木工机械制造业是为制材、家具和木地板制造、竹材加工、人造板及二次加工等木材工业提供技术装备的专业设备制造业,包括其生产链所涉及的一系列机械设备,是我国机械制造业的重要组成部分。
我国最早的木工机械制造企业为华隆机器厂(上海木工机械厂前身),成立于1927年,从事简单的木工机械修造。新中国建立前从事木工机械修造的企业还有北京恒兴和铁工厂、沈阳兴鞍铁工厂(沈阳带锯机床厂前身)、胜利铁工厂(牡丹江木工机械厂前身)等。20世纪50、60、70年代原林业部在上海、江苏、黑龙江、天津、陕西、河南等省(直辖市)陆续投资建立了一批木工机械制造企业和林业机械制造企业,包括上海人造板机器厂、苏州林业机械厂、镇江林业机械厂、哈尔滨林业机械厂、牡丹江木工机械厂、天津林业工具厂、昆明人造板机器厂、西北人造板机器厂、信阳木工机械厂;同时,一机部、轻工部一批机械制造企业转产木工机械,包括都江木工机床厂、沈阳木工机床厂、青岛木工机械厂、邵武木工机床厂等。这些企业对我国木工机械制造业的发展都作出了不可磨灭的贡献。其中部分企业经过改制、调整迅速壮大,至今仍是我国木工机械制造业的重要骨干企业,如上海人造板机器厂有限公司、苏福马股份有限公司、信阳木工机械股份有限公司、青岛木工机械制造总公司等。
改革开放后,特别是20世纪90年代以来,一大批民营企业迅速崛起,其中有代表性的企业有广东省顺德富豪木工机械制造有限公司、新马木工机械设备有限公司,江苏江佳机械有限公司、苏州市华翔木业机械有限公司,上海跃通木工机械设备有限公司,山东工友集团股份有限公司、青岛千川木业设备有限公司等,这些民营企业的崛起推动了我国木工机械制造业的发展。
1木工机械制造业的现状
我国现有木工机械制造企业600余家,其中有一定规模的约为200家,产品69大类1100余种,年工业总产值100多亿元,基本上形成了科研、生产、销售、服务、信息及人才培养的较完整工业体系。目前,国产木工机械的技术水平有了长足的进步,产品门类齐全,不仅可满足国内市场的需求,而且销往美国、德国、俄罗斯及东南亚等国家和地区。
1.1设备品种门类齐全,形成了完整的工业体系
家具生产用木工机械品种增加和技术水平提高都很快,可以提供常用的实木家具机械有带锯机、圆锯机、木工刨床、木工铣床、木工车床、开榫机、榫槽机、圆棒机、木工钻床、砂光机等,以及板式家具生产机械的裁板、封边、钻孔、联接、表面处理、组装6大类产品。
板式家具的核心是实现标准型零部件加工。每块标准零部件的尺寸误差,包括切削部分的加工,都要求控制在0.1～0.3mm范围内,从而达到产品的互换性、通用性的技术标准要求。零部件的高精度加工是依赖现代化的专用木工机械设备来完成的。我国生产的裁板机、多轴排钻等产品在性能、精度、外观等方面与发达国家的同类产品的差距不大。
我国木工机械械造业成功开发了刨花板、胶合板、中密度纤维板生产线的成套设备,定向、石膏、水泥等刨花板生产线的成套设备及人造板二次贴面生产线的设备,共48类800多种产品。人造板机械成套设备和单机基本能满足国内胶合板、纤维板、刨花板和二次加工中小规模的生产要求。
国产人造板生产线单线产能大大提高,不仅反映出国产人造板生产线设计制造技术日臻完善,而且也反映了木工机械行业自身装备水平和竞争实力的大幅提高。以国产设备为主体的胶合板生产企业的生产能力最大已达年产20万m3,国产刨花板生产线单线产能达10万m3,国产中密度纤维板生产线单线产能达年产8万～10万m3。目前,以国产设备为主体的胶合板设备已占我国胶合板总产能的93%,以国产设备为主体的刨花板生产线已占刨花板总产能的82%,以国产设备为主体的中/高密度纤维板生产线已占中/高密度纤维板总产能的65%。
