深海海洋工程装备制造

深海海洋工程装备制造（精选6篇）

深海海洋工程装备制造 篇1

1 辽宁省海洋工程装备制造业发展的现状

1.1 辽宁省发展海洋工程装备制造业的地域、政策优势

辽宁作为我国东北地区唯一一个沿海省份,拥有丰富的海洋资源,区位优势明显。面对国家新一轮推进海洋经济发展的战略机遇,充分发挥既有优势条件,做大做强海洋工程装备,发展海洋工程装备制造业应成为加快辽宁省新兴产业发展的战略选择。

1.2 辽宁发展海洋工程装备制造业的产业基础

辽宁省现有大连湾、大连旅顺、大连长兴岛、葫芦岛、辽河入海口(盘锦、营口)五大造船集聚区以及10个专业化船舶配套园区和海洋工程装备制造业集群。其中,大连湾临海装备制造业聚集区由临海装备制造业总装加工区和临海装备制造业配套区两部分组成,大连中远船务有限公司、中国一重大连加氢反应器制造有限公司、新船重工舾装分厂等国内外现代化重大装备制造基地坐落此地。这个聚集区在2014年前三季度累计实现本级财政一般预算收入5.933 9亿元,同比增长37.5%,完成全年计划的82.4%。旅顺口的大连大正港海洋工程基地已引入中远船务工程集团、大连港集团、葫芦岛泊船重工渤海造船有限公司作为战略合作伙伴,将打造中国北方最大的海洋工程装备基地。

2 辽宁省海洋工程装备制造业发展中的问题

2.1 缺乏高端海洋工程装备制造技术,依赖国外核心技术

辽宁省目前拥有的海洋工程装备制造技术自主知识产权较少,且大多是浅海海洋工程装备,主要进行后期的生产设计工作,而高端的深海海洋工程技术涉猎较少,缺乏核心研究成果。同时辽宁海洋工程装备制造业自主创新能力不强,企业研究大多为分散研究,没有形成专业化、集成化、连续化的研究模式,高新技术设备的开发大多仅模仿国外现有产品,自主开发能力较弱。

2.2 欠缺高端专业技术人才

在行业发展因素和经济因素的双重影响下,辽宁地区对船舶与海洋工程技术人才缺乏吸引力,同时,辽宁省尚未制定引进船舶与海洋工程高端技术人才的相应配套政策,没有吸引人才的硬件措施,因此辽宁地区非常缺乏该领域的中高端人才。另外,严重的海洋技术人才结构失衡,以及海洋工程技术应用型人才缺失制约着辽宁省海洋工程制造业的快速发展。

2.3 大多数企业不具备工程总承包能力

在通常采用项目管理制度的海洋工程装备建造产业链中,最高层次是项目的总承包,由于总承包商承担着设计海洋油气田开发方案、装备方案,海洋油气田建造的责任,总承包商的执行能力直接影响着项目的附加值,因此要求总承包商具备比较高的项目管理能力。目前,辽宁省的现有企业并不具备总承包海洋工程项目的强大实力,大多分包承担主体结构建造分项目。大多数企业不具备工程总承包能力,这并不是辽宁省独有的问题,如果辽宁省海工企业能够抓准时机,优先培植总承包能力,势必将成为全国海洋工程装备制造业的先行者。

3 发展辽宁海洋工程装备制造业对策建议

3.1 向产业价值链高端迈进

当前,国际海洋工程装备产业呈现出由海岸和近海工程向深海工程空间不断推进的趋势。这导致全球海上运营成本由2004年的400亿欧元上升到2015年的520亿欧元,这部分成本中占比最大的是昂贵的深海投资。为跟上国际形势,辽宁省海洋工程制造业务必优先发展高新科技方向。辽宁省应关注和跟随国际海洋工程的最新科技研发成果,改进现有技术,关注技术研发的最新进展,坚持“引进、消化、吸收、改造、创新”的发展模式,加强相关技术领域的研发与改进,增加先进技术、先进装备等的进口数额,逐渐发展更具价值的深海海洋工程领域。

3.2 建设海洋工程装备业高级人才队伍

《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020)》指出,要在装备制造等经济社会发展重点领域建成一批人才高地。海洋工程装备属于世界战略性新兴产业,辽宁省海洋工程装备业人才极为匮乏,为加快辽宁地区海洋工程的发展,辽宁地区有必要增强海洋工程装备人才的专业素质,培养海洋工程制造高技术人才。可以通过“创新人才培养计划”,加大力度培养更多海洋工程关键技术方面的基础性人才;可以通过“青年人才深化培养计划”,挑选辽宁省海洋工程装备方面表现突出的青年人才到海洋工程发达的国家进行学习深造。同时,辽宁省要进一步制定发展海洋工程装备制造业的产业、人才优惠政策,吸引国内外优秀人才投身于辽宁省海洋工程建设。

3.3 加大对海洋工程装备领域国际前沿问题的研究力度

辽宁省海洋工程装备研究机构应积极开展世界海洋工程装备市场的跟踪与研究,根据自身情况建立相应得研究统计资源库,加大对产业和技术发展趋势的研究力度,参考欧美成熟企业以及韩国、新加坡等高速发展企业在海洋工程装备产业发展战略、经营策略、产品和技术的最新研究动向,学习海洋工程装备发展迅速的国家为加快自身产业发展所采取的措施和手段,并以此为依据,支撑和帮助辽宁政府制定相关政策,为辽宁省海洋工程装备产业的发展提供理论支撑。

摘要：2013年习近平主席提出建设“新丝绸之路经济带”“21世纪海上丝绸之路”以及“一带一路”的战略构想。2009年辽宁沿海经济带作为整体开发区域被纳入国家战略,战略规划产业包括造船、海洋工程装备等产业。海洋工程装备制造业目前处于发展初期,发展好海洋工程装备是辽宁省建设海洋强省、发展海洋经济迫切需要解决的问题。

关键词：经济,海洋工业,辽宁省

参考文献

[1]辽宁省人民政府发展研究中心课题组.辽宁海洋经济蓄势待发[J].辽宁经济,2012(2).

[2]耿殿贺,张晓明.做大做强辽宁省海洋工程装备产业[J].辽宁经济,2012(8).

深海海洋工程装备制造 篇2

1 对象与方法

1.1 对象

以本省某深海海洋工程装备制造项目为研究对象。

1.2 内容

深海海洋工程装备制造项目可能存在的职业病危害因素和拟采取的职业病防护设施。

1.3 方法

综合采用类比法、经验法和职业病危害因素检测对深水海洋工程装备制造项目可能存在的职业病危害因素的种类、危害程度和拟采取的职业病危害防护措施进行分析。

1.3.1 类比法

选择某海洋工程装备制造基地为类比工程,通过对类比工程的职业卫生调查,工作场所中噪声、化学毒物、高温、粉尘等的检测,类推项目的职业病危害因素种类和危害程度。

1.3.2 经验法

根据实际工作的经验和掌握的专业知识,对照职业卫生的有关法律、法规、标准等,借助经验直观地对研究对象可能存在的职业病危害因素进行识别、分析。

1.3.3 职业危害因素检测方法

类比工程按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159-2004)进行采样[2],依据《工作场所空气有毒物质测定》(GBZ/T 160-2004/2007)、《工作场所空气中粉尘测定》(GBZ/T 192-2007)、《工作场所物理因素测量》(GBZ/T 189-2007)等要求对工作场所化学毒物、粉尘、噪声、高温等进行检测[3,4,5]。

1.3.4 危害程度预测及防护措施分析

根据《中华人民共和国职业病防治法》《建设项目职业病危害分类管理办法》《工业企业设计卫生标准》(GBZ 2.1-2007)、《工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素》(GBZ 2.1-2007)、《工作场所有害因素职业接触限值第2部分:物理因素》(GBZ 2.2-2007)等分析其危害程度[6,7,8]。

2 结果

2.1 深海海洋工程装备制造生产工艺

钢板和型钢在组块结构车间经钢板预处理流水线进行抛丸处理,除去钢材表面的氧化层和锈蚀;然后经切割、焊接,制成组块分段,进入组块配套车间进行预舾装。预舾装完成后进入涂装工场进行喷砂、喷漆处理。钢板进入制管车间,进行切割、卷管,制成导管和钢桩、隔水套管等,导管进入涂装工场进行喷砂、喷漆,然后到滑道与组块分段在滑道进行总装。

2.2 深海海洋工程装备制造可能存在的职业病危害因素

深海海洋工程装备制造可能存在的职业病危害因素见表1。项目重点职业病危害因素为噪声、高温、局部振动、锰及其无机化合物、氮氧化物,臭氧、一氧化碳、硝酸、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、电焊烟尘、其他粉尘等。

2.3 深海海洋工程装备制造关键控制措施

深海海洋工程装备制造职业病危害的关键控制点和控制措施见表2。

2.4 类比工程职业病危害因素检测结果

如表3所示,类比工程超标最严重的职业病危害因素为噪声、电焊烟尘、其他粉尘、锰及其无机化合物以及苯系物等,其中噪声等效声级的超标率为46.7%,电焊烟尘CTWA超标率为56.3%,其他粉尘超标率为37.5%;锰及其无机化合物CTWA超标率达53.8%。具体超标车间和超标岗位见表4。组块结构、组块配套、制管车间以及CO2保护焊工、手工电弧焊工等超标严重。

3 讨论

深海海洋工程装备制造电焊作业产生的锰及其无机化合物、一氧化碳、二氧化氮以及油漆作业可能接触的苯等均属于卫生部《高毒物品目录》规定的高毒物品。工艺分析和类比调查表明项目存在锰、苯中毒以及其他高毒物品中毒的风险。

结合类比工程资料,可以预测深海海洋工程装备制造噪声聋和电焊工尘肺发病风险较高。在密闭容器内长时间作业还存在急性职业中毒,缺氧窒息等风险。各作业之间存在相互交叉污染、职业病危害因素叠加现象以及交互作用,可导致职业病危害因素的暴露浓度/强度,接触人群、频率、时间以及危害程度显著增加,进一步增加职业病的发病风险。

深海海洋工程装备制造可能存在大量的外包外协作业人员,由于该部分人员的职业卫生防护意识、个体防护水平、职业卫生管理水平与企业正式员工相比,仍有差距,因此外包外协作业人员职业病危害和发生职业病危害的风险可能更高。

