同行紛紛知難而退,沒有來自政府和其他外部來源的支持,無油所卻自主開發(fā)出中國第一套達到歐III排放標準的電控共軌噴油系統(tǒng)。盡管一路上很孤獨,但他們很自信,押上全部家當,堅持不懈默默干了10年
2005年,擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的柴油機電控高壓共軌燃油系統(tǒng),由無錫油泵油嘴研究所(以下簡稱無油所)開發(fā)成功。9月,安裝在卡車上順利完成了1500公里的無故障路試。這標志著中國成為世界上繼美國、德國和日本之后第四個掌握電控高壓共軌技術(shù)的國家,F(xiàn)在,該系統(tǒng)已經(jīng)到了產(chǎn)業(yè)化前夜。
其實,2001年受邀請參觀博世電控高壓共軌系統(tǒng)項目的中方單位,除了威孚,還有無油所。博世是先后分別邀請兩個單位的,兩個事件彼此保密,直到威孚與博世的合資談判后期,雙方才知道對方的同樣經(jīng)歷。
然而,無油所領(lǐng)導(dǎo)人參觀的感受卻有所不同。博世的慷慨,無油所參觀人員非常驚訝:德方不僅讓他們參觀了生產(chǎn)線,還讓他們參觀了被企業(yè)視為機密的實驗室。但無油所的負責(zé)人在參觀完后,不但沒有“腿軟”,反而看出了博世的“軟肋”,“這趟經(jīng)歷讓我堅信了我們(在技術(shù)上)走的路是對的”。從而,決定傾其近10年的資金積累,投入到自主研發(fā)電控高壓共軌技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化中去,“我們決定自己做!”
事實上,無油所從1995年就開始了自主開發(fā)電控共軌系統(tǒng)的歷程。在90年代,中國許多大學(xué)、科研院所和企業(yè)曾經(jīng)一擁而上,嘗試開發(fā)電控共軌系統(tǒng),但后來紛紛知難而退,而無油所是惟一堅持下來的。雖然一路上很孤獨,雖然沒有來自政府和其他外部來源的支持,但無油所仍然傾其所有,堅持不懈地默默干了10年。
涉足電控高壓共軌噴射系統(tǒng)
無油所在90年代中期開始涉足電控噴射系統(tǒng),盡管它在機械式噴油系統(tǒng)上取得了相當?shù)某煽。從今天看來,這一決定是非常具有國際視野的。
在整個國際范圍內(nèi),電控高壓共軌技術(shù)也只是起源于80年代后期,而1995年前后博世等行業(yè)巨頭的大規(guī)模進入使這一技術(shù)進入快速發(fā)展期,成為內(nèi)燃機噴射系統(tǒng)領(lǐng)域中世界各大企業(yè)展開白熱化競爭的焦點。
同樣在1990年代中期,無油所也已經(jīng)認識到電控技術(shù)必將取代傳統(tǒng)的機械控制技術(shù)。雖然無油所在資產(chǎn)規(guī)模和人才數(shù)量上都無法與博世、日本電裝、西門子這樣的國際巨頭相比,但還是決定投入電控系統(tǒng)的研發(fā)。這意味著整個研究所的資源投向以及人力資源、組織結(jié)構(gòu)的設(shè)置都要產(chǎn)生相應(yīng)的重大變化。從當時看來,這無疑是有相當?shù)娘L(fēng)險。
