2我国航空航天器制造业国际竞争力的评价体系
2.1出口竞争力
关于产业国际竞争力,我国学者金碚认为,产业国际竞争力的实质可以这样定义:在国际间自由贸易的条件下,一国特定产业相对于他国的更高生产率,向国际市场提供符合消费者或购买者需求的更多产品,并持续地获得盈利的能力。
(1)贸易竞争指数
贸易竞争指数是指某一产业或产品的净出口与其进出口总额之比。用公式表示:
TSC=(Ei-Ii)/(Ei+Ii)(1)
其中Ei为产品I的出口总额;Ii为产品I的进口总额。贸易竞争指数表明一个国家的I类产品是净进口国,还是净出口国,以及净进口或净出口的相对规模。贸易竞争指数为正,表明该国I产品的生产效率高于国际水平,对于世界市场来说,该国是I类产品的净供应国,具有较强的出口竞争力;贸易竞争指数为负则表明该国I类产品的生产效率低于国际水平,出口竞争力较弱;如果指数为零,则说明该国I类产品的生产效率与国际水平相当,其进出口纯属与国际间进行品种交换。
(2)显示性比较优势指数
巴拉萨(Balassa,1965,1989)提出的“显示性比较优势(revealedcomparativeadvantage,RCA)”指数,认为,国家在I产业或产品贸易上的比较优势,可以用I产业或产品在该国出口中所占的份额与世界贸易中该产品出口占总出口的份额之比来显示出来,即:
RCAia=(xia/Yit)/(Xwa/Ywt)(2)
式中,Xia是国家A在产品I上的出口,Yit是国家A在T时期的总出口,Xwa是产品I在世界市场上的总出口,Ywt是世界市场上在T时期的总出口。这一指标反映了一个国家某一产品与世界平均出口水平比较来看的相对优势,自20世纪80年代开始进行国际竞争力的比较以来被广泛采用。一般而言,若RCAia1,则处于比较优势,取值越大比较优势就越大。
如果一个国家或地区的某类产品对这些工业发达国家或地区的出口具有优势或市场占有率高,则说明该国的这类产品确实具有很强的国际竞争力。这时,RCA指数可用公式表示为:
RCAkij=(Xkij/Xkij)/(Ykij/Ykij)(3)
式中,RCAkij表示在产品I上K国对J国的显示性比较优势指数,xkij表示在产品I上J国对K国的进口额,∑Xkij表示J国对K国的进口总额,∑Ykij表示J国在K产品上的进口总额,∑∑Ykij表示J国所有产品进口总额。
一般而言,RCA>2.5表示该类产品具有极强的出口竞争力;1.25
2.2市场占有率
(1)国际市场占有率的定义为:
A国I产品的国际市场占有率=A国I产品出口额/世界I产品出口总额。(4)
该指标反映的是一个国家或地区出口的产品在国际市场上占有的份额或程度。一个产业的国际竞争力的大小,最终将表现在该产业的产品在国际市场上的占有率。在自由、良好的市场条件下,本国市场和国际市场一样,都是对各国开放的。一种产品在国际市场上的占有率,就可以反映出该产品所处产业的国际竞争力的大小。国际市场占有率越高,该产品所处产业国际竞争力就越强;国际市场占有率越低,就说明该产品所处产业国际竞争力越弱。
(2)国内市场占有率:
Qi=(Si-Ei)/(Si-Ei+Ii)(5)
式中,Qi表示产品I的国内市场占有率,Si表示全国产品I的销售收入,Ei表示全国产品I的出口总额,Ii表示全国产品I的进口总额。
2.3质量与附加值
(1)进出口价格比
同类产品出口价格与进口价格比较,可以间接地反映出一国产品的质量(附加价值)的差别。用公式表示如下:
价格比=出口商品单位价格/进口商品单位价格(6)
同类产品出口价格与进口价格比较,可以间接地反映出同类产品中出口品与进口品的质量或附加价值的差别。通过价格比这个指数,可以在一定程度上对我国出口商品的质量与国外商品的质量进行比较对本国而言,一种产品的进出口价格比越高。说明出口品的质量和附加价值高于进口品的质量和附加价值,那么该产品所处的产业国际竞争力就越强;反之则弱。