深海海洋工程装备制造职业病危害严重。为进一步降低其职业病危害,应重点关注:(1)降低作业场所作业密度,避免大量高强度的噪声和高浓度粉尘、毒物产生叠加效应和联合作用。完善总平面布局和设备布局,将产生尘、毒、噪声危害危害严重的焊接作业、打磨作业围蔽或单独布置,避免或减少对邻近作业岗位的影响。(2)切割车间、结构车间、配套车间、水下车间、维修车间、机修车间、预装工棚加设全面机械通风设备,可采用下部送风上部排风设计。移动的打磨、电焊和油漆作业,应与主体工程同时设计移动轻便防尘和防毒设备。罩口风速或控制点风速应足以将发生源产生的尘、毒吸入罩内,控制风速应在0.25～3 m/s之间。(3)使用自动化焊接代替手工焊接,使用除尘砂轮机代替普通砂轮等。用低毒物料代替高毒物料。(4)密闭空间内焊接和油漆时,实施密闭空间作业许可证制度,进入密闭空间作业前需接受职业安全卫生教育,严格执行《密闭空间作业职业病危害防护规范》(GBZ/T 205-2007),防止劳动者发生缺氧、急性中毒等职业病危害事故,工程上采用软管加强容器室内送风和排风,在软管的折头处采用不易折叠的弯头防止堵塞,送风时新鲜空气应经过作业者的呼吸带。并佩戴氧含量及有毒气体报警仪等,配备符合要求的防尘防毒全面罩或供气式空气呼吸器等。(5)喷涂车间采用阻燃玻璃纤维复合而成的漆雾过滤材料,并在有机溶剂净化装置前设采用中效无纺布为过滤材料的预过滤器。(6)将打磨作业屏蔽在相对独立空间内,并对该空间做好隔声、吸声措施,防止该作业对邻近工作场所的影响。(7)采用无振动工艺代替手持砂轮机进行磨削金属加工工艺;钢板焊接中加工坡口及修磨焊缝时可通过提高钢板切割精度,以减少焊接工艺过程中砂轮机的使用;砂轮机应按适当程序定期正确修整以保证砂轮的同轴度和正确轮廓。

志谢:本文承蒙中国石化青岛安全工程研究院李新鸾主任医师等专家指导,特此致谢

摘要：目的 对深海海洋工程装备制造的职业病危害进行预测,并提出针对性的防护措施。方法 以广东省某深海海洋工程装备制造项目为研究对象,利用类比法、职业病危害因素检测法、经验法等方法分析预测深海海洋工程装备制造的职业病危害,并探讨深海海洋工程装备制造职业病危害防护的工艺、工程、个人防护、职业卫生管理等措施。结果 深海海洋工程装备制造重点职业病危害因素为噪声、电焊烟尘、其他粉尘、锰及其无机化合物以及苯系物等,其中噪声超标率为46.7%,电焊烟尘CTWA超标率为56.3%,其他粉尘超标率为37.5%;锰及其无机化合物CTWA超标率达53.8%。职业病危害关键控制岗位为焊工、打磨工、油漆工和切割工,关键控制措施包括工艺措施、工程措施、个人防护措施、职业卫生管理措施等。结论 船舶制造业职业病危害严重,尘肺、噪声聋、振动病以及锰及其无机化合物中毒、苯系物中毒风险较高,深海海洋工程装备制造应采取针对性的控制措施。

关键词：深海海洋工程装备制造,职业病,关键控制措施

参考文献

(1)王颖,韩光,张英香.深海海洋工程装备技术发展现状及趋势(J).舰船科学技术,2010,32(10):108-124.

(2)中华人民共和国卫生部.GBZ159-2004工作场所空气中有害物质监测的采样规范(S).北京:人民卫生出版社,2004.

(3)中华人民共和国卫生部.GBZ/T160-2004/2007工作场所空气有毒物质测定(S).北京:人民卫生出版社,2004/2007.

(4)中华人民共和国卫生部.GBZ/T192-2007工作场所空气中粉尘测定(S).北京:人民卫生出版社,2007.

(5)中华人民共和国卫生部.GBZ/T189-2007工作场所物理因素测量(S).北京:人民卫生出版社,2007.

(6)中华人民共和国卫生部.GBZ1-2010工业企业设计卫生标准(S).北京:人民卫生出版社,2010.

(7)中华人民共和国卫生部.GBZ2.1-2007工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素(S).北京:人民卫生出版社,2007.

(8)中华人民共和国卫生部.GBZ2.2-2007工作场所有害因素职业接触限值第2部分:物理因素(S).北京:人民卫生出版社,2007.

深海海洋工程装备制造 篇3

再制造作为一种将各种工业废品进行专业批量修复制造的过程已经成为现代循环经济的重要形式。随着我国科学技术的发展和市场条件的成熟, 政府逐步完善关于再制造的相关政策和法规, 再制造产业具有广阔的发展前景。

再制造就是把废旧产品回收, 将零部件按类型进行检测和收集, 将废旧产品按再制造价值进行分类作为再制造毛坯, 利用先进的信息技术、表面工程技术等对其进行批量化修复、产品性能升级, 使得产品的质量和性能能够达到甚至超过新品, 而成本大大低于新品, 同时降低对环境的不良影响。

再制造不是对原有产品的简单修复, 而是一种利用原有产品进行的带有创新性的产品开发工作, 是在对零部件破损情况以及零部件残缺信息分析建模的基础上, 根据客户要求、库存信息和市场需求等信息, 采用高新技术可以将废旧件再制造成和新件一样的标准尺寸通过再制造在不改变形状和本体材质的情况下恢复其尺寸和性能, 能源消耗仅是新机生产的20%, 能够回收原产品载能量的80%, 节约材料70%, 节材及经济效益十分可观, 有利于推动内燃机零部件关键工艺装备形成“生产-使用-报废-再制造”的循环型生产应用模式。能够让再制造业既循环又经济, 再制造产业未来的发展必须要以技术创新为引领。

以最优化重用原有废旧资源为目标, 对废、产品零部件进行结构设计和再制造工艺设计。这也对企业的研发工作提出了更高的要求。

以高新技术为支撑, 以提高旧件利用率为核心, 以恢复尺寸、提升性能、节能减排为目标, 以满足客户对经济性的需求, 实现提质、提精、节能、降耗、增效为目的。

2 内燃机零部件关键工艺装备再制造

2.1 工艺装备再制造

工艺装备再制造就是对废旧、淘汰的旧设备进行原性能分析记录后, 拆、洗、检测, 对失效件通过有效的工艺进行修复、再制造、再装配, 精度检测、性能试验达到设计要求后喷漆、包装, 最终达到节材的目的。

中国已是世界最大的内燃机零部件设备的消费市场, 每年5万台以上的设备进入再制造行列, 同时报废、闲置、技术性或功能性淘汰等形式对再制造提出需求。如果能够有效地满足市场需求, 建立一整套再制造装备的拆装、评估标准, 成为具有特色的再制造示范企业, 不但能够节约资源、突出环保, 而且也能获得巨大的社会效益和经济效益。

2.2 工艺装备再制造具体目标

(1) 内燃机零部件关键工艺装备再制造比率:设想五年时间逐步实现对自用设备进行回收, 再制造比率达到30%以上;

(2) 再制造标准:建立再制造产品技术标准;建立废旧产品检测与评价技术标准;建立再制造质量控制、管理标准。

通过对再制造后的内燃机零部件关键工艺装备进行提升, 劳动力消耗是原机产品制造的35%~40%, 生产时间预计比新的机器零件制造减少60%~80%。达到了节能减排, 成本也大大的降低了, 同时环境的污染也减少了。

2.3 工艺装备再制造路线图

(1) 寿命预测技术

再制造的寿命预测包含两方面内容:

a.废旧零件的剩余寿命评估。通过它回答废旧零件能否再制造, 能再制造几次 (剩余疲劳寿命是否足够) 的问题。

b.再制造零件 (即再制造之后的零件) 的服役寿命预测。通过它判定再制造零件是否具有足以维持下一个服役周期的使用寿命。

废旧零件的剩余寿命评估:创新性将金属磁记忆技术用于废旧零件的剩余寿命评估的探索研究。该技术基于铁磁性材料的磁致伸缩效应, 利用地磁场环境中铁磁材料具有磁畴结构和自发磁化的特点, 当外力作用于铁磁材料, 会引起材料中磁畴的变化, 变化会以漏磁场的形式被“记忆”, 外力消除后仍然保留。通过对“记忆”内容的检测, 即可知应力集中和宏微观裂纹, 实现损伤早期诊断和寿命评估。

(2) 环保高效绿色清洗技术

废旧件清洗看似简单, 其实是再制造过程中很关键的环节。清洗不干净, 对下一步再加工影响很大。国内外再制造零件清洗都很关注。只有有效的清洗液、清洗方法才能实现零排放。同时清洗液还要环保。应用无污染、高效率、适用范围广、对零件无损害的自动化超声清洗技术、热膨胀不变形高温除垢技术、无损喷丸清洗技术与设备, 可以显著提高再制造生产过程的排污标准。

(3) 工艺装备再制造研究设计

工艺装备的再制造方案设计作为再制造的关键过程之一, 是再制造的依据与基础, 但它又不同于新工艺装备的设计过程, 再设计要受原废旧工艺装备结构、功能以及零部件材料、性能等约束限制;再设计的过程亦不同于基于反求工程的再设计, 它是以废旧资源最优化重用为目标, 在原有废旧零部件结构的基础上进行的创新性再设计, 以期获得相同功能的工艺装备, 甚至不同功能的不同工艺装备, 而不仅仅是还原模仿设计成原有工艺装备的几何模型。工艺装备再设计过程如图1所示。

(4) 装备再制造工艺流程

装备再制造的工艺过程主要包括拆卸、清洗、检测与分类、再加工、再装配等, 如图2所示。

(1) 拆卸

拆卸工艺装备一般人认为很简单。事实上并非如此。再拆之前准备好拆卸工具, 将连接及装配关系搞懂, 技术人员可记录、测绘废旧工艺装备装配体解体过程, 同时形成解体表, 拆解是工艺装备再制造的第一步, 它可指导后续再制造装配。

(2) 清洗

拆下来的零部件要清洗。不论是再加工还是再利用都要通过清洗将旧件表面的灰尘、油脂、锈蚀、油漆层等赃物去掉,

(3) 零部件检测分类与评估

每个零部件如果没有明确要求更换, 则必须在清洗之后进行检测, 以确定其失效、损伤或磨损情况, 从经济、技术、资源、环境等方面分析零部件的可再制造性。检测内容主要包括局部变形、磨损、氧化、表面变质、裂纹、孔隙、强应力集中点等缺陷。