能夠與國際巨頭差不多的步伐進入這個技術(shù)前沿領(lǐng)域,決定因素有二:第一,無油所生來就是搞技術(shù)研發(fā)的,不僅積累起了機械式噴射系統(tǒng)的技術(shù)能力,而且具有對柴油發(fā)動機整機系統(tǒng)的理解能力,所以無油所能夠認識到電控技術(shù)必將取代傳統(tǒng)的機械控制技術(shù)。第二,在開放的條件下,任何國際技術(shù)前沿的動向都逃不過有能力者(至少是有理解能力者)的目光。
1999年,無油所從德國、日本買來了發(fā)動機樣品,通過反向測繪對國外的技術(shù)進行消化吸收。2000年,無油所在一臺卡車上試安裝了一套國外的噴油系統(tǒng)硬件產(chǎn)品,也就是說要把國外的設(shè)計思路在國內(nèi)的發(fā)動機上來實現(xiàn)。
這并不是簡單的調(diào)配工作,由于控制的對象(發(fā)動機)已經(jīng)完全不同,這就意味著整個電控部分,也就是ECU部分(發(fā)動機電控單元的簡稱,Engine
Control Unit)必須要自己重新開發(fā)。
ECU成為電控燃油系統(tǒng)核心
柴油機燃油噴射系統(tǒng)從機械時代進入電控時代后,ECU已經(jīng)徹底取代了傳統(tǒng)的噴油泵在燃油系統(tǒng)中核心地位,成為了技術(shù)知識聚集、累積的新焦點和載體。
從ECU工作原理看,接收各種發(fā)動機傳感器所采集的信號是ECU工作的前提,然后ECU才能對輸入?yún)?shù)進行處理、輸出處理結(jié)果,并控制執(zhí)行器做出反應(yīng)。
當無油所把從國外購買的共軌系統(tǒng)安裝在國內(nèi)的發(fā)動機上進行調(diào)試時,傳感器得到的發(fā)動機信號是共軌系統(tǒng)中的ECU所無法有效識別的,原因在于這個ECU是為國外的發(fā)動機配套開發(fā)的。由于不能準確識別傳感信號,所以隨后的信號處理、輸出控制工作也就不能正確完成。一句話,ECU與發(fā)動機之間的關(guān)系是高度特定的,與整車很多其它部分也聯(lián)系密切。在不同的發(fā)動機和整車環(huán)境下,要想令已有的共軌系統(tǒng)正常工作,對ECU的工作機理必須達到徹底理解的程度,而簡單模仿對于這個核心技術(shù)的學(xué)習(xí)沒有什么實際意義。
另外,從技術(shù)層面看,無論是ECU的硬件還是軟件,模仿起來都很困難。而且,隨著這項技術(shù)的發(fā)展,通過模仿來掌握技術(shù)的難度還在不斷加大。ECU硬件的集成度在不斷提高。隨著驅(qū)動電路向智能化方向發(fā)展,驅(qū)動電路高度集中,原來好幾個芯片起的作用被一個芯片代替了,破譯自然更難。
更難掌握的是軟件。ECU軟件的實質(zhì)是企業(yè)在技術(shù)開發(fā)過程中,企業(yè)通過對各種發(fā)動機在各種工作狀態(tài)下進行試驗而獲得的知識和經(jīng)驗積累,是一個不斷完善和細化的過程。這種經(jīng)驗積累恰恰是在電控領(lǐng)域沒有進行過自主開發(fā)的中國企業(yè)所缺乏的。
據(jù)一位相關(guān)領(lǐng)域?qū)<艺f,“當年,一個ECU只有4K的程序和幾百個字節(jié)的數(shù)據(jù)庫,而且是用低級的匯編語言寫的。即使這樣,國內(nèi)技術(shù)人員仍需要花大量的時間加以破譯,F(xiàn)在ECU中的程序已經(jīng)達到了十幾K,數(shù)據(jù)庫也有好幾K,而且用的還是較高級的語言,破譯起來就更難了!
