裝備再制造領域的軍民融合
——徐濱士院士訪談錄

本刊編輯部

記者：徐院士，您好！是否能請您先介紹一下裝備再制造工程的概念？

徐院士：裝備再制造工程是以裝備全壽命周期設計和管理為指導，以廢舊裝備實現性能提升為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，以先進技術和產業化生產為手段，對廢舊裝備進行修復和改造的一系列技術措施或工程活動，是裝備綜合保障技術的重要組成部分和關鍵技術支撐。

我國國家標準GB/T 28619—2012《再制造術語》對“再制造”的定義為：對再制造毛坯進行專業化修復或升級改造，使其質量特性（包括產品功能、技術性能、綠色性、經濟性等）不低于原型新品水平的過程。再制造是制造產業鏈的延伸，也是先進制造和綠色制造的重要組成部分。再制造被列入國家“十三五”戰略性新興產業，《中國制造2025》提出“大力發展再制造產業，實施高端再制造、智能再制造、在役再制造，推進再制造產品認定，促進再制造產業持續健康發展”。再制造產品的質量特性不低于原型新品，而成本僅是新品的50%左右，可實現節能60%、節材70%、污染物排放量降低80%，經濟效益、社會效益和生態效益顯著。再制造流程主要包括廢舊產品的拆解、清洗、檢測、再制造成形、裝配、性能測試等步驟。

▲ 再制造流程圖

歐美等國家再制造產業起步早、規模大、產值高，以工程機械、汽車、辦公用品等為代表的傳統再制造產業持續穩步發展的同時，以航空航天、醫療、電子產品等為代表的高端再制造技術和產業也迅速發展。其再制造模式主要以尺寸修理法和換件修理法為主，存在著再制造率低、破壞零件互換性、結構損傷無法再制造、再制造毛壞損傷檢測手段單一等問題。美國是再制造的最大受益者，再制造已經成為美軍維持其龐大武器庫運轉而采取的戰略性措施之一。例如，美軍研制出了高柔性零件現場再制造系統——“移動零件醫院（Mobile Parts Hospital, MPH）”，能夠在臨近戰場需要的位置快速部署，成功對機槍等武器裝備零部件進行快速再制造，大幅提升了裝備快速精確保障響應速度和保障水平。美軍對“阿帕奇”AH-64A型直升機進行再制造升級，再制造后的“阿帕奇”AH-64D型直升機可一次同時攻擊的目標數是原機的4倍，生存能力比原機提高了7.2倍。此外，美軍還對大型運輸直升機、坦克、裝甲車、垂直起降戰斗機、洲際導彈等進行再制造。英國“挑戰者”坦克、“勇士”裝甲車用發動機、傳動箱的再制造任務主要由卡特彼勒公司的再制造工廠承擔，再制造提高了英軍裝備維修保障質量、效率與效益。由此可見，裝備再制造工程促進了裝備維修保障模式的變革，使裝備及時適應作戰需求，提高了裝備建設經費使用效益，同時武器裝備的再制造為新一代裝備的研制提供實踐經驗，對提升裝備的綜合保障效能和核心戰斗力具有重要意義。

▲ 美國零件野戰醫院系統的成形設備

▲ 美國零件野戰醫院系統的加工設備

我國采用了不同于歐美的以“尺寸恢復和性能提升”為主要特征的自主創新的再制造模式。我國再制造工程在維修工程、表面工程基礎上發展而來，大量應用了零件壽命評估技術、表面工程、增材制造等先進技術，可使舊件尺寸精度恢復到原設計要求，并提升質量和性能。我國以尺寸恢復和性能提升為主要特征的再制造模式，在提升再制造產品質量的同時，還可大幅提高舊件的再制造率。

記者：裝備的再制造與維修有什么區別？

徐院士：再制造不同于維修，維修是在產品的使用階段為保持其良好技術狀況及正常的運行而采用的技術措施，常具有隨機性、原位性、應急性。維修的對象是有故障的產品，多以換件為主，輔以單個或小批量的零（部）件修復，維修后的產品多數在質量、性能上難以達到新品水平。

