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智能駕駛高鐵、“透明”掘進盾構機、無人碼頭、“中國芯”計算機……實地探訪中國智造的“神秘武器”

每日經濟新聞 2021-05-11 09:29:30

每經記者李可愚每經編輯陳旭

雖已是4月末尾，但在北國的長春，才剛剛進入百花初綻的時節(jié)。在這座工業(yè)重鎮(zhèn)的西郊，一列全身上下都承載著各種高科技的地鐵列車正在廠房內整裝待發(fā)，靜待向世人揭開面紗的時刻——輕質而堅固的碳纖維車身、無人駕駛的自動化裝備、可“變身”觸摸屏的玻璃車窗……這種新型地鐵列車正展示著中國軌道交通裝備研發(fā)制造的硬實力。

而在中原腹地鄭州，一臺盾構機正在地面約20米之下全速運轉；在湖南株洲，一個只見機械臂自動裝配電腦的智能制造車間正在運行。在今天的中國，這樣的圖景還有很多很多……

中國制造業(yè)正加速向智能化轉型。今年4月，多部門聯合發(fā)布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》向社會公開征求意見。這一規(guī)劃提出，到2025年，我國規(guī)模以上制造業(yè)中重點行業(yè)骨干企業(yè)初步實現智能轉型；到2035年，骨干企業(yè)基本實現智能轉型。

近日，《每日經濟新聞》記者跟隨國務院國資委主辦的“走進新國企·智造中國”活動，趕赴位于全國各地的多個央企生產和施工一線，實地領略中國智能制造的最新成果，并試圖為讀者記錄下當前的中國制造是如何鍛造一件件“神秘武器”的。

智能化造就“大國重器”：智能動車組等正走向現實

中國制造業(yè)的智能化升級，催生出大量在世界范圍內都為人稱道的“大國重器”。這是《每日經濟新聞》記者在行程中最深刻的感受。

河南鄭州軌道交通7號線一期工程土建施工02工區(qū)，這里是龍門路站到張家村站的區(qū)間工地，一臺由中鐵工程裝備集團有限公司生產的盾構機正全速運轉。

鄭州地鐵工地盾構機掘進現場

盾構機是挖掘城市地鐵隧道的關鍵設備，其前端的刀盤不斷推進并挖掘出隧道空間，而后端在隧道壁上安裝管片“外殼”，能讓隧道牢不可破。

在位于地下約20米深的施工現場，記者發(fā)現，這里不像想象中那樣煙塵漫漫、土石飛揚：傳送帶有條不紊地將挖掘出的泥土運出隧道，工人們正循序漸進地將管片按照預定的位置拼裝到位。除了溫度有些高、機器聲音有些大之外，很難想象這是一個位于地底深處的大型建設工地。

高質量的盾構機，不僅創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境，也在復雜的地質條件下創(chuàng)造了神奇的建設速度。“我們所在的地方過去是黃河故道，泥沙很厚，推進時很容易出現沉降，所以難度非常高。”工區(qū)項目部安全總監(jiān)荊富告訴記者。

不過，復雜的地質條件在中國造盾構機面前并不是難以逾越的障礙。每經記者從現場了解到，這段全長1600米的雙線隧道，從今年3月10日開始施工，即使將揚塵管控等各種外部因素都考慮進來，到今年10月也可建成。

除了盾構機，高鐵列車也是近年來中國制造領域大放異彩的一項成果。

記者在中車長春軌道客車股份有限公司觀摩了代表中國高鐵列車技術的“拳頭產品” ——“復興號”京張高鐵智能動車組。

“我們的列車是時速350公里的有人值守自動駕駛列車，也是全世界高鐵產品中的第一列，已經載客運營超過一年的時間。”“復興號”京張高鐵智能動車組設計師張國芹介紹說。

她告訴每經記者，京張高鐵智能動車組能在斷電的情況下，依靠自帶的動力電池系統(tǒng)走到離斷電點最近的車站。如果發(fā)生地震，在智能動車組與地震臺網聯網的同時，可以自動停車或者限速運行。這都是其他車輛所不具備的功能。