根据零部件可再制造性评估结果统计, 将零部件分为三种:

a、床身、立柱、工作台、箱体等铸造件可经过精密机械加工、研磨、配刮后后直接重用, 这类零件约95%以上可直接应用;

b、主轴、导轨、蜗杆蜗轮副等要采用表面工程、机械加工修复方法相结合的再制造工艺, 实施再加工后重用, 这类零件可再制造率一般达80%以上;

c、紧固件、滚动轴承、密封件、液气压系统及冷却润滑系统零部件、电气组件等易损件或淘汰件, 挪作他用或进行资源化重用。

(4) 再加工过程

再加工是利用机械加工技术、先进表面工程等技术对废旧机床零部件进行加工处理, 达到再制造新机床使用标准的过程, 包括零部件的修复、再加工、功能部件组装等。

(5) 再装配

再装配是按照再制造机床的技术条件, 将再利用和再制造后的零部件、更新件和控制系统等重新装配成再制造新机床的过程。装配后, 需要用新机床出厂检验标准对每台机床进行调试和检测, 以保证再制造新机床的质量。

(5) 工艺装备再制造产品的主要生产设备

(1) 主要加工设备及工序:

高精度数控珩磨机 加工内孔

高精度数控无心磨床 磨削外圆

高精度数控万能磨床 磨削内外圆

高精度数控车床 机械加工

高精度数控镗床 机械加工

高精度数控铣床 机械加工

(2) 主要相关处理设备及工序:

低温离子硫化设备 零部件表面

硬阳极氧化设备 零部件表面

超声波清洗设备 清洗

激光淬火设备 零部件表面

离子镀氮化钛设备 零部件表面

再制造的生产设备主要用于加工及相关处理。

(6) 工艺装备再制造产品标识

再制造产品除保留授权企业商标外, 应加注再制造企业商标。

再制造产品包装上应有明确的“再制造产品”说明。再制造产品应在外部醒目位置标明“再制造”标志并能永久保留。在国家建立统一的标志制度后, 再制造产品应按照标志制度的有关规定进行标识。

再制造产品销售企业使用再制造产品时有责任主动向消费者说明产品为再制造产品, 并提供再制造产品的质量合格证明和售后质量保修证明。

3 小结

深海海洋工程装备制造 篇4

关键词：海洋工程装备制造业,技术创新效率,Malmquist指数

海洋工程装备制造业从隶属关系上看仍然是属于制造业中的装备制造业范畴, 基于制造业行业范畴的创新效率研究已经有很多, 方法也比较成熟。如朱连华, 汪立赛基于DEA方法对2006-2007年我国制造业28个产业的R&D投入产出效率的评价, 结果显示我国各产业大中型制造业企业R&D活动在规模上和利用效率均有较大的差异, 制造业各产业的科技产出普遍不足。俞立平基于DEA方法测算了我国制造业29个行业2005年的创新效率, 发现我国制造业创新的技术效率总体偏低, 纯技术效率小于规模效率。韩晶运用随机前沿方法 (SFA) 对2003-2007年我国制造业29个行业的创新效率进行了测评, 在对创新效率影响因素的考察中研究了技术引进费用、技术消化吸收费用、产业外向度、产业规模和市场结构对于制造业创新效率的影响。就海洋工程装备制造业方面而言, 在技术创新角度的研究还比较少, 目前有吴小东和赵晶英构建了省际海洋工程装备产业的评价指标体系, 用于评价平台类产品生产的相对效率、科技研发的相对效率、相关产业的相对影响力。杜利楠, 姜昳芃总结概述了我国海洋工程装备制造业的发展情况和市场格局, 并归纳了产业发展过程中存在的问题, 并针对提高产业竞争力提出了建议。针对行业内发展现状, 探究企业技术创新效率的现状和影响企业技术创新效率的原因, 对提高我国海洋工程装备企业的技术水平和行业竞争力有重要意义。因此, 本文引入非参数Malmquist指数分析法对海洋工程装备制造业企业2010-2014年的技术创新效率进行分析。

一、模型简述

Malmquist指数是一种基于数据包络分析 (DEA) 的生产率分析方法, 根据Fare等, 令xt∈和分别表示t时期时的N*1维投入向量和M*1维产出向量, 建立用来考察两个相邻时期效率变化的Malmquist效率变化指数, 其表述形式为:其中代表由t期到t+l期技术效率的变化情况:若m>1, 表示由t时期到t+1时期的效率有所增长;若m<1, 表示由t时期到t+1时期的效率有所减少;若m=1, 表示由t时期到t+1时期的效率没有变化。同时, 该指数还可分解成为Technical Efficiency Change (技术效率变化指数) 和Technical Change (技术进步指数) 两个部分。

TC即技术进步指数, 主要反映的是技术创新给生产过程带来的作用和影响;TEC即技术效率变化指数, 是指由于制度变革所引起的效率提高的结果。以上情况是处于规模报酬不变 (CRS) 约束条件下的结果, 在可变规模报酬 (VRS) 的条件下TEC指数可以进一步分解为纯技术效率指数 (PTE) 和规模效率指数 (SE) 。

二、指标选取和数据说明

(一) 投入和产出指标

对于海洋工程装备制造业而言, 技术创新的研发投入指标, 主要关注于基础性的资源要素需求, 具体可以从人力、物力、财力等方面来考虑。通过文献调查, R&D人员和R&D经费支出是常用的两个核心考量指标, 并且指标相关性较小, 覆盖面广, 可以从人力和财力不同角度诠释企业对科研创新的重视程度。

技术创新产出是指企业通过对各种资源的有效利用而取得的各种创新成果, 结合海工装备制造业的特点, 产出指标必须考虑从技术创新到创造效益之间的过程, 所以将专利申请数量和企业参与的重大科研项目一起作为反映企业创新能力的指标;此外, 技术创新的成果最终反映到生产中的时候即为获得订单的核心竞争力的增强, 综合海洋工程装备制造业的特点, 将每年营业收入作为衡量技术创新活动产出的另一指标。

(二) 数据来源

海洋工程装备制造业是一个高技术的资本密集行业, 在选取考察对象时主要考虑到企业规模, 市场占有情况, 信息可获得性等因素, 选取了十家涉及海洋工程装备制造业的上市公司作为研究对象, 包含广船国际、海油工程、润邦股份、上海佳豪、亚星锚链、振华重工、中国船舶、中国重工、中海油服、中集来福士。各个指标基础数据来源于各个研究对象年报以及《中国海洋工程装备汇编》和《中国海洋工程年鉴》, 考察期为2010年—2014年。

三、我国海洋工程装备制造业技术创新效率动态分析

(一) 我国海洋工程装备制造业整体技术创新效率动态分析

表2列出了2010—2014年间我国海工装备制造业整体技术创新效率的全要素生产率指数, 技术进步指数, 技术效率变化指数, 纯技术效率变化指数以及规模效率变化指数。

总体上看, 我国海工装备制造业在考察期 (2010—2014) 间技术创新效率的动态变化均值为1.008, 表明2014年相较于2010年我国海工装备制造业整体的技术创新效率年均提高0.8%。从结构上看, 我国海工装备制造业技术创新效率上升主要是源于技术进步, 其平均增长率为4.4%, 而同期技术效率则拖累了技术进步对技术创新效率的促进, 其平均下降率为3.5%, 最终使得整体的技术创新效率呈现上升的态势。通过对技术效率变化指数的分解可以看出, 纯技术效率变化和规模效率变化都呈现下降的趋势, 均是技术效率变化指数下降的原因。

从我国海工装备制造业技术创新效率的时序变动情况看, 技术创新效率的变动呈现明显的分段, 在2010-2011年, 我国海工装备制造业的技术创新效率呈现一个明显的增长态势, 增长幅度高达31.2%, 这一时期技术创新效率增长的根本原因是技术的进步, 进步幅度高达61%, 而该时期的技术效率变化则拖累了这方面的增长。第二阶段则为2011-2014年, 这段时间我国海工装备制造业的技术创新效率呈现下降态势, 一种情况是技术进步和技术效率变化两者同时下降的共同作用, 体现为2011-2012年的技术创新效率为整个考察期内的最低点;另一种情况为技术退步拖累了技术创新效率的增长, 而同期技术效率的增长则缓解了这方面的问题, 具体体现为2012-2013技术进步呈现9.8%的负增长, 技术效率变化呈现1.6%的增长, 2013-2014技术进步呈现15.7%的负增长, 技术效率变化呈现12.4%的增长, 虽然两者之间的差距在逐渐减少, 但技术创新效率整体上还是呈现下降的态势。

(二) 各个考察企业的技术创新效率动态分析

表3给出了我国海洋工程装备制造业十个考察企业在考察期间 (2010-2014) 各指数的均值。

在考察期内, 除广船国际、中国船舶、中国重工、中海油服外, 其他考察企业的技术创新效率正向增长, 其中润邦股份、上海佳豪、亚星锚链、中集来福士的增长主要来自于技术进步, 而海油工程和振华重工的增长则主要来自于技术效率的增长;在技术创新效率负增长的企业中, 中国船舶, 中国重工表现为技术进步和技术效率的增长均为负值。而广船国际和中海油服则体现为技术效率指数拖累了技术进步带来的积极影响, 两者均体现为纯技术效率的不足。在对技术效率变化指数的分解后不难发现, 受规模效率拖累的仅有中国重工一家, 而在纯技术效率变化指数上取得增长的仅有海油工程一家, 其他企业大多维持不变或者略微受到影响。

三、结语

本文通过引入非参数Malmquist生产率指数的方法对2010-2014年我国海洋工程装备制造业10个企业的技术创新效率的动态变化进行了测算和分解。研究结果表明:第一, 我国海洋工程装备制造业整体技术创新效率在考察期内保持微量增长的态势, 多数企业在考察期内的技术创新效率均值呈现增长的情况, 年均技术创新效率在2012年达到考察期内低点后缓步回升但仍呈现负增长。第二, 我国海洋工程装备制造业整体技术创新效率的增长动力主要来源于技术进步, 且技术效率变化对其有负影响, 即技术创新效率增长的根本原因是来自技术创新过程中技术前沿面的外移。这是由于国家相关鼓励海洋洋工程装备业发展的政策推广以及考察期前海洋工程装备制造业的市场较为景气。第三, 不同类型不同业务方向的海洋工程装备制造企业在技术创新效率上呈现较为显著的差异, 更集中化和专业化的企业在技术创新效率上的表现更为优异, 大型集团企业的技术创新效率则不尽如人意。

此外, 本研究由于未能获得更多在考察期内加入或者在考察期前内加入不久的企业数据, 对行业技术创新效率的描述存在缺陷, 暂且不能完整的体现我国海洋工程装备制造业技术创新效率在考察期内的情况。

参考文献

[1]中国海洋工程装备年鉴[J].上海:上海交通大学出版社, 2014.

