液压测试的重要性及发展趋势

——访北京理工大学王向周教授

编者的话：移动机械无疑是液压件行业最重要的一个市场，然而目前在这个市场，国产液压件始终无法取代进口产品，这几乎是国内液压件企业遇到的瓶颈。如何消除主机厂家对国产液压件的疑虑是中国液压气动密封件协会一直在思考的问题，那么是否可以从测试的角度做些工作呢？带着这样的疑问，我采访了协会专家委委员、北京理工大学的测试专家王向周教授。非常感谢王老师的真诚和坦率，他认为一般意义上的测试无法消除主机厂的疑虑，而更应该重视测试数据的采集保存、积累与分析，并用鲜活的实例告诉我们，实现电子信息化是液压元件的必然趋势，为此，他建议中国液压气动密封件协会牵头建立云中心为行业提供电子信息化共享服务平台。

为了更准确展现王向周教授的思维，本文用第一人称“我”代表王向周教授。

目前国内液压测试的现状

我个人觉得目前国内液压件厂对液压测试的重视还有待加强，这也与国内液压件的生产、研制状况有关。国内大部分液压件的生产目前走的道路主要还是仿制而不是自主研制，更没有走到引领的阶段，所以各生产厂商对液压测试需求动力不足。一方面，液压件在整个国民经济中占比很低，而且国内液压件厂商诸侯林立，规模都不大，不像通信行业，比如手机，一年几千万台，各大厂商知识产权意识非常强，知识产权纠纷很厉害，仿制的就少。另一方面，国内液压件多作为国外主要厂商的产品在备件市场的补充，还没有对这些国外着名厂商形成实质性威胁，远不是他们的竞争对手，所以这些国外厂商目前还能容忍国内厂商的仿制，暂时还未出现较明显的知识产权纠纷，所以国内对掌握自主知识产权的紧迫性不强、压力不大，这样就不会在测试上投入很多。同时，液压测试对技术人员的要求很高，需要复合型人才，搞液压测试的技术人员不仅要懂液压、懂机械，而且要懂电子、懂信号处理、懂软件，还应该懂测试原理、试验方法，这需要长期的积累与培养，我们的企业在这方面的人才储备是不够的，液压测试需要长期的积累，才能见到效果，短时间内是难于从液压测试对产品质量的提高上获益的，这在一定程度上影响了各厂家对液压测试技术的重视。

前几年工程机械行业火热的时候，许多工程机械的主机厂对液压件的测试积极性很高，上了一些试验台，这些试验台主要用来做液压件的进厂复验，当然各主机厂也根据自行产品提出了一些特殊功能，有些试验台还具备一些型式试验项目。我个人认为，工程机械主机厂如果仅仅是为了产品质量控制，配备液压件的出厂试验台对液压件进行复验足够了，因为维护一个高性能的液压试验台占用很多人力、物力，这与主机厂的生产目的不一致，而且主机厂可以要求液压件厂提供合格产品，出现产品问题通常要求元件厂直接调换或解决问题。经济进入新常态以来，许多主机厂的试验台用的少了，特别是很少用于大批量生产中使用的液压件测试。

在工业领域，主机厂的液压测试就显得非常重要了。比如，我们给宝钢做的电液伺服/比例阀试验与检测系统，随着宝钢生产线的建设，自1990年开始到2009年一共进行了三期建设，成为了一个非常综合的电液伺服/比例阀试验台，可以覆盖宝钢生产线上用到的绝大多数阀，10多个厂家，100多各规格型号，可进行各种动、静态特性测试，特别是有些阀具有电子三级闭环功能，可以在试验台上进行动静态性能的调整以满足生产线需求。今年年初，我走访了宝钢的这个试验室，试验台维护、使用得非常好，多年来一直承担着宝钢生产线上各种阀的检验、检修任务，为生产线的正常运行起到了保驾护航的作用。