再制造以高新技術為支撐，可使廢舊裝備的質量特性不低于原型新品。再制造不但可以通過延長裝備的使用壽命獲取經濟效益，還可以通過降低廢舊裝備的制造活動成本、能源消耗成本和設備工具消耗成本等提高產品附加價值。再制造是高技術維修的產業化，是維修發展的高級階段。

記者：為什么再制造后的產品質量會不低于原型新品？

徐院士：一部機電產品制造出來以后，經過若干年才會報廢，而這期間科學技術迅速發展，新材料、新技術、新工藝不斷涌現，對廢舊機電產品進行再制造時可以吸納最新的研究成果，既可以延長易損零件、易損表面的使用壽命，又可以對老產品進行技術升級改造，使其整體性能跟上時代的要求。而原始設備制造商只是把新的科技成果引入下一代的產品中，不輕易改動老產品的制造技術和工藝。同時，再制造過程中，需要對再制造毛坯、再制造涂覆層進行損傷評價與壽命評估，確保再制造毛坯和再制造涂覆層能夠承擔下一輪服役周期。這種原始制造與再制造的技術差別，成為再制造產品的性能可以達到甚至超過新品的主要原因。

記者：目前裝備再制造的關鍵技術應用主要有哪些？您在這方面的科研成就及創新性工作有哪些？

徐院士：目前成熟的再制造關鍵技術主要有：廢舊零件壽命預測和評估技術、納米電刷鍍技術、高速電弧噴涂技術、微弧等離子熔覆技術和納米自修復添加劑技術等。

我們實驗室針對航空發動機壓氣機葉片易磨損及葉片易受外來物磨損的問題，采用納米復合電刷鍍技術對壓氣機葉片進行再制造，提高了零部件的強度和耐磨性。利用納米顆粒復合電刷鍍技術和納米減摩自修復添加劑技術實現了非導電納米陶瓷顆粒與金屬離子的電化學共沉積及裝備運行中摩擦副表面微損傷的自修復。采用微弧等離子束再制造技術對我軍某型號航空發動機葉片進行3D打印再制造，解決了葉尖修理極限確定、逐層堆積過程中成形困難和復雜型面近凈成形等難題。利用等離子噴涂對重載裝備的關鍵薄壁零件進行再制造，其耐磨性最高可達同類新品零件的18.3倍，而成本只是新品的10%，材料消耗只是新品制造的1%。

納米自修復添加劑技術。它被稱為運行中的再制造技術。這項研究最早始于俄羅斯，他們在采礦鉆井時發現，鉆頭在采到地下某一深度的巖層時，鉆頭不僅沒有磨損，以前的磨損部位反而還得到了修復。他們很驚訝，深入分析才知道原來這一層巖石是具有自修復功能的蛇蚊石。蛇蚊石經過一系列復雜的機械作用及摩擦化學作用，形成一層具有保持作用的修復層，實現自修復。

這些年來，我們也研制開發出多種納米減摩自修復添加劑。當含有修復功能的微納米顆粒復合添加劑被加入重載車輛的潤滑油中后，微納米顆粒會隨潤滑油分散到摩擦副接觸表面，在一定的溫度、壓力、摩擦力的作用下，微納米顆粒會在摩擦表面沉積，并與摩擦表面作用，填補磨損面，形成一層修復膜。現在這項技術已開始在部隊應用。如我軍某型重載車輛由于零部件老化，發動機經常出現故障，我們將微納米減摩自修復添加劑加入20輛重載車輛中，重載車輛的動力性提高了，機油消耗也減少了。

自動化高速電弧噴涂技術。利用操作機夾持噴槍，通過編程實現噴涂過程的路徑規劃，實時反饋調節噴涂工藝參數，按照設定路徑實現自動化的噴涂作業。該技術用于重載汽車發動機缸體、曲軸箱體等重要零件的再制造，單件發動機箱體的再制造時間由手工操作的1.5 h縮短為20 min，效率提高4.5倍。曲軸、缸體等零件的再制造，其材料消耗為零件本體重量的0.5%，費用投入不超過新品價格的10%。再制造曲軸還減少了新曲軸制造中的400 ℃條件下8 h的碳氮共滲工序，節約了大量的能源。

