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                播下“金種子” 不怕“卡脖子”
                —— 中航電測種子業務“比例電磁閥”發展紀實

                中航電測 奧海鋒 張明忠


                黨的十八大以來,習近平總書記高度重視關鍵核心技術創新攻關,圍繞破解“卡脖子”難題,將科技發展主動權牢牢掌握在自己手里作出一系列重要論述。中航電測作為軍工央企,積極履行關鍵核心技術創新攻關的國家隊責任,瞄準“卡脖子”技術難題布局多項種子業務。近年來,中航電測緊盯國家戰略需求,深耕高端醫療器械行業,“比例電磁閥”產品突破了一個個技術封鎖關口,護衛著國產化技術又一個卡不住的“脖子”。

                致力突破“卡脖子” 堅定播下“金種子”

                進入21世紀以來,中國醫療器械產業步入高速增長階段。但由于起步較晚,整體狀況與歐美等發達國家存在很大差距,存在著技術水平較低、產品同質化競爭嚴重等突出問題。在中美貿易戰形勢下,美國對華實行技術轉移限制,醫療器械高技術產業“卡脖子”問題凸顯,對我國醫療衛生事業和人民群眾身體健康形成較大威脅。中航電測積極響應習近平總書記要求,依托自身在國內電磁閥領域先行者的優勢,聚焦醫療電磁閥“國產化替代”,力爭突破美西方在高端醫療器械領域的“卡脖子”技術。

                圍繞“做國內一流的流體控制技術供應商”的愿景目標,中航電測精密機電事業部切實落實公司戰略部署。2010年,該部將市場目標轉向了醫療器械行業,研制開發了第一款醫療用電磁閥,這個電磁閥是一個開關電磁閥,閥對流量的控制要么全開,要么全關,沒有中間狀態。2012年產品上市以后,中航電測憑借扎實的技術能力和質量控制在醫療市場上贏得口碑、嶄露頭角。
                “國企是我黨執政的重要物質基礎和政治基礎。2019年疫情當前,我們擔起了共和國長子的責任,加速推進高端醫療器械行業比例電磁閥產品的國產化替代,經過不懈奮斗,不但改變了國內比例電磁閥產品供應過少、價格壟斷的局面,極大地改善了醫療器械行業的競爭生態,同時讓國內醫療器械企業將更多精力、資源投入到自主研發上,從而提升了產品競爭力,加速了民族醫療器械產業振興”。對于公司堅定播下高端醫療器械行業比例電磁閥產品這顆“金種子”的考慮,中航電測精密機電事業部黨支部書記、總監葉超勇如是說。

                防控責任高于天 義無反顧赴難關

                2019年底,新冠疫情突發,全球經濟下行,而行業形勢卻逆勢暴漲,在日常生活中存在感并不強的呼吸機、口罩等產品一舉變成了炙手可熱的“硬通貨”。由于我國長期以來在高端醫療設備和核心技術上過度依賴進口產品,此時高端醫療器械供應鏈的短板便暴露無遺。

                疫情之下,國外醫療器械企業的“斷供”造成了國內醫療電磁閥產品的供貨緊張,當時的中航電測已經在電磁閥領域聲名遠播,加上中航電測作為國有企業的身份地位,讓客戶對中航電測更加信賴,不少國內客戶紛紛慕名找上了中航電測。面對客戶的信賴和熱望,中航電測的決策卻并不容易。

                事實上,客戶需要的某醫療儀器并不是中航電測比例閥的首要研制目標。2018年始,中航電測精密機電事業部就進入流體控制研究領域,已確定在掌握流體通斷控制的基礎上豐富流體控制技術,積極布局流體流量控制細分行業,啟動了電氣比例電磁閥的預研,確定的第一個應用領域是當時被國外企業高度壟斷的高端氣象色譜儀行業。彼時,高端氣相色譜儀市場90%為國外企業壟斷,國產比例電磁閥沒有任何配套應用。

                2019年底,第一款小流量比例閥研制成功實現送樣、客戶測試良好,精密機電事業部正在決策豐富產品系列,全面布局實現高端氣相色譜儀用比例電磁閥的配套全覆蓋,相關工作已開展到技術評估、立項的關鍵階段。由于資源有限,研制醫療用比例閥必然需要擱置規劃項目,重新調整發展方向。這個難題突然擺在了中航電測決策者的面前。