張國芹介紹，列車外形采用了仿生學設計，配備了智能模塊，可以與北斗導航系統(tǒng)實現聯網，內部則用以太網進行車輛控制。

京張高鐵智能動車組不僅具有技術上的硬實力，在服務旅客的軟實力方面也令人稱奇。記者在列車內部發(fā)現，無線充電、智能投屏、電視分屏顯示等服務旅客的新功能一應俱全，列車座位也比過去更加寬敞，而商務座還采取了類似“包廂”的設計，私密性比過去更強。

中車長客生產的新一代地鐵列車

港口機械也是中國制造在國際市場具備超強競爭力的重要產品。在位于上海長興島的上海振華重工長興基地，中交集團黨委工作部副部長查長苗告訴記者，過去碼頭使用的岸橋（岸邊集裝箱起重機）都必須拆成散件運到客戶碼頭現場，再花一兩個月甚至更長時間組裝。但現在振華生產的岸橋可以用專業(yè)運輸船整機運送至碼頭現場，能為客戶贏得更多的運營時間，從而獲得更多的收益。

目前，振華重工還在開發(fā)新一代“無人碼頭”技術。振華重工總工程師費國介紹，對于“無人碼頭”來說，研發(fā)的首要難點是保障無人運輸車運行的精度。

“精度必須保證在50毫米以內，否則集裝箱吊具要把集裝箱抓取起來就會非常難。”從這點來看，開發(fā)無人碼頭技術要比看上去原理相似的汽車自動駕駛要困難。

記者在試驗現場了解到，這套碼頭設備未來將用在廣州南沙四期自動化碼頭項目。目前，該項目首批岸橋和IGV（無人駕駛智能引導車）等均已運抵碼頭現場，正在開展調試工作。

全球智能制造PK：中國有產品占全球市場份額超七成

在多個領域都實現突破的情況下，當前中國智能制造企業(yè)在世界范圍內的競爭力如何？記者在實地采訪中了解到，短短的幾年間，中國企業(yè)已經在市場競爭中取得長足進展。

“以2020年為例，在充分競爭的國際市場上中鐵裝備占據了其中25%的市場份額，我們海外的主要競爭對手是55%。”中鐵裝備副總經理張志國介紹：“而在7年前，我們才剛剛實現國際市場零的突破，相比之下我們與主要競爭對手的差距越來越小。我們有信心能夠做這個小眾行業(yè)的全球領軍者。”

數據顯示，2010年至2020年底的10年間，中鐵裝備盾構/TBM累計訂單從17臺增加到1200臺；公司主要產品應用從國內的3個城市擴展到國內40多個城市以及國外25個國家和地區(qū)。

在這么短的時間內，中鐵裝備為何能夠實現訂單指數級的增長，并且大幅度超越多數對手？

“與國外競爭對手相比，我們的工期比較靈活，服務也更具有靈活性，由于管理成本等方面因素，我們的價格也具有比較優(yōu)勢。在品牌、技術、服務被認可的時候，價格就成了主要因素，這些方面的優(yōu)勢支撐起了我們的海外市場。”中鐵裝備一位有關負責人告訴記者。

在國際市場上，中國盾構機的質量具有過硬品質和極高的口碑。

比如說，與國外企業(yè)生產的盾構機相比，中國設備具有明顯的速度優(yōu)勢。張志國向記者介紹了這樣一個案例。

“我們曾在國內一個建設項目中進行過PK，項目的地質條件比較復雜，一邊用外國盾構產品推進，另一邊用我們自己的產品，結果中國盾構機推進工期是一年半，比外國產品快了3個月。”

使用中國盾構機，還具有節(jié)約資源的優(yōu)勢。中鐵高新工業(yè)股份有限公司企業(yè)文化部部長王偉向記者介紹，在國外一些施工案例中，有些盾構機一旦完成工作，就埋在地下不再使用。但中鐵裝備實現了盾構機的“綠色再造”，一臺使用過的盾構機可以在施工結束后循環(huán)使用，再利用的盾構機甚至還能超過原先的出廠標準。

在市場上實現從無到有突破的同時，技術又是如何實現從無到有呢？

中鐵工程裝備集團副總經理王杜娟告訴每經記者：“對于我們的產品來說，開發(fā)的難題一是安全可靠，二是地質適應性。”

她介紹，對于盾構機來說，因為在地下施工，并且一直要在地上建筑物的下方穿行，因此對安全可靠的要求特別高。此外，盾構和掘進機需要根據地質情況量體裁衣，需要對國內乃至世界各地的地形都有充分的認識。

