宝钢集团专家谈我国试验机发展的历程、现状与未来

      乐金涛，1983年开始从事金属材料力学性能检测工作，至今已有32年，目前任职全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验分技术委员会委员、全国冶金物理测试网力学与试样加工技术委员会副主任委员、《物理测试》杂志副主编、审稿专家，《理化检验-物理分册》杂志编委、审稿专家，全国分析检测人员能力培训委员会培训大纲及教材编写专家/培训教师，中国国际招标网机电产品评标专家、宝钢集团上海宝华国际招标公司评标专家等。

回首过往

      专注试验室工作三十余年

　　乐金涛，自83年开始他便从事金属材料力学性能检测工作，从普通的试验员做起，到试验组长、试验室主任、试验设备管理，到试验室项目建设、试验室项目招投标评审工作、试验方法标准的审修订等。乐金涛长期从事金属材料的力学性能测试工作，他熟悉各类金属材料的试样加工和力学性能试验标准，组织参与了国内和上海市许多重大建设工程用钢的性能测试工作，处理了许多大型电站、桥梁、水利、采油平台、锅炉容器等重大工程用钢的用户质量异议，确保了工程建设质量；参与有关金属材料力学试验国家标准的讨论、修改、审定工作，发表过许多有关金属材料力学测试方面的专业性文章；作为主讲人组织参与了许多不同类型的培训考核工作；乐金涛三十年多年来他一直没有脱离过试验室工作和技术。

　　四类产品 5个核心技术

　　关于试验机，乐金涛介绍试验机的种类较多，不同的试验机有不同的作用，目前主要是有四大类试验机产品：

　　1、金属材料试验机——主要是对金属材料进行测试，适用于金属的拉伸、压缩、冲击、硬度、扭转、疲劳、持久蠕变等性能的测试；

　　2、非金属材料试验机——主要是针对非金属材料的测量，如橡胶、塑料、医疗等物品；

　　3、工艺性能试验机——包括摩擦磨损试验机、弯折试验机、落锤试验机、顶锻试验机等；

　　4、振动台——包括冲击台和碰撞试验台。

　　乐金涛认为试验机技术有5个关键核心，分别为：一是试验机的机械结构设计和机械加工、装配精度，它决定了试验机至关重要的刚度；二是用于测量力值的测力传感器的精度和分辨率；三是测量材料变形的引伸计或位移传感器精度和分辨率；四是试验机的核心——控制器；五是试验软件。乐金涛指出试验机的硬件和软件都重要，缺一不可。

　　历经三十多年 试验机行业全面发展

　　目前试验机行业在中国制造业当中是一个小行业，而关于试验机历史的追溯，乐金涛介绍到，建国前，中国根本没有试验测试的概念，也没有相关的厂家以及设备。到上世纪五六十年代时，中国的试验机技术、产品均来自于苏联或东欧。随着制造业的发展，以及社会对产品质量、工艺控制的要求不断提高，上世纪七八十年代，出现了部分国营试验机厂，如长春试验机厂、天水红山试验机厂、济南试验机厂、吴忠试验机厂等，在计划经济时代，国营的试验机制造企业，注定了它在创新、服务等方面发展的局限性。到上世纪九十年代，改革开放后涌现的一批民营试验机企业迅速发展壮大，在产品质量、技术、服务等方面进行创新和改革，迅速占领国内市场，大大提高了国产试验机的技术含量。至此国产试验机产量和品种得到了快速发展，基本覆盖了现代工程性能试验所需的各种应用领域，产品的技术水平和质量也有了很大的提升, 对中国试验机行业的整体发展起到了巨大的推动作用。归纳起来主要体现在几大方面:

　　一、静态金属材料力学性能试验机的测量技术、控制技术、计算机应用技术取得重大突破，电子、微机控制液压万能试验机的技术指标已接近或已达到国际同类产品的水平。目前对于国内中高端的全闭环控制试验机，实现全试验过程的闭环控制及通道切换已经是很成熟的技术，试验软件都可以实现试验过程的流程化控制编程，能方便地实现对试验过程的控制；