納米復合電刷鍍技術。我們將納米材料與電刷鍍技術結合研發出了納米電刷鍍技術。具體做法是在普通鍍液中添加特種納米顆粒，主要是碳化硅、氧化鋁等陶瓷顆粒，得到鍍層后這些顆粒就均勻分散在鍍層中，工作時依靠納米陶瓷顆粒的高硬度及對裂紋擴展的“釘扎”作用，耐磨性比不含納米顆料的電刷鍍層高1.6～2.5倍，硬度是其1.5～1.7倍，抗接觸壽命由105周次提高到了106周次。納米電刷鍍技術目前已經廣泛應用到坦克、軍用車輛、艦船和飛機發動機等關鍵零件的修復上。例如，用在某型飛機發動機壓氣機葉片的再制造上，突破了國外對該飛機維修技術和設備的壟斷。

▲ 發動機缸體自動化納米復合電刷鍍設備

▲ 連桿自動化納米復合電刷鍍設備

超音速等離子噴涂技術。行星框架是某型重載車輛轉向機構重要的薄壁零件，易于磨損失效。采用等離子噴涂及自熔劑合金新材料，完成了行星框架的再制造。經過車輛的實車考核，再制造行星框架的使用壽命達到新品的3倍，成本及材料消耗為新品的1/10及1/100。

記者：作為國家戰略性新興產業，目前我國再制造產業狀況如何？

徐院士：首先，我國再制造產業政策環境不斷優化。我國的再制造發展經歷了產業萌生、科學論證和政府推進3個階段，我國再制造產業的持續穩定發展，離不開國家政策的支撐與法律法規的有效規范。我國再制造政策法規經歷了一個從無到有、不斷完善的過程，《循環經濟促進法》《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》《關于加快推進生態文明建設的意見》《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》《高端智能再制造行動計劃（2018—2020）》等法律、法規明確提出支持再制造產業的發展，我國再制造產業政策環境不斷優化。

其次，我國再制造試點企業數量和再制造產品種類逐步增多。截至2018年5月，我國再制造試點企業達到150余家，建立了9個國家再制造產業集聚區和再制造產業示范基地。同時，發布了7批《再制造產品目錄 》，涵蓋工程機械、電動機、辦公設備、石油機械、機床、礦山機械、內燃機、軌道車輛、汽車零部件等10大類130余種產品。

還有就是我國再制造技術體系逐步完善。我國再制造技術原來采用國外的換件法和尺寸修理法等單一技術，經過十余年的發展，探索提出以“尺寸恢復和性能提升”為特征的自主創新模式，中國特色再制造模式注重基礎研究與工程實踐相結合，創新發展了中國特色的再制造關鍵技術，構建了廢舊產品的再制造質量控制體系。涵蓋再制造工程設計、再制造關鍵技術、再制造質量控制技術等中國特色的再制造技術體系逐步完善，再制造產品設計技術、舊件性能評價、拆解和清洗、表面修復、無損檢測等再制造基礎理論和關鍵技術研發取得突破進展，確保再制造產品的性能質量和可靠性。

▲　再制造產品標志樣式

▲ 汽車零部件再制造產品標志

同時，我國再制造技術標準體系逐漸完善。目前，我國已發布了20余項再制造國家標準，涵蓋再制造術語、基礎通用標準、共性技術等。再制造系列標準的制定和實施對規范再制造企業生產、保證再制造產品質量、促進我國再制造產業發展起到了重要的推動作用。

記者：裝備維修與再制造保障軍民融合有何重大意義？

徐院士：黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央從國家發展和安全全局出發，把軍民融合發展上升為國家戰略，當前和今后一個時期是我國軍民融合發展的戰略機遇期，也是軍民融合由初步融合向深度融合過渡、進而實現跨越發展的關鍵期。

裝備維修與再制造保障軍民融合是以提高裝備維修保障能力和效益為目的，以軍隊裝備維修保障力量為主體，以軍工集團和裝備承制單位為技術支撐與能力補充，在更大范圍、更高層次、更深程度上，統籌頂層規劃、統籌資源配置、統籌力量建設與運用的一種維修保障模式，可顯著縮短保障時間，提高維修保障效率，提升裝備性能。裝備維修與再制造技術軍民融合發展不僅能夠推進我國軍民融合管理體制和運行機制的建設和完善，還能夠實現裝備維修與再制造軍民兩用技術的商業化和產業化，并發掘企業、院校、研究機構等組織的社會資源優勢。