鄭州地鐵施工工地

中鐵裝備又是如何攻克這些難題的呢？在企業(yè)生產現場，工作人員向記者介紹，自2002年起，集團成立了研發(fā)團隊，到了2006年，研發(fā)出了具有自主知識產權的盾構控制平臺，相當于盾構設備的大腦。2008年，集團首臺具有完全自主知識產權的盾構機下線，被用于天津地鐵的建設，在掘進過程中穿過了不少歷史建筑，徹底實現了國產盾構機從無到有的轉變。

王杜娟告訴記者，對于設備制造來說，選型和部件的選擇是一個繞不開的難題。“我們需要構建一個穩(wěn)定的供應鏈，目前我們的供應鏈很完整，國內的配套部件已經很成熟了。而供應鏈越好，供應成本越低，就越具有競爭力。”

在中車長客，每經記者了解到，該公司是國內行業(yè)中出口最早、出口業(yè)績最好的企業(yè)，產品已出口到美國、澳大利亞、巴西、泰國、沙特、新加坡、新西蘭、阿根廷、埃塞俄比亞等20多個國家和地區(qū)，出口數量累計超過9000輛，簽約額超過120億美元。

而在振華重工，數據顯示，目前振華重工的產品已進入全世界104個國家和地區(qū)，其中，岸橋已占全球市場70％份額。散貨裝卸設備如裝卸船機、斗輪堆取料機、環(huán)保型鏈斗卸船機等也居本行業(yè)前列。

智能化競爭白熱化：行進間可變軌距等多項科技填補空白

對于中國制造企業(yè)來說，市場份額的不斷擴大，并不意味著激烈的競爭已經結束。

“我們的港機領域可以說是一個買方市場，在國內也有其他公司在做，在國際上，歐洲的企業(yè)也在做港機。但對我們來說，競爭也是好事，能讓我們不斷提升品質。” 振華重工副總裁山建國向記者介紹。

為了應對國際競爭，做強自己是一個重要的方案。比如，現在的中車集團就是多家中國鐵路裝備制造企業(yè)重整組合的產物。

在市場份額不斷上升、技術水平突飛猛進、企業(yè)綜合實力逐步增強的同時，中國企業(yè)也在智能制造過程中探索從未涉足過的技術前沿“無人區(qū)”。

在中車長客的調試車間里，每經記者看到了一個“國內首列、填補空白”的新產品，投入眼簾的這列高鐵列車掌握了一項在世界范圍內都很難攻克的高科技——行進間變軌距。

世界各國鐵路軌距各不相同，比如我國是1435毫米，但鄰國俄羅斯則是1520毫米，比我國寬出不少。過去列車要在兩國間運行，需要在過境前更換列車轉向架，過程中會耗費較多時間和成本。

而現在，中車長客牽頭研發(fā)了一種時速400公里的跨國互聯互通高速動車組，通過使用變軌距轉向架，列車可在行進過程中完成變軌運行，而乘客卻毫無感覺。這項技術的研發(fā)在國內填補了空白。目前，生產出的列車已經在鐵科院進行后續(xù)試驗。

除了“中國名片”高鐵列車，在港口建設領域，中國企業(yè)也已摸索出了在世界范圍內領先的技術。

振華重工長興基地

在振華長興基地的試驗場上，工作人員向每經記者講解稱：“我們現在開發(fā)的全自動化碼頭是第四代無人碼頭。之前，德國的漢堡港開發(fā)出第一代無人碼頭，荷蘭開發(fā)出第二代無人碼頭，這些碼頭都是半自動化的。”而現在振華重工開發(fā)的第四代無人碼頭效率更高，能更好地利用無人堆場區(qū)域，也可以更加貼合現有的碼頭布局。

智能制造闖關：中國智造攻破“六大難題”

推進智能制造，無疑將有力提升制造業(yè)各方面的“硬實力”和“軟實力”。但在此過程中，不少企業(yè)會面臨大量難題和挑戰(zhàn)。

令人欣喜的是，記者在實地采訪中發(fā)現，為應對這類挑戰(zhàn)，各家企業(yè)都在推進智能制造的實踐中進行了有益的探索，并產生了不少值得復制推廣的經驗。我們也為讀者進行了一番梳理：