2.4劳动生产率
全员劳动生产率的定义为:
A国i产业劳动生产率(元/人)=A国i产业增加值A国i产业从业人员平均人数
该指标反映的是劳动者的生产效率。它作为衡量产业国际竞争力的指标,研究的是产业技术进步与劳动生产率提高的关系。往往是产业技术进步越快,其产业劳动生产率越高,竞争力越强。为直观起见,我们用全员劳动生产率即各劳动者在一年内生产出来的产品价值总额来反映产业的竞争力大小。其值越高产业的竞争力越强;反之则弱。
3中国航空航天器制造业国际竞争力的实证分析
本文根据海关理事会(CCC)制定的《商品名称和编码协调制度》六位分类法“HS2002”的分类,采用联合国统计署历年的《国际贸易统计年鉴定》(Yearbookofinternationaltradestatistics(各类产品海关数据的详细汇总,由各国海关提供数据)。主要计算了下列所示主要航空制造业产品:
88011000滑翔机及悬挂滑翔机
88019000汽球、飞艇及其他无动力航空器
88021100空载重量不超过2吨的直升机
880212102吨<空载重量≤7吨的直升机
88021220空载重量>7吨的直升机
88022000小型飞机及其他航空器
88023000中型飞机及其他航空器
880240101025吨≤空载重量<45吨客运飞机
8802401090其他大型飞机及其他航空器
88024020特大型飞机及其他航空器
88026000航天器(包括卫星)及其运载工具
88031000飞机用推进器、水平旋翼及零件
88032000飞机用起落架及其零件
88033000飞机及直升机用其他零件
88039000其他未列名的航空器、航天器零件
88051000航空器的发射装置及其零件等
88052100空战模拟器及其零件
88052900其他地面飞行训练器及其零件
84071010输出功率≤298KW航空器内燃引擎
84071020输出功率>298KW航空器内燃引擎
84091000航空器发动机用零件
为了保持数据计算口径的统一,本文计算各指标的原始数据均来自于联合国统计属的comtrade.省略/网站。
3.2出口竞争力
(1)贸易竞争力
从表5、6、7的比较优势指数来看,和发达国家相比我国航空制造业的优势很小,其中航空器发动机用零件类的产品表现最好,说明要赶超世界先进国家的水平,还有需要进一步的努力。
3.3国际市场占有率
本文选用2000-2004年中国航空航天器制造业6位商品分类目录产品的国际市场占有率来进行中国航空航天器制造业国际竞争力的比较研究。
表8给出了2002-2006年我国航空制造业出口的6大类产品的国际市场占有率。从结果可以看出,从2002-2006年我国航空制造业在国际市场上的占有率非常低,国际市场占有率达到1%以上的产品只有航空器内燃引擎、航空器发动机用零件。从国际市场占有率的发展趋势上来看,我国航空航天器制造业的在浮动中都略有上升。
3.4质量与附加值
为反映中国航空制造业产品相对于国外航空航天器制造业产品质量的国际竞争力,本文计算了02至06年航空制造业的进出口价格比
计算结果表示,这6大类产品中,没有产品的进出口价格比大于l。说明我国制造的这些产品的质量和附加值低于国际一般水平。尤其是无动力飞行器的进出口价格比都非常低,有的甚至接近于零。
从我国航空航天器制造业产品进出口价格比的发展趋势来看,零部件变化不大,航空发射装置及甲板停机装置及类似装置及零件06年显著下降,航空器发动机用零件逐年下降,其他的都在浮动中略有上升。说明我国的航空制造业产品的附加值普遍低于国际水平。
3.5劳动生产率
