人们所熟知的劳斯莱斯(Rolls-Royce)汽车;法国也有两个公司,一个是空中客车(Airbus),一个是阿尔斯通(ALSTOM)。它们是大规模工业化的代表,并带给老牌资本主义国家以持续的工业发展后劲。

        还有一例,就是在斯大林格勒保卫战中,斯大林格勒“红十月”拖拉机厂生产的坦克可以直接上前线投入战斗,在那场消耗战中有效地为苏军战备提供补给。在苏联解体以后,世界上仍然存在唯一 一个可以以军事力量震慑美国的国家,它叫俄罗斯。

        凡此种种,不胜枚举。我想说明的是,虽然我们中国有卫星、火箭、导弹、飞机、大炮、汽车、舰船······但我们却没有加工这些战略装备的关键零部件所需的高档数控机床!这不得不说,是极端令人遗憾的。我们的数控产业,不论是技术水平还是产业成熟度,与发达资本主义国家、工业化国家相比,只能算是初学者。从产业成熟度来看,我们并不比上世纪20年代的日本、一战后的德国、十九世纪末的英美等国强多少(还好我们有核武器),这与我们国家一直处于制造业的底端是相匹配的,我们的工业化水平亟待提高。

        四、数控产业与制造业企业的系统性影响

        制造业企业的生产制造饱和能力是由数控产业决定的。不论何种制造业企业,其生产工具或生产资料,都直接或间接的需要数控机床作为母机,参与生产过程。因此,制造业企业的生产极限,主要由数控产业决定。例如,汽车工业,汽车的产能受制于零部件的产能和装配效率,而零部件则几乎全部是由数控机床加工生产的,国内汽车整车厂和零部件厂,凡是精密加工环节,几乎都来自于进口机床,所以数控机床的产出效率和质量,决定了汽车的产能和质量。

        制造业企业的生产制造工艺体系是由数控产业决定的。由于我国不具备成熟的高档数控机床研制能力,因此,制造业企业在制定生产制造工艺的时候,只能选择进口机床或者装配了进口数控系统的国产机床来加工工件。因此,用户制定的制造工艺直接受制于数控系统的功能开放程度。简言之,我们的想法再好,还需要进口产品的支持,想法才能变成现实。

        制造业企业的技术改造升级或者技术产品迭代受制于数控产业。在利用原有数控机床实现技术改造升级或者技术产品迭代的过程中,数控系统软件功能和开放程度直接影响其实现;而在数控机床或数控机床核心部件改进升级的时候,制造业企业为了保障自身的制造能力和制造优势,往往不得不对现有的生产装备进行改造升级或者新购置。

        制造业企业的基础技术工人队伍的知识和技能体系受制于数控产业。数控系统的品牌体系和功能体系直接决定了基础技术工人队伍的知识体系和操作技能,例如使用日本发那科(FANUC)习惯的技工,同样方法就操作不了德国西门子(Siemens)产品。为了降低管理成本,积累技工经验和进行知识系统集成管理,企业所有数控产品可能全部采用同一个品牌的数控系统,技术工人只能掌握和使用同一品牌系统的功能。这一条是很致命的。我们很多的现场技术工人,如果给他换一个品牌的数控系统,他就真的不会干活了,所以,我们的产业工人都成为了国外技术的“奴隶”。

        制造业企业的生产制造安全受制于数控产业。制造业企业的生产制造安全,尤其是信息和数据安全,一切都是由数控机床决定的,所有的加工过程、加工数据、产量信息等等,一切都没有秘密可言,完全被数控系统所掌握。

        古语云:“工欲善其事,必先利其器。”此“器”即为数控机床,尤其是高档数控机床。没有制造高档机床的能力,在所有后发制造的环节上,我们都会受制于人。

        2/ 数控产业关系国家战略、经济、工业安全

        一、国家战略安全:主要反映在军事安全上。高档数控机床以及其关键部件(高档数控系统等)都属于国家战略物资,禁止公开国际采购。我们国家军工企业进口的高档数控机床,少则倒手两三次,多则倒手五六次,方才能够买回,而且没有任何售后服务。一旦爆发战事,我们的军工厂应该如何应对?