测试能否消除主机厂对国产液压元件的疑虑

出厂测试对保证产品质量是非常重要的，其作用是保证出厂的产品没有质量问题。出厂试验台的操作一定要简化，例如：被试产品的装夹可以采用气动或液压夹持以减少安装时间，试验项目应该耗时短、流程简单的，否则不仅生产效率会降低，有的试验还可能影响液压元件的寿命，例如：一般来讲，伺服阀/比例阀的动态特性(扫频)就不宜安排在出厂试验中，这种试验对阀的寿命是有很大影响的。出厂试验目的应该用来检查装配工艺，例如密封等，生产量越大，出厂试验的效率就要求越高，所以出厂试验应该是一个非常简单的试验台，不能太复杂，操作效率要高，测试项目应该尽量少，不能什么都测，否则效率就低了，而且也没有意义。别的行业的经验来看，例如电视机的生产，一条生产线一天要生产几千台，从元器件开始，到焊接、调试、整机检验、装箱，整个流水线上只有几个关键测试点，每个测试点仅测试一个或一组参数，必须与生产线的节拍一致，我们知道目前国产电视剧却很少出故障。因此，我想强调的是产品的质量一定是靠工艺和产品设计来保证的，当然包括材料、公差、热处理等等，测试本身不能提高或改善产品的质量。

不同于出厂试验台，研究型试验台是非常有利于提高企业产品竞争力的，一个新产品需要通过大量试验，验证好机理上、原理上的东西，发现并改进设计、工艺，我觉得这是液压测试的主要目的。关于可靠性、疲劳试验，可以与新产品研制试验一起进行，在试验台上单独进行可靠性或疲劳试验值得商榷，毕竟疲劳试验、可靠性试验需要很长时间，需要耗费大量的人力物力，例如：做完一个泵的可靠性试验，可能整个试验台都废了，时间成本、测试成本太高了，而且一件产品是不能说明问题的，很难让人信服！我个人不是很赞成企业单独进行可靠性、疲劳等类似的试验，因为它说明不了太多问题。如果要做，一定要与产品的机理分析、工艺和设计改进结合进行，试验中把能采集的数据都采集了，然后对数据进行挖掘，用于改进产品的设计和工艺。事实上，这几年好多企业也做了液压件可靠性试验，但对增强客户的信心有多大影响呢？

研究型试验台测试项目、功能、测试的参数、控制性能等都应该具有较高的技术水准，可以复杂一些，产品的覆盖面也可宽一些，建议做成一个很综合试验台，可以通过多产品共用，来弥补使用率低的问题。因此，研究型试验台的设计与出厂试验台的研制理念应该存在很大的差异，研究型试验台不仅应该完成被试产品的静态测试、动态测试，还应该具备施加各种高应力的能力以考核被试产品的过应力能力。

至于如何消除主机厂对国产液压件的疑虑，我个人认为有多方面的因素。一是品牌问题，国内液压件企业毕竟还不是国际一流液压件企业，主机厂通常希望通过国际着名品牌来提高主机产品的声誉，例如：原来用力士乐的产品，现在要换成国产的，主机厂会认为他的品牌价值损失了。目前我们还没有到对我们民族产品自信的这样一个状态，对于主机厂和主机用户来说，建立起民族品牌自信意识还会持续很长一段时间。但随着我们产品质量的提升，这一状况会逐步得到改善，是一个渐进的过程。二是产业集中度低，国内液压件生产企业很多，但规模大的却很少，各厂家的产品产业链也比较短，在为主机厂提供解决方案、技术服务等方面确实还存在较大的差距，产品质量也不够稳定，这些也影响了国内产商在主机厂的声誉。三是缺少自主产权的产品。仿制产品很难有定价权，很低的价格反过来又会影响产品的质量，所以国内液压件厂商应该努力用具有自主产权的高质量、高性能的液压件去赢得主机厂和最终用户的信任，而不是推崇实施低价格战略。

现在我们搞液压的企业多数是守佔机械领域，与电子领域跨界走的是相对较慢，也没有从系统链的角度研究液压件。前些年，我去力士乐德国工厂考察，工厂内有推土机、挖掘机等主机，他们自己不做主机，但从系统的角度来研究元件，液压件会在主机上试一试，将控制、测试一起做，试完了看有什么问题。力士乐很多时候搞的是方案，为什么在国内能推开力士乐的产品，就是因为它提供给用户的不仅是液压件而是系统解决方案，这是一个企业的综合实力所在，是软实力。