由于数据的可得性,表10中数据偏老,2003年我国高技术产业全员劳动生产率为航空航天器制造业全员劳动生产率的2.5倍,而我国航空航天器制造业全员劳动生产率只达到我国制造业全员劳动生产率的平均水平的60%,可见,我国航空航天器制造业的全员劳动生产率较低。从劳动生产效率的提高比率来看2000~2003年间,我国制造业全员劳动生产率从4.3万元/人提高到7.0万元/人,提高比率为162.8%,高技术产业全员劳动生产率从7.1万元/人提高到10.5万元/人,提高比率为147.9%,而我国航空制造业全员劳动生产率从2.3万元/人提高到4.2万元/人,提高比率为182.6%。可见我国航空航天器制造业劳动生产效率提高速度慢于高技术产业平均水平,也慢于制造业平均水平。
再看我国航空制造业劳动生产率与我国高技术产业劳动生产率平均水平的差距来看,2000年航空航天器制造业劳动生产率占高技术产业劳动生产率平均水平的32.4%,到了2003年,该比例下降到40%,上升了7.6个百分点。相对于我国制造业劳动生产率平均水平,2000年航空航天器制造业劳动生产率占制造业劳动生产率平均水平的53.5%,到了2003年,该比例下降到60%,上升了6.5个百分点。可见,我国航空制造业的生产效率在不断提升。
4结语
本文通过对中国航空航天器制造业国际竞争力的比较分析,可以得出以下几点结论:
(1)在本文分析的21种6大类中国航空制造业产品中,没有一项产品的RCA指数大于1,说明我国航空制造业总体国际竞争力很弱,难以全面参与国际竞争。可见我国航空制造业虽然已经成绩卓著,但还有待进一步发展,尤其是先进科技向生产力的转化方面有待提高。这要求我们一方面努力研发的同时,积极参与国际竞争,提高科技转化能力和速度。
(2)从各项数据的表现可以看出,认识到不足的同时,可以肯定我国航空制造业正在逐步发展,某些产品已经初步具有了一定的国际竞争力。
(3)在产品层次方面,我国总体上技术层次还比较低、附加值也较低,这表明我国航空航天器制造业的科技竞争力与国际水平存在相当的差距,有待提高。这显然同样基于科技创新,更重要的是技术向生产力的转化。
(4)我国航空航天器制造业的劳动生产率与发达国家存在巨大差距,而且,我国航空航天器制造业劳动生产率的平均水平低于我国高技术产业平均水平及制造业平均水平。因此这从劳动效率的角度来看,我国航空航天器制造业的国际竞争力还很弱,需要进一步提高。
综上所述,虽然我国技术上的巨大进步已得到广泛的认可,但是还需提高的地方依然任务严峻,本文提出以下几个建议:
(1)改革现行中国航空航天事业政府管理体制,我国目前主要是政府主持投资的,这有利于资源的有效集中,而适度的引住竞争,也许更加有利于技术向生产力的转化,从而提高效率
(2)能够根据航空制造业总体发展状况,即使调整战略和相应的产业政策,支持航空制造业进行产业结构调整与优化,加快我国航空航天器制造业的高技术产业化进程,进一步是指形成具有显著经济效益的支柱产业。
(3)在国际竞争中,发挥我国的比较优势,进步是一个过程,而过程中积极参与国际竞争是必要的,在进步的同时,注意根据目前的实际情况,发挥比较优势,从而获得经济效益,将对我国航空制造业的发展起到极大的推动作用。
(4)金融方面的的支持。这不仅包括产业发展所必须的资本投入及资本配置效率的提高,还包括国际贸易中能有力提高竞争力的金融服务等,例如:在国际市场上购买飞机使用买方信贷或租赁经营已是惯例,为推动我国民机尽快批量进入市场,应该建立一个国内外用户都可以使用的买方信贷和租赁系统,这将对我国民机制造业发展发挥积极作用
(5)另外,我国航空制造业应该注意把握世界高技术发展趋势,努力在一些重要领域接近或达到国际先进水平,并能够不断发出具有自主知识产权的技术。
参考文献
[2]金碚.中国工业国际竞争力--理论、方法和实证研究[M].经济管理出版社,1997.
