林機,行業重器追尋大而強
——中國林科院林機發展回顧與展望
中國林業網11月23日訊 孔子曰:“工欲善其事,必先利其器。”
《大國重器》、《大國工匠》央視熱播,我國作為全球制造業大國的榮光、短板與夢想,逐一呈現在世人面前。隨著李克強總理簽批《中國制造2025》,制造業大國開始向制造業強國邁進,中國制造開始向中國創造演替。
現代林業,離不開現代化的林業技術裝備。林業機械的過往、現實與未來如何?
已經少有人知道,林業機械行業曾經的輝煌。我們不僅擁有林機廠,還有林機所,用自主設計、自主制造撐起了共和國林業機械化生產的一片天。
還是少有人知道,我國是林木加工裝備制造大國。目前,中國林業技術裝備產值和出口總額位居世界第三位,但多數裝備僅相當于發達國家20世紀80年代的水平。
幸運的是,作為一門學科,林業機械研究與應用一直堅守著,走過了50多年。
應運而生,兩個林機所各有側重
在早期,林業機械伴隨著農業機械而發展。新中國成立后,隨著林業事業的崛起逐漸形成了專業研究體系。
1958年9月,國家林業部成立林業部林業機械研究所,后更名為中華人民共和國林業部林業機械研究設計所,主要研究方向是營林機械、采運機械。該所經“文革”期間拆分以后,形成了今天的國家林業局哈爾濱林業機械研究所(簡稱哈爾濱林機所)和國家林業局北京林業機械研究所(簡稱北京林機所)。目前,兩個林機所在營林和采運機械研究得到進一步發展的基礎上,木材加工、人造板、竹材加工、綠化、家具與地板加工等機械設備研究開發得到了長足發展。
兩個林機所相對獨立,既有分工又有合作。
哈爾濱林機所主要從事戶外林業機械和森林工程學科的基礎理論、應用基礎、社會公益性和高新技術研究,承擔著行業標準制修訂、質量檢驗、情報信息收集等多項任務。所內設有森林工程裝備、種苗工程裝備、營林機械化、森林火災防控、林業裝備自動化、寒溫帶林業研究等6個科研、開發研究室和林機標準、質檢、信息等3個行業服務研究室,擁有國家便攜式林業機械質量監督檢驗中心等13個掛靠機構,并編輯出版《林業機械與木工設備》、《勞動安全》兩份期刊。
2005年以來,哈爾濱林機所積極參與國家科技發展計劃、“948”等研究課題,重點在現代營造林、人工林培育和生產、采伐運輸機械、木材干燥、森林火災防御、森林病蟲害防治、林業生物質資源利用等技術裝備研究,以及林業機械和森林工程標準制定與體系研究等方面開展了創新研究,為我國營林、苗圃、采伐作業生產和防治雷擊火等提供了新型裝備和最新技術,受到了業界的歡迎。
目前,哈爾濱林機所將重點從四個方面開展林業技術裝備研發工作:一是以造林、綠化為主的種苗培育技術裝備;二是以保護、培育、利用森林資源為主的森林資源經營技術裝備;三是以開發林間林下資源為主的特色森林食品和藥品種植、采收、加工技術裝備;四是以利用森林撫育、改培剩余物為主的生物質能源技術裝備。
哈爾濱林機所還為完善全院整體學科布局,成立了中國林科院寒溫帶林業研究中心,在保持林業機械學科優勢的基礎上,積極開展寒溫帶林業研究,努力實現從“單一性專業研究”向“綜合性多學科研究”轉型。
北京林機所專門從事現代林木機械、木材綜合利用機械、人造板機械及竹工機械等科學基礎與應用技術研究、標準化及情報信息服務等工作。所內下設機械研究室、自動控制研究室、標準化研究室、林木機械特種材料研究室、《木材加工機械》編輯部、成果轉化與服務處及檢測中心等7個科研業務部門,擁有中國林業裝備產業技術創新戰略聯盟秘書處、中國林業產業聯合會林業新技術創新分會等 7個全國和行業性掛靠機構。大量開展了人造板設備、家具機械和電子技術應用等領域的研究設計、產品開發、成果轉化、標準化和信息技術研究;主持全國人造板機械標準化技術委員會秘書處、全國木工機械和人造板設備情報中心日常工作;編輯出版《木材加工機械》期刊。以本所研究開發的技術成果為依托,在生產數控加工中心、刨花電子計量系統、地板開榫機等人造板設備和家具機械新產品等方面做出了創新性的貢獻。