                生命重于泰山,疫情就是命令,防控就是責任。當此緊急關頭,中航電測的決策者們以黨和人民的需要為最高目標,既算經濟賬,更算政治賬,決策過程中并沒有為前期的太多投入、轉向后的前途未卜而糾結。他們就這樣義無反顧地舍棄了垂手可得的高端氣相色譜儀用比例電磁閥研制成果,集中優勢兵力和資源,踏上了一條荊棘密布的醫療用比例電磁閥研發之路。

                正向設計破難點 競標優勝信心增

                2021年,YZS(國家醫療儀器權威研發機構)響應國家“重大突發性傳染病應急能力建設”要求,組織多家單位、企業共同承擔起某醫療儀器研制開發及產業化建設任務。其中比例電磁閥作為該儀器的核心零部件,其性能指標直接決定了儀器的性能表現。為確保研制任務達成、風險可控,YZS組織中航電測和另外兩家央企同臺競標,角逐比例電磁閥的研制資格。

                憑借成熟的醫療電磁閥研制經驗、扎實的質量控制能力、第一款比例電磁閥的預研基礎及專業化產品分析報告,中航電測在競爭評比中綜合排名第一。中航電測很快成立了研制項目團隊,開始了醫用比例電磁閥的專攻之路?紤]到盡管具備一定比例電磁閥的研制經歷,但畢竟經驗較少、技術積累不足,對該儀器的應用要求幾乎完全陌生,在初步消化儀器設備對比例閥的技術要求后,項目團隊開展揭榜掛帥,大家并肩作戰、集體探討,形成了“以仿研開始,逐步實現仿研+創新相結合”的研發思路。從逆向設計中不斷分析、總結,并一步步向“正向設計”靠攏,提升核心技術設計能力,突破閥門控制技術難點,最終滿足儀器使用要求。

                與普通電磁閥只控制流體通斷不同,比例電磁閥是一個連續控制的電磁閥,閥口可以根據需要打開任意一個開度,由此控制通過流量的大小,功能進一步完善。然而,中航電測研制的比例電磁閥產品是一個氣、液體控制開關,可以實現氣、液體的通斷、切換和連續控制,實現氣、液體流量大小的精準調節。中航電測的第一款比例電磁閥在開關電磁閥的基礎上對性能進行了優化,具有線性流量控制精度高的特點,適用于微流量、低速、常溫的液體。這款比例電磁閥是醫療某儀器上的關鍵零部件,成為公司探索新興業務、實現業務轉型升級的有利契機。

                “差之毫厘,謬以千里”這句話用在電磁閥項目團隊上非常貼切,他們堅持于細微處見真章的決心,秉承“爭做世界電測先鋒”夢想,堅持高標準,啃下硬骨頭,打造硬實力,實現了從競品到樣品,再反饋到“正向研究”,不斷改革創新,提升了產品創新能力,最終獲得了醫療器械行業的普遍認可。整機廠家及評審人員普遍認為中航電測在三家競標單位中“認知比較深,手段比較齊全”,為團隊集中力量開展研發攻關增添了信心。

                獨立自主不言棄 眾志成城越重關

                比例電磁鐵是比例電磁閥的核心零部件,其在一定范圍內的磁力守恒對比例電磁閥的整體性能有著決定性影響,而研制團隊對此的研制經驗為零。一開始,項目團隊拿到比例電磁閥時,都以為是開關電磁閥的“放大版”,沒有引起足夠重視,完全照搬開關電磁閥的結構設計和測試方法。當測試結果出來時,他們都傻了眼,因為產品的測試結果與預期的結果差異很大,這個電磁閥徹底顛覆了他們的認知。為此,他們開始專注起來,通過“知網”“百度”等各種途徑,惡補比例電磁鐵理論認識,進行了深入細致的研究分析,突破了以下難關。

                優化設計結構。項目團隊一邊做結構優化,一邊對整個產品的磁回路進行了一個“磁仿真”,經過認真排查、仔細驗證,最終在產品外形結構的一個小細節上找到問題原因,對原有的比例電磁閥進行了結構設計優化,從而扭轉了產品的線性度,滿足了使用要求。

                解決遲滯問題。遲滯問題一直是比例電磁閥的“老大難”問題。當項目團隊生產出一批樣品的時候,相比國外競品,公司一大批樣品里面僅能挑出幾只遲滯合格品,在研制經驗為零的情況下,遲滯問題一度成為比例電磁閥研制過程中最大的難題。

                項目團隊對結構設計、材料選用、工藝規程等進行了全面檢查,經過幾輪排查、研討、試驗驗證和專題研討,盡管團隊集思廣益、全面排查,不放過每一個可疑的因素,但無數次試驗卻帶來無數次失敗,依然找不到解決問題的思路。