當ECU成為燃油噴射系統(tǒng)的技術(shù)核心之后,先行者就自動取得了由技術(shù)特性所帶來的天然壁壘。對于技術(shù)追趕者來說,原來在機械式油泵油嘴時代進行反向測繪活動是相對容易的,而現(xiàn)在破譯ECU“黑箱”已經(jīng)成為幾乎不可能完成的任務(wù)。
自主創(chuàng)新破譯ECU“黑箱”
面對新的技術(shù)軌道,無油所的技術(shù)人員明白,在ECU這個共軌系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上,除了自主開發(fā)別無他途。但當時所里缺少能夠開發(fā)ECU的人才
于是,所長從浙江大學(xué)專門請來一位具備發(fā)動機專業(yè)背景,同時自己曾開公司做過電子設(shè)備的博士,以他為核心組成專攻ECU開發(fā)的團隊。用了半年多時間,這些技術(shù)人員弄清了ECU的工作機理,成功地將買來的高壓共軌系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)動機上第一次實現(xiàn)了裝車運行。
2000年的裝車成功,是無油所的一個里程碑。因為,無油所在最關(guān)鍵也是最薄弱的ECU上獲得了突破,積累了能力,且積累了信心。全所上下堅信,他們所堅持的電控高壓共軌技術(shù)是可行的,自己能夠走通。當時,在國內(nèi)外,關(guān)于電控的技術(shù)路線爭論不休,高壓共軌技術(shù)尚未形成絕對主流的技術(shù)思想。
2000年之后,無油所的ECU設(shè)計技術(shù)完成了從仿制到自主創(chuàng)新的革命性轉(zhuǎn)變。從處理器芯片的不斷升級,到硬件電路的自主設(shè)計、軟件開發(fā)的規(guī)范化、流程化,無油所走上了技術(shù)自主發(fā)展的良性軌道。
成功試制出第一臺樣機
技術(shù)路線之爭恰恰說明技術(shù)之新,而在新技術(shù)的早期介入,則為自主設(shè)計提供了更大的空間。無油所花了兩年多的時間,在借鑒日本、德國等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,于2001年設(shè)計了一個電控高壓共軌系統(tǒng)的初步系統(tǒng)方案,并繪出了設(shè)計圖紙。這是一套在油泵油嘴上基本遵循國際主流設(shè)計,而在噴油器和ECU上完全自主設(shè)計的圖紙。但是,產(chǎn)品的設(shè)計必須經(jīng)過加工生產(chǎn)的檢驗,才能驗證設(shè)計的合理性和可行性,設(shè)計工作才最終能夠體現(xiàn)它的價值。
高壓共軌系統(tǒng)需要涉及到大量的精密加工,特別是在噴油器的部分。為了加工出自己的產(chǎn)品設(shè)計,2001年無油所在歐洲找了兩家經(jīng)營不景氣的企業(yè),花了700萬~800萬人民幣,請一家負責(zé)電控部分,一家負責(zé)機械加工。在這些公司幫助下,對圖紙進行了修改,并且做出了第一個樣品。當然,無油所同時也在國內(nèi)與其他單位合作進行一些關(guān)鍵件的開發(fā),例如在電磁鐵方面,歐洲公司所提供的產(chǎn)品始終無法工作,反而是無油所與合作單位聯(lián)合設(shè)計的部件發(fā)揮了作用。
2002年底,無油所成功試制出第一臺樣機。
將電控高壓共軌系統(tǒng)開發(fā)到底
在2001年之后的一系列變化下,無油所仍然決心把高壓共軌系統(tǒng)開發(fā)到底,就只能用英雄壯舉來形容了。因為,這意味著無油所必須獨立完成新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化過程。
對于一個必須得到應(yīng)用的技術(shù)來說,開發(fā)高壓共軌系統(tǒng)的成功標志不是做出樣機,而是產(chǎn)業(yè)化,即使其成為性能穩(wěn)定、能夠批量生產(chǎn)并被市場所接受的產(chǎn)品。
產(chǎn)業(yè)化階段的對于技術(shù)研發(fā)本身的重要性在于,如果不經(jīng)過為批量制造做準備的過程(伴隨著產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計之間的大量互動),以及顧客使用后的反饋意見,許多必須解決的產(chǎn)品技術(shù)問題其實都難以發(fā)現(xiàn)。這種必要性恰恰反映出傳統(tǒng)計劃體制的一個基本缺陷:研發(fā)與生產(chǎn)的脫離往往使新產(chǎn)品的開發(fā)缺乏一個產(chǎn)業(yè)化的過渡階段,最后導(dǎo)致開發(fā)中的新技術(shù)或新產(chǎn)品永遠達不到能夠應(yīng)用的技術(shù)性能要求。