关键词:科技贷款;技术创新;面板回归;电子及通讯设备业;航空航天器业:DEA
DOI:10.16315/j.stm.2016.03.005
中图分类号:F832;F124.3文献标志码:A
科技型企业会选择不同的渠道和方式来解决资金短缺的问题。Myers提出了新优序融资理论,他认为企业在新项目进行融资时首选的是内部融资,然后是债务融资,最后才是股票融资。而且企业在不同的成长阶段所选择的融资方式存在着不同。Bettignies等发现创业期的高新技术企业往往选择股权融资和债务融资。另外,King等指出金融市场可以帮助企业通过发放有价证券来分散风险,并且促进对创新活动的投资。然而,由于我国的金融体系不成熟,银行仍处于主导地位,故以银行为代表的金融机构是科技金融的投融资主体之一。
1科技贷款绩效的行业异质性机理
相对于垄断性市场结构,处于竞争性市场结构中的科技企业面临更大的竞争压力。一些中小型的科技企业,内部缺乏研发资金,外部融资渠道有限,获得科技贷款又十分不易。为了在激烈的竞争中立足,这些企业必须提高资源的利用效率,将科技贷款用在最能创造效益的部分。而处在垄断性市场结构中的企业,往往是一些具有实力的大企业,如国有企业,且资信较好。相对来说,这些大型的企业获得科技贷款较容易,并且融资渠道较多,面临的资金压力和竞争压力均较少。因此,在科技贷款的利用效益方面,垄断性市场结构的行业可能低于竞争性市场结构的行业。
我国航天航空器业在总体上正处于发展创新的前期或中期,政府是技术发展的主要动力,而非市场。由于航空航天器业的特殊性,大部分研究所和生产经营单位都是国有性质并由国家出资支持,因此科技贷款在研发经费中占比较低,激励作用不明显。且垄断的市场环境也使得航空航天器业的资源配置效率低下和生产经营低效率,意味着科技贷款的研发绩效可能是不显著的。而电子及通讯设备业这个行业中市场竞争度较高,中小型民营企业占绝大多数。在激烈的市场竞争中,这些科技企业必须通过技术创新得以立足。同时,电子通讯企业运营力随着企业对技术创新战略的研发投资程度以及技术能力水平与程度的重视而提升,在市场和金融机构的双重压力下,企业有动力提高科技贷款的利用效率,促进技术创新和技术的成果化。因此,科技贷款对于这两个行业的科技创新的贡献程度可能是有所差别的。
H1:科技贷款对电子及通讯设备业技术创新的贡献大于航空航天器业。
H2:科技贷款在电子及通讯设备业研发活动中的利用效率大于航空航天业。
2研究方法与数据
2.1研究方法
在面板数据回归模型中,基于柯布一道格拉斯生产函数构建模型,参考俞立平的研究,建立如下方程:
其中:α、β、γ、η表示回归系数,ν表示随机误差项,各变量下标£,t分别表示行业和年份。为了减少异方差并增加实证结果的解释性,对所有变量取对数进行处理。因变量为技术创新产出,用新产品销售收入(NS)来表示,能体现创新产出最终价值形态与市场绩效;科技贷款为核心解释变量,用金融机构贷款(FI)来表示;控制变量有研发人员全时当量(RD),政府资金(GOV)和企业自有资金(CO)。研发人员全时当量衡量了创新活动中科技人力资本的投入。而企业研发经费中政府资金及自有资金具有风险、成本较低等特点,对技术创新同样具有重要影响。
在数据包络法模型中,新产品销售收入作为产出变量,研发人员全时当量、研发经费中科技贷款、政府资金和企业自有资金4个变量作为投入变量,即进行以NS为产出变量,RD、FI、GOV和CO为投入变量的效率分析。
2.2描述性统计
本文所有数据均为面板数据,来自于1998―2014年中国高技术产业统计年鉴。由于电子及通讯设备业和航空航天器业科技贷款的省际历年数据不全,因此选取了其中数据较为全面的8个省市,分别为北京、辽宁、上海、江苏、江西、四川、贵州和陕西。最后分别得到2个行业的17年8个省市的面板数据,数据描述性统计,如表1所示。
3实证结果
3.1面板数据的平稳性检
3.2面板数据回归分析
从表3可以看到,在电子及通讯设备业的模型中,FI的弹性系数为0.056,在5%的水平下通过显著性检验,而在航空航天器业中,FI的弹性系数为0.049,在10%的水平下通过了显著性检验。可见科技贷款对电子及通讯设备业创新产出的贡献更大,从而验证假设H1。