深海海洋工程装备制造 篇5

全世界海洋的总面积约为3.61亿平方千米, 占地球表面积的71%。同陆地一样, 海底地壳中蕴藏着极其丰富的矿产资源, 包括石油、天然气、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物、海洋生物、天然气水合物以及黏土矿物等, 这些资源具有重大的经济价值和战略意义[1,2,3]。在陆地资源日趋枯竭的今天, 人类越来越重视海洋资源的开发和利用。通常海底矿体的埋藏深浅不一, 且形态与硬度等方面也有很大的差异。海底地壳表面多为松软、硬度较低的矿产, 而有些矿体如热液硫化物等, 其埋藏深度浅的达十多米, 深的可达几十甚至上百米, 并且其品位、矿物成分等沿深度方向变化很大。

海底取样装备是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的技术装备[4,5,6]。人类自1872年首次对海底进行取样以来, 随着各国对海洋资源的日益重视, 深海矿产资源岩芯探测取样技术与取样装备得到了快速发展。目前, 已开发了多种可用于海底矿石样品采集的技术和装备, 主要有:冲击式取样器、压入和射入式取样器、重力活塞式取样器、箱式取样器等。以上取样装备结构相对简单且大多属于非可控式取样器, 主要应用于疏松的海底地层, 钻入地层的深度难以准确控制。对于凸凹不平的海底地质状况, 其取芯难度较大。对于像热液硫化矿、富钴结壳这类与岩石共生、赋存于海山岩石上的海底矿藏, 大多数情况下需要使用海底岩芯取样钻机才能进行钻探取样。

海底岩芯取样钻机一般按其钻深能力分类:钻孔深度小于5m的统称为海底浅孔岩芯取样钻机, 钻孔深度在5~50m的统称为海底中深孔岩芯取样钻机, 而钻孔深度在50m及以上的统称为海底深孔岩芯取样钻机。世界各国的海底岩芯取样钻机既拥有许多共同点, 又由于国情背景和设计理念的不同呈现出多样性。基于此, 本文首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行梳理;然后, 分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行分析;最后, 分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势。

1 深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程

1.1 深海浅孔岩芯探测取样技术与装备

1986年美国华盛顿大学委托威廉姆逊公司 (Williamson and Associates) 研制了世界上首台海底岩芯取样钻机[7], 该岩芯取样钻机适用水深为5000m, 钻深能力为3m, 钻孔直径为60mm, 岩芯直径为33mm, 钻头类型为孕镶金刚石的岩芯钻头, 钻机外形尺寸为3m (三角形底座宽) ×5m (高) , 外形如图1所示。

华盛顿大学海底3m岩芯取样钻机的特点如下:在稳定支撑及调平技术方面, 装备有3根液压驱动的可伸缩支腿, 操作者可单独控制钻机的每一条支腿, 最多可在15°范围内将钻机底盘调平;在取芯技术方面, 采用提钻取芯技术方案;在液压系统与压力平衡技术方面, 采用回路液压系统, 该回路包括由一台单相电动机驱动的两台油泵、八功能双向多路控制阀和比例控制多路阀, 各钻进功能、调平支腿和视频摄像机云台均由液压驱动;在光纤动力复合电缆供电与通讯技术方面, 船上操作者通过铠装同轴电缆的传感器信号遥控操作钻机, 从而实时无级调节钻头的推进力、转速、冲洗水的压力等;在下放与回收技术方面, 利用托马斯调查船 (R/V Thomas Thompson) 上标准的铠装同轴电缆实现下放和回收作业。随后, 俄罗斯、日本等国家也相继研制出本国海底浅地层岩芯取样钻机, 并投入到深海矿产资源岩芯探测取样科考工作中。

由于受西方国家对我国的技术封锁, 我国海底岩芯取样钻机的研制起步较晚, 但是通过科研人员的不懈努力, 于2000年成功研制出我国第一台深海浅地层岩芯取样钻机[8,9], 该岩芯取样钻机适用水深为4000m, 钻深能力为0.7~2m, 取芯直径为60mm, 钻机的外形尺寸为1.8m (长) ×1.8m (宽) ×2.8m (高) , 外形如图2所示。

我国深海浅地层岩芯取样钻机的特点如下:在稳定支撑及调平技术方面, 采用4条液压支腿调平技术, 可在20°范围内将钻机底盘调平;在取芯技术方面, 采用提钻取芯技术方案, 岩芯保压装置采用弹簧加活塞结构, 取样管外部包裹保温材料、内部设有恒温调节装置, 从而对岩芯起到保温的作用;在液压系统与压力平衡技术方面, 采用全液压驱动设计, 可大范围调节钻进参数, 从而提高对各种岩石的适应性。深海浅地层岩芯取样钻机采用蓄电池、逆变器和220V浸油三相交流电机作为动力源, 迄今已在海底钻取富钴结壳岩芯800多个, 成为目前世界上同类产品中在深海海底实钻取芯次数最多的设备。此后, 我国深海浅孔岩芯取样钻机经过数次升级改进, 形成了多种型号的系列产品。与华盛顿大学海底3m岩芯取样钻机相比, 我国研制的深海浅地层岩芯取样钻机不仅在岩芯直径尺寸、支腿调平的范围等方面都有较大的提高, 而且实现了对岩芯的保温取样, 这样更有利于地质学家对该海底地质情况的研究。

1.2 深海中深孔岩芯取样技术与装备

1996年日本金属矿业事业团MMAJ (metal mining agency of Japan) 委托美国威廉姆逊公司设计制造了世界上首台海底中深孔岩芯取样钻机BMS (benthic multi-coring system) [10]。BMS钻机的作业水深为500~6000m, 钻深能力为20m, 岩芯直径为36.4 mm以上, 其外形尺寸为4.42m (长) ×3.6m (宽) ×5.48m (高) , 外形如图3所示。

日本BMS钻机的特点如下:在稳定支撑及调平技术方面, 钻机的机架下端装有3个液压驱动伸缩支腿, 3个调平液压支腿的行程各为1m, 可在25°范围内将钻机调平。在取芯技术方面, 采用提钻取芯技术方案。在钻杆钻具接卸存储技术方面, 钻进时先由换杆机械手从旋转钻具库中取出一根空钻具置于动力头下方, 操作动力头使其转动, 实现钻杆与钻具丝扣连接;然后, 使动力头回转并下降, 使钻头钻入海底岩石;当动力头降至桅杆下端时, 由钻杆夹持器夹持钻具, 动力头反转卸开与钻具的丝扣连接。为了确保钻机在遇到卡钻事故时能安全返回船上, BMS钻机装备了声控弃钻装置, 可实现钻杆抛弃和钻机抛弃的双重安全事故逃生方案。在液压系统与压力平衡技术方面, BMS钻机采用全液压动力头结构设计, 调平支腿等均采用液压驱动方式。在光纤动力复合电缆供电与通讯技术方面, BMS钻机通过12 000m长铠装光电复合电缆连接水下钻机本体、水面控制与供电子系统, 钻机所需电力及控制信号通过铠装光纤动力复合电缆传输。在下放与回收技术方面, 由于BMS钻机没有采用专门的下放回收止荡装置, 所以其在机架外侧安装有橡胶缓冲器, 以避免下放回收时机架与船体刚性碰撞。

英国地质调查局BGS (british geological survey) 于2005年自行研制了海底中深孔岩芯取样钻机RockDrill 2[11], 它是目前世界上使用频率和钻孔成功率较高的一种海底中深孔岩芯钻机。RockDrill 2钻机适用水深为3100m, 单根取芯长度为1.5 m, 钻深能力为15 m, 岩芯直径为49mm, 外形如图4所示。

英国RockDrill 2钻机的特点如下:在稳定支撑及调平技术方面, 在机架对称的三边上装有由丝杆螺母机构驱动的三条调平支腿, 可在海底调平钻机;在取芯技术方面, 采用提钻取芯技术方案;在钻杆钻具接卸存储技术方面, 钻机的桅杆架位于机架的中心, 其两边各有一个单层的旋转钻具库, 每个旋转钻具库可提供10个钻杆容纳槽, 桅杆架前方装有两对换杆机械手, 同时负责两个旋转钻具库上钻杆钻具的存取及移位。RockDrill 2钻机携带机载彩色寻址摄像头, 可实时提供海底图像。为了使钻机在海底寻址时具有一定的机动能力, 在钻机下部机架内还安装了两个液压驱动的推进器。

我国在2008年初, 国家高技术研究发展计划 (863计划) 海洋技术领域启动了“深海底中深孔岩芯取样钻机的研制”重点项目, 目标是研制我国额定工作水深为1000~4000 m、岩芯直径为50mm、钻深能力达到20m的海底中深孔岩芯取样钻机, 我国中深孔岩芯取样钻机的外形尺寸为2m (长) ×2m (宽) ×4m (高) , 外形如图5所示。

我国海底中深孔岩芯取样钻机的特点如下:在稳定支撑及调平技术方面, 在钻机上装备有3根液压驱动的可伸缩调平支腿, 可在15°范围内将钻机调平。在取芯技术方面, 采用提钻取芯技术方案。在钻杆钻具接卸存储技术方面, 采用两个单排转盘式储管架, 分别存放钻杆和岩芯管, 每个储管架各附带一个机械手, 分别用于钻杆和岩芯管在孔口和储管架之间的移送和定位。当钻杆钻具接卸丝扣时, 在钻杆钻具夹具的配合下, 液压马达慢速正向或反向旋转, 同时配合以钻进动力头的慢速缓升或缓降, 实现钻杆钻具丝扣的拧或卸。此外, 该钻机还具备强力起拔、卸扣、液压及水压抛弃钻杆、声学弃钻四种事故安全逃生技术。在液压系统与压力平衡技术方面, 我国海底中深孔岩芯取样钻机采用全液压动力头结构设计, 同时采用了带有弹簧加压装置的皮囊式正压压力补偿器。在光纤动力复合电缆供电与通讯技术方面, 针对“大洋一号”科考船甲板配套设备的现状, 综合使用深海就地功率因素补偿技术、深海充油平衡式继电控制技术以及万米铠装光纤动力复合电缆高压供电。同时, 钻机的全部工作参数及状态信息, 包括多个海底摄像头彩色视频信号、钻进系统参数、液压系统参数、供电系统参数、钻机的姿态和离底高度等, 全部依靠机载传感器系统进行数据采集, 经机载计算机处理后通过万米光纤动力复合电缆向甲板操作计算机高速实时传递, 从而实现对钻机的实时控制。在下放与回收技术方面, 我国海底中深孔岩芯取样钻机利用母船上通用的铠装光纤电力复合电缆及绞车, 实现钻机的下放与回收。