——如何通過智能制造提升生產效率？

運用智能制造技術，切實提升一線生產效率和質量，一直是智能制造領域的焦點議題。

在中國長城湖南智能制造基地，湖南長城黨支部書記、執(zhí)行董事、總經理安紹平告訴記者，電腦生產一直被認為是勞動密集型產業(yè)，但在該廠的智能制造車間里，每條產線只有2名工人，看數據、做檢測，11種工作都由計算機承擔；裝配內存條、裝配硬盤、裝配光驅，鎖螺絲，機器臂無所不能。

安紹平向記者介紹，自從機器人上生產線后，工廠生產效率提高了25%，運營成本降低了20%，產品研制周期縮短了30%。

在振華重工長興基地，500多輛流動車輛通過手機APP、遠程調度中心實現了物聯網智能調度，可實現車輛資源合理分配，提高了調度效率并降低了能耗。

——如何培養(yǎng)智能制造人才？

智能制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，絕不意味著“人”這一關鍵因素從生產過程中消失。相反，智能制造業(yè)比過去需要更多的人才。對企業(yè)來說，如何培養(yǎng)人才、留住人才？

對此，王杜娟介紹，目前國內各行各業(yè)都需要智能化人才，對于盾構機這個相對小眾的行業(yè)來說，如何吸引人才，集團也正在積極探索。

她介紹，比如此前企業(yè)通過國家973項目培養(yǎng)了一批包括計算機、數據等各方面的專業(yè)人才。雖然項目已經結題，但人才團隊并沒有隨之解散，而是帶著經驗繼續(xù)推進，為人才培育奠定了基礎。同時，企業(yè)正在醞釀建設國家地下工程裝備技術創(chuàng)新中心，希望通過平臺建設能夠集聚一線人才。

如何留人也是人才培養(yǎng)工作成敗的關鍵。“我們講的是事業(yè)留人、感情留人，我們的高鐵事業(yè)，有榮譽感，也有國家使命感。”中車長客有關負責人向記者介紹，在待遇上，獲得技能大獎的高級人才可以像企業(yè)高管一樣享受年薪制，同時還能享受股權激勵和中車集團給予的補貼。

——如何構建智能制造系統(tǒng)？

在中國智能制造發(fā)展過程中，許多專業(yè)人士都提到了一個比較突出的問題：許多企業(yè)對添置“可見”的智能機器人、無人生產線的興趣很高，但對于“不可見”的底層系統(tǒng)建設，卻未給予太多關注。

如何在智能制造的底層系統(tǒng)領域“練好內功”？記者在實地采訪過程中了解到不少企業(yè)在這方面的有益探索。

振華重工長興基地

在振華重工的無人碼頭調試現場，技術人員告訴記者，無人碼頭的系統(tǒng)從上到下分為多層架構，包括最上層的碼頭管控系統(tǒng)，下一層控制IGV、岸橋等設備的自動化設備管理系統(tǒng)，以及分配IGV運行路徑的導航系統(tǒng)，還有控制車輛讓其執(zhí)行命令的車輛系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的研發(fā)大多是振華主導或參與了其中。

——如何利用好智能制造產生的數據？

隨著智能制造在各行各業(yè)的不斷推進，必然在生產和運行各環(huán)節(jié)產生大量數據。如何在此過程中充分利用好數據資源這座“金礦”、避免使其陷入“沉睡”的境地？

在鄭州地鐵建設現場，記者在觀摩時了解到，通過盾構機推進收集上來的數據，不僅能夠分析出實時的土質和地質情況，還能為未來其他工程項目提供參考。

“我們做完每一個工程，都會有很詳細的數據記錄，包括注漿量、出土量、壓力等多方面數據。這可以為我們未來施工過程中提供借鑒，如果出現類似情況，我們就可以根據這些數據調整配合比和壓力數值。”荊富告訴記者。

——如何利用智能制造改造傳統(tǒng)產業(yè)？

在推進智能制造的過程中，往往出現這樣一種現象：采用智能制造技術，需要設計建設全新的生產線和基礎設施，而很難在現有產業(yè)基礎上進行升級。

在這方面，已經有企業(yè)大膽嘗試，并結合自身特點研制出了讓“老設備”煥發(fā)“新活力”的產品。

在振華重工無人碼頭試驗場上，研發(fā)人員告訴記者，過去無人碼頭的運輸車要實現無人駕駛，就需要在地面鋪設起導航作用的磁釘，為了避免其他金屬物質的干擾，對碼頭土建工藝就提出了特殊的要求。