与市场集中度很高的航空航天器业相比,电子及通讯设备业更具有竞争性和不确定性。这个行业很明显的特征是高收益与高风险同在。在激烈的市场竞争中,这些中小科技型企业本以创新起家,技术创新是发展的立足之本。然而这些企业融资渠道狭窄,除了自有资金外,所能获得的政府资金极为有限,创业风险投资尚处于初创阶段,金融机构的科技贷款在此时显得尤为重要。同时,由于电子及通讯设备业的企业大部分是民营企业,规模小且信用等级低,获得科技贷款的难度较高。因此,其经营管理者们更会把“好钢用在刀刃上”,用在最能够创造经济效益的地方,即开发新技术新产品上,从而使得科技贷款对电子通讯高技术企业的技术创新的贡献较为显著。
而航天产业作为一个十分重要的国防产业部门,最主要的特点是它的外部经济性,其效益主要是体现在为社会提供安全保障。所以,航天技术通常被视为国家重点科技发展项目,国家财政保证其所需的资金和相配套的各种投入。与政府投入的研发资金相比,科技贷款显得杯水车薪,如图2所示。
3.3投入要素的利用效率分析
基于投入最小的SBM-BCC模型,分析在不同行业的模型中科技贷款的利用效率。在模型中,将历年所有数据放在同一截面中进行分析,结果如图3和图4所示。
通过分析图3和图4,可以看到除了2006年和2007年,电子及通讯设备业企业的科技贷款利用率均高于航空航天器业企业,从而验证了假设H2。
从整体上看,1997―2013年的17年间,有10年电子及通讯设备业企业的科技贷款利用率达到100%,但是呈现十分明显的波动变化,最低甚至达到10%的水平。结合科技贷款数额的历年变化,当所获科技贷款较少时,能够得到充分利用,利用效率较高,当科技贷款大量增加时,利用效率明显下降。尤其在2006年,表现的最为显著,科技贷款的利用效率直降至10%。由此可见,虽然整体上来看电子及通讯设备业企业对科技贷款的利用效率较高,但是仅限于所获科技贷款较少且变化平稳的情况下。科技贷款大幅且突然增加时,增加的科技贷款无法得到有效配置,资源被闲置,反而使得科技贷款的总体利用效率下降。这种情况可能与其行业特点有关:一方面,由于电子及通讯设备业中占大多数的中小型科技型企业具有高风险的特征,随时可能被市场机制淘汰,因此整个行业在资源配置和利用上存在着不稳定的情况,另一方面也体现了电子及通讯业企业在申请科技贷款所处的困境。长期较小的科技贷款份额使得这些企业形成了较为固化的利用模式,从而在科技贷款突然增加时不能及时更新资金的配置计划,未能使得资金得到最为充分的利用。
而航空航天器业企业的科技贷款利用率只有3年为100%,最低至31.9%,整体的趋势也是呈上下波动,波动幅度也较大。从整体而言,与电子及通讯设备业相比,航空航天器业的科技贷款利用效率偏低。并且,同样存在着科技贷款增加而利用效率下降的问题,而且这种情况更为严重。从图4可以看到,利用效率与科技贷款之间的变化趋势基本呈现完全相反的态势。并且从长期来看,科技贷款的低效率并没有得到任何改善。可见,在充足的政府资金和企业自有资金的支持下,科技贷款存在严重的冗余情况,而且在航空航天器业中存在大量的国有企业,生产计划和安排相对僵化,科技贷款的配置也较为滞后。
总的来说,根据以上科技贷款利用率的分析,再结合上文面板模型中对2个行业的科技贷款对科技创新的弹性分析,金融机构应该合理安排科技贷款的配置,适当增加投入到电子及通讯设备业的科技贷款的比例,使科技贷款在促进技术创新方面得到更为充分的利用。
4结论
第一,电子及通讯设备业中科技贷款的创新绩效高于航空航天器业。在电子及通讯设备业中,科技贷款对技术创新的弹性系数显著,且为正效应,而在航空航天器业中,科技贷款的弹性系数较小,这说明科技贷款对电子及通讯设备业技术创新的贡献较大。
比较2个行业的科技贷款利用效率,在电子及通讯设备业中,科技贷款利用效率较高,均值达到83.5%,意味着科技贷款长期内在该行业中得到较为合理的配置,利用效率较高,有效地促进研发成果的增加。而航空航天器业的科技贷款利用效率在较低的水平,均值为69.6%,这说明在航空航天企业,科技贷款在其研发活动中可能被闲置或者流向效益较低的项目,没有得到最有效的利用。