        二、国家经济安全:我们国家的制造业虽然门类齐全,但是并不具备独立自主的生产能力,关键部件和关键装备、设备依然大量依赖进口。经济体系不能独立稳定运行,例如外采的铁矿石、原油、民航大飞机、高档数控机床、特种钢材、高档轴承、减速机等。禁止进口等同于经济制裁。

        三、国家工业安全:我们国家的工业现场,到处都有各种进口的PLC、现场总线、工控系统(ARM结构或X86结构)、数采系统、数控系统等产品。所有工业数据的记录、采集、传输、存储、分析等工作,完全在进口产品研制国家的掌控之下。也许,美国的一条指令,就可以让中国的工业经济瘫痪。

        3/ 数控产业的发展难点

        既然存在这么多的问题,存在如此之多的威胁,既然数控产业具有如此之高的战略地位,那么它的发展难点到底在哪里呢?个人认为有如下几点:

        一、产业基础性太强,牵扯的应用领域太宽。服务用户工艺的多样性和复杂性,是制约国产数控产业提高产品成熟度和适应性,实现产业化发展的重要外在因素之一;

        二、数控产业是技术、人力、资本综合密集型产业,不是简单的有钱、有人、有技术就能发展的。三一重工曾经投入巨资成立三一精机发展数控产业,那一年也恰好是三一重工CEO荣登中国富豪榜首位的那年。发展至今,不但没有进展,而且几近解散,前后至少三五百亿人民币打了“水漂”。说到底,是数控产业冗长的人才链、技术链和产业链,以极强的产业关联度,建立起了极高的产业门槛,而国内企业大部分还没与跨入这个门槛。

        三、国家在发展数控产业的问题上,仍不得其道。高层在认识上是清晰和准确的,各部委在执行上却表面出短视和低效的一面,各地方在发展上也趋于盲目和急功近利。因此,发展数控产业,看上去轰轰烈烈,到头来,依然原地踏步。若与国外相比,则是在退步。

        四、数控产业所需的人力资源极度匮乏,这才是当前最难解的题。

        4/ 数控产业的人力资源

        一、人力资源特征:一、专业复杂性:论专业知识,必须是复合型人才,这是前提条件;二、 政治觉悟高:必须爱国、爱党、爱人民,为了国家和民族利益,可以奉献一切;三、培养周期长:一名合格的、成熟的现场操作技工,培养周期至少需要3~5年;四、培养成本高:为提高经验值,需要在各类高档机床上,消耗大量材料和刀具;五、流动率极高:略有技能者,企业工龄往往不足五年,行业大咖反倒相对稳定;六、成材率极低:真正科班毕业能走到总师级别的,在行业里寥寥无几。

        二、主要的困境:一、在工程实践上,高端人才严重匮乏。高端人才几乎在其雏形时,便被诸如西门子中国研究院等跨国机构高薪供养起来,直至其工程技术才华消磨殆尽;二、缺乏切合工程实践的人才培养体系和机制。没有大专级技校,技术工人的能力层次要求一直没提高上来。我们国家忽视了产业工人的培养,企业间只能靠拿来主义和挖墙脚;三、我们中国的技术学校、技工学校在社会上倍受歧视,暂不具备培养优秀技术工人的理念和能力;四、中国产业工人的收入不足状况和社会地位,不足以支撑下一代人的理想,人们不屑于培养孩子向这一群体看齐,更谈不上从娃娃抓起;五、缺乏脚踏实地、甘于寂寞、厚积薄发的工匠精神。基础技术研究不可一蹴而就,国内政策环境、学术环境、研究环境,基本没有容忍度。在数据行业中,对人才的培养往往是“十年磨一剑”的过程,但他们穷尽努力,往往只能做到助理工程师。六、学术界、技术界一片国外的喉舌,奉进口为万能,视国产为无能。教育界对此也没有足够的重视,刚才说到的,技术学校缺乏社会地位和技术人才培养能力就是证明。此外,学术界的大量研究是基于国外产品的研究,没有真正自主研发的成果。七、浮躁的社会风气让大部分企业家和大多数行业从业者丧失了自主创新的愿望和动力。习主席和李总理都提出过,信心最重要。但数控产业却整体缺乏信心。