1.3 深海深孔岩芯取样技术与装备

为探明深层地质的矿产资源的分布情况及海洋科学研究, 具备海深深度和钻进深度更深、岩芯直径更大、自动化程度及可靠性更高的海底深孔岩芯取样钻机应运而生。澳大利亚Benthic Geotech Pty Ltd公司委托美国威廉姆逊公司 (Williamson and Associates) 于2003年成功研制了世界上第一台海底深孔岩芯取样钻机PROD[12], PROD岩芯取样钻机最大作业水深为2000m, 最大钻深能力为125m, 沉积物压入式取芯直径为44 mm, 硬岩旋转钻进取芯直径为35mm, 钻机的外形尺寸为2.3m (长) ×2.3m (宽) ×5.8m (高) , 外形如图6所示。

澳大利亚PROD钻机的特点如下:在稳定支撑及调平技术方面, 钻机的机架底盘上装有三条油缸驱动展开式调平支腿, 可在海底实现钻机的调平。在取芯技术方面, 采用提钻取芯技术方案, 其第一代钻机PROD1虽然标称钻深能力强, 但由于提钻所需要的辅助作业时间太长, 事实上从未在海底实现过其标称的125m钻深, 并且其强大的钻深能力是以较小岩芯直径为代价的 (岩芯直径仅为35mm) , 这不利于取得高质量的岩芯样品。目前已经推出的第二代钻机PROD2和PROD3, 钻进深度减小到85m、岩芯直径加大到72mm。在钻杆钻具接卸存储技术方面, 由于钻具根数多, PROD钻机采用两个双层的旋转钻具库并列布置在机架一侧的布置方式, 两个旋转钻具库之间装有一对复合式 (直线伸缩+摆转移位) 换杆机械手, 用于钻杆钻具的存取和移位。在液压系统与压力平衡技术方面, PROD钻机采用全液压动力头结构设计, 应用油缸驱动调平支腿, 实现钻机的调平功能。PROD钻机通过光纤动力复合电缆连接水下钻机本体、水面控制与下放回收子系统两部分, 实现对钻机的供电、数据通讯及控制。在下放与回收技术方面, PROD钻机配备有专用下放回收装置, 用于避免与船体发生碰撞。

2005年德国不来梅大学Marum海洋环境科学研究中心成功研制了海底深孔岩芯取样钻机MeBo[13], 其适用水深小于2000m, 最大钻深能力为50m, 沉积物压入式取芯直径为84mm, 硬岩旋转钻进取芯直径为74mm (带套管) , 硬岩旋转钻进取芯直径为80mm (不带套管) , 其外形尺寸为2.3m×2.6m (支腿收回时) ×6.6m (高) , 外形如图7所示。

德国MeBo钻机的结构与澳大利亚PROD钻机十分相似, 只是钻深能力较PROD钻机钻深能力弱 (50 m) , 但MeBo钻机取芯直径较大 (80mm) , 大的取芯直径可有效保证岩芯样品的质量, 但大的岩芯直径也是以大的钻机质量 (10t) 和大的功耗 (130kW) 为代价的, 受到现有光纤动力复合电缆承载能力和供电能力以及母船甲板配套设备能力的限制, 致使其适用水深不超过2000m。MeBo钻机首台样机也采用提钻取芯技术, 但2007至2011年间MeBo钻机进行了绳索取芯技术改造并取得了成功, 使之成为世界上首台采用自动遥控绳索取芯技术的海底深孔岩芯取样钻机。经过绳索取芯技术改造后, MeBo钻机钻深深度也从50m加大到了70m, 其取芯效率得到显著提高。

美国SEAFLOOR GEOSERVICES公司委托PERRY SLINGSBY SYSTEMS公司于2006年成功研制了世界上最新一代海底岩芯取样钻机———ROVDRILL钻机[14]。该钻机分为基本型、M50型和M80型。其中基本型的工作水深为3000 m, 最大钻深为18 m, 岩芯直径为55.6mm;M50型工作水深为2200m, 最大钻深为55m, 岩芯直径为70mm;M80型工作水深与配套带缆遥控水下机器人ROV (remotely operated vehicle) 相同, 最大钻深能力为80m (可扩展到160m) , 岩芯直径为76mm。

美国ROVDRILL钻机与其他海底岩芯取样钻机不同, 其本身没有配备液压动力及供电、通讯系统, 它必须依附于强力作业型ROV系统, 借助于ROV系统的液压动力及供电、通讯功能而工作。

为紧跟国际先进的海底岩芯取样钻机研制的步伐, 2012年初在国家高技术研究发展计划 (863计划) 的支持下, 我国启动了“海底60m多用途钻机系统技术开发与应用研究”项目, 开始研制额定工作水深为1000~4000m, 岩芯直径为50mm, 钻深达到60m的海底深孔岩芯取样钻机系统。

2 深海岩芯探测取样钻机的关键技术

2.1 稳定支撑及调平技术

由于海底表面并不是平整的, 特别在热液硫化矿区, 海底地形地貌更是复杂。而且, 海底岩芯取样钻机不能像陆地钻机那样, 进场前先人工平整场地, 再通过地脚螺栓与地面固定。以现有的海底地形探测与定位手段, 可以事先测量并选定海底岩芯取样钻机着陆点较大尺度范围 (不小于10m) 的地形地貌, 但着陆点小尺度的微地形则需要钻机近底后通过寻址摄像信号目测确定。通常情况下钻机着底后都是倾斜及不稳定的, 这就需要依靠其自身的重量在海底坐稳。为了保证钻具能够垂直钻入海底地层, 海底岩芯取样钻机一般都设计了动力可调的支腿, 利用这些支腿起到底盘调平和稳定支撑的作用。对于具有钻杆接卸功能的海底岩芯取样钻机, 还要求机身在整个取芯过程中不发生明显的侧向滑移或机身姿态角的改变, 否则在钻具提出孔口后, 下一根钻具就有可能找不到原孔位或不能顺利放回原孔内。

海底岩芯取样钻机所使用的调平支腿形式可分为三种:油缸驱动直接伸缩式, 如日本BMS钻机、我国深海浅地层岩芯取样钻机;液压马达驱动丝杆螺母机构向外伸展式, 如英国RockDrill 2钻机、我国海底中深孔岩芯取样钻机;油缸驱动向外伸展式, 如澳大利亚PROD钻机、德国MeBo钻机。在以上三种调平支腿形式中, 油缸驱动直接伸缩式支腿的结构相对简单, 但调节幅度较小, 适用于本身重心较低、稳定性好, 不需要再向外扩展接地区域以增加钻机稳定性的海底岩芯取样钻机。液压马达驱动丝杆螺母机构向外伸展式支腿的调节幅度、扩展接地区域的能力、结构复杂程度、重量等方面都较油缸驱动直接伸缩式大一些。油缸驱动向外伸展式支腿不仅调节幅度大, 且能够大幅度扩展接地区域以增加钻机稳定性, 但结构较复杂, 而且整个支腿支撑部分的体积大、质量大。

2.2 取芯技术

海底岩芯取样钻机的取芯技术有两种方案:即提钻取芯方案和绳索取芯方案。提钻取芯方案的结构相对简单、设计难度较小、对传感器个数和精度要求相对较低, 同时, 提钻取芯方案可靠性高、机构便于实现自动控制, 因此在海底浅孔、中深孔岩芯取样钻机中应用广泛, 如华盛顿大学海底3m岩芯钻机、我国深海浅地层岩芯取样钻机、日本BMS钻机、英国RockDrill 2钻机、我国海底中深孔岩芯取样钻机、澳大利亚PROD钻机等。同时, 改造前的MeBo钻机以及ROVDRILL钻机中的基本型也采用提钻取芯方案。然而, 提钻取芯方案的缺点是: (1) 每钻2~3m就需要将全部钻杆钻具提出钻孔, 然后再放回孔底继续钻进, 提放钻杆钻具所需要的辅助作业时间较长, 并且钻孔越深, 辅助作业时间越长; (2) 每次提放钻具都会对孔壁有破坏作用, 如果地层复杂, 岩石不完整则极易造成卡钻等孔内事故, 且孔越深这种危险越大; (3) 每次将钻具提出孔外后, 上部孔壁岩石可能掉落孔底, 使得该岩石下次再次被取芯, 这样就容易造成样品地层混淆, 样品纯洁性得不到保证。

与提钻取芯方案相比, 绳索取芯方案的主要优势体现在当钻孔深度较深时, 辅助作业时间相对短且作业效率高, 同时对孔壁的护壁作用较好, 岩芯质量较好等方面。目前世界上采用绳索取芯方案的海底岩芯取样钻机有经过绳索取芯技术改造的MeBo钻机以及ROVDRILL钻机中的M50型和M80型。但是绳索取芯方案的结构复杂, 因此设计难度大、可靠性低。此外, 在岩石破碎程度高或岩石研磨性高的地层, 绳索取芯方案的优势也难以体现。

2.3 钻杆钻具接卸存储技术

对于海底岩芯取样钻机而言, 当钻孔深度大于5m时, 大多需要采取分段取芯技术。正是由于海底钻机特殊的作业环境 (其钻杆钻具中途无法补充或更换) , 使得大型海底岩芯取样钻机必须将完孔所需的全套钻杆钻具都事先储存在钻机的储管架上, 同时配备移管机械手用于钻杆接卸存储时钻杆钻具的抓取和移位。此外, 在钻进动力头下方还需由一个旋转动力卡盘和数个固定卡盘组成的钻杆钻具夹具, 用于钻杆丝扣的拧卸。如日本BMS钻机设有一个单层的旋转钻具库, 换杆机械手负责从旋转钻具库中抓取和移动钻杆, 同时应用钻杆夹持器夹持钻具, 最后, 运用钻进动力头正反转运动连接或卸开钻具的连接丝扣。英国RockDrill 2钻机桅杆架两边各有一个单层的旋转钻具库, 每个旋转钻具库可提供10个钻杆容纳槽, 桅杆架前方装有两对换杆机械手, 分别负责两个旋转钻具库上钻杆钻具的抓取及移位, 在钻杆钻具夹具的配合下拧卸钻杆的丝扣。我国海底中深孔岩芯取样钻机采用两个单排转盘式储管架, 分别存放钻杆和岩芯管组件, 每个储管架各附带一个机械手, 分别用于钻杆和岩芯管在孔口和储管架之间的移动, 在钻杆钻具夹具的互相配合下, 液压马达慢速正向或反向旋转, 同时配合以钻进动力头的慢速缓升或缓降功能, 实现钻杆钻具丝扣的拧或卸。澳大利亚PROD钻机采用两个双层的旋转钻具库, 并列布置在机架的一侧。两个旋转钻具库之间装有一对复合式 (直线伸缩+摆转移位) 换杆机械手, 用于钻杆钻具的移动和存取。