第二,无论电子及通讯设备业,还是航空航天器业,科技贷款的利用效率波动均较大。在电子及通讯设备业,科技贷款的利用效率虽然在较高的水平,但是不能保持长期稳定,这与该行业企业经营不稳定与融资困境有关。航空航天器业科技贷款的利用率也存在较大的波动,然而这种波动与所获科技贷款数额的变化完全相反,存在严重的科技贷款冗余现象。
关键词:航空航天器制造;民用飞机;转包生产;大飞机;人民币升值
一、中国航空航天器制造业现状
目前在民用飞机领域,我国长期处于巨大的贸易逆差。从2002年到2009年,我国的航空航天器制造业产值一直处于增长态势,参考历年我国在这一领域的出口值,基本可以看出我们在民机领域的发展是比较缓慢的,平均增长率为15%。这和市场主体效率不高,总体管理水平偏低有很大关系。
二、人民币升值对航空航天制造业的影响
1.价值链角度
在民机的转包出口中,我国企业的利润率是非常低的,大概5%的水平,有些企业甚至是长期亏损,依靠军品订单弥补。但对于高价值高精度的生产设备,检验设备仍然依赖进口。
从产业链的角度来看,升值使得本地企业高端设备的一次性投入直接减少lO%20%;同时根据成本结构,原料,生产消耗品以及设备折旧费用占20%到60%,这些重复投入则可减少5%-10%,资本投入的降低会吸引更多民营资本的进入,进而显著提高市场效率,由于国有企业原来最大的资本优势被削弱,迫使其更注重管理与产品技术的升级,国内产品的结构层次会逐渐分明,这些都使我国的大飞机项目直接受益,提高我国整机的制造水平,当然这是较为乐观的估计,前提是我国的大飞机可以在10年后可以得到市场的接纳和肯定,同时国内原料和设备企业可以在5-10内完成产业产品的升级,
而对于处于产业链上游飞机制造的一级供应商单纯的外贸采购将失去成本优势,他们可以选择:(1)尽早在中国建立组装厂,一方面可以满足空客在中国的本地化要求(空客公司在天津建立了A320的总装生产线并已投入生产,设计年组装架数接近50架),另一方面,可以借中国的大飞机项目扩大市场占有率。事实证明,很多的一级供应商已经在计划并实施这一策略。美国Goodrich公司已经在天津建设新厂,被西飞国际并购的奥地利复合材料制造商FACC在浙江的新厂将于2012年投入使用。(2)他们可以将外贸采购转到印度或巴西。
对于产业链末端的空客和波音公司,实施本地化策略将成为重中之重。或者考虑使用人民币作为与本地航空公司的合同结算货币。空客在天津的A320总装厂使得本地化策略得以实施。但波音公司目前在中国的主要业务仍为出口业务,相比较而言,人民币升值对波音公司在中国的战略影响更为巨大。
2.SWOT分析
S:
汇兑损益会缩小贸易逆差
降低原料设备进口成本
降低飞机维修成本
节约航空公司航油成本和起降成本,使国际航线受益。
W:
产业结构不平衡,初中级产品占多数
国有企业尤其是军工背景企业,成本控制能力差,影响我国大飞机的竞争力水平。
O:
利润空间的压缩促进落后产品淘汰和产业升级
民机外贸向内贸的转变促进大飞机项目的发展
促进外国企业的本地化策略,带动国内制造业发展
T:
高端设备和原料可能更多依赖进口
吸引热钱涌入,大规模的热钱投资可能催生更多金融泡沫
压缩本土国际化定价的金属制造业利润空间
压缩转包外贸的利润空间
三、结论
人民币升值是市场发展的必然方向,也是中国经济发展的证明。但出于对民族企业的保护,短期内大幅升值是非常危险的。人民币长期小幅的升值,可以直接减少我国航空航天业巨大的贸易逆差。减少行业内制造企业的投资成本。对人民币升值的预期,会促进企业产品结构升级,淘汰落后产能。但同时,国家应出台相应的税收扶持政策相配合,为出口企业,尤其是出口民营企业转型建立更公平更健康的投资环境。只有民营企业的快速发展,才能在行业中引入更多竞争,促进国有企业,以及整个航空航天制造业的长足发展。
参考文献:
关键词:复合材料;制造装备;应用;发展趋势