　　二、基于数字信号处理技术的电液伺服动静万能试验机、基于全数字化技术的高频疲劳试验机等产品投放市场，这标志着国产动态力学性能测试仪器的关键技术有了较大的提高；

　　三、多通道、多自由度协调加载的力学性能测试系统、及实际工况模拟试验系统的开发有较快的进展；

　　四、动平衡机的测量控制技术进步很快，性能指标和稳定性都明显提高。

　　五、大吨位电动振动台已达到国际同类产品的先进水平。

　　六、满足用户个性化要求的各种试验机发展很快，如:全自动试验机、生物力学试验机、大型结构试验机、高低温恒温恒湿盐雾等环境试验机、岩土力学模型试验机、电子持久蠕变试验机等；

　　七、非金属试验机发展也很快，如塑料管材冲击试验机等。

审视当下

       动态试验机与国外差距很大

　　“如果要把我国制造的试验机和从国外进口的试验机作比较的话，我认为静态的电子试验机、微机控制电液伺服万能试验机的技术指标已接近或已达到国际同类产品的水平，如果试验机的控制器、测力传感器、引伸计或位移传感器等配套件的性能指标更好，那就更加理想。去年我们开展了一个有21家试验室和试验机制造企业参加的验证试验，各种类型的试验机都有，试验结果证明了国内一线品牌的静态试验机完全能够满足如GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》等国家试验方法标准的要求，国内试验机的试验结果一点都不比从国外进口的试验机差。但国内制造的动态试验机如疲劳试验机，和国外同类产品有较大的差距，主要还是在控制器的设计制造等方面达不到要求，这一块至今还是被国外的试验机企业所垄断。”乐金涛说。

　　国内市场需求旺盛 企业仍在增长

　　我国试验机行业近十年获得了快速发展，取得了明显进步。根据国家统计局和中国仪器仪表行业协会公布的数据显示：我国试验机行业的工业总产值从1989年的3亿元上升到2008年的40亿元 (76家规模以上企业的数据)；到2010年，100家规模以上企业的工业总产值已达到60亿；到2014年试验机工业总产值保守估计达到100亿（其中出口交货值仅为8亿元）。我国各个产业对试验机的需求始终保持着旺盛的增长势头，除个别年度外，试验机行业工业总产值、市场销售额的增加值均在两位数以上，可以预测在未来一段时期，各个产业对试验机的需求将仍然保持两位数的增长。

　　据中国仪器仪表行业协会不完全统计，1989年全国生产试验机的厂家接近50家。2008年以后，规模以上企业76家。保守估计国内生产试验机的厂家不低于300家，其中较为有影响力的企业近10家左右。

　　试验机行业优势、劣势并存

　　材料试验机主要应用于钢铁、造船、电气、机械制造、钢构、航空航天、港口机械、建筑、大学、科研院所、质量监督检验、第三方检测机构等材料检测行业，凡是与金属材料有关的企业试验室都要使用。

  乐金涛介绍，在宝钢下属的各个试验室里，凡是涉及到金属材料研究和生产检测的各类试验机都有，试验机的数量庞大、分布广、种类齐全，而且以进口、高档的居多，现在少部分的试验机也开始采用了国内一线试验机制造厂家的产品。这些试验机用于对金属进行拉伸、压缩、冲击、硬度、疲劳、持久蠕变、摩擦磨损、弯曲、扭转、落锤、顶锻等性能的测量。

　　乐金涛指出我国试验机行业发展至今，目前存在一些优势和劣势，主要有：

　　优势：

　　一、拥有世界上试验机企业数量最多的企业群；

　　二、这个企业群已拥有一定的技术水平和制造实力，所提供的中低档产品基本可以满足国内市场需求，个别产品的性价比已达到国际领先水平，几个较大规模的企业已具备研发高档试验机产品的基础和实力；