家电产业的发展可以给我们一些启示。家电产业是中国企业中率先发展，并迅速形成行业规模、行业升级以及产业整合的一个行业。家电业的发展经历了兴起、成长、纷争、重组四个发展阶段。经过一轮洗牌之后，唯有产业集中度进一步提高的规模企业的成本效应、品牌影响、技术投入、自主创新、价格控制，才可以持续发展。我们的液压目前应该处在家电产业发展过程中的第三阶段（纷争），这一阶段制造业陷入了规模化成本消化与市场化需求减缓的矛盾之中，又因为企业的竞争呈现了同质化，价格成为了竞争的武器。行业中那些简单粗放型、规模效应不够、技术支持不足的企业纷纷关门。所以，液压产业的洗牌是迟早的事，否则没有规模生产，提高不了劳动效率和管理水平就很难生存。人工成本这么贵，如果还是按照过去的生产方式是不行的。经过洗牌，产业重组，规模化企业得以生存，我们国家的液压也就上来了，就可以跟国际抗争了，现在液压企业这么多是没有办法与国外竞争的，国外真正有实力的液压件厂不是也没有几家吗？

测试数据的重要性

要消除主机厂对国产液压件的疑虑，主要靠国内厂商综合实力。在液压测试方面，应该把研究型试验台建好、用好，要把研究能力、设计能力提升上去，当然也包括材料、工艺，整体制造水平提升了，我们的产品质量稳定了，性能提高了，主机厂自然有信心了，主机厂也会用我们的产品。

现在国内很多厂家开始重视产品的可靠性试验，这是一件好事，说明我们的企业越来越重视产品质量了。需要强调的是可靠性试验的目的是为了暴露产品的不可靠的薄弱环节并采取纠正措施加以排除（或使其故障率低于允许水平），切不可仅仅为了所谓的几个可靠性指标进行所谓的可靠性试验。我们知道，目前各种液压元件的寿命都比较长，寿命试验耗时久，且须投入大量的金钱，而产品可靠度信息难于实时获得并加以改善，会导致失去许多"商机"与"竞争力"。因此，有关可靠性(寿命)的试验应尽可能结合产品的性能试验、环境适应性试验等来进行，结合产品的研制，研究加速寿命、加速性能退化试验等试验方法，如何在可接受的试验时间内评估产品的使用寿命，是可靠性试验中最具挑战性的课题，需要企业进行大量的试验数据积累，特别是需要研究如何在保持失效机理不变的条件下，来加大产品的试验应力，例如：液压泵的输入转速、输入转速变化率、输出流量/压力、输出流量/压力的变化率、吸油压力及其变化率、液压粘度等对泵寿命或性能的影响，以及如何灵活控制这些参量按照一定规律变化，试验台的加载方式及其特性对实现可靠性指标评估就显得非常重要。尽管国外有些试验标准可以供我们参考，但这一方面的数据通常是企业最宝贵的财富，很少可以从他人那里拿来，需要我们通过长时间的实验及数据收集，必须自己去做研究，去琢磨，没有试验数据的长期积累和研究很难设计、生产出好的产品。我了解的国外一些企业，他们的试验数据都是非常保密的。比如说为什么国产汽车发动机不行，我们设计没有问题，但是我们没有试验数据、经验数据，最后是要靠数据矫正模型的，如果与设计模型有出入的话，要把它矫正过来，这个要靠数据长时间的积累和经验，这是一个企业的know how，我们现在缺少这些东西，那就做不了，只能请人家给设计。

同样，我们的液压件也一样，我们抄一个图可以，却改不了人家的产品，我们不缺理论、仿真也做得很好，我们改出来就是不好使，为啥？我们没有试验数据，没有办法优化设计、材料、工艺等。试验研究企业是主体，长期试验及数据积累必须有产品支撑，这是学校做不了的。

我们的行业协会为企业提供了大量的服务与支持、作用很大，建议行业协会发挥更大作用，联合几个骨干企业做一个很大的试验数据库，供行业内企业共享，当然这里面涉及到很多知识产权的问题，企业为了保密，它是否愿意，有很多利益在里面，也是很难做的，但是我觉得这个工作从参与建设的企业、享用测试数据的企业、到国家，建设好了各方都会受益，是多赢。

除了通过实验室试验来收集测试数据外，也可以通过产品在线进行数据采集，与液压产品的电子信号化结合起来进行。在一些行业，在线数据采集早就在做了，例如飞机发动机，就有数据在线采集与监控，可以实时了解发动机的运行状态、历史数据以及维修状况等，这个工作至少10年前就已实现了。近年来，卡特已经在推它的智能化设备管理了，也已经实现了他们自己生产工程机械设备的智能化管理，目前已有40多万设备实现了智能互联，智能互联的基础是电子信息化、数字化，这样就可以将设备上各种数据收集来，用于性能、寿命、健康管理，发现设备的薄弱环节，下一代产品它就改进了。

