金屬、非金屬、高溫合金、高分子化合物等材料若要達(dá)到“物盡其用”，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等影響因素外，其物理性能也是一個不可或缺的重要因素，試驗(yàn)機(jī)便是用于測量材料物理性能的首選儀器和必備工具。
金屬、非金屬、高溫合金、高分子化合物等材料若要達(dá)到“物盡其用”，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等影響因素外，其物理性能也是一個不可或缺的重要因素，試驗(yàn)機(jī)便是用于測量材料物理性能的首選儀器和必備工具。隨著全球科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)要求的提高，曾經(jīng)“冷僻”的試驗(yàn)機(jī)行業(yè)如今已走出“深閨”，日益向人們彰示這一行業(yè)的市場潛力與強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，有數(shù)據(jù)顯示，中國試驗(yàn)機(jī)市場銷售總額每年可高達(dá)40億人民幣。
試驗(yàn)機(jī)市場前景如此大好，但我國試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)技術(shù)研發(fā)投入普遍不足，產(chǎn)品更新速度緩慢，且國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)高端市場一直被國外廠商壟斷。試問我國試驗(yàn)機(jī)企業(yè)應(yīng)如何突破發(fā)展瓶頸，打造國產(chǎn)化試驗(yàn)機(jī)品牌，再逐漸進(jìn)入高端市場，并最終實(shí)現(xiàn)整個試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的良性發(fā)展?相信國內(nèi)眾多的試驗(yàn)機(jī)專家、用戶以及生產(chǎn)企業(yè)都在努力尋找這個突破口!
王春生教授，任職于北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。多年來，王春生教授一直從事新型飛機(jī)耐久性和發(fā)動機(jī)高溫合金工藝的性能研究，在試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用開發(fā)方面頗有心得，曾參與國家“十一五”規(guī)劃中力學(xué)材料試驗(yàn)機(jī)相關(guān)課題項(xiàng)目的起草制定;另外，王春生教授對試驗(yàn)機(jī)在控制器、常規(guī)夾頭、高溫蠕變等方面曾提出過卓有有效的改進(jìn)建議，并多次參與我國試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的制定等。
近日，儀器信息網(wǎng)編輯采訪了王春生教授，就目前國內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用開發(fā)、技術(shù)進(jìn)展、國內(nèi)外產(chǎn)品差距、國內(nèi)市場現(xiàn)狀、試驗(yàn)機(jī)行業(yè)未來發(fā)展以及人才培養(yǎng)等問題與王春生教授進(jìn)行了深入的探討。
試驗(yàn)機(jī)技術(shù)走向：“大、小、精”與“環(huán)境模擬”
20世紀(jì)，隨著液壓伺服技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入，試驗(yàn)機(jī)測試技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)過去人工操作不可能完成的試驗(yàn)，使材料性能研究達(dá)到了一個全新高度。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球高科技飛速發(fā)展，對試驗(yàn)機(jī)技術(shù)提出了更多、更高的測試要求。
關(guān)于試驗(yàn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向，王春生教授談到，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的背景下，材料的工作條件非常復(fù)雜，人們對材料力學(xué)性能測試要求不斷提高，因此，市場上也日漸出現(xiàn)了各種型號與功能的試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品。從目前各種新型的試驗(yàn)機(jī)來看，試驗(yàn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向主要包括“大、小、精”以及“環(huán)境模擬”。
(1)“大”：近幾年，我國航空航天事業(yè)發(fā)展很快，諸如導(dǎo)彈、火箭這樣的大型結(jié)構(gòu)件越來越多。另外，我國將逐步開放3000米以下的低空領(lǐng)域，如此以來，小型飛機(jī)的市場需求將會大幅提升，這些都將大大促進(jìn)試驗(yàn)機(jī)往“大”的方向不斷拓展。
(2)“小、精”：精度是各種儀器設(shè)備永遠(yuǎn)不變的追求之一，試驗(yàn)機(jī)亦不例外。與航空航天領(lǐng)域不同的是，在生物醫(yī)學(xué)工程方面，人們需要對一些微小材料、微小部件進(jìn)行性能評價(jià)，如人體骨骼、眼睛的鞏膜等生物材料，其感應(yīng)量在0.1N，而通常的試驗(yàn)機(jī)精度很難達(dá)到，這就要求廠家能夠提供更為小巧、靈敏的試驗(yàn)機(jī)“精”品。
(3)“環(huán)境模擬”：目前，環(huán)境模擬技術(shù)已成為試驗(yàn)機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。隨著工業(yè)的發(fā)展，材料測試不再局限于力的模擬，對于極端試驗(yàn)條件下的環(huán)境模擬要求也越來越多：超高壓、超高溫、超低溫、超真空、超高強(qiáng)、超輻射、耐腐蝕等。例如，液氧、液氮、液氫的儲存罐材料要模擬航空航天環(huán)境，以便能更為精準(zhǔn)地測試材料的力學(xué)性能。
試驗(yàn)機(jī)正往更“細(xì)”、更“新”的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展