1.2打造品牌,一批国产设备已在国内建立了名牌信誉
目前,我国木工机械制造业在资金、技术、人才、品牌等方面都有相对的积累,经过20年的考验和磨练,一些产品通过技术消化吸收达到了发达国家20世纪80年代末期和90年代初的先进水平,制造企业对这些设备的认识也从单纯模仿国外产品逐步过渡到能够自主创新的较高水平,并且逐渐赢得了市场的信任,为我国家具制造、木地板加工、人造板及二次加工的发展提供了大量的装备。
在经济全球一体化的条件下,充分利用国内外两种资源、两个市场,坚持低成本优势,提高整机和关键系统的创新能力,在自主创新领域争取在核心技术上不受制于人,进而打造自主品牌。目前国内市场销售中占据主要地位、比较公认的品牌设备有许多,比如对德国威力公司构成威胁的广东富豪木工机械制造有限公司的四面刨、双端铣;在国际市场上初露锋芒的上海跃通木工机械设备有限公司的数控设备;在国际市场上和国外同行有了平等竞争话语权的苏州维茨-益维高设备有限公司的浸渍干燥生产线;苏福马股份有限公司、苏州新协力企业发展有限公司的浸渍纸生产设备;上海人造板机器厂有限公司生产的胶合板、刨花板、中密度纤维板多层压机装卸机组、42热磨机组;国家林业局北京林业机械研究所开发的无卡轴旋切机;信阳木械机械股份有公司生产的数控木工带锯机、单卡轴三刀旋切机、液压双卡轴恒线速旋切机、刨花板的铺装机;昆明人造板机器厂生产的大直径转子式刨花干燥机、高速刨花拌胶机;沈阳重型机器制造厂生产的840的大幅面单层热压机;苏福马股份有限公司生产的刨花分级干燥机、双面定厚宽带砂光机、单板刨切机、低压短周期贴面机组、削片机和刨片机。
品牌是产品的质量、产品服务、企业的管理和核心竞争力的综合体现。迅速提升产品质量和技术水平,培养造就一批具有竞争力,特别是具有自主创新能力的优势规模企业,努力打造我国木工机械产品品牌,应是今后木工机械的发展方向和奋斗目标。
2找出与世界先进水平的差距,明确我国木工机械发展方向
尽管我国木工机械工业有了很大发展,但是与世界先进水平尚有差距,基础理论研究滞后,原始创新不足,核心技术掌握不多,关键设备制造技术方面尚有空白,经营规模小,生产效率低。
2.1与发达国家比较,我国劳动成本低廉既是一大优势,又是一大差距
我国与发达国家不同,发达国家产品成本中的劳动成本(人工费用)一般要占总成本的45%～50%,企业主不仅注意物料的消耗,而且更关注劳动力的节约,并且多数情况下把省人置于比省料更重要的位置上,为此向生产高速化、高效率和连续化、自动化方向发展注入强大动力,投入巨额资金,推动装备向高速化、自动化、智能化方向发展。但是在我国物料(特别是木材)贵,物料费用在成本中要占到80%以上,而劳动力价格相对便宜,劳动力费用一般仅占产品成本的3%～5%。这样的国情就带来了一个问题,在劳动成本低廉的情况下,企业所有者缺少创新的动力。在计划经济时期,为提高产业的技术水平,国家投巨资对企业进行技术改造,建设制材、胶合板生产线,实现自动化、连续化生产。到20世纪90年代后期,由于种种原因,国有大中型制材、胶合板生产企业严重萎缩,或停产或倒闭。现在我国木材工业中最资深的制材和胶合板两个产业的装备技术水平不如1990年,那时这两个产业部门的机械化、自动化水平应该是最高的,推动了我国制材、胶合板设备的技术进步,直追国际先进水平。今不如昔的原因是在市场经济企业自主的情况下,由于劳动成本低廉使企业所有者缺少创新的动力。根据劳动成本低廉的具体国情,节能降耗和提高劳动生产率的新设备、新技术的应用,其前提必须是人力无法替代的或者使用的成本低于劳动成本,否则推广不开,国外经验是不能照搬的。