近年來,北京林機所在竹(木)加工技術與裝備、現代林木機械研究領域取得了突出成就,創新開發了竹材原態重組技術和關鍵裝備,建設了生產示范線,實現了產業化生產。成功研制了噴播綠化纖維打包技術與設備、苗盤起苗機等園林綠化新技術、新設備,在道路、橋梁邊坡施工、廢棄礦山生態修復、城鄉大規格苗木綠化等方面做出了新的貢獻,占領了新的市場。
歷史貢獻,助力機械化、國產化
“我們的林業機械曾有過令人驕傲的輝煌。”一位對林業機械情有獨鐘的老專家如此概述。
新中國成立初期,國家高度重視木材采伐和運輸,1950年在黑龍江伊春林區開展了機械化集材和運材作業試點,1953年在黑龍江開通縣建立了第一個機械化造林試驗站,1956年在黑龍江和四川先后試用架空索道集材。
20世紀50年代末60年代初,國家確定了“林業生產機械化,機械設備國產化標準化”的方針,同時成立了國家級林業機械科研機構(哈爾濱林機所和北京林機所),擴建和新建了一批林業機械制造廠、修理廠,在主要高等林業院校設置了林業機械專業。自此,中國走上了自己設計、自己制造林業機械的道路,科學研究和科學技術隨之得以快速發展。
哈爾濱林機所在成立初期,先后取得了山地四大件(手扶拖拉機選型、油茶林墾復、油茶吸果和山地半機械化整地)、苗床覆砂機、澆水機、移動式削片機、肩挎式動力割灌機、7噸和14噸森鐵臺車、原條汽車掛車、貯木場固定式纜索起重機和移動式纜索起重機、縱向鋼索傳送帶和2馬力汽油機等20余項科研成果。當年的采儲運設備貢獻率超過80%,為新中國的經濟發展做出了重大貢獻。
即使在文革期間,林業機械研究也未止步。哈爾濱林機所先后研制出了30多種林業機械裝備,并在生產實踐中廣泛使用,有的產品還遠銷國外。他們研發的人工降雨機3種噴頭、自吸泵、苗圃筑床機、輕便動力挖坑機、大苗植樹機和采伐剩余物綜合利用等12項科研成果,1978年獲黑龍江省科學大會獎勵;林業噴灌機械、KDZ大苗植樹機、采伐剩余物綜合利用機械、苗圃筑床機、Z4JM-2.5型木材裝載機等5項成果榮獲當年全國科學大會獎。
改革開放初期,哈爾濱林機所幾經易址,正式扎根哈爾濱。從此,科研人員深入林區、面向社會,既努力爭取國家科研課題,又積極承攬橫向委托項目,將科研成果及時在生產建設中推廣應用,全所每年總有4-5項成果列入林業推廣科技成果項目中。
20世紀90年代末,隨著林業發展戰略的調整,天然林保護工程實施,采伐量縮減,采伐運輸和營造林機械不再是林業機械的主體,代之而起的是家具生產和人造板機械快速發展,林業技術裝備研究隨之轉向種子生產、苗木繁育、跡地更新、植樹造林、幼林撫育、森林保護、城市綠化、森林采伐與運輸、竹木加工及木制品制作、人造板與家具加工,以及木工機械及園林裝備制造等方面。
進入21世紀,我國通過“863”高新技術研究、國家科技支撐、林業公益專項、“948”國際先進農業科學技術引進、農業科技成果轉化等重大項目的實施,獲得了一批具有較高水平的林業裝備技術成果,初步形成了比較完整的集科研、生產、推廣服務于一體的林業裝備高技術研究體系,為中國林業現代裝備技術水平的提高奠定了基礎。