　　三、拥有现实和潜在的市场容量需求及发展机遇。

　　劣势：

　　一、在一些老牌国企试验机企业出现各种各样的经营不景气的背景下，一些地区（上海、深圳、济南、长春等）涌现了一大批鱼龙混杂的试验机小厂，大都由一些不景气的国企老厂人员流出开办；随着国内用户对各类试验机的需求持续性增长，客观上刺激了越来越多的民间资金和人员投入到该领域中，使得试验机制造企业的数量迅速膨胀，但多数企业的规模却普遍偏小。

　　2008年中国最大的试验机企业深圳新三思公司被美国MTS公司并购，唯一一个我国拥有领先优势、能够与国外产品竞争的品牌被土崩瓦解；原新三思的主要股东组建的新公司，开始了重组后的自相残杀。尽管中国试验机市场份额逐年增长，尽管再如何努力经营，也依然没有一家试验机企业能像当年的新三思一样与国外品牌抗衡。据不完全统计，2014年在国内试验机行业具有一定规模的95家企业中(年产值达2000万元以上)，但年销售额过亿元的企业只有5家左右，年销售额在5000万左右的企业在10家左右。同时试验机产品的结构性矛盾也非常突出，一方面低档试验机存在着局部过剩，另一方面技术上较复杂的动态试验机却严重短缺，用户除了购买价格昂贵的进口产品外就别无选择。

　　二、在很多场合许多业内人士都谈到我们国家现在的标准制定，许多有关材料检测试验方法国家标准的制定，都是按照国际标准照搬翻译，对于关键的技术参数或指标等缺少我国自己的验证或分析。在对制定的标准进行评价时，等效采用国际标准制定的国家标准，其制定标准的水平就是先进水平；而结合实际修改采用国际标准制定的国家标准，其制定标准的水平只能是一般水平。标准是技术规范，同样也是技术壁垒，一些国外知名试验机企业现在已经做到了利用技术上的优势和在国际标准制定上的主导权，通过设置技术壁垒来遏制其他试验机企业的发展。

　　三、试验机制造企业为用户解决了不少的实际问题，但企业间的发展还不平衡，这包括技术问题和地理区域问题。尽管试验机企业已基本实现了资本结构上的变革，但由于长时间高度计划经济时期的影响，管理者和科技人员形成的一些旧的理念制约了自主创新的发展，管理水平低下；部分试验机企业本来就缺少专业技术人才，技术人员又忙于应付日常事务，缺乏对企业和自身技术业务的总结或提升；部分试验机企业投入研发的资金少，从事研发的手段比较落后。目前我国试验机制造企业厂商绝大部分都是走模仿的道路，部分国产试验机制造质量差、可靠性差、产品质量稳定性低、品牌效应差，试验机的试验软件功能低、开放性差，降低了同国外产品的竞争力。

　　四、我们原来的国家试验机管理机构和研究院所都转制成了自负盈亏的经营性企业。国内试验机行业合作少，缺乏对行业共性问题的验证分析、关键技术的合作开发，都是靠各个试验机企业自己来摸索或仿造，不利于促进我国试验机行业技术水平的快速提升和发展。

　　五、我国的高端试验机和国外的差距比较大，目前国内试验机的高端市场主要被欧美MTS、ZWICK、INSTRON等国际著名品牌牢牢把持。国际知名的试验机制造企业几乎都已进入中国的试验机市场，这些企业不但垄断了高档产品，而且在和国内企业争夺中档产品的市场份额。根据海关数据显示，2014年我国试验机行业的进口额度达10亿美元之多，其中试验台的进口份额占进口总额的45-50%，这说明我国各种试验台主要靠进口，国内试验台产品还满足不了用户需求。另外部分国营大企业试验机用户的技术需求定位不合理，不分用途，只求进口，造成设备功能和财力大量的浪费，也阻碍了国产试验机的发展。

