廉曉東，杜星洲，呂 波，高 超，張婷婷

(首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076)

1 引言

4TH565W100型高壓壓縮機(jī)，采用2列對置式結(jié)構(gòu)，四級壓縮，排氣量為554 m3/h，排氣壓力為25 MPa，已持續(xù)運行12年。自2008年設(shè)備啟用，該壓縮機(jī)所有備件均通過代理商從原廠進(jìn)口購置，由于該設(shè)備市場保有量較低及廠商減產(chǎn)等不利因素，備件購置價格逐年快速增長且周期延長；此外，由于設(shè)備投產(chǎn)前期頻繁維修遺留的機(jī)體磨損，導(dǎo)致進(jìn)口備件使用效果及壽命快速下降，需長期購置數(shù)套備件維持設(shè)備運行，生產(chǎn)成本大幅提升，導(dǎo)致效益虧損。

為實現(xiàn)降本增效的經(jīng)營管理格局，開展了備件國產(chǎn)化替代工作，基于國內(nèi)“應(yīng)用國內(nèi)產(chǎn)品”、“應(yīng)用引進(jìn)成品”和“自主研發(fā)生產(chǎn)”等方法[1]，增加備件類別化分環(huán)節(jié)，完善國產(chǎn)化替代方法，保證國產(chǎn)備件質(zhì)量并大幅降低購置成本和周期，設(shè)備運行可靠性顯著提升，運行效益好轉(zhuǎn)，根據(jù)自身實踐總結(jié)出一些備件國產(chǎn)化替代管理方法，希望同業(yè)者可以有所借鑒。

2 備件國產(chǎn)化替代的必要性及原則

進(jìn)口備件是保障進(jìn)口動力設(shè)備正常運行的關(guān)鍵因素，而進(jìn)口備件國產(chǎn)化工作能夠使公司在維護(hù)工作中占據(jù)主動，使公司避免代理商及廠家在技術(shù)和備件供應(yīng)環(huán)節(jié)供應(yīng)封鎖和價格壟斷，提高設(shè)備使用效率，提高公司維修技術(shù)能力，節(jié)約大量人力物力和維修費用，有效降低生產(chǎn)成本。備件國產(chǎn)化必要性從2個方面進(jìn)行簡要說明：

2.1 備件依賴進(jìn)口弊端

(1)進(jìn)口備件價格高，每年兩臺進(jìn)口壓縮機(jī)備件進(jìn)口備件費用高達(dá)100萬元，經(jīng)營效益壓力大。

(2)進(jìn)口備件周期長，簡易密封件也需要8～12周購貨周期，較為重要的部件需要20周以上時間，設(shè)備維修壓力大。

(3)產(chǎn)品更新速度較快，導(dǎo)致原有備件發(fā)生停產(chǎn)，無法保證供應(yīng)。

(4)長途運輸導(dǎo)致備件易損壞，且技術(shù)資料不全，備件質(zhì)量無法保證。

2.2 備件國產(chǎn)化優(yōu)勢

(1)國產(chǎn)化備件價格低廉，優(yōu)勢顯著，降低設(shè)備維修成本。

(2)國產(chǎn)化備件購置周期短，由于備件購置無需進(jìn)口手續(xù)，國內(nèi)運輸速度快，且生產(chǎn)速度塊，購貨周期可縮短2～4周，具有良好的響應(yīng)快捷和維修和服務(wù)有保證的特點。

(3)備件國產(chǎn)化有多種途徑，自設(shè)計制造、聯(lián)合開發(fā)、逆向仿制等，可根據(jù)實際情況進(jìn)行備件優(yōu)化，提升備件質(zhì)量。

(4)備件國產(chǎn)化可促進(jìn)公司技術(shù)研究，深化進(jìn)口設(shè)備運行維修認(rèn)知和技術(shù)改進(jìn)，強(qiáng)化落實自主化維修工作目標(biāo)。

2.3 備件國產(chǎn)化工作思路和原則[2]

(1)國產(chǎn)化不能降低設(shè)備整體使用性能。在制定國產(chǎn)化替代備件計劃時，要準(zhǔn)確把握國產(chǎn)化備件性能，選用技術(shù)成熟穩(wěn)定的國產(chǎn)化備件，并考慮替代不可降低設(shè)備整體使用性能。