海底岩芯取样钻机在钻探作业过程中可能发生卡钻事故。当发生卡钻时, 钻机和母船将被锚固于钻探点而难以脱离。此外, 在钻探过程中如果突发供电、通讯、控制或液压系统等故障, 且短期内故障不能消除, 钻机将无法收回已经深入孔内很长的一根或多根钻杆, 这也将导致钻机整机难以回收上船, 这时, 必须有可靠的技术途径使得孔内钻杆能与钻机相脱离, 以确保钻机能安全回收。这种海底岩芯取样钻机在海底钻进作业中遇到卡钻等事故时钻杆与钻机、钻机与铠装光纤动力复合电缆自动分离的技术又称之为逃生技术。例如日本BMS钻机装备了声控弃钻装置, 可实现钻杆抛弃和钻机抛弃的双重安全事故逃生方案。我国海底中深孔岩芯取样钻机具备强力起拔、卸扣、液压及水压抛弃钻杆、声学弃钻四种事故安全逃生方案。

2.4 液压系统与压力平衡技术

基于减小体积、质量、便于自动控制等方面的考虑, 海底岩芯取样钻机基本都采用全液压动力头, 即实现钻进的两个基本动作:钻杆钻具的回转和进给。相对其他类型钻机而言, 全液压动力头型钻机具有功率重量比大、结构紧凑、传动平稳、操纵简便以及易于实现全自动控制等一系列优点[15,16,17]。由于相似性较高, 陆地全液压动力头型钻机液压系统的设计技巧基本可以全部应用于海底岩芯取样钻机液压系统的设计中, 包括液压回路设计、工作参数选择计算、系统及元器件分析等。但在液压元器件选型、密封材料与结构选择、深海压力补偿、油箱及系统散热设计、自动控制方式以及设计中需要考虑的各种因素的重要性排序等方面差异很大[18,19]。

海深每增加100m, 压力即增大约1MPa, 在数千米的海底将有高达数十兆帕的压力。为使深海液压系统不被如此高的外部海水压力压垮, 并且能够正常工作, 海底岩芯取样钻机必须采取压力平衡措施。压力平衡措施通常包括以下两方面的内容: (1) 无论采用开式或闭式液压系统, 始终保持液压系统全封闭和密封, 同时系统内部应充满液压油。在下水前系统内部液压油中仅允许存在少量气泡, 且气泡的总体积应在压力补偿装置的补偿能力范围内。 (2) 采用压力补偿装置, 使系统油箱内的液压油始终具有与外界海水相等 (或略高) 的压力, 以保证系统油箱壁内外受力平衡。事实上, 不仅深海机电设备的液压系统, 而且包括各种强弱电元器件、液压控制阀体、各种传感器等, 如果其壳体或安装容器不足以抵抗外部海水的压力, 都应采取压力补偿措施。因此, 在海底岩芯取样钻机设计时必须考虑各零部件及密封件的变化以及所用机械电子部件的压力补偿问题[20,21,22]。

2.5 光纤动力复合电缆供电与通讯技术

铠装光纤动力复合电缆具有承载、供电和通讯三种功能。海底岩芯取样钻机下放海底、或者从海底回收是依靠铠装光纤动力复合电缆实现的, 铠装复合电缆将钻机与母船上的绞车相连接, 绞车转动带动铠装复合电缆收放而实现钻机下放和回收, 这也要求铠装光纤动力复合电缆具有较大的抗拉强度和疲劳强度。

海底岩芯取样钻机在海底工作时, 钻机通过铠装光纤动力复合电缆与母船连接, 并通过该电缆获得电力供给。然而, 在远距离供电过程中会出现沿程损耗、电缆发热等一系列问题, 从而导致输电效率和能力降低。为此, 如何减少铠装光纤动力复合电缆在长距离输电过程中的沿程损耗、如何在海底环境条件下对各用电设备进行继电控制、如何提高海底岩芯取样钻机的电功率因素以减少光纤动力复合电缆的发热, 已经成为国内外相关学者的重要研究课题。

海底岩芯取样钻机工作时与母船上操作人员的距离在数千米以上, 钻机的全部工作参数及状态信息, 包括多个海底摄像头彩色视频信号、钻进系统参数、液压系统参数、供电系统参数、钻机的姿态以及离底高度等, 全部依靠传感器系统进行数据采集, 经机载计算机处理后向甲板操作计算机实时高速传递。同时, 操作人员对钻机下达的操作指令也需要通过该光纤动力复合电缆向机载计算机传输。由于海底岩芯取样钻机的各种传感器、监控摄像头数量多, 且精度和实时性要求高[23], 使得深海长距离光纤通信技术、高效的视频压缩编解码技术、机载机械控制系统和嵌入式系统低功耗等技术越来越显得重要。

2.6 下放与回收技术

下放回收系统是海底岩芯取样钻机的重要配套设备, 可靠的下放回收系统能极大地提高海底岩芯取样作业的安全性和作业效率[24,25,26,27]。特别是对于质量较大的海底岩芯取样钻机, 设计可靠性高的下放回收系统更是不可忽略的环节。受母船甲板作业面积、配套装备水平和能力的影响, 下放回收设备可分为通用下放回收设备和专用下放回收设备两种。在同一母船上通用下放回收设备对海底岩芯取样钻机的高度有很大的限制。如我国“大洋一号”科考船上的通用下放回收装备, 其允许海底岩芯取样钻机机身高度不超过4.0m。如果采用专用下放回收设备, 则可将钻机倒放在母船甲板上, 并以横躺的姿势通过A形架, 在这种情况下钻机高度就可不受母船A形架有效通过高度的限制, 钻机高度可以放宽到7~8m。但专用下放回收设备对甲板作业面积、配套装备水平和能力要求较高。使用通用下放回收设备的海底岩芯取样钻机有华盛顿大学海底3m岩芯取样钻机、日本BMS钻机、我国海底中深孔岩芯取样钻机等。配备专用下放回收设备的海底岩芯取样钻机有澳大利亚PROD钻机。

在下放回收技术研究方面, 陈育喜等[28]通过对脐带在绞车上的受力状态、牵引绞车和储存绞车对脐带缆的驱动力与力矩的分析, 得出了绞车的驱动功率, 并设计了一款双绞车脐带缆下放回收系统。邓智勇等[29]、张浩立等[30]设计了一套新型恒张力收放及自动排缆的脐带缆绞车装置, 该装置利用两端带锥度的压紧轮结构, 保证脐带缆在卷筒上自动换向及整齐排布, 从而实现高精度和多级的脐带缆恒张力保护。胡火焰等[31]通过研究风浪对下放回收装置的影响, 设计了基于风浪影响的下放回收装置的液压系统, 该液压系统可对升沉运动进行有效补偿, 以减小钢缆上的交变载荷。徐昱等[32]应用动力学分析软件ADAMS建立了深海系统下放回收装置的虚拟样机, 对深海采矿作业集矿机的下放过程进行了仿真分析, 为装置的设计、相关设备的选择以及下放回收作业提供理论参考。

3 深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备发展趋势

深海矿产资源岩芯探测取样技术作为一个国家综合科技实力的体现, 在海洋矿产资源开发和利用竞争日趋激烈的今天, 越来越受到各国的重视, 图8描绘了世界上几个重要国家的海底岩芯取样钻机发展趋势。从图8可见, 为了满足不断探索深海资源科学考察的需求, 海底岩芯取样钻机钻孔深度越来越深:海底岩芯取样钻机已经从最初钻深能力为3m的华盛顿大学海底钻机发展到钻深能力为160m的ROVDRILL钻机中的M80型钻机, 并朝着钻深能力更大的方向发展。我国海底岩芯取样钻机从最初的浅地层钻机 (钻深能力为0.7~2m) , 发展到中深孔钻机 (钻深能力为20m) , 并正在研制深孔钻机 (钻深能力为60m) , 但总体落后于世界先进水平15年左右。随着人类更加清晰和丰富地了解海底资源的渴望越来越强烈, 海底岩芯取样钻机钻深能力将不断深化, 深海岩芯取样技术与装备也将表现出以下几个特征。

3.1 大型化

随着海底岩芯取样钻机的钻深能力的需求进一步加大, 海底岩芯取样钻机将配备数量更多的钻杆以及驱动钻杆钻进的更大功率电机和传动系统。同时, 为了满足其他的海洋科考要求, 钻机还会配备相应的多种考察设备, 从而使得钻机向着更加大型化的方向发展。从海底岩芯取样钻机的发展过程同样可以看出这一发展趋势:美国华盛顿大学的海底3m岩芯取样钻机的质量为1.8t, 我国深海浅地层岩芯取样钻机质量为2.8t, 日本BMS钻机质量为4.8t, 英国海底中深孔岩芯取样钻机“RockDrill 2”质量为4t, 我国深海底中深孔钻机质量约为4t, 澳大利亚PROD钻机质量约为10t, 德国MeBo钻机质量约为10t。由此可以看出, 大尺寸、大质量的海底岩芯取样钻机才可能满足更深的海底矿产资源的勘探调查及海洋科学研究工作的要求, 因此, 大型化将是深海矿产资源岩芯探测取样装备的发展方向之一。

