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与时俱进的“卷绕头”

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中丽制机公司的半自动、全自动换筒高速卷绕头装置, 打破了国外化纤机械制造厂商十几年的技术垄断。
今年1月,北京中丽制机工程技术有限公司首台BWA40II-1800/12卷绕机样机在中国纺织科学研究院位于天津的产业化试验基地——中纺院纤维新材料分院试运转成功,此机型具有更大的卷装容量,将极大提高单位产量并为企业减少更多投资成本。 
由我国化纤长丝成套设备知名的生产基地——北京中丽制机工程技术有限公司(原北京中丽制机化纤工程技术有限公司、中国纺织科学研究院机械厂,以下简称“中丽制机公司”),研制开发的半自动、全自动换筒高速卷绕头装置,打破了国外化纤机械制造厂商十几年在中国市场的技术垄断,降低了中国化纤长丝成套装备的投资成本,并使中丽制机公司在国际化纤设备制造商角逐的战场中,逐步发展壮大,形成了与德国巴玛格、日本TMT公司三足鼎立的局面,被誉为“中国纺机业的领跑者”。 
中丽制机公司在高速卷绕头方面取得的成绩让世界纺机企业为之侧目,相关技术成果获得了国家科技进步二等奖、北京市科学技术奖、中国纺织工业联合会科学技术奖等多项科技奖励。 
打通关键装备及技术 
全自动高速卷绕头是化纤高速纺丝成套设备的关键装置和核心技术,价格约占纺丝成套设备总投资的50%~60%。其技术含量高、结构复杂,涉及机械动力、气动控制、电气控制、计算机软件等多个专业,是制造精度要求高、制造难度大的高科技产品。2000年以前,国内企业每年都要花大量资金进口,严重阻碍了我国化纤工业的发展。 
自1996年以来,中国纺织科学研究院及中丽制机公司始终把高速卷绕头作为重点技术研发对象,成功开发出具有自主知识产权的半自动高速卷绕头、全自动高速卷绕头,逐步形成涤纶、锦纶、丙纶、氨纶纺丝用全自动高速卷绕头系列产品。 
中丽制机公司面向市场需求,历时5年成功开发出了半自动高速卷绕头,打破了国外垄断,实现了国产化高速卷绕装备的突破,使化纤成套设备投资降低了2/3。 
上世纪90年代以来,虽然化纤成套长丝设备的前纺部分国内均可自行生产、制造,但是,代表国际先进技术的高速卷绕头,仍然依赖进口,为了打破高速卷绕头长期依赖进口的局面,中丽制机公司组织了机械设计、电气控制、工艺、机械制造、产业化推广等专业技术和管理人员50多人进行联合攻关,POY半自动高速卷绕头样机于1999年11月开车试验完成,并开始批量生产,其价格仅为进口产品的1/4~1/3,有效带动了我国化纤工业的迅猛发展。 
针对市场需求不断升级 
瞄准世界先进技术,研制系列化全自动高速卷绕头并大规模推向市场,使得国产装备达到国际先进水平。 
在前期研究成果的基础上,中丽制机公司迅速把技术开发方向转移到市场需求旺盛,代表国际先进技术水平的全自动高速卷绕头系列产品的开发上。2001年实现了全自动高速卷绕机的国产化,并实现了扩大适纺范围6.5倍,提高单锭轴上丝饼数1倍(产量翻番),纺丝全过程卷绕恒张力控制等多项技术突破,产品整体技术水平属国内领先。在单机多头纺技术及工业丝生产方面居国际领先地位,价格仅为进口同类设备的1/2~2/3,替代了进口产品,并形成了集零件加工、设备组装、校验调试、开车运转等为一体的技术研发、生产与服务体系,实现了工业化的规模生产。 
单机多头、高产的全自动高速卷绕头非常适合当时我国化纤市场需要,投资少、产量翻几番、投资回收期短,市埸竞争力非常强。产品一经投放市场,就受到国内用户的欢迎与肯定,40多家化纤企业陆续配套应用,国产化高速纺装备配套该产品,国内覆盖面接近100%。从2000年开始,配置高速卷绕头的成套纺丝设备开始出口印度。至今,包括印度、伊朗、美国、俄罗斯、叙利亚、孟加拉等多个国家,均有中丽制机公司的成套设备在运转,经济效益、社会效益和国际影响力显著。 
持续技术创新,开发长锭轴高转速、双胞胎等全自动高速卷绕头系列产品,显著提高生产效率,保持市场竞争优势。 
随着化学纤维向功能性、细旦、超细旦、粗旦等高科技、个性化方向发展,对全自动高速卷绕头也提出了更高要求。2005年以后,中丽制机公司重点围绕高速度、大丝饼多头卷绕重点方向,加大高精度自动控制、运行稳定性等方面的研发力度,持续的改进和产品升级换代以及高新技术产品的开发,支撑了中丽制机公司的可持续性发展。 
2003年8月,锭轴长度为1500mm,10个丝饼的大卷装旋翼式高速卷绕头在福建大批量运转,使中丽制机公司的技术水平上了一个新的台阶。1500的锭轴长度是当时世界上最长的,标志着从600(或以下)锭轴长度到1500锭轴长度形成了系列化。同时,卷绕速度也从每分钟几十米到5000多米,在卷绕速度方面形成了系列化,可用于涤纶、锦纶、丙纶、氨纶和其他弹性纤维的卷绕。 
中丽制机公司随后成功研制出代表世界先进卷绕头设计、制造及控制水平的双胞胎卷绕头,有效提高产量1倍。该卷绕头结构设计难度大、同步控制系统精度要求高,虽然与单机相比,双胞胎卷绕头操作、维修比较困难,双胞胎卷绕头的产业化推广目前仍不如单机,但其标志着中丽制机公司又突破了国产卷绕头制造技术水平与制造能力的一大瓶颈。 
2013年,在几代产品研发的基础上,中丽制机公司成功推出了锭轴长度为1680mm的卷绕头(该机型已批量投放市场,运转效果良好),在此基础上又加紧研制锭轴长度为1800mm的卷绕头。目前,首台样机已试运转成功并通过了中纺院内部组织的现场验收,此机型具有更大的卷装容量,其将极大的提高单位产量并为企业减少更多投资成本。 
立足自身优势,加强合作,整合院内资源,开发氨纶、锦纶等差别化系列化产品,提升核心竞争力。 
在2014年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会上,中丽制机公司将研制成功的新型BWA40T-690/920氨纶卷绕头、新一代BWA40BG-1200工业丝卷绕头及其它最新研制开发的产品一并展出。至此,涤纶、氨纶、锦纶、丙纶,国内现有的主要化纤长丝设备,中丽产品已经可以完全涵盖。 
2014年开始,作为2014年中纺院“新一代锦纶6高速纺全牵伸长丝成套技术开发”联合攻关项目的重要组成部分,中丽制机公司开始了锦纶6高速纺FDY卷绕机的研制。 
高速卷绕头项目的回思 
回顾高速卷绕头项目1995年立项至今20年研发历程,其中许多宝贵的经验值得总结和借鉴。 
首先是要准确把握市场需求,以市场需求为目标布局技术开发,持续投入,保持市场长期竞争优势。 
中丽制机公司始终遵循的原则就是:以市场需求为导向,与市场“零距离”。上世纪90年代,国内化纤企业非常希望在投资较少的情况下,仅对现有厂房进行改造,便可提高产量。由于限于当时的研发实力和机械制造水平,以及相关的配套产品水平,开发国产卷绕头是当时业内认为急需攻破但又难于甚至是不可能研制出来的。但是,中丽制机公司仍面向市场需求,坚定立项研发,为企业发展确立了方向。  
以市场为导向,结合企业自身技术基础,高速卷绕头项目的成功充分证明了公司在立项决策上的科学性、前瞻性和准确性,正因为此,才为中丽制机公司赢得了丰厚的利润和市场地位,实现了企业发展的战略性转折。 
其次是项目组织有力,凝聚团队战斗力,跨部门有效协作。 
卷绕头涉及机械动力、气动控制、电气控制、计算机软件等多门学科,不仅各部分技术、制造加工难度大,整体技术集成难度更大。项目组织了公司研发及生产制造各技术领域的骨干人员50余人联合攻关,凡是项目所需,人员、物资均尽最大努力以最快速度提供,为项目组解决后顾之忧。 