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。先进复合材料自问世以来,由于其轻质、高强、耐疲劳、耐
腐蚀等诸多优势,在航空、航天、造船、汽车和风电等工业领域得到高度重视,而且这种趋势仍在继续。如图1所示。先进复合材料应用机结构中可减重20%~30%,因此复合材料在军民用飞机上的用量逐年增加,大型飞机尤为突出(A380用
60.5吨、占25%,787用25吨、占50%)。且其装机应用水平已成为现代航空装备先进性的标志。
图1国外飞机的复合材料用量年谱
先进复合材料最近10年在航空航天、汽车、船舶、风电上井喷式的应用,已经证明了先进复合材料在未来航空航天、汽车、船舶、风电等领域的重要地位。先进复合材料制造装备显的尤为重要,自动化制造、检测装备可增加复合材料用量、提高制造技术水平、保证产品质量和降低成本的关键,是武器装备用复合材料构件快速研制与大批量稳定生产、实现敏捷制造的必由之路。
一、复合材料制造工艺及主要设备
先进复合材料装备是重要的基础制造装备之一,其水平从一个方面反映了国家制造装备的整体水平。目前,复合材料装备制造技术已发展成为集材料、冶金、结构、力学、电子等多学科为一体的先进技术。
复合材料制造装备工艺及检测方法主要有:手动铺层、预浸料和预制体成型、纤维缠绕成型、自动铺带(ATL)、自动丝束铺放、热压罐固化成型、三维缝合成型、复合材料液体成型、隔膜成型、复合材料制件加工及装配、复合材料自动化无损检测等。
与复合材料制造装备工艺及检测方法相对应的制造装备主要有:预浸料制造装备、预浸料自动裁剪设备、预制体成型装备(如图2所示)、纤维缠绕成型设备、自动铺带、自动铺丝机(如图3所示)、热压罐成型装备、三维缝合成型装备(如图4所示)、复合材料液体成型装备、隔膜成型装备、机器人制孔系统、自动钻铆设备、超高压水切割设备、超声C扫描检测系统等。
图2国外预制体成型装备
图3Viper6000大型ATP机,代表了当今自动丝束铺放最高水平
图4美国研制三维缝合成型装备
二、复合材料制造检测装备的应用
复合材料制造检测装备在航空航天、汽车、船舶及风电等领域的应用之处如下:
(一)预浸料制造装备、预浸料自动裁剪设备、纤维缠绕成型设备、自动铺带机、自动铺丝机。适用于各种复杂零部件的成型制造,例如航空航天器中采用复合材料的垂尾、腹鳍、空中受油飞机的S型受油管;直升机机身结构件(尤其是大开口构件)、纵列式重型直升机协调轴;轻型飞机机身;S型进气道、发动机机匣;大开口卫星承力筒、构架式卫星构架节点接头、大型运载火箭壳体、带裙固体火箭发动机以及民用氧气瓶、压力容器等复杂型面零件。汽车结构件、功能件、覆盖件的成型制造。船用螺旋桨、船体部件的成型制造。风电领域大叶片的成型制造。
(二)热压罐成型装备。热压罐可用于金属/非金属胶接构件和树脂基高强度玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等复合材料制品。如飞机舱门、整流罩、机载雷达罩,支架、机翼、尾翼等,汽车结构件、功能件、覆盖件;船用螺旋桨、风电领域大叶片等。
(三)三维缝合成型装备。适用于各种复杂零部件的预成型制造,例如航空航天器中采用复合材料的垂尾、腹鳍、空中受油飞机的S型受油管;直升机机身结构件(尤其是大开口构件)、纵列式重型直升机协调轴;轻型飞机机身;S型进气道、发动机机匣;大开口卫星承力筒、构架式卫星构架节点接头、大型运载火箭壳体、带裙固体火箭发动机以及民用氧气瓶、压力容器等复杂型面零件。汽车结构件、功能件、覆盖件的预成型制造。船用螺旋桨、船体部件的预成型制造。风电领域大叶片的预成型制造。
(四)机器人制孔系统、自动钻铆设备。可用机的机翼、机身、舱口、尾翼及机身的加工及连接。
(五)超高压水切割设备。可用机制造中的复合材料壁板切割的切割。
(六)超声C扫描检测系统。航空航天、汽车、船舶和风电领域中采用复合材料制作的构件(尤其是大型复杂曲面)进行检测。
三、国内外发展现状