3.2 多用途化

一机多用, 即一台钻机既能取硬岩岩芯也能取沉积物样品, 还可以实施静力触探 (cone penetration testing, CPT) 作业、天然气水合物取样以及通过配备多种孔内原位测量仪器来获取更多的矿产资源信息, 同时, 具备多种海底地层适应能力:从极软的深海沉积物到非常坚硬的海底玄武岩等都可以实施岩芯取样。例如, 日本金属矿业事业团BMS钻机不仅可以对海底热液矿床、石灰岩等软岩进行岩芯取样, 而且还可以对玄武岩、石英岩、安山岩等硬岩进行岩芯取样;澳大利亚PROD钻机不仅可以对硬岩进行岩芯取样, 而且具备沉积物压入式取芯、海底CPT测量、海底现场天然气水合物分析等多种功能;德国MeBo钻机, 既可取硬岩岩芯, 也可取沉积物芯, 同时还具备部分孔内原位探测能力;美国ROVDRILL钻机可进行旋转硬岩取芯、压入式沉积物取芯及CPT作业。深海岩芯取样钻机通过与带缆遥控水下机器人 (remotely operated vehicle, ROV) 技术融合, 采用ROV操控方式, 可以非常方便地集成化各种取样设备和工具。这种可执行多种调查作业的海底岩芯取样钻机可以极大地节省海底资源调查的时间和成本。未来的海底岩芯取样钻机不再仅仅是简单的取样器, 它将成为具有能执行多种海底作业功能的综合体。

3.3 智能化

随着光纤动力复合电缆在深海岩芯取样钻机上的应用, 水面部分的甲板操作控制台可通过光纤动力复合电缆与水下部分的机载控制及传感器系统进行长距离光纤通信, 包括钻进系统参数、液压系统参数、供电系统参数、各机构工作状态、钻机的姿态、离底高度以及多个海底摄像头彩色视频信号等经机载计算机处理后通过万米光纤动力复合电缆向甲板操作计算机实时高速传递数据;通过视频和相关信息, 对海底岩芯取样钻机的操作进行实时监视与控制, 从而实现钻机从下放、寻址着底、钻机取样到回收全作业过程都实现自动化和可视化;为了增强海底岩芯取样钻机适应复杂多变的海底环境和地质条件能力, 提高海底岩芯取样钻机的工作效率、缩短工作时间、降低取样成本, 钻机寻址着底、支腿的稳定支撑及调平等复杂性作业将实施自适应控制, 特别是在钻进过程中, 根据不同岩层条件优化控制钻机的旋转扭矩、钻头推进力、冲洗水压力、钻头的转速, 实现智能高效钻进;同时, 随着海底岩芯取样钻机用途多样化, 必然配备更多的装置和设备, 多种装备同时作业, 必须对整个钻机系统进行智能控制, 实现各种装备协调高效作业。

3.4 专业化和便利化

通过配备专用的移动式甲板配套装备, 如移动式电缆绞车、操作控制室、升沉补偿装置等, 使得海底岩芯取样钻机的作业更加专业化和便利化, 缩短海底岩芯取样的辅助作业时间。如澳大利亚PROD岩芯取样钻机之所以被称之为“便携式”, 是因为其整机系统, 包括整个水面控制与下放回收子系统以及水下钻机本体, 全部实现了“集装箱化”。专用光电复合电缆及绞车、水面供电系统和甲板操作控制室都安装布置在几个标准船用集装箱内, 使用时也无需取出, 只需将其集装箱体固定在母船甲板上, 作为工作间使用即可。水下钻机本体和专用下放回收装置在装运时也整体安放于标准船用集装箱内, 上船后再从集装箱内取出。采用这种方式, 使得钻机系统的运输、吊装、以及在母船上部署使用、撤退下船等都非常方便灵活, 从而实现“便携”的目的。英国海底中深孔岩芯取样钻机RockDrill 2与澳大利亚PROD海底岩芯取样钻机一样, 整机系统实现集装箱“便携化”, 钻机整个系统安放于5~6个标准船用集装箱内, 这样极大地方便了运输。这种实现专业化和便利化的深海岩芯取样钻机将成为未来深海探测装备的首选。

3.5 高保真

深海资源的勘探开发、深海生物地球化学循环以及海洋基础科学等方面的研究, 均需要获得直接有关深海资源赋存的各种自身及环境信息的高质量保真样品。不同的海底资源种类适用于不同的取样装备, 每种取样技术对取样样品的影响又各不相同, 这些影响包括样品的尺寸、结构和应力的改变等。非保真取样方式获取的取样样品不能保持取样样品在取样点原位的环境条件, 特别是压力条件, 这将导致嗜压型微生物的死亡, 还有化学梯度的改变、变价离子氧化态的改变以及有机组份分解等, 使得取样样品不能很好地用于海底资源、海底深部生物圈及其对生物地球化学循环的影响等方面的研究[33,34,35]。为了更好地满足深海资源的勘查开发、深海生物地球化学循环以及海洋基础科学等多方面的研究, 迫切需要获得直接的有关深海赋存的各种自身及环境信息的高质量保真样品[36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46]。因此, 高保真取样必将成为海底资源取样技术的重要发展方向之一。

4 结语

海底岩芯取样装备是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的技术手段。随着海洋资源科学考察向更深海域扩展、向更深地层钻进, 深海岩芯取样装备将朝着大型化、智能化、高保真方向发展, 相关技术需要创新甚至更新换代, 从而不断提高海底作业可靠性、取样效率和取样品质, 满足深海高效、高品质取样需求。深海高压低温的作业环境, 岩芯取样装备将面临许多科学问题有待研究, 例如:高压地层钻进岩石破碎机理, 高压低温环境下液压元件与系统行为, 海底复杂环境机电液系统智能控制, 岩芯原位取样环境保真控制与保持, 等等。这些问题的研究不仅有利于提高海底岩芯取样装备可靠性和工作效率, 而且也为其他深海海底作业机械装备的设计制造提供理论依据, 这对于我国赶上世界海底岩芯取样先进技术水平、加速海洋科学研究和资源开发、建设海洋强国具有重要的现实意义和战略意义。

摘要：海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行了梳理, 重点介绍了目前世界上几种典型的海底岩芯取样钻机性能、结构和技术特点;然后, 分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行了分析;最后, 分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势——将朝着大型化、多用途化、智能化、专业化和便利化以及高保真取样方向发展。

关键词：深海,矿产资源,海底钻机,岩芯探测取样

参考文献

深海海洋工程装备制造 篇6

企业的创立和成长一直是学术界关注的焦点, 现有文献对其展开了较为系统的研究, 认为资源、企业家能力、环境、社会资本等是企业创立和成长的关键因素。Yusuf (1995) 认为, 良好的管理能力、政府的支持、市场因素和教育培训水平, 是影响创业绩效的关键因素。[1]Canals (2000) 认为, 企业的成长是企业的外部环境、内部环境、商业理念、资源和能力、企业关于成长的战略决策和选择这五个相互影响的因素共同作用的结果。[2]

装备制造设计企业的创立和成长不同于制造企业, 具有独自的特征。现有文献对设计企业的创立和成长开展了部分研究。Zutshi (2002) 等学者通过对设计企业的研究认为, 企业家的素质、高级人才的能力对经济收入具有保证能力, 是企业的决定因素。[3]Bottazzi和Dosi (2002) 等学者认为, 设计企业技术水平和企业商誉是企业成长的重要影响因素。[4]而关于装备制造设计企业的研究仍不多见。

设计类企业源于英国, 经历三次工业革命的发展。国外的设计水平尤其是欧美发达国家远远领先于起步较晚的国内, 装备设计业也是如此。但是, 装备设计是装备制造的源头, 对装备制造业的竞争力具有重要作用。由于我国正将装备制造业作为战略重点之一发展, 因此装备制造设计企业的创立和成长非常值得研究。

船舶设计行业是专为船舶建造提供服务的行业, 它决定了船舶的技术规格和重大指标。目前, 我国市场上的船舶设计单位主要有四类:国有专业船舶设计单位, 大型国有造船企业拥有的船舶设计队伍, 外国独资、中外合资的船舶设计公司, 民营船舶设计单位。从2002年开始, 随着中小造船厂快速发展, 民营船舶设计企业也迅猛发展起来, 这为研究提供了丰富的素材, 使我们可选取有代表意义的民营船舶设计企业, 探寻影响装备设计企业的创立和成长的因素。

装备制造设计企业创立和成长的影响因素

由于企业的创立和成长受多种因素的影响, 因此我们从企业的外部环境、企业家能力、企业资源、企业核心能力四个方面, 探讨设计企业创立和成长的影响因素。

1.外部环境对装备制造设计企业创立和成长的影响

Daft (1998) 指出, 企业外部环境就是存在于组织边界之外, 可能对组织总体或局部产生影响的所有因素。[5]沿用Justin Tan (1993) 在具体研究中国经济转型时期可预见到的环境与战略导向、企业的所有权与企业绩效的关系时的成果, 我们把外部环境不确定性分为三个维度:动态性、包容性、复杂性。[6]将企业外部环境的动态性、敌对性、复杂性统称为负外部环境。负外部环境对包括装备设计在内的各类企业的创立和成长均会产生不利影响;反之, 正外部环境对包括装备设计在内的各类企业的创立和成长均会产生不利影响。据此提出假设H1:正外部环境与装备制造设计企业创立与成长绩效正相关。

2.企业家能力对装备制造设计企业创立和成长的影响

Pendelaiu (1996) 证实了企业家潜能对创建一个新商业的重要性, 企业家潜能包括创造潜能、革新技能、协调内部沟通的能力、面对挫折坚持不懈的能力、快速行动的潜能。[7]贺小刚等 (2005) 通过定性和定量分析, 确定了测量中国企业家能力的四个维度:战略能力、管理能力、政府关系能力、社会关系能力。[8]政府关系能力和社会关系能力统称为关系能力。因此, 企业家能力的三个维度分别是战略能力、管理能力、关系能力。

由于装备设计企业具有轻资产特征, 因此其创立和成长更需要依赖于人才资源和企业家, 企业家能力对装备设计企业的创立和成长会产生明显的正向影响。据此提出假设H2:企业家能力与装备制造设计企业创立和成长绩效正相关。

3.企业资源对装备制造设计企业创立和成长的影响

董保宝等 (2012) 从实证研究的角度, 验证了企业资源与企业发展的关系, 认为企业要想取得不断地发展, 继续保持企业的市场地位, 就必须获取资源, 这样才能为企业带来高绩效, 促进企业成长。[9]

企业资源特别是人力资源对装备设计企业的创立和成长会产生正向影响, 据此提出假设H3:企业资源与装备制造设计企业创立和成长绩效正相关。

4.企业核心能力对装备制造设计企业创立和成长的影响

1990年, Prahalad和Hamel在《公司的核心竞争力》一文中明确指出, 企业的竞争优势在于其核心竞争力。Robert S.Kaplan和David P.Norton (2001) 在平衡记分卡业绩评价体系中总结出核心理论, 企业核心能力将最终归结到员工的学习和成长、内部流程改进、客户满意、财务业绩四个方面。[10]核心能力对装备设计企业的创立和成长会产生正向影响, 据此提出假设H4:企业核心能力与装备制造设计企业创立与成长绩效正相关。