(2)國產(chǎn)化是措施不是目標(biāo)。備件國產(chǎn)化替代是針對高價值、易耗部件的購置途徑改進(jìn)方法，在維持設(shè)備穩(wěn)定運行的前提下，最大限度降低設(shè)備運行成本，維修維護(hù)工作更容易開展。

(3)國產(chǎn)化工作要有層次進(jìn)行。根據(jù)備件國產(chǎn)化技術(shù)水平，要客觀規(guī)劃、分步實施、循序漸進(jìn)、從易到難，務(wù)求實效。

3 備件國產(chǎn)化替代措施及成果

根據(jù)備件國產(chǎn)化工作思路和原則，對該設(shè)備備件進(jìn)行類別劃分，論證國產(chǎn)化可行性，確定具體的備件國產(chǎn)化實施方案。

3.1 備件國產(chǎn)化類別劃分。

備件評價系統(tǒng)主要通過五種評價要素對備件進(jìn)行國產(chǎn)化類別劃分，其中采購價格、采購周期、易損度為判斷國產(chǎn)化必要性參考；標(biāo)準(zhǔn)化度、制造難度為具體劃分類別參考。最終將備件劃分為3種國產(chǎn)化類別即：國內(nèi)采購、合作試制和改進(jìn)自制。

國內(nèi)采購型備件主要特點是備件購置周期長、易損度高、標(biāo)準(zhǔn)化程度適中、有成熟制造技術(shù)，國內(nèi)可根據(jù)使用性能找到成熟替代產(chǎn)品。

合作試制型備件主要特點是備件購置價格高、購置周期長、易損度低，多為非標(biāo)產(chǎn)品，制造難度大，國內(nèi)可通過專業(yè)廠商合作研發(fā)制造。

改進(jìn)自制型備件主要特點是多為非標(biāo)產(chǎn)品，易損度高、制造難度適中，可通過自身能力實現(xiàn)制造和性能適應(yīng)性改進(jìn)。

通過制作備件類別評價表(表1)，對備件進(jìn)行系統(tǒng)性分類，以便制定準(zhǔn)確的國產(chǎn)化實施方案。

表1 備件類別評價表(評價等級：高、中、低)

3.2 備件國產(chǎn)化實施方法及流程

根據(jù)不同備件國產(chǎn)化類別，對應(yīng)設(shè)計3種國產(chǎn)化實施方法，細(xì)化備件國產(chǎn)化流程，確保國產(chǎn)化成功率及效果。

(1)國內(nèi)采購型備件。此類備件主要包括密封O型圈和石墨密封墊片、空氣過濾器、油冷卻器、交流接觸器和熱繼電器等，以國產(chǎn)備件全部替換為目標(biāo)，此國產(chǎn)化重點為明確原備件工作原理和性能，調(diào)研制造商能力并確保國產(chǎn)備件性能完全滿足進(jìn)口備件性能要求，國內(nèi)采購流程，如圖1所示。

圖1 國內(nèi)采購流程

(2)合作試制型備件。此類備件主要包括活塞—氣缸組件、活塞環(huán)、氣閥，此國產(chǎn)化重點為因備件成套進(jìn)口，缺少設(shè)計資料，需要尋求國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域科研、制造公司密切合作，通過專業(yè)技術(shù)力量確保國產(chǎn)化合理性和有效性。合作試制型備件國產(chǎn)化流程，如圖2所示。

圖2 合作試制流程

(3)改進(jìn)自制型備件。此類備件主要包括卸載器、卸載器活塞組件、密封擋圈等，此國產(chǎn)化重點為以自主完成測繪圖紙、匹配材料、核對裝配公差等工作，組織公司內(nèi)部加工力量，按測繪尺寸加工或根據(jù)實際使用工況進(jìn)行局部改進(jìn)，保證備件的互換性和裝配性能，達(dá)到原備件使用壽命要求。改進(jìn)自制型備件國產(chǎn)化流程，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)自制流程

3.3 部分備件國產(chǎn)化措施案例

3.3.1 密封O型圈國產(chǎn)化

(1)O型圈尺寸測繪，一般可采用游標(biāo)卡尺直接測量O型圈內(nèi)徑和斷面直徑，但由于O型圈在購置和保存過程中存在卷曲和壓折等問題，測量精度受到嚴(yán)重影響，此外由于設(shè)備經(jīng)過長時間運行，部分密封環(huán)境因腐蝕而變化，為確保國產(chǎn)化O型圈滿足實際尺寸要求，通過正向“設(shè)計途徑”測量O型圈密封環(huán)槽尺寸，以確定O型圈的尺寸。根據(jù)測量結(jié)果，對照密封件設(shè)計手冊中GB/T 3452.3-2005和JIS P/G 2401、AS568等國內(nèi)外規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)[3]，確定30余種O型圈尺寸，通過現(xiàn)有規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)確定尺寸，可避免非標(biāo)O型圈生產(chǎn)成本以及提升采購效率。