                為了盡快交出樣品拿到項目,有人認為,既然客戶沒有要求,說明書也沒有要求,曾有過“降低遲滯性能指標”實現急于交付的目的,因為當時供應商也產生了“降低性能指標”的念頭,但是精密機電事業部總監葉超勇認為“國外能做到的,我們也能做到”。項目團隊最終將問題鎖定在了材料上,解決問題就變得事半功倍,遲滯問題最終得到解決。

                解決泄露問題。泄露問題是產品設計中面臨的另一個難題。比例電磁閥的主要功能是實現液體流量的精準調節,前提是閥門在關閉狀態下無泄漏。這是不亞于遲滯問題的又一個硬骨頭。

                面對著接踵而至的難題及疫情好轉帶來的訂單減少,有人認為應該瞄準主要矛盾,先送樣后完善。但項目團隊中更大的呼聲是“不能回避、專心科研、解決難題”。

                為了解決這一難題,在技術盲區中,葉超勇提出“加大研發投入、不計成本解決問題”,項目成員摒棄雜念一心攻堅,電磁閥試驗品從5個、10個、50個、100個不斷增加,膜片外協供應商從1家發展到3家,在大浪淘沙般的測試試驗中,項目團隊終于解決了關鍵零部件泄露問題。

                由于泄露等問題的影響,樣品交付從2020年4月開始一直延續到了2021年初。其間項目團隊好幾次萌生了放棄的念頭,但因為肩負著突破“卡脖子”技術的神圣使命,在市場低迷的形勢下他們依然堅守,不僅僅是對產品交付的堅守,還有深埋在心中的那份忠誠和責任。

                項目團隊總結道,如果沒有公司對研發的強大支持、對關鍵項目不計成本地投入、對團隊的一再容錯,如果沒有團隊成員崇高的使命感,中航電測比例電磁閥研制不會取得今天的成就。

                強強聯手謀升級 產能釋放前景闊

                比例電磁閥的快速發展離不開高精度設備的研制,不斷升級的比例電磁閥產品帶來了日益苛刻的測試要求。為此,項目團隊通過市場調研、自主研制,加強測試設備的研究、裝配、調試,測試條件越來越成熟,線性度、遲滯、壽命、最小流速等性能均能夠滿足高精度比例電磁閥的設計要求,工藝研究也與時俱進,測試條件已經達到了國內領先水平,公司研制的多項設備已成為YZS委托采購的指定設備。在YZS牽頭的比例電磁閥研制過程中,中航電測不僅提升了產品的技術指標和研制能力,團隊人員也得到了鍛煉和成長,在協同YZS進行比例電磁閥國家標準的制定過程中,多項指標提議被YZS采納并列入國家標準,其中包括了僅有中航電測具備解決能力的泄露問題,為中航電測產品快速通過國家標準的檢測點亮了“綠燈”。

                目前,中航電測已與國內著名高校等外部科研單位建立了協作關系,正在強強聯手制作一款全自動比例電磁閥流量特性測試平臺,將大大推動比例電磁閥的自動化生產進程。項目團隊在開展設計工作的同時,堅持立項工程和正向設計相結合,推動公司比例電磁閥從仿研向正向設計轉變,與山東大學開展的產學研合作,為加快公司在氣體質量流量控制器細分領域檢測技術打下了可靠基礎。

                2022年,中航電測比例電磁閥已經實現多輪小批量生產,各項性能指標已達到國際先進水平,部分性能指標超越國際標準。公司研制的部分比例電磁閥已經在行業實現了國產化替代,打破了歐美等發達國家的壟斷,產品市場份額不斷增長。2022上半年,中航電測電磁閥業務的主要經濟指標十分亮眼。多年前瞄準國家戰略需求和卡脖子技術播下的那顆金種子,經過電測人嘔心瀝血的精心培育,終于破土而出,正在市場風雨的洗禮中拔節成長。同時,正在開展的一流實驗室的建設、測試設備的配套升級、團隊人員的能力提升、產學研合作的助力,將有力推動產品的標準化建設、產業化發展。

                隨著2022年底中航電測西安“智能測控產業園”的建成,“金種子”業務比例電磁閥的產能將得到極大釋放。中航電測將以高度的政治責任感,把電磁閥產業打造成精密器件轉型升級的“破局閥”、為國分憂的“爭氣閥”、造福百姓的“幸福閥”,早日迎來高端醫用比例電磁閥全面國產化替代揚眉吐氣的時代。

                 

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