2012年,哈爾濱林機所成功研制了我國第一條全自動苗杯裝播生產線。這是哈爾濱林機所在消化吸收國外先進技術的基礎上創新研發的產品。該生產線可自動完成苗盤基質裝填、自動沖穴及播種、覆土、噴淋等作業,實現了容器苗裝播生產機械化。他們配套研發的新型林木育苗穴盤配合使用可降解育苗杯,能有效實現容器苗空氣切根,解決了原有育苗穴盤育苗時易出現窩根影響育苗質量和造林成活率等問題;自主設計開發的可降解育苗杯制作機采用超聲焊接技術,可以實現多種規格可降解育苗杯自動焊接成型,已在大興安嶺地區推廣使用。
哈爾濱林機所還研發了適合北方的苗圃自動化育苗系列裝備,如自行式苗木移植機、苗圃精細筑床機。該系列設備在黑龍江森工集團的科技現場會上一經演示,便受到了廣大種苗生產機構的青睞。
北京林機所同樣走過了光輝的歷程。他們在木質材料數控加工、木結構與質量檢測、人造板、竹材加工技術、藤質資源利用、生態恢復裝備等方面取得了重要成果,研制的木工數控加工裝備,能根據木材加工的工藝要求,在一臺機床上實現銑、鉆、鋸及水平銑等組合加工,減少了加工工件的生產準備時間。落葉松結構材應力分等裝備制造技術,突破了鋸材在線連續快速分級、噴碼歸類等關鍵技術,填補了國內空白,能很好地滿足國產和進口結構鋸材的強度分等檢測需求。他們建立了年檢測能力1萬立方米的自動分等鋸材應用示范點,有效解決了傳統鋸材、集成材加工中材料盲選盲用的弊端。
北京林機所開發的刨花板、中密度纖維板、膠合板生產線主機設備眾多,包括熱壓機、預壓機、鋪裝機、鋼帶運輸機、干燥機、縱橫聯合齊邊鋸、熱磨機、單板旋切機等,技術先后轉讓給江蘇、江西、河南、黑龍江及西北有關省區的專業林(木)機生產廠家,成為企業的主導產品。根據市場需求,他們還開發了刨花板生產線自動控制調供膠成套設備,處于國內領先水平,出口到印度、馬來西亞、越南、肯尼亞、孟加拉、巴基斯坦等國家。
通過國家科技支撐、林業公益專項等重大項目的實施,北京林機所在國內首次系統開發了竹材原態重組制造關鍵技術和設備,攻克了竹材原態重組難以實現產業化、難以加工應用于結構材料領域的技術難關,開發出了竹材原態多方重組、竹材弧形原態重組材料制造技術及關鍵裝備,獲得國家授權發明專利7項、實用新型專利21項,取得了重大科研成就,實現了成果轉化。其中,“承載型竹基復合材料制造關鍵技術與裝備開發應用”獲“2011年北京市科學技術獎二等獎”和“第四屆梁希林業科技二等獎”;“竹材弧形原態重組材料制造關鍵技術與設備開發應用”2013年獲中國林業產業創新獎;發明專利“竹材原態多方重組材料及其制造方法”獲“2014年中國專利優秀獎”。經國家林業局鑒定,部分研究成果為“技術創新性較強,處于國際先進水平”,在山東青島國森機械有限公司、湖南益陽海利宏竹業有限公司等10多家企業推廣應用,建成5條生產線,建設設備制造基地1個。
50多年來,兩個林機所共開展科研課題400多項,獲得省部級以上科技成果近100項,包括國家科技進步一等獎1項、二等獎4項、三等獎9項,全國科學大會獎5項;制修訂標準300多項,其中國家標準80多項、行業標準230多項;取得發明及實用新型專利130多項。充分發揮了國家級科研機構的技術引領作用。
探索前行,林機制造亟須邁向高端
降低勞動強度、提高生產效率,這是人類社會奮斗的目標和永恒主題之一;機械代替人力,這是不二追求。
如采用挖穴機植樹造林,平均每人每臺機器可挖600個-1500個穴,效率是人工挖穴的4倍多;采用割灌機割除灌木雜草,效率是人工割灌的3倍以上。
林業機械化的意義和作用不言自明。
目前,我國林業技術裝備種類較多,總產值和出口總額已位居世界第三位,但大多為低端產品,約有70%的裝備僅相當于發達國家20世紀80年代的水平,行業大而不強。我國林業機械高精尖產品尚須從國外進口,生產中許多環節仍然依靠手工作業。