(2)O型圈材質(zhì)選擇，一般需要考慮其自身回彈性、力學(xué)性能、性能穩(wěn)定性、耐腐蝕等方面，同時也需要考慮其使用環(huán)境為靜密封或是動密封、有無沖擊載荷、工作介質(zhì)、工作壓力和溫度等因素。根據(jù)壓縮機(jī)密封O型圈多處于溫度160～200 ℃之間、壓力0.3～25 MPa間的環(huán)境中，需要對常用材料進(jìn)行適應(yīng)性能和價格比對，如表2，根據(jù)表格可知，可選用氟橡膠材料。

表2 O型圈選型

(3)O型圈測試定型，一般采用密封測試工裝，通過模擬實際工況下的壓力、溫度、載荷沖擊等因素，檢測O型圈使用效果。由于該設(shè)備用O型圈使用工況較復(fù)雜且所需條件較高，為準(zhǔn)確驗證國產(chǎn)化備件實際性能，避免測試工裝所需成本，采用實際工況下運行測試，部分國產(chǎn)化O型圈測試結(jié)果，如表3所示。

表3 O型圈使用效果

(4)國產(chǎn)化備件使用效果。現(xiàn)已完成該壓縮機(jī)90%密封O型圈國產(chǎn)化工作，國產(chǎn)化備件較原廠備件使用效果有所提升，部分密封件使用效果對比參數(shù)見圖4，成本對比見圖5。

圖4 O型圈使用效果對比(單位：臺時)

圖5 O型圈成本對比(單位：元)

3.3.2 四級缸套—活塞組件國產(chǎn)化

(1)明確產(chǎn)品原理和性能。缸套—活塞組件是往復(fù)壓縮機(jī)中直接進(jìn)行氣體壓縮機(jī)的部分，是工作腔的主要構(gòu)成。四級缸套—活塞組件設(shè)計工作壓力為35 MPa，屬于高壓等級，其材料選型需要滿足高壓承受能力。該設(shè)備活塞每分鐘需要完成1000次壓縮，屬于重載荷壓縮機(jī)，其活塞環(huán)槽尺寸、活塞環(huán)和刮油環(huán)強(qiáng)度都需要精細(xì)測繪加工。

(2)調(diào)研國內(nèi)壓縮機(jī)企業(yè)制造能力。根據(jù)該備件的國產(chǎn)化需求，調(diào)研國內(nèi)多家具備壓縮機(jī)生產(chǎn)制造能力企業(yè)，獲得數(shù)個國產(chǎn)化制造方案。

(3)評審各企業(yè)方案。針對各制造企業(yè)提出的國產(chǎn)化備件生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期、材質(zhì)、使用壽命等指標(biāo)，進(jìn)行多方比對，表4和表5為報價和技術(shù)方案。

表4 方案報價

表5 技術(shù)方案

(4)合作完成制造過程。全面提供實體缸套—活塞組件及運行工況資料供研究所測繪設(shè)計，為進(jìn)一步提升技術(shù)人員對備件的認(rèn)知，要求技術(shù)人員全程參與試制工作，核對國產(chǎn)備件與進(jìn)口備件尺寸，確保試制備件性能可替代進(jìn)口備件。

3.3.3 卸載器及其活塞組件國產(chǎn)化

(1)明確產(chǎn)品原理和性能。卸載器在壓縮機(jī)中主要用于排放油水和卸除載荷功能，以降低壓縮機(jī)生產(chǎn)壓縮氣中油水含量，使壓縮機(jī)從滿載快速進(jìn)入空載狀態(tài)，實現(xiàn)空載啟動和停機(jī)。運行中，卸載器通過各級壓力和接觸卸載器活塞面積差異形成二級控制三、四級油水排放的運行模式，卸載器活塞在每個卸載周期因密封而承受一次撞擊，根據(jù)每10 min卸載周期，設(shè)計壽命達(dá)到2000臺時，即滿足承受12000次沖擊要求。