但現在振華新開發(fā)的無人碼頭方案，使用了北斗導航、激光雷達、視覺識別等多種無人駕駛技術，這樣一來，就無需對港口的基建作出額外的大改動。對老碼頭的無人化改造來說，這一技術的研發(fā)具有深遠意義，目前正推進的廣東南沙四期無人碼頭項目，也將為后續(xù)老碼頭的智能化改造起到借鑒作用。

——如何利用智能制造做好運維服務？

對于制造業(yè)來說，除了生產好產品，做好產品的售后服務也是一個重要課題。

在中車長客，每經記者實地觀摩了正在運行的動車組預測與健康管理平臺。通過這個平臺，中車長客可以對動車組進行全方位實時掌控，動車組電流、空調、載重等多方面的數據都能遠程查看，監(jiān)控人員可以通過動車組回傳的實時數據得知車輛是否發(fā)生故障，并進行及時處理。

此外，這個平臺還可以對運行中的動車組進行“健康評估”，相當于對車輛整體狀態(tài)的評估。管理平臺還具備故障預警、故障分析、運維決策等多項重要功能，投用后有效降低了正在運營的高鐵動車組故障率。

智能制造未來方向：將實現“實際生產”與“模擬生產”同步

在智能制造助力下，中國企業(yè)正向前沿技術和產品甚至是“科技無人區(qū)”進軍。

在中車長客的生產車間里，記者觀摩到多種技術處于全球領先水平的新產品。

新型列車的車窗可變身為觸摸顯示屏

記者在現場看到，一列列車的車頭并沒有出現常規(guī)的駕駛室，而是使用了全自動駕駛技術。

目前，全自動駕駛的地鐵列車已成功研發(fā)，未來我們如何把全自動駕駛技術移植到高鐵列車上？

張國芹告訴記者，目前復興號京張高鐵智能動車組已經實現有人值守的自動駕駛功能，這可以使列車按照最佳的速度運行，節(jié)能環(huán)保的同時還能避免人為操作失誤，但還需要高鐵司機在駕駛室進行監(jiān)測和值守。

在盾構掘進設備領域，中國企業(yè)也正在突破如何“看透”不透明的地下之難題。

中鐵工程裝備集團智能院副院長荊留杰介紹，經過不同的地層時，盾構和隧道掘進機（TBM）施工碰到的地層變化會非常復雜，過去的盾構設備是在黑暗中掘進，前面的地質條件有什么樣的變化在開挖前并不知道。

但現在企業(yè)要做的課題是“透明掘進”，也就是在隧道挖掘時就知道所處地層的強度和完整性，由此來判斷盾構機是應該開快點還是開慢點。

比如說，如果在隧道掘進過程中想知道前方是否有溶洞、透水，可以用超聲波探測、雷達等方法了解情況。“我們想做的，就是把‘黑盒子’里邊的東西透明化，數字化。”荊留杰告訴記者。

在山東文登抽水蓄能電站工程中，中鐵裝備集團自主研制的世界首臺超小轉彎半徑硬巖掘進機“文登號”搭載著TBM-SMART系統(tǒng)，在施工過程中，巖體參數預測準確度平均88.9%，成功預警卡機風險5次。

當前智能制造業(yè)的前沿方向是什么？

山建國告訴每經記者，其核心是將互聯網與制造業(yè)進行無縫對接，打造全方位、全過程、一體化的技術、生產、管理與服務平臺。

具體對應到振華重工，就是要通過持續(xù)的技術改進，以制造資源、生產操作和產品為核心，在制造過程精益化、自動化的基礎上，打通設計、工藝、制造、資源等環(huán)節(jié)的數據流，實現產品全生命周期管理；同時應用仿真技術、虛擬現實技術、傳感與射頻技術、網絡化技術、大數據技術，實現智能生產與決策，打造重型裝備制造企業(yè)智能制造工廠。

“未來，我們的‘實際生產’和‘模擬生產’將會同步，對產品實現真正的全生命周期管理。”山建國對每經記者表示。

談到如何實現企業(yè)的持續(xù)進步和技術領跑，查長苗表示：“可以說，需求是創(chuàng)新的最大動力。”

（本文圖片均由每經記者李可愚攝）