鉴于我国劳动成本低廉的具体国情,笔者认为应该甄别不同的机械品种和所加工的对象,土洋结合、大中小并举分类开发,从而集中优势财力、智力自主创新,打破发达国家的技术壁垒,参与国际竞争;充分利用劳动成本低廉的优势,在劳动密集的产业里精细加工,以价格优势占领国际市场份额。
对某些设备需要搞自动化、智能化,例如中密度纤维板生产的热磨系统虽然采用了可编程控制器实现自动控制,但与进口热磨机采用计算机控制技术有较大差别,某些监控手段无法实现。为减少人为因素对生产的影响,必须进一步提高控制水平,实现全计算机控制,否则在国际市场上就无法与先进水平竞争。但是对于板方材锯剖,不用计算机编制锯剖方案和最佳下锯图,不用数控带锯机,用人工进料的普通带锯机,实际生产的生产率、板方材尺寸公差、单位能耗等指标均不逊于计算机数控带锯机,劳动成本低廉的优势使其产品在国际市场上可以同发达国家的刨光材、无节材竞争比拼。
2.2我国木工机械原始创新不足,仿制性技术多,基础性理论研究薄弱
我国木工机械制造业同发达国家相比,最大的差距是自主创新能力不足。从我国木材工业的发展历程中可以看到,我国木工机械是通过不断引进、消化、吸收国外有代表性和先进的机型,对其进行试验、改进和完善而发展起来的,引进技术对迅速提高我国木工机械技术水平起了重要作用。尽管产品门类比较齐全,但是其技术几乎全部来源于国外产品的模仿,缺少对产品技术的应用机理、设计理论的研究,试验设施不健全,试验数据极度匮乏,设计手段落后,因此不能掌握产品的核心技术,缺少自主创新能力。致使长期以来机械产品雷同,自主开发的较少,形成自主知识产权的产品更少。企业间的竞争不是依靠技术实力和水平,而更多的是靠打价格战,致使企业发展后继乏力。
在国际上技术竞争激烈的今天,继续依靠引进技术提升我国木工机械的技术水平是很困难的。因此要密切跟踪国际木工机械制造业的科技前沿,强化自主创新,依靠技术创新提高技术水平,提高企业核心竞争力,是我国木工机械制造业的必由之路。
2.3制造技术落后,整机合格率低,生产线自动化程度不高
企业的技术装备落后,制造工艺水平低,难以保证产品的质量,产品的合格率低。经权威部门检测,木工机械整机合格率低于国家标准要求。主要表现在几何精度不高、可靠性低、寿命较短、安全性差、外观粗糙。控制元件可靠性差,导致设备的故障率高,从而影响所加工木制品的质量和产量。产品结构不合理,技术含量低、量大面广的产品重复建设严重,生产能力过剩;而技术含量高,适应产业结构调整急需的新产品开发滞后,不能保证供应,需要从国外进口。因此为提高木工机械的制造精度和元器件可靠性,需要提高我国机械制造业的整体水平,需要加强国际配套,选用国外大公司的先进的液压件、气动件、电子元件装备国产木工机械。
生产线自动化程度不高,控制水平低。近年来,国产刨花板和中密度纤维板成套设备的控制水平虽然有了长足进步,但由于产能规模、硬件成本和软件开发水平等的限制,与发达国家的先进水平相比仍有较大差距。生产线自动化水平不高,自动控制、监控手段落后。部分企业虽然采用可编程控制器实现了生产线自动控制,但很难实现在线检测、自动监控,与进口生产线采用计算机控制技术有较大差别。为减少人为因素对生产的影响,有必要在扩大产能规模的同时进一步提高控制水平。
2.4节能、降耗、环保作为新产品开发的目标
影响人造板生产节能降耗的因素很多。木材消耗、胶粘剂消耗、热能消耗、电能消耗在人造板生产成本中都占有重要地位,是节能降耗的重要环节。
减少木材消耗,提高木材利用率。为提高木材利用率,特别应研究开发城市废弃木材再利用的加工设备,研制新型的削片设备,提高木片质量、降低能耗。