如何攻克国产化装备研制过程中设计、加工精度等技术难题,中丽制机公司领导与技术人员共同分析、研讨、寻找解决办法。在长达7年的时间里,一大批核心技术人员几乎天天加班到深夜,从公司领导到技术研发人员再到工人吃住在工厂更是司空见惯。每一个关键技术细节的设计、超出当时加工能力的零部件加工、符合要求的原材料、配套部件的采购等,均让项目组从项目负责人到车间工人反复思考,创新思路,上下拧成一股绳,终于打破国外技术垄断,研制出具有自主知识产权的全自动高速卷绕头。 

再次,合理利用外部资源,加快技术开发步伐。 

全自动高速卷绕头得到了政府与行业主管部门的多方关心与支持。在国家经贸委技术改造项目的支持下,建成了全自动换筒高速卷绕头制造加工车间和卷绕头装配车间,形成了生产全自动换筒高速卷绕头的技术能力和制造能力。科技部科研院所技术开发专项资金项目、国家五部委重点新产品计划项目的立项与资金支持也为项目的研发提供了精神与资金的双重支持。 

全自动高速卷绕头在研发过程中得到了中纺院院领导的重视和支持,公司借助中纺院技术力量及行业影响力,充分发挥出院内协同创新优势:合纤中心承担,中丽制机公司派两名技术人员参与的中石化委托技术开发项目“HOY用8000米/分高速卷绕头的研制”为卷绕头的研制进行了技术储备。BWA860T型全自动换筒高速卷绕头样机试制完成后,在合纤实验车间试验纺丝机上进行卷绕运行、自动换筒切换等试验,为机械性能的调整、最佳工艺参数的摸索、电气控制程序的修改提供了数据参考。此外,借助中纺院合纤中心较强的工艺研究实力,也为项目产业化推广提供了必要的技术支持。 
每一型号卷绕头的成功更是离不开协作企业的密切配合,各种性能、设计参数能否达到设计要求、长时间运转过程中设备发热情况、设计动作能否实现、卷装成形后的长丝质量能否达标、卷装成形效果等一系列问题都需要在实际生产中验证,而有时由于试验关注重点不同,往往还需进行多次试验。中丽制机公司通过项目合作、优惠等多种方式,与企业建立良好的双赢合作模式,化纤生产企业在影响正常生产并承担一定的经济损失下,不仅配合中丽制机公司进行样机试验,并且能根据其生产经验提出一些合理建议。每一台样机试验的成功也为该型号卷绕头的产业化推广起到了很好的示范作用。 
由于是在高速线速度下转动,高速卷绕头的原材料、机械共振等问题的解决都需要较强的理论依据,中丽制机公司通过与清华大学合作,开展机械共振计算机模拟工作,为设计提供了理论支撑。 
此外,要重视知识产权布局,为技术开发和市场推广保驾护航。 
随着中丽制机公司自主技术创新体系和集成创新体系的逐步建立和完善,企业管理和技术人员的知识产权保护意识和防范风险意识日益增强,知识产权保护体系也日臻完善,中丽制机公司也开始了自己的专利布局工作,专利申请量逐年大幅增加。 

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