材料性能的研究起始于歐洲工業(yè)革命時期，當(dāng)時主要是利用機(jī)械測試設(shè)備進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，用以評價(jià)材料在拉壓和彎曲載荷作用下的力學(xué)特征。近幾年，合金材料、聚合物材料、陶瓷材料、超導(dǎo)材料等新材料的開發(fā)與使用，極大地拓展了試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，試驗(yàn)機(jī)主要針對材料的強(qiáng)度、剛度、硬度、彈性、塑性、韌性、延性、表面與內(nèi)部缺陷等參數(shù)進(jìn)行力學(xué)性能測試和分析研究，可以廣泛地應(yīng)于在礦企業(yè)、計(jì)量部門、科研院所的現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室，具體領(lǐng)域涉及到航天航空、機(jī)械制造、石油化工、食品、醫(yī)藥包裝、車輛制造、電線電纜、紡織纖維、塑料橡膠、建筑建材等各行各業(yè)。
王春生教授介紹到，若從力學(xué)實(shí)驗(yàn)角度來看，試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域可以分為兩大部分：一是結(jié)構(gòu)力學(xué)，一是實(shí)驗(yàn)力學(xué)(包括材料研究與材料檢驗(yàn))。過去，試驗(yàn)機(jī)一般常用于汽車零部件、塑料、巖石力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)件等傳統(tǒng)領(lǐng)域的常規(guī)材料測試。近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們需要更輕更強(qiáng)的材料用于制造飛機(jī)、火箭、汽車等，這使得試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸往更細(xì)的領(lǐng)域、更新的方向發(fā)展。大至飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等大型結(jié)構(gòu)件，小至人體骨骼、眼睛鞏膜、電子材料、玻璃、牛肉干、布料等，可謂是和我們的衣、食、住、行息息相關(guān)。
另外，隨著試驗(yàn)機(jī)的廣泛應(yīng)用，我國從事材料性能測試的人員隊(duì)伍也已變得相當(dāng)龐大。單就專業(yè)會議而言，國內(nèi)外每年都會召開規(guī)模很大的各種力學(xué)會議，如國際斷裂力學(xué)會議、疲勞斷裂會議、常規(guī)力學(xué)會議等。
試驗(yàn)機(jī)一直是歐美國家對我國尖端科研課題限制出口的產(chǎn)品，因此，打造我國試驗(yàn)機(jī)民族品牌，增強(qiáng)國產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)的市場競爭力顯得尤為重要。面對當(dāng)前進(jìn)口產(chǎn)品的競爭，我們期待國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)企業(yè)走自己的路，做出屬于我們自己的試驗(yàn)機(jī)來。
關(guān)于如何突破我國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展瓶頸之問，王春生教授如是回答，目前，我國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展應(yīng)著重從以下幾方面進(jìn)行：
(1)政府應(yīng)加大支持力度
試驗(yàn)機(jī)是一個國家整體制造水平的“縮影”，政府應(yīng)當(dāng)給予試驗(yàn)機(jī)行業(yè)足夠的重視與支持，適當(dāng)加大試驗(yàn)機(jī)相關(guān)課題項(xiàng)目的研發(fā)投入，關(guān)注并扶持有發(fā)展?jié)摿Φ膰鴥?nèi)試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)，引導(dǎo)與規(guī)范我國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的有序發(fā)展。
(2)加快綜合型人才的培養(yǎng)
試驗(yàn)機(jī)是一種集機(jī)械、電氣、材料力學(xué)、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)為一體的技術(shù)密集型高科技產(chǎn)品，涉及學(xué)科范圍非常廣。但目前，我國沒有這樣的對口專業(yè)，國內(nèi)從事力學(xué)研究的人員幾乎都是從材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、物理等相關(guān)專業(yè)轉(zhuǎn)過來的，因此，需要政府、社會、學(xué)校多方配合，加快培養(yǎng)綜合型的專業(yè)人才。
(3)改進(jìn)企業(yè)經(jīng)營理念，增加研發(fā)投入
今天的市場格局，與其說是企業(yè)技術(shù)研發(fā)投入不足的問題，不如說是企業(yè)經(jīng)營理念的問題更為恰當(dāng)。生產(chǎn)企業(yè)要賣出產(chǎn)品獲得利潤，不能說不對，但是不能以“打價(jià)格戰(zhàn)”為前提，關(guān)鍵要考慮如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量、性能與價(jià)格，隨之再增大研發(fā)投入。如此形成良性循環(huán)，淘汰落后企業(yè)，形成幾家有競爭能力的國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)制造企業(yè)，并最終促進(jìn)整個行業(yè)的健康發(fā)展。
最后，王春生教授表示，總體來說，我國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)還是很有希望的。國內(nèi)企業(yè)目光要放長遠(yuǎn)，立足國內(nèi)外產(chǎn)品差距，在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時，大力投入研發(fā)新技術(shù)，提高產(chǎn)品性能，才能擴(kuò)大產(chǎn)品市場。我們只有創(chuàng)造屬于中國的試驗(yàn)機(jī)品牌，才能逐漸加大國產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)在中國，乃至全球市場的地位。