加强施胶和干燥技术的节能降耗研究。我国中密度纤维板生产的施胶和干燥技术与国外先进水平差距不大,但却是实施节能降耗的重要环节,如果在施胶和干燥技术中有所创新,则节能降耗指标将会有所突破。现在国外Dieffebacher、Binos、Imal等公司重新提出纤维先干燥后施胶技术,这是值得注意的技术发展方向。如果能够通过技术创新有效解决先干燥后施胶生产中胶斑和纤维结团等问题,这一技术不仅因为解决了干燥过程中胶粘剂提前固化而节省约10%的胶粘剂,而且,还可以通过采用高温干燥而节省大量的热能和电能,从而在中密度纤维板生产的节能降耗方面取得重大突破。
研制开发通道式刨花干燥机。刨花转子式干燥机的产量受限,是制约刨花板单线产能提高的瓶颈。而以烟气为热介质的通道式干燥机不仅产能高(现在Dieffebbach公司的单通道干燥机蒸发能力60t/h、干刨花产量75t/h),而且具有热能利用率高、结构可靠、干燥质量好、占地面积小、投资少等优点。加强对通道式刨花干燥机及其控制技术的研究,有利于提高刨花板产能规模、节能水平和刨花干燥质量。
深入研究热压机液压系统。国产多层压机的液压系统在快速闭合升压、有效减少预固化层厚度等技术方面已不逊于进口多层压机。由于减少预固化层不仅可以减少纤维、胶料的损耗,而且可以减少砂光过程的电耗和砂带消耗,在节能降耗方面有重要意义,进一步提高压机液压系统的性能,减少预固化层厚度应进一步深入研究。
提高单线产能规模,促使中密度纤维板和刨花板生产向规模化集约化方向发展。单线产能规模小是我国人造板工业最突出的问题之一。2000年前全国中密度纤维板国产设备平均单线设计产能不足3万m3,现在仅在4万m3左右;刨花板在2万m3左右。单线产能低,人造板生产企业难以实现规模效益,设备制造企业难以实施先进的控制技术和提高质量、节能降耗的技术措施。突破产能瓶颈,提高单线产能是我国人造板机械制造业为实现人造板工业节能的一个重要方面。刨花板生产的大直径多刀刀环刨花片机的开发、多层压机和大幅面单层压机的开发,虽然使得长期困扰其产能规模提高的瓶颈有所缓解,但是刨花的制备、风选、筛选、刨花干燥等设备的单机能力仍待提高。
2.5跟踪国外木材工业先进水平,研发和采用新技术、新装备
使制材生产向高度自动化和最优化方向发展。在劳动成本低廉条件下,虽然企业缺少创新的动力,但是我国必须有其技术储备。开发用金属探测器检查原木中的金属物;用X射线透视原木缺陷;用计算机编制锯剖方案和最佳下锯图,发出原木或锯机移动的指令,监测锯削偏差,确定锯条和刀具的锐利程度,监测锯材缺陷;锯材堆垛、材积计算、原料和产品数量统计采用计算机控制。
提高带锯机摇尺精度。我国在带锯机的制造、使用、维修、改进上都有广泛的基础,因此带锯制材仍是我国今后制材主锯的主要机型。在80年代以后研制的摇尺控制系统基础上,重点解决机械运动惯性和机械传动误差大的问题,以使误差稳定地控制在0.5mm以内。
继续研究削方机和削锯联合机。根据我国天然林大径级原木减少,以加工人工林单一树种原木为主的情况,应该发展小径原木制材技术,继续研究削方机和削锯联合机,并且要根据劳动成本低廉的实际情况,使其性能可靠,操作简便,价格低廉。
在继承、提高、发展的前提下实现通用木工机械更新换代。使木工机械从纯机械产品向机电液一体化产品过渡,综合应用机械、电气、液压和气压技术对木工机械进行改造。数控技术给机械制造业带来了显著的经济效益,成为衡量制造业水平的重要标志之一。随着计算机技术的迅速发展和控制论的广泛应用,数控系统的功能日臻完善,各项性能指标大为提高。提高计算机数控技术的普及率,简化机械系统,提高机床性能,增加机床功能,提高木材加工的精度、加工柔性和生产效率。