　　六、从国内试验机行业的发展历史看，虽然以往的计划体制在一定程度上束缚了企业的发展，但试验机的产能相对集中，多数大型企业也比较重视产品质量和新产品开发工作。随着近年来大型国企逐步退出该行业，加上市场准入规则的不健全，国内试验机的生产格局由集中向分散转化并且逐渐陷入了一种无序状态。试验机行业缺乏规模较大、自主创新能力较强的领军企业，导致行业的集中度极低，同质化恶性竞争。各路试验机厂家，无论大小，无论地域，互相攻击，价格没有最低，只有更低。在高成本换来的低利润甚至无利润合同面前，无良的企业会尽量压低生产成本，偷梁换柱，以次充好，无法保证产品质量。

　　对品牌企业来说，长期限入资金紧张、亏空的状态，严重制约其发展与成长，在此情景下，企业没有足够的资金投入到研发与管理，产品质量、技术永远也无法突破，连生存都在挣扎，还拿什么和国外品牌竞争？中国的试验机行业看着一片繁荣，实则举步维艰，严重影响了行业自主创新能力的快速提高和企业的发展。长期的低水平无序竞争不仅无助于整个行业的健康发展反而带来了各种低劣产品的大量涌入，使广大用户成了这种无序竞争的最终受害者。

展望未来

      未来机遇、挑战不断

　　乐金涛认为，当前我国的许多行业正处于十分困难的时期，国民经济发展正处在从速度型增长向质量型增长的转变时期，市场倒逼我们要转方式、调结构，进行转型升级，这就需要更精确的检测和数据。另外，许多企业的经济效益不理想，由原来计划选用进口仪器设备的，现部分改为选用国内企业制造的检测设备。以上这些都给国内材料检测设备制造等行业发展带来了机遇和挑战。

　　乐金涛提出了试验机未来的重要发展方向和需攻克的瓶颈问题等。

　　未来试验机发展方向：

　　一、向功能模块化、系列化、共用化方向发展，又向特种、专业化方向发展；

　　二、向准确模拟各种特殊环境、模拟实际工况的方向发展，以提供更接近特殊环境和实际工况的综合、复杂的试验条件；

　　三、向自动化、智能化、网络化方向发展；

　　四、试验机自身的控制软件对其自身的技术水平和可靠性影响极大，而尽可能满足用户个性化要求的功能丰富、可扩展、可方便升级的应用软件已成为试验系统的重要品质。

　　试验机发展目标

　　一、在测量技术、控制技术、关键部件的设计制造技术、试验软件、特种环境和实际工况模拟技术等方面取得一定突破；

　　二、在进口量较大的高档试验仪器的研发制造方面获得突破，部分产品要赶上国外同类产品的水平，减少高档试验仪器的进口数量。

　　六大关键技术仍需攻克

　　一、激光引伸计、视频引伸计、全自动引伸计、高低温引伸计；

　　二、特种环境（超高温、超低温、耐腐蚀等）模拟试验箱及变形测量装置；

　　三、超大载荷、超大空间试验机，全自动试验机；

　　四、双轴向静态拉伸试验机；

　　五、电液伺服动静万能试验机、电液伺服裂纹疲劳试验机、双轴向四作动器电液伺服疲劳试验机；

　　六、全自动冲击试验机、仪器化冲击试验机等。

　　最后，针对试验机行业的发展方向、目标和急需开发的关键技术，乐金涛提出了6点建议：

　　一、我们要积极探索试验机行业技术发展的新机制、加快试验机企业重组兼并的力度、加快领军企业的形成。随着中国试验机行业市场规模的不断扩大，强势品牌依然不足，试验机企业发展现状并不能满足市场需求。在这样的形势下，少数优秀试验机企业如何率先突围、做大做强、推动行业整合、引导行业发展，已成为中国试验机行业发展的必然趋势。目前我国试验机行业产品规格种类繁多，但行业集中度不高，缺乏市场竞争力的行业名牌产品。通过行业整合，具备技术创新能力和生产能力优势的试验机企业能够实现优势互补，可以在控制系统、光机电液一体化、数字技术等方面发挥特长，凭借强大的制造能力，加快产品更新速度，提高产品附加值，进一步提升现代化程度，大幅提高生产效率，巩固和扩大企业的技术优势和规模优势。