综上所述, 笔者构建以下模型:

研究方法

Robert K.Yin在《案例研究:设计与方法》一书中, 明确指出使用单案例研究的五种情况:一是用于对现有理论进行批驳或检验;二是不常见的、独特的现象;三是有代表性的或典型性的事件;四是启示性的事件;五是对同一案例进行纵向比较。笔者选取单案例研究是因为适用第三点, 即有代表性或典型性的事件。

对案例研究分析方法, 资料收集尤为重要, 是提高文章信度和效度的保证。Robert指出了资料收集的三大原则:使用多种证据来源、建立案例研究资料库、形成一系列证据链, 其中使用多种数据来源是重中之重。使用多种来源的资料, 有利于研究者全方位地考察问题, 最大的优点在于“殊途同归”, 以不同途径的资料相互印证, 形成证据三角形。本研究在收集资料时注重多种证据来源的结合, 证据来源包括档案记录、文件、访谈等。笔者对企业创立和成长的影响因素, 主要从外部环境、企业家能力、企业资源、企业核心能力四个方面进行论证, 对其他影响绩效的主要因素也作了补充说明。

案例分析

1.上海佳豪概况

上海佳豪船舶工程设计有限公司成立于2001年10月29日, 以船舶和海洋工程装备设计为主营业务, 到2008年已成为国内三家规模最大、实力最强的专业民用船舶和海洋工程设计企业之一。2008年2月18日, 更名为上海佳豪船舶工程设计股份有限公司 (以下简称上海佳豪) 。该公司于2010年涉足游艇业务, 并逐年加大投资力度, 扩大规模。目前, 该公司已形成以船舶和海洋工程设计为核心的相关产业链整合, 以及以游艇产品为先导的消费升级业务链构建的两条经营主线, 公司完成了设计、工程、游艇、服务贸易四大业务板块的部署并积极实施。在未来十年, 该公司将坚持以创新发展为动力、以转型发展为导向, 努力把公司打造成国内领先、世界一流的创新型科技企业集团。

2.外部环境

包容性主要体现在外部环境对企业发展的支持上。造船业具有明显的周期性波动特征, 与全球宏观经济走势和海运业的发展相关。与造船行业紧密相关的船舶设计行业, 也面临周期性波动的风险。1987~2002年是一个波动周期, 这种影响在2001年达到最低点。随着造船业的需求激增, 对船舶设计行业的需求也大大增加。国家政策一直以来都是企业发展所要参考的重要指标。2006年, 国家出台了与造船行业有关的重要文件《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》, 这项政策的出台, 加之繁荣的造船行业大环境, 使船舶设计企业尤其是民营船舶设计企业成了直接受益人。上海佳豪也趁此机会迅速发展起来。

动态性主要体现在外部环境变化的不可预测上。2002~2008年, 国有专业船舶设计单位忙于抢占大订单, 相互竞争, 大型国有造船企业拥有的船舶设计队伍、外国独资和中外合资的船舶设计公司疲于应付本公司内部的订单业务, 使得小型船舶设计方面的业务需求远远达不到饱和。我国60%左右的民营船舶设计企业就是在2003年左右产生并在这一时期发展壮大而成为船舶设计行业的四股力量之一。

复杂性主要体现在外部环境的同质性和异质性上, 集群产业的形成就是其中的一个重要表现。上海一直都是船舶工业较发达的区域。而以中国船舶及海洋工程设计研究院、上海船舶设计院为首的一批老牌大型船舶设计公司的发展, 带动了上海船舶设计产业的发展, 并逐渐形成了一个船舶设计工业的产业集群。上海佳豪在这种环境中创立并成长有着其外部优势。

综合以上三点, 验证了假设H1:正外部环境与装备制造设计企业创立和成长绩效正相关。

3.企业家能力

制定战略能力是企业家确定企业发展方向, 即决定企业走多远、怎么走的能力。上海佳豪从成立之初就在董事长刘楠的带领下, 制定了成本领先战略和差异化战略。在船舶设计最辉煌的时期, 刘楠选择了进军海洋工程设计, 接着为了扩大竞争优势, 增加了监理和EPC业务, 使公司在竞争中拥有独特的优势。对未来发展趋势敏锐的判断力和居安思危的精神, 使刘楠为上海佳豪构思了一个完善的战略, 以保障其健康平稳发展。

管理能力是企业家合理调配内外资源的能力。对设计类企业来说, 人才尤为重要。企业家的管理能力的一个重点就是整合和吸纳人才。刘楠正是认识到这一点, 制定了以吸引、保留、奖励及发展人才为宗旨的薪酬福利组合政策。

关系能力是企业家在与各方接触过程中建立关系网络达到能力。在我国的文化背景下, 关系能力在处理一些问题上显得尤为重要。刘楠在创立上海佳豪船舶工程设计有限公司之前, 历任中国船舶工业集团公司上海船舶研究设计院的团委书记、四室副主任、经营计划处处长、院长助理, 与设计院等一大批设计龙头企业建立了良好的人际关系, 这使得上海佳豪不仅能获得技术上的支持, 还能在行业竞争中占得先机。刘楠在设计院、上海佳豪的工作中, 多次与政府部门接触, 并建立了良好的关系。

综合以上三点, 验证了假设H2:企业家能力与装备制造设计企业创立和成长绩效正相关。

4.企业资源

有形资源包括企业发展所必需的人力资源、财务资源、组织资源、技术资源。

人力资源主要是员工, 员工是企业的根本, 是企业发展情况的一个重要指标。上海佳豪的业绩不断增长, 与之对应的应是员工人数不断增加 (见表1) 。上海佳豪自2009年上市以来, 员工人数增长迅速, 专业分工也更明细。

(资料来源:上海佳豪2009~2012年年报)

财务资源是开展各种业务的主要保障。上海佳豪从单纯的船舶设计进而发展到海洋工程设计, 再到监理和EPC业务、游艇相关业务, 各种业务的布局都需要大量资金。2007年, 上海佳豪的资产为0.74亿元, 2008年为1.36亿元, 2009年为4.92亿元, 2010年为5.83亿元, 2011年为6.71亿元, 2012年为6.52亿元, 短短5年时间净增了6亿元左右, 这为上海佳豪在其他方面的投资做好了财务准备。

组织资源对企业的正常运转有重要的作用。刘楠等管理者根据多年在上海船舶研究设计院的工作经验, 并结合上海佳豪的实际情况, 设计了完善的组织结构 (见图2) 和制度, 其中包括多项吸引人才和鼓励创新的制度。

(资料来源:上海佳豪官网)

技术资源是上海佳豪多年积累起来的宝贵财富, 是业界对其实力的认可, 也是企业得以不断发展的保障。上海佳豪自创立之初便注重对技术研发的投入 (见表2) , 并取得了丰厚的成果。上海佳豪创立以来, 获得了省部级科技进步成果一等奖1项、二等奖2项, 一项发明专利获得了上海市青浦区发明创造专利奖。作为民营船舶设计唯一上市公司, 在船舶设计行业尤其是民营船舶设计行业, 上海佳豪成为当之无愧的“第一”。

(资料来源:上海佳豪招股说明书、2009~2012年年报)

综合以上四点, 验证了假设H3:企业资源与装备制造设计企业创立和成长绩效正相关。

5.企业核心能力

员工的成长主要是指员工培训。上海佳豪特别重视对员工能力的培养, 并开展多种形式的培训工作。例如, 与中国船舶工业集团公司第702研究建立了战略合作关系, 充分发挥其擅长船型和性能研究的优势, 提高员工的素质。

内部流程再造的核心是对企业的业务流程进行再设计, 以适应现代企业环境的变化。上海佳豪的业务流程再造随着企业的发展一直都在进行着, 在由最初的单纯船舶设计到现在包括船舶设计、海洋工程设计、游艇在内的三大发展方向, 具备“设计”、“服务”、“产品”三大业务板块过程中, 以成立多个分公司的方式, 对营销、生产、研发、行政、财务、人力等方面进行改造, 提高了企业效率, 使组织战略和财务目标得以顺利实现。

客户满意是增强企业竞争的有力武器, 主要体现在客户对企业的态度上。上海佳豪拥有的先进技术、优质的服务和公道的价格, 使得客户的满意度不断增强。例如, 上海佳豪与上海振华港口机械 (集团) 股份有限公司开展业务的收入逐年增加:2008年为445万元, 2009年为1337万元, 2010年为1505万元。正是在老客户的持续合作和新客户的不断加入过程中, 上海佳豪才能得以快速发展。

综合以上三点, 验证了假设H4:企业核心能力与装备制造设计企业创立和成长绩效正相关。

结论

我国将装备制造作为重点产业之一加快发展, 而装备设计是装备制造的源头, 对装备制造业竞争力具有重要作用。哪些因素可促进装备制造设计企业的创立和成长?正确回答这一问题有利于我国装备制造业竞争力的整体提升。笔者以上海佳豪的创立和成长为例, 进行深入分析的结果, 对其他装备设计企业的发展具有一定的参考意义。

由于一些限制条件, 本研究仍存在一定的局限, 有待在今后的研究中改进和完善。第一, 本文作为单案例研究, 结论的普适性有待进一步验证;第二, 上海佳豪是上市公司, 资料较全面, 对其上市前的相关信息, 尽管竭尽全力收集, 仍不免有疏漏之处。

对装备制造设计企业创立和成长机理的研究, 是一个重要的研究领域。笔者认为, 该领域还有几个方面值得探索:第一, 民营船舶设计属于新兴行业, 在船舶设计企业中影响力较小, 可开展对船舶设计行业中的其他企业的案例研究;第二, 装备制造设计企业分支广泛, 通过对几个主要行业的集中研究得出结论, 更具有典型性和代表性;第三, 设计企业的创立和成长机理研究在我国还处于起步阶段, 需要进行大量的实证计量分析。

摘要：哪些因素促可进装备制造设计企业的创立和成长?正确回答这一问题有利于我国装备制造业竞争力整体提升。笔者以上海佳豪船舶工程设计股份有限公司的创立和成长为例, 进行深入分析, 结果表明:企业的外部环境、企业家能力、企业资源、企业核心能力与装备制造设计企业的创立和成长绩效存在显著关系。

关键词：装备制造设计企业,创立和成长,影响因素,上海佳豪

参考文献

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