液压技术是多学科交叉技术，集机械、流体、电子控制、信息传递等于一身。我们机械做的多，电子控制这一块做得还很弱，绝大多数厂家没有自己的控制器，基本是买国外的产品或早期产品的仿制品攒了攒，目前大部分产品还处于聋哑状态。这样，我们还是没有核心技术，等于是给国外厂家打工，而且售后服务都是我们的，这样肯定不行！我们行业以后可以自己来做这一块，把控制、诊断、连数据采集都做进去，监控的数据可以存起来的，并且可以远程传过来，这些数据是非常有价值的，对整个行业的技术水平提升还是很有好处的，电子信息这一块非常重要，是大势所趋。现在物联网、车联网都在做，主机厂的设备都智能互联了，将来如果我们的液压产品不能数字化、联网，那只能被淘汰了，我们需要抓紧时间做了！

数据这一块我们国内是不重视的，做完试验就扔了，所以我们后继的设计都没有针对性。现在互联网时代到来，应该建立云中心，积累数据，将来还是很有好处的，这在技术上是一个很大的进步，希望行业协会汇集行业、慢慢把这个建起来，假如云中心由协会负责管理，为行业企业提供一个共享平台，对整个行业的推进一定会有很大帮助。

液压元件实现电子信息化是趋势

液压元件实现电子信息化肯定是趋势，如果不做，几年以后估计我们只剩下低端市场，甚至到配件市场去都很难做，因为国外的都是电控的。像力士乐、Park这些公司电控技术已经都很成熟了，现在为什么不推呀，主要还是市场滞后、接受度还比较低、相对价格贵一些。但是一旦被市场接受以后，他们是有产品的，而且价格会很低，我们现在没有产品，等市场成熟了，就机会不大了。

汽车行业，无论是乘用车还是商业车几乎都是电控发动机了，工程机械许多也是电控发动机，但还有一些用机械调速器的发动机，相对滞后一些。但现在买国外机械调速的发动机比电控调速的还要贵，因为机械调试器的发动机已基本停产了。乘用车欧Ⅲ标准的几乎都不再生产了，在北京欧Ⅰ、欧Ⅱ都不让跑了，汽车的电子化几十年了，工程机械相对慢一点，但电子化会很快普及，液压件的电子化必须超前于工程机械的需求才会有机会。电子控制器的成本也并不是很高，主要与量有关系。从汽车工业来看，市场上一半的轿车也就10万元左右，也全是电子化的，从发动机到变速箱、从ABS等到仪表几乎都是电子控制器，最简单的车至少也装4、5个电子控制器，其中便宜的可能也就几百块钱，非常便宜。

液压元件电子化以后，会增加一些成本，但原来用硬件实现的功能，可以用软件来实现了，总的成本不会有大的变化。比如我们过去要实现一个液压阻尼，要调阻尼的话就需要换阻尼孔，如果现在用一个电子阻尼的话，通过修改软件中的参数就行了，当然这个工作必须将液压和电子结合起来，说起来简单，实际上还是有一定难度的。所以电子信息化(包括控制)，液压件的更新换代肯定要走这个路子。过去多路阀多是手控，现在也在逐步电子化了。液压件的电子信号化应该与系统应用结合起来研究，必须从控制的角度、从系统的角度来研究这个事，我们的产品才容易被用户接受，才能去引领用户、市场。我们的液压件现在仿制的多，起初可以靠仿制、学习，到后期需要创新、引领，才能发展。国内很多企业一方面规模比较小，另一方面自主研发能力不足，没有足够的人力、物力。

路甬祥院士、曾广商院士也一直在强调电子化，包括电子、软件。电子信息化以后带来的好处，原来用硬件做的可以用软件来做了，不但成本低了而且修改很容易，例如做控制的PID，硬件PID要调整时通过电阻、电容来实现，有时调节不过来，还需要更换电阻或电容，现在都是数字控制，通过软件很快就OK了。所以液压件的电子化需要抓紧，要不走这个路子,液压的路就会越来越窄。同时电子信息化可以跟健康管理结合起来、也包括可靠性一起解决，电液结合，充分发挥好液压、电子各自的优势，对我们整个行业来说确实是一个变革。

建议行业建立云中心

测试这一块，建议行业协会会商国家牵一个头，当然主要是以企业为主，联合几个基础好一点的企业，把电控、监控做起来。原来我去过广东佛山科达，它优势在于它自己做压机，又做泵，而且泵用在自己的压机上，压机的产量也不少，将给它的泵改成电控（科达自己有电控泵，但控制器不是自己的）。科达现在自己也在做试验，寿命试验也做，积累了很多数据，装上电控后可以收集更多的数据，积累下来，一个示范，慢慢就可发展起来了。