        三、如何突围:一、学习德国的“学徒制”培养产业工人,这是重要的社会基础;二、产业高端人才的培养不能指望高校和科研院所,还要靠领军企业;放弃心理依赖;三、教育界客观地评价和引导学生的知识体系构建,与企业一起加强社会实践;四、加强社会精神文明建设,培育大国工匠精神文化;五、对数控产业举国之力,重点突破。

        关于德国的学徒制,需要做一点补充。在德国,大部分规模工业企业,全部有自己的技工学校,即自己所需的产业技术工人来自于自己的技校培养。这种培养是建立在理论和实践深度融合的基础之上的,也是常规化的。他们的技术工人在教学阶段,每周就有固定的2-3天是理论学习,其余天数进行实践操作。等到考察验收阶段,则完全由实践来检验。

        例如,德国机床行业的哈默(HERMLE)公司就是一个“奇葩”。这家公司只生产一种机型的产品,叫做五轴立式车铣复合加工中心,属于摇篮转台结构的,是航空航天必用的装备,交货期至少9个月以上,年产量仅500余台。那么,它的技校培养的产业工人,怎么去考核呢?是由学徒自己设计一种无动力小车,用哈默公司自己的机床加工出零部件,自己动手装配。考试场地为一段德国公路,从固定起点推一把这个无动力小车,哪个跑得远,谁就是第一名。没有达到最小行驶距离的小车,则不予以考试通过。这个考试涵盖了机械设计、机械制造、工艺规划、制造装配等多个环节,考察了学生的机械、电子、材料等各类专业知识。

        试问,这种产业工人培训,我们国家哪里有?这样的产业工人,各位HR,你们有不想要的吗?我们有很多的家长和孩子根本不屑于做一名产业工人,我们的教育歧视技工群体,视接受大学教育为荣,以做一名技术工人为耻。值得展望的是,数控产业高级技工的收入,目前在东北市场应该均能达到5-6K以上,在南方沿海地区,基本都能达到10K以上。这种市场现状是国家抓工匠精神的重要经济基础。

        我想,下一步,国家应该从改进教育体系入手,这是关键的一点。十九大以后的大部制改革,科技部、教育部的合并值得期待。

        5/ 从东北经济看中国经济乃至世界经济

        我个人从东北经济看中国经济乃至世界经济,从工业化的角度看东北没落与振兴、中国工业化的危机与警示,所出为一己之见,不当之处,请大家请斧正。

        在以上一些认识的基础上,从更深的层次看,数控产业的发展与国家的工业化建设密切相关。也就是说,数控产业的水平和成熟度与国家工业化水平是正相关的,与国家的经济质量是正相关的,但与国家的经济总量是无关的。

        那么,作为曾经工业化的榜样、共和国的长子,为什么东北三省近几年来沦落到了经济增长的倒数三名呢?从产业发展的角度看,其难点在于技术突破,从制造变为“智造”。这是一个比较大的影响因素。在不完全的市场经济条件下,市场的确会受到宏观政策的影响,但是,这并不能证明市场是由政府完全掌控的。

        首先,排除东三省过去经济总量的基准问题,尤其是工业部分,它的基数占比是很大的。所以,经济总量增长的乏力,主要是工业经济增长乏力;其次,东北三省的服务业,多数是围绕工业发展的服务业。在工业增长乏力的时候,服务业增长也就失去了动力;第三,工业经济的惯性较强。从长周期经济走势看,在08年经济危机的时候,工业经济是最后受到波及的,数控产业更是在10年下半年才开始进入长周期下滑。而东三省在惯性下滑之前,没有对经济结构、经济质量改善作出有效的改进或改善措施。

        可以说,东北三省作为我国工业化程度和工业成熟度最高的地区,其经济的下滑,揭露的其实应该是我国工业经济的整体衰落,而不是表面反映出来的东北的经济问题。表现掩盖了其本质和核心的问题,使政府成为了后知后觉者。等到真正的问题暴露出来之后,政策工具却已完全失灵。