哈爾濱林機所所長杜鵬東介紹,國內需要努力的方向是:南方山多坡陡,要著力研發輕便、靈活、輕巧的動力機械;北方平坦坡緩,要重點研發大型林業動力機械;東部地區水熱條件好、林木生長迅速,要加強研發林木加工利用技術裝備;西部地區生態脆弱、恢復治理任務繁重,要著重研發生態恢復治理機械裝備,滿足林業裝備“南小北大、東用西治”的多樣化需求。
杜鵬東說,國外裝備太貴買不起,急需自主研發,因此建立完備的林業裝備研發和制造體系十分重要。他希望能形成“151”創新格局,即設立1個全國性林業裝備技術創新體系,并將其納入國家科技創新體系之中;選擇有代表性的林業裝備工程重點領域和關鍵技術,組建營林技術、森林工程、竹藤產業、木竹高效利用、生態恢復及森林防災減災5個國家級林業裝備工程研發中心;建立1個以產業為主導、市場為導向、產學研相結合的中國林業裝備產業技術創新戰略聯盟,構建集研發、生產、檢驗、運輸、銷售于一體的林業技術裝備產業鏈,服務于現代林業生態建設、產業發展和生態文化建設。最終,實現林業裝備產業和環境保護的協調發展,提升中國林業技術裝備行業的核心競爭力。
北京林機所所長傅萬四說,近年來,林業技術裝備產業的不景氣,導致相關研發、生產能力下降,從而形成惡性循環。這主要是因為與農業裝備相比,林業裝備存在作業環境差異大、使用驗證周期長、市場需求批量小等弊端。林業裝備是我國制造業中能力較為薄弱的一個產業,要健康持續發展,不僅要依靠政策扶持,更需要全社會的關注和支持。在科學研究方面,要明確林業裝備技術創新重點,建議重點關注林木良種選育、現代育苗裝備關鍵技術、營造林機械裝備技術、防沙治沙生態林建設機械裝備及關鍵技術、植保機械裝備技術、林木產品精深加工裝備技術、竹藤及林副產品深加工裝備技術、林業生物質能源裝備技術。要加強林區作業機械設備的開發和引進,以適應國民經濟發展的步伐;應重視林區作業勞動條件及安全保障的改善;要改變當前森林工業與其他行業不匹配的狀態,特別是林業應重視土地的收益和木材的產出,這與生態建設同等重要。
從東北三大森工調研情況看,一是國有林業在崗職工平均工資普遍偏低,難以留住懂技術和較高學歷人才,由此發展現代林業機械缺乏人才隊伍支撐;二是機械化總體水平難以滿足林業發展需求,除了森林采伐和森林防火機械具備一定規模和水平以外,森林道路養建、種苗培育、造林、清林撫育等機械裝備總體處于初級階段,有些用途甚至還是使用手工機具作業,尚難稱為機械。
傅萬四說,國有林區全面停止天然林商業性采伐以后,妥善處理好人工林及副產品的經營和非商業性的森林經營,實現以林養林,才是林業可持續發展的關鍵所在,并非一味的依靠國家投入。另外,發展多種經營必須提高林區的多種經營機械化水平,這是廣義的機械化,不應簡單停留在“以木為本”的機械上。他說,林業發展只依靠國家投入是遠遠不夠的,林業裝備制造業同樣如此,需要調動政府和全社會力量的共同努力。
傅萬四建議:第一,加強頂層設計,科學合理提高機械化水平。針對不同區域的地理和人文特點,有計劃、有針對性地進行頂層設計,科學合理布局林業裝備,不斷提高機械化水平。第二,加大政府財政投入,凸顯生態效能。加大財政投入,不僅包括資金投入,更要包括機械化所需的裝備投入,使林區、林業、林農得到同步發展,森林生態效能才能凸顯。第三,成立部門主管機構,使林業裝備有計劃可持續發展。與農業機械化率相比,我國林業機械落后許多,農業系統有三家正廳級農機主管部門(農技司、農機協會、農機推廣站),而林業系統尚無林業裝備主管部門。建議在政府部門中成立專門的林業裝備司、處等機構,領導和監管全國林業體系中的機械化進程。