我觉得协会牵这个头对广东佛山科达肯定是有好处的，它先上吗，这样做起来对我们整个行业的推动还是很大的。虽然我也做试验台，但我不能只讲试验台，从我们高校来讲，觉得整个国家的发展还是很重要的，一定不能错过现在这个很好的发展时机，就是液压件的电子信息化如果不走的话，以后我们液压行业就一点竞争力都没有了。你去看看国际上的大企业，人家不是没有，只是不推。市场一旦成熟，马上就起来，而且起来以后马上就可以成本做的非常低。当然在市场上，并不是越先进，市场越能接受，它不能跨代，一定是缓慢推进的，否则成本太高。我觉得现在应该投一部分钱进来，进行研究做好储备，我们10年以后跟国外竞争，才不至于落下来，如果落下来，再仿制就不行了，电子化的东西能仿制可能吗？太难了。

建议行业协会看看能不能从国家申请一部分资金，联合几个有基础、有谋略、有胸怀的企业一起建立云中心，不只是企业受益，国家也是受益的。从战略角度讲，民族工业对国家的国防安全、整个国民经济作用还是很大的。当国产件不行的时候，通常国外产品的价格会很高，国产件质量过关了，自然便宜了，整个国家当然是受益的，需要从这个角度来看这个问题。我们现在仿制的很多东西，还是要扶植它，但是我们不能总停留在这个阶段。

卡特在它的矿用车里上已经实现了整车管理系统，管理系统还包括增强现实(AR)，增强现实是什么概念呢？比如说我这个车坏了，用手机或Pad一扫这个部件，信息就可以上来，比如说液压泵，工作原理是什么，现在的工作状态是什么样的，它的压力流量是多少，排量在什么位置，运行多少小时，各种信息全有了，还可以有一个三维的模型展示。一些历史数据不可能都在本地留着，它可能在云中心，可以把它下载以后就可以看整个趋势分析，寿命还有多长，什么时候发生过什么事（也就是这台泵出生后的信息都记录在云上面了，一扫就都可以down下来），而且实时工况也都可以有，实时的就在本地了。卡特已经实现了，只是还没有大面积的在市场上推，企业肯定是为了盈利，现在可以在高端上做，慢慢就推广开了，一旦市场接受，一上量，成本就下来了。所以如果我们的液压件没有电子化功能，怎么可以能用我们的？

我觉得国家应该在这方面持续投入一部分钱，作为长期的、大的战略方面的投入，对整个行业是有好处的。要让企业掏钱可能没有一个企业能负担的起，最好是国家能够给予支持，几个单位联合在凑上一部分，用3～5年的时间，在协会主持下建立一个云中心，慢慢跑起来，至少做几百台液压泵的示范，连控制带数据收集，泵的寿命预测、故障判断、健康管理一起做起来，这样，绝不是泵坏了再去修，是这个泵开始出现性能劣化的时候就预警了，这个功能一定是靠大数据。

控制器要自己开发，要有自主知识产权，这个对企业对国家是有好处的，这样将来与主机结合起来还是很有希望的。数据传输可以用4G，而且国家马上投5G了，5G就更快了，车联网现在就是走的移动网络，所以这是可以实现的。

从液压测试这个角度讲，由协会牵头并且从中做协调，把控制器做起来，找几个有积极性的厂联合起来，国家投一定钱把云中心建立起来，这个是与2025目标很契合的，而且是很基础、很共性的东西，对我们这个行业技术的提升是有好处的，当然这是一个公益性的项目，短期很难获利。

建立云中心给我们带来的变革将是巨大的，就是收集了这么多液压元件的数据，后期经过数据的分析，可以知道哪可能出问题了，所有信息全是知道的。而通过个体的个别信息是无法知晓产品设计以及工艺的状况的，但当我有1万个样本以后，通过趋势分析就可以知道它的一个状况，包括寿命预测都可以做。你才能跟大家说明这个问题，我有1000套、10000套运行了多少个小时，有什么数据，这才有意义，你做3台、5台的测试没有人信你，而且这个工作连我们电子化、信息化也都做了，是一举多得的事。这个做完以后，至少是我们这个行业不落后了，2025目标才有可能实现。(转自：液压气动与密封编辑  张婷婷采访）