目前,在国外,复合材料制造、检测装备已经达到实用阶段,如美国辛辛那提机床公司Viper6000大型ATP机,代表了当今自动丝束铺放最高水平。德国凯尔曼特种机械制造有限公司是世界上唯一生产复材缝合设备的制造公司,拥有多项专利技术,也是目前世界航空航天工业领域复材缝合加工设备市场占有率高达95%以上的企业。世界各大航空企业都是凯尔曼的客户,从欧洲的空中客车公司,欧洲直升机公司,美国的波音飞机公司到中国的哈尔滨飞机制造集团,北京的航空制造工程研究所都是他们的客户,都应用凯尔曼的设备生产最先进的复材轻型节能飞机。意大利特鲁兹公司的热压罐已经被用于欧洲阿丽亚娜火箭和空客A380,A320,A316和A400M军用运输机的复合材料部件制造,迄今特鲁兹已为用户提供600多套热压罐,并已进军中国。
目前,国内复合材料低成本产业起步较晚,技术水平较低,特别是高端的航空航天产品的低成本制造,目前仅停留在实验阶段,这也从一个侧面反映出我国复合材料产业的总体现状和水平。虽然复合材料加工的中小型民营企业数量巨大,但都普遍存在诸如生产工艺落后,产品多为来样加工,缺乏自主设计能力,无严格的质量检验体系,生产过程对空气污染严重,生产环境恶劣,工人缺乏必要的防护服等着一系列的问题。国内主机场、航空发动机厂商使用复合材料制造、检测装备全部靠国外进口,成本相当昂贵。
四、前景分析
在航空航天和国防工业领域中,航空材料专家曹春晓院士指出:50%复合材料是新型飞机复合材料用量的起点,飞机用材料正由铝合金时代进入复合材料时代。中国商用飞机有限责任公司专家咨询组2008年9月10日的咨询报告指出:“复合材料应用是当代大型民机的一项关键技术,大量使用复合材料是减轻结构重量、提高结构效率,提高民用飞机的经济性、舒适性,体现先进性的重要举措。”我国大型客机C919基本型的复合材料设计用量2014年为15%、2016年达到23%,接近A380复合材料用量25%的水平。
在汽车领域中,随着汽车复合材料应用水平的不断提高,复合材料单车用量将逐渐增加。2010年我国汽车工业所需塑料、复合材料总量约为72.2万吨,2015年将达到150-180万吨。随着成形技术与装备的不断发展,复合材料汽车零部件在汽车领域的应用将日益扩大。
在船舶领域中,到目前为止,大中型船艇的船体和上层建筑等多采用玻璃钢制造,而高性能船舶,如军舰等也开始逐渐采用先进复合材料进行生产和制造。船舶上使用复合材料的比例逐渐升高,制造的复合材料船舶也越来越大,并且力学性能要求比较高的螺旋桨也开始采用复合材料制造,复合材料在船舶与海洋行业的发展趋势正在不断的加速。
在风电领域中,随着风机容量增加,叶片长度不断增大,同时对叶片的制造技术及叶片的材料会提出新的更高要求,比如,随着叶片长度的增加,高性能碳纤维的用量会越来越多。风电行业上的应用,风机正在向着大型化发展,相应地对叶片材料也提出了更高的要求,复合材料高比强度、高比刚度特性满足了风机叶片对强度和刚度的要求。风机的用材也正由玻璃钢向碳纤维复合材料或混合复合材料转变,风电行业的快速发展,对复合材料的需求也会越来越大。
五、结束语
先进复合材料在航空航天、汽车、船舶、风电上井喷式的应用,已经证明了先进复合材料在未来航空航天、汽车、船舶、风电等领域的重要地位。先进复合材料制造装备可保证材料的用量、制造技术水平、产品质量和降低成本,先进复合材料制造装备的重要性不可忽视。
目前,复合材料制造装备,在国外,已经达到实用阶段;在国内仅停留在实验阶段。国内几乎所有的复合材料制造装备全部为进口。所以紧跟国际最新发展趋势,成为达到国内领先、国际一流技术水平的复合材料制造装备,最大限度的推动航空、航天、汽车、船舶、风电等制造业发展,提升国家综合实力。
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⑤国际民用航空公约附件六第2部分第六版第25次修订
⑥任蓉我国通用航空法律制度问题初探[J]南昌航空航天大学学报(社会科学版),2011,3(1).
⑦王凤珍完善我国通用航空法律法规体系的思考[J]中国民航飞行学院学报,2012,9(5)
⑧任蓉我国通用航空法律制度问题初探[J]南昌航空航天大学学报(社会科学版),2011,3(1).