記者：裝備再制造技術怎樣做到軍民融合、寓軍于民？

徐院士：裝備再制造技術是典型的軍民兩用技術，是實現武器裝備維修，保障軍民融合式發展的重要途徑。當前，我國裝備再制造領域軍民融合主要有兩種實現方式：一是應邀保障，各建制單位根據平時和執行重大任務時的維修保障工作需要，依托軍隊現有的設施、設備，邀請院校、地方工業部門專家進行保障；二是協議化保障或合同化保障，軍隊在進行裝備維修與再制造保障的過程中，由于在某些方面尚不完全具備維修保障能力，通過簽定協議的方式，利用地方再制造企業為部隊部分裝備進行再制造。

記者：裝備再制造技術對我國軍隊裝備維修保障方面的作用和貢獻有哪些？

徐院士：裝備再制造作為武器裝備綜合技術保障和國家循環經濟發展戰略的重要技術支撐，是促進再生戰斗力形成的重要手段，已被列為軍民融合發展戰略和國家戰略性新興產業的重要內容。

裝備維修保障是裝備建設的重要組成部分，也是構成裝備作戰能力的重要因素。裝備再制造是裝備維修保障的重要組成及關鍵技術支撐，是廢舊裝備高技術修復、改造的產業化，是提高裝備質量、效益和再生戰斗力的關鍵支撐。再制造技術作為典型的軍民兩用技術，在我軍武器裝備維修保障中發揮了重要作用。以熔覆技術、噴涂技術、刷鍍技術等為代表的再制造技術及裝備已不同程度地配發部隊各級維修保障單位，充分發揮了再制造在裝備保障綜合技術中的作用，成功解決了裝備關鍵零部件的維修保障難題。

記者：再制造技術在民用領域的應用情況怎樣？

徐院士：再制造技術在民用領域也有著重要的應用。例如，冶金裝備中的法蘭叉、十字軸、軸承座、延伸軸等產品的材料主要為金屬材料，當其達到報廢標準后，傳統的回收方式是拆解、分類回爐、冶煉、軋制成型材后進一步加工利用。經過這些工序，原始制造的能源消耗、勞動力消耗和材料消耗等各種附加值絕大部分被浪費，同時又要重新消耗大量能源，造成了嚴重的二次污染。而對廢舊零部件進行再制造，其投入的資源（如焊條、噴涂粉末、化學藥品）、能源（電能、熱能等）和廢棄物排放要少得多，大約比原始制造低1～2個數量級。

盾構機作為隧道掘進的專用重型工程機械，是工程機械中價值最高、技術最復雜的產品，廣泛應用于地鐵、鐵路、水利、公路、城市管道等工程。盾構機價格極高，每臺售價根據不同規格一般在2000萬～8000萬元

▲ 冶金軋輥再制造

▲ 輥端軸套再制造

▲ 硬巖盾構機

▲ 盾構機刀盤再制造前后對比

（特別感謝徐濱士院士團隊魏世丞、王海斗、董世運、李恩重、夏丹、黃艷斐給予本次采訪的大力支持！）人民幣，硬巖掘進機與過江過海隧道用泥水平衡式盾構機售價在1億～2億人民幣，超大直徑盾構機售價更高。通常盾構機的設計壽命是10 km，年均運行2 km，平均一臺盾構機的使用壽命僅5年。據統計，2013年以來，我國達到設計使用壽命的盾構機開始進入高發期，每年有25%～30%的盾構機面臨大修或報廢，盾構機體積大、價值量和技術含量高、系統復雜，同時報廢周期較短，再制造潛力巨大。例如，可以利用激光熔覆技術對主驅動密封鋼環進行再制造，采用納米電刷鍍技術對拼裝機大小齒圈、軸承位磨損處進行再制造，采用等離子噴涂技術對推進油缸缸體進行再制造。