        典型案例有:一、我国的机器人产业进入高速发展阶段不过三五年而已,但已经进入到了严重的泡沫阶段,几乎都是大量的低档同质竞争。产业的高速发展和膨胀,并没有解决控制器、减速机、电机受制于国外的情况。全球机器人用的RV减速器,有70%来自于日本的帝人公司,这也是美日德等国家真正可怕的地方。而我们国家的机器人产业,其实质是机器人应用产业,它拉动的其实还是美日德等国的经济,而我们不过是再度沦为全球的低端制造工厂。与此同时,国外的高端机器人产业的发展却如火如荼,国内外差距在不断拉大。在这种情况下,我们能说,机器人产业的泡沫,是属于东北的,还是属于华北、西北的,或者是东南沿海地区的呢?我认为,这种产业危机是不成熟的工业化造成的,并不能代表地方性经济的增长或者是下滑,更不是所谓的中等收入陷阱。

        二、我国在海军和空军投入了大量资源,支持国防建设。辽宁舰投入使用后,传言要同时新建两艘航母。此外,还有沈飞的舰载机等大量战斗装备,直接拉动了国防工业的技术进步和产业升级。全国的军事工业投入在增加,军工单位和军工配套企业,基本都活的很滋润。所以,近三年来,科德股份产销的五轴机床,大部分被中航工业集团、航天科工集团等军工单位买去。所以说,东北的军事工业并没有受到东北经济下滑影响,依旧在高速发展。

        并且在我们国家,多数都是产业集聚,还做不到产业集群,例如我们的汽车产业园。产业集群需要从产业技术链和产业链上给予充分的支持,想要做到产业集群,应该形成一个小的相对独立的生态系统才行,例如需要各种整车厂、各种零部件厂、各种设计单位、各种经销商、金融机构、行业协会组织等等。不仅如此,这些企业还要有机地形成产业链互动,具有统一清晰的技术脉络。这样的集群的最大优势在于具有产业掌控力,而产业集聚却没有这种能力,可能只有产值和解决就业问题。

        所以我说,排除东北政治因素的影响之后,东北的经济问题,不是东北本身的问题,而是中国工业经济的问题。

        谈到中国工业经济的问题,或者说工业化的问题。个人认为,工业化属于系统科学,包含了丰富的自然科学和社会科学内容。在现在的资本主义国家中,完成工业化的国家着实不多,但基本都有着百余年的工业化发展历史。而对于中国这个社会主义国家,工业化历程不过二三十年,工业化之路还依旧漫长。伦敦雾都、日本水俣病、德国鲁尔区粉尘等破坏环境、粗放型发展的问题,也是中国当下正在经历着的。

        从社会发展的角度看,国外资本主义走过的路,中国这个社会主义国家也未必有理由跨越过去,那可能不符合历史的发展规律。所以,解决工业化的问题,就要从系统层面出发。例如,解决基础技术、基础部件受制于人的问题;解决教育体系缺失和不完善的问题;解决我国工程科学人才体系建设的问题;解决我国社会科学和自然科学发展的社会文化建设问题等等。

        工业是国之根本,希望中国能够扎扎实实地发展它,而不要走上工业化大跃进的道路。德国和法国支撑起了欧盟,靠的是工业,不是金融;美国打遍世界靠的是军事工业;日本在最狂妄的时候,遭到了美国的“狙击”,但依旧持续投资于工业制造业,不惜大幅贬值日元。反观历史,我们会发现,它们的发展策略都对了。

        所以,对于中国工业化的发展之路,必定要认清现实,抓住主要矛盾,以科学的方法,持之以恒地向前推进。

        我也发自内心地希望我们数控产业能够再努力些,能够为中国的工业化发展做更多的努力。让我们的工业企业都可以用得上国产的数控装备,不用再看美国的“脸色”,不用再“害怕”英特尔。但是目前的状况是,如果英特尔想让中国所有联网的电脑全部变成“肉鸡”,那可能只需要一秒钟。同理,没有国产机床,芯片的生产就是一个梦。

        感谢大家聆听我的分享。以上均为个人观点,不当之处,还望海涵和指正。

        作者简介/江世琳,大连光洋科技集团董事长助理,1982年生于辽宁大连,2005年信息工程专业毕业。
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