(2)自主完成測繪、材料匹配、公差配合。卸載器主體由三部分組成，即三、四級活塞腔和二級承壓腔，另有2個卸載器活塞。由于卸載器主體為金屬材質(zhì)機(jī)加成型，自主測繪相應(yīng)的外形尺寸和管路螺紋參數(shù)，材料選擇硬鋁(7A09)即可滿足。卸載器活塞作為主要國產(chǎn)化備件，外形尺寸基于原有尺寸結(jié)合使用中出現(xiàn)的故障及后期二次修復(fù)的要求，利用PTC力學(xué)分析軟件進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化卸載器活塞端頭圓角過渡及長度，減少應(yīng)力集中并減少活塞運動距離，降低運動末速度，減小撞擊強(qiáng)度。根據(jù)卸載器活塞工作環(huán)境屬于高壓差、強(qiáng)沖擊和摩擦環(huán)境，選用PEEK(聚醚醚酮)材料[4]。

(3)完成內(nèi)部制造力量準(zhǔn)備工作。根據(jù)卸載器的各項技術(shù)要求，編制卸載器加工工藝流程，協(xié)調(diào)專業(yè)機(jī)加部門的工藝人員，核對加工圖紙，完善加工工藝步驟，確定最終加工方案，申請機(jī)械加工及質(zhì)量檢測。

(4)完成產(chǎn)品制造及后期改進(jìn)工作。卸載器加工及質(zhì)量檢測完成后，將各部件進(jìn)行裝配，并將卸載器安裝到壓縮機(jī)上，對裝配尺寸偏差進(jìn)行設(shè)計修正；檢查運行100～500臺時后卸載器密封孔和卸載器活塞密封面形變量、受力均勻情況進(jìn)行檢查，并采取相應(yīng)的方法進(jìn)行改進(jìn)。

4 進(jìn)口設(shè)備備件國產(chǎn)化成果及工作展望

4.1 備件國產(chǎn)化實施進(jìn)展，見表6

表6 國產(chǎn)化項目進(jìn)展

4.2 備件國產(chǎn)化經(jīng)濟(jì)效益

4TH565W100型壓縮機(jī)通過建立備件國產(chǎn)化流程，已實現(xiàn)進(jìn)口設(shè)備整體零部件80%國產(chǎn)化，通過國產(chǎn)化備件與進(jìn)口備件費用對比可知每年可節(jié)約備件費用63.8萬元，如表7所示。

表7 國產(chǎn)化備件價格與節(jié)省成本

4.3 備件國產(chǎn)化工作展望

(1)建立完備的備件信息庫

結(jié)合ERP系統(tǒng)運行模式，將國產(chǎn)化備件分為不同類型，對國產(chǎn)化備件使用性能、采購價格、采購周期、備件庫存、消耗率等數(shù)據(jù)進(jìn)行完備統(tǒng)計，通過獲取必要的采購信息，合理設(shè)定備件采購量及庫存量，控制庫存維持在滿足運行標(biāo)準(zhǔn)，減少不必要的成本占用。實時監(jiān)控各國產(chǎn)化備件的使用效果，對性能不穩(wěn)定等情況進(jìn)行深入分析，及時調(diào)整設(shè)計參數(shù)，滿足實際使用需求。

(2)強(qiáng)化備件國產(chǎn)化能力

面對包括各級冷卻器在內(nèi)的設(shè)備主要零部件老化，需要進(jìn)一步提升大型零部件的國產(chǎn)化能力，加強(qiáng)技術(shù)人員專業(yè)知識學(xué)習(xí)，并聯(lián)合專業(yè)廠家對零部件進(jìn)行測繪及再設(shè)計工作，確保設(shè)備大型備件滿足使用，補(bǔ)全現(xiàn)有備件國產(chǎn)化工作短板。

5 結(jié)語

備件國產(chǎn)化工作作為一項重要的降本增效措施已在公司多臺進(jìn)口設(shè)備中應(yīng)用，既滿足了設(shè)備運行所需備件儲備，也節(jié)省了大量經(jīng)費，同時促進(jìn)技術(shù)人員從管理型向技術(shù)—管理型人才發(fā)展，為設(shè)備運行維護(hù)管理提高重要保障。國產(chǎn)化工作涉及專業(yè)廣，具有一定風(fēng)險，需要進(jìn)一步提升技術(shù)積累與認(rèn)識，從而推動國產(chǎn)化工作平穩(wěn)發(fā)展。