　　近几年MTS、INSTRON、ZWICK等大型国际性公司纷纷通过对其他中小企业的兼并、重组，使资本和人员优势得以迅速集中，企业的综合实力也进一步得到增强，目前几个国外大公司的年销售额均在20亿人民币以上。在这方面作为我们国家的行业管理机构中国仪器仪表行业协会试验仪器分会、中国仪器仪表学会试验机分会应该要发挥积极作用；

　　二、加强试验机相关领域的标准化工作。由于体制上的原因，目前国内同时存在着以试验机生产企业为主导的试验机标准化技术委员会和以试验机用户为主导的试验方法标准化技术委员会，这与国际上将试验方法标准、试验设备校准与标准物质校准标准归属一个技术委员会，同列一个大标准的通用做法并未保持一致。由于相互之间缺乏协调以及利益取向的不一致造成它们在标准制订和执行上各行其事，今后政府主管部门需加强两者间的协调和管理，使试验机的标准化工作更加贴近用户实际。

　　另外还建议我们国家目前的标准制定制度和对标准评价准则要紧快地改变。在标准编制过程中：要批判地采用国外标准，不应该完全照搬，不能将国外标准中的错误引入国家标准，应去除国外标准中的技术壁垒；要注意历史沿革，不要轻易否定过去已经证明是成熟的标准内容；根据中国国情编制符合中国实际的国家标准；

　　三、建议试验机企业自身在管理模式、未来发展等方面要积极的创新，特别是在高端试验机开发过程中的定位、设计思路、运行机制等方面更加要有创新的紧迫感。由于我国的高端试验机和国外的差距比较大，所以尤其要加强这种高端试验机的自主创新。国内试验机企业的创新需要有国际视野，对标国外试验机先进技术找问题找差距，明确目标方向。要重视行业共性技术的研发，引导鼓励相关的科研院所、大企业试验机用户与试验机制造企业合作开发关键技术和产品，共同促进我国试验机行业技术水平的提升。

　　四、试验机的用户要逐步的改变概念。乐金涛说：“其实现在的许多进口试验机产品，说的好听一点是全球化采购或制造，说的透一点许多产品或零部件其实就是在国内制造的，装配后再贴国外的牌子，是属于伪进口产品。我们国家现在常规测试设备的品质、外观等，真的一点都不比进口的差，许多检测仪器设备功能齐全，精度高、重复性好，外观漂亮，价格相对便宜，售后服务又方便。其实我们完全没有必要图其虚名，花这个冤枉钱。在这里我尤其敬佩像宝钢等央企试验室领导，像宝钢等那么大的企业都已大胆的跨出了原来只用进口不用国产试验设备的这个框框，比如最近在建的宝钢湛江钢铁等大项目，他们结合自己的需求，审时度势，合理配置试验室装备，给予了国内许多试验机企业亮相的机会。”

　　五、重视行业共性技术的研发，引导鼓励相关的科研院所、大企业试验机用户与试验机制造企业合作开发关键技术和产品，共同促进我国试验机行业技术水平的提升，为我们国家在材料机领域赶超世界先进水平共同努力；

　　六、注重对试验软件的正确评定。长期以来我们对试验机性能的评价基本上是对试验机测力机构和变形测量机构的计量检定为核心，而试验软件并未被纳入到该评价体系中来。随着以软件为主导的全数字测控系统逐渐成为测试技术发展的主流，我们有必要对试验软件的地位和作用重新进行审视。由于尺度和标准难以统一，目前对软件的评定也确实存在着诸多困难，我国于2003年5月颁布了《万能试验机计算机数据采集系统评定》，但该标准至今未得到普遍推广。我们结合自身实际开展对软件的评定工作， 同时国家标准委也要牵头组织类似的比对活动，以此促进国内试验软件设计水平的提高。