设计木工机械更加人性化。设计中应用人体工程学原理,使机床更加舒适,机床安全装置更加安全可靠;使木工机械的外形设计力求做到简明、朴实和流畅,进一步提高外观质量,使色调与环境协调。
采用较先进的定心上木设备,提高单板出板率、整板率和旋切机生产率。
提高干燥机热效率,降低热消耗,采用先进技术提高干燥机的自动化水平,提高干燥质量。
2.6国内国外两个市场并举,争取更大的国际市场份额
随着经济全球化的发展,我国木工机械产品的出口量逐年增加,因此加大国际市场开发力度,走出国门参与国际竞争,争取更大的国际市场份额,将是我国木工机械制造业未来的发展方向。加强对国外市场的研究,针对性地对设备进行改进,提高性能,以适应国际市场需要。
经过二十多年的努力,我国的木工机械设计制造水平有了长足的进步,同国外先进水平相比,某些产品的差距并不明显,经过努力我们有能力满足发展中国家的需要,特别是人造板机械。虽然我国人造板机械在国际市场上份额很小,但是我国人造板机械性价比不高,在东南亚、非洲和南美洲等经济不发达地区的中小型人造板生产企业还是有潜在市场的,开发适合他们使用的人造板机械是我国人造板机械生产企业出口最有前景的产品。进入国际市场需要注意对知识产权尊重和保护,因为我国相当多的机械是在仿制的基础上开发的,难免要遭遇知识产权的壁垒,因此要加大自主创新力度,以拥有自主知识产权的产品参与国际竞争。
2.7发展连续压机,同时完善和提高周期式压机的技术水平
连续平压机是高度机电液一体化的大型设备,代表了当代人造板设备的最高技术水平,其低耗、节能是周期式热压机难以比拟的。连续压机省掉了单层压机、多层压机的进出料时间,板坯的压制过程是连续的;板坯在加压、加热过程中不存在单面受热的情况,允许使用较高的压板温度,因此连续压机比其他两种压机有更高的生产率。与周期式热压机相比,连续压机在一定范围内可方便地调整成品板的长度,以满足用户的不同需求。
连续压机的毛板预固化层薄,毛板厚度误差小,一般可控制在0.10mm范围内。因此可以减少砂光量,材料利用率可以得到提高。连续压机的优势更表现在薄板上,可生产2.5mm的薄板,是周期式热压机难以做到的。因此发展具有自主知识产权的连续压机是提高我国人造板设备的总体水平、缩小与世界先进水平的差距的重要方向。连续压机虽然有十分明显的优势,但是连续压机不仅投资大,需要有足够的经济实力,而且投产后的运行费用十分昂贵。连续压机生产线是十分复杂的机电液一体化系统,需要具有一定技术素质的专业人员操作、管理和维护,对员工的素质要求远高于其他两种压机,需要有强有力的技术和管理体系支持。
与连续压机相比,周期式压机制造成本低、运行费用低,在生产中厚板时,虽然裁边损失和砂光损失高于连续压机,但是其性价比也高于连续压机,因此具有一定优势。根据我国的国情,在相当长的时期内,依靠连续压机来发展人造板工业是不实现实的。因此在发展连续压机的同时,必须重视周期式压机的研究,不继完善和提高周期式压机的技术水平。
2.8进一步开发竹材加工机械
我国的竹类资源面积、产量均居世界第一,竹类中性能最优良、利用价值最高的毛竹90%分布在我国,为我国竹材工业化利用提供了得天独厚的资源优势。由于竹材自身的特性,传统的木材加工艺和设备无法直接用于竹材加工,竹材加工需要有适合竹材自身特点的竹材加工机械。我国专事生产竹材加工机械的厂家有20余家,多集中于浙江地区,企业规模很小,自主开发能力弱,所产竹材加工设备简陋,自动化程度低,难以适应竹材加工发展的需要。因此应根据竹材的特点,在木工机械技术成就的基础上,加大竹材加工机械的开发力度。