無油所本來打算,借助威孚的制造能力來繼續(xù)開發(fā)高壓共軌系統(tǒng)。雙方還曾經(jīng)簽訂了合作開發(fā)意向書,計劃以威孚和無油所之間八比二的比例合資生產(chǎn)。但隨著威孚與博世的合資談判的進行,尤其是當威孚的領(lǐng)導(dǎo)班子從博世參觀并失去信心之后,無油所與威孚的合作前景越來越渺茫了。
押上全部家當“自己做”
無油所開始在國內(nèi)尋找其他能夠進行精密加工的合作伙伴。為此,所領(lǐng)導(dǎo)一度想到軍工系統(tǒng),既然能夠制造導(dǎo)彈、航天器等精密度要求很高的產(chǎn)品,就應(yīng)該有可能具有這樣的能力。
2003年,一直支持無油所自主開發(fā)的原機械工業(yè)部部長何光遠參觀了無油所,幫忙請來了我國在精密儀器領(lǐng)域惟一的院士徐性初。了解情況后,徐院士明確說,高壓共軌系統(tǒng)所要求的加工精度已經(jīng)位于當今工業(yè)界最高的加工水平,國內(nèi)所有企業(yè)都不具備這樣的能力,“真要做,你們就得自己做。”
聽到這個結(jié)論后,無油所負責(zé)人的反倒像是“吃了一顆定心丸”。沒有了其他可能的選擇,決策反而簡單了,就是“自己做”。同時,為了不影響開發(fā)進度,無油所已經(jīng)開始從國外采購設(shè)備,這個結(jié)論無非證明了前面決策沒有錯。但是,這意味著無油所必須傾其所有,還得節(jié)衣縮食。
2002年5月,無油所專門組織了工藝設(shè)計團隊,并按照自己設(shè)計的工藝方案,花了2000多萬元從國外訂購設(shè)備,自己把握加工難度極大的核心部件的生產(chǎn)。這是使電控高壓共軌技術(shù)成功產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
“自己做”,無油所就不得不把多年積累的全部家底都押上。迄今為止,無油所開發(fā)共軌系統(tǒng)已經(jīng)投入了1.5億元的資金,幾乎是承擔(dān)一汽集團的研發(fā)項目、行業(yè)服務(wù)和下屬公司的全部收入。
為了這個項目,無油所在1985年建的辦公樓直到2004年才改造,此前他們竟然是用電風(fēng)扇來度過江南的夏天。所里有人笑稱:“我們的辦公室連無錫街道大媽的辦公室都不如。”據(jù)介紹,改造是因為去年的經(jīng)濟情況相對較好,而共軌系統(tǒng)項目也已經(jīng)“心里有了數(shù)”。
滾動式發(fā)展開放式學(xué)習(xí)
依靠自己的力量搞產(chǎn)業(yè)化,無油所面臨的風(fēng)險徒然加大。但為什么他們在參觀完博世之后沒有被嚇倒,反而更加堅定了自主開發(fā)的信心?除了對技術(shù)能力的自信,還有對市場競爭戰(zhàn)略構(gòu)想的清晰。
無油所感到,雖然德國人在技術(shù)上強大,但研發(fā)投入成本也很高。此外,像博世這樣的大公司,產(chǎn)能計劃往往是根據(jù)能夠回收成本的產(chǎn)量規(guī)模而確定的。據(jù)稱,博世擬在中國投資6億歐元,年生產(chǎn)50萬套共軌系統(tǒng)。
無油所決策層認為,新產(chǎn)品的市場只能逐漸生長起來,特別是對于需求結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中國市場而言,所以以大批量生產(chǎn)為目標的大額投資在短期內(nèi)很難得到回報,必然導(dǎo)致高成本。小小無油所的策略是,跟隨市場成長的滾動式發(fā)展。只要掌握技術(shù),就完全可以依靠成本優(yōu)勢和跨國公司一比高下。
目前,無油所正在為其年產(chǎn)1萬套的第一階段目標在努力。決策者認為,1萬套剛好是其經(jīng)濟規(guī)模的臨界點,可以盈利。為此,無油所打算在設(shè)備上總共投入5000萬,除原有的試制車間之外,還要建立以總裝測試車間。
無油所堅持開放式的技術(shù)學(xué)習(xí),自始至終都沒有放棄過對國外先進技術(shù)的追蹤、學(xué)習(xí)和研究。在2002年左右,無油所花了200多萬人民幣,外派20多人到英國Ricardo(發(fā)動機研究機構(gòu))去了1個多月。他們不僅帶回了Ricardo在2000年之前的最新技術(shù)資料,而且還制作了800多頁幻燈片,向其他同事介紹。
這就是幾十年來該領(lǐng)域數(shù)代中國科研人員們自主研發(fā)、不懈進取的一個縮影。所里一位老工程師說,“在改革開放之前,我們是看別人的東西好,所以想要抄過來;開放之后,我們是看別人的東西好,就要設(shè)法找出缺點,想法改過來;而現(xiàn)在是看別人的東西好,我們是想辦法怎么樣避免與別人的專利沖突,形成自己的技術(shù)體系!
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