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石材产业新一代技术装备创新研发攻关行动方案

来源:中国建筑材料联合会(官网)  撰稿人:  发布时间:2020年04月27日 浏览:
摘要:

一级毛卡片武则天【中国建筑材料联合会(官网)】石材是一种耐用的低碳环保、高档装饰装修材料,能引导装饰业消费时尚,特别能通过颜色、形态、线条为消费者营造和谐空间,深受人们喜爱。随着人们对石材制品的需求越来越多,石材产业也得到了迅猛发展。

石材产业新一代技术装备创新研发攻关行动方案

中国建筑材料联合会 中国石材协会

  石材是一种耐用的低碳环保、高档装饰装修材料,能引导装饰业消费时尚,特别能通过颜色、形态、线条为消费者营造和谐空间,深受人们喜爱。随着人们对石材制品的需求越来越多,石材产业也得到了迅猛发展。

  在过去40年间,我国石材产业通过消化吸收国外先进技术和自主研发,完成了从跟随到追赶的转变,技术装备水平显著提高,新型工艺及技术装备已成为石材企业的主力装备。从“十二五”开始,我国建材行业进入“创新提升、超越引领”阶段,石材产业作为建材行业的重要组成部分,正加快转变发展方式,不断缩短与世界石材发达国家的差距。为了从根本上转变发展方式,提升发展的质量和水平,就需要着力解决制约石材产业发展的矛盾和瓶颈问题,打赢三个攻坚战:

  (1)打好以政策为牵引,淘汰落后产能,优化结构的攻坚战,促进行业优化结构,提质增效。加快淘汰落后开采、加工工艺与设备的进程。做好现有石材加工企业的转型和升级改造,奠定向中高端发展的基础,增强石材开采、加工企业的市场竞争力。

  (2)打好创新提升技术、开发新需求、补短板的攻坚战,加快石材行业结构调整,实现新的增长。提高行业技术创新能力,对一些关键技术和影响制约行业发展的瓶颈装备组织攻关。促进企业的技术升级和产品升级,以新需求为导向实施差异化发展战略。

  (3)打好石材开采和加工装备水平提升的攻坚战,以世界领先水平为目标,推进我国石材装备由中国制造向中国创造发展。使石材开采、加工技术装备水平在现有的基础上,从总体上达到国际先进水平,为实现超越引领,达到国际领先奠定基础。

  由此可见,通过科技进步和创新来提升现有的技术和装备水平是加快石材行业发展方式转变,实现高质量发展的重要支撑。

  一、国内外石材技术装备发展现状和趋势

  伴随着我国石材行业的发展,我国石材机械与工具行业通过模仿创新和集成创新发展,很好地配合、适应了石材的发展需求,并走出了自身特色的由小到大的发展道路,建成了门类齐全、独立完整的石材产业体系,尤其是在矿山开采技术装备、金刚石工具、石材异型制品加工技术装备等方面走在了前列,有力推动石材行业现代化进程,支撑起了我国石材大国的地位,也形成了较强的国际竞争能力。然而,与石材装备发达国家相比,我国石材机械与工具行业仍然大而不强,在自主创新能力、设备可靠性、自动化程度、成套生产设备的匹配能力与标准化水平、质量效益等方面还存在不小差距,转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。

  在制造强国战略的推动下,机械工程、控制技术、信息技术、人工智能与互联网技术的融合发展趋势,为石材技术装备的发展提供了借鉴和方向,结合社会生态文明建设为行业技术装备发展提出的“资源节约、节能减排”的要求,石材技术装备的总体发展趋势与重点按照“四个全面”战略布局要求,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展。

  (1)矿山开采、荒料锯解技术装备重点是朝着进一步提高资源利用率、提高设备可靠性与安全性、智能化技术的深度应用发展。

  (2)板材切割、表面加工、补胶技术装备重点是朝着高效生产工艺、拓展产品系列、提升数字化、网络化、智能化、标准化水平方向发展。

  (3)人造石技术装备优化生产工艺与生产过程的管控、拓展产品系列、提升系统配套能力、稳定产品质量等方向发展。

  二、新一代技术装备创新研发攻关的目的、意义

  我国石材产业的规模和总量当前已经位居世界首位,为了实现由大到强的转变,石材产品质量和技术装备水平也必须向世界领先迈进。石材技术装备的研发与创新不仅能够提升技术、优化工艺,进而提高产品档次,实现产业自身的高质量发展,而且能带动与提升建筑装饰业的功能与水平。随着整个石材产业在资源节约、节能环保方面形成共识,石材生产技术装备的需求也发生了深刻的变化,提升技术装备水平实现绿色发展,成为行业的当务之急。

  新时代,国民经济各领域均踏上了高质量发展的征程,通过实施石材产业新一代技术装备创新发展,在实现石材技术装备行业的创新驱动,转型升级、高质量发展过程中,将助推石材行业资源节约、节能减排、提高质量效益水平的目标战略落到了实处。同时,随着自动化、智能化技术装备的普及,会很好解决行业“用工难、用工贵”的问题。

  石材产业新一代技术装备的创新发展,将为行业提供性价比高、安全可靠性好、智能化水平高、适应性广的成套技术与装备,智能化制造服务型装备制造企业会越来越多,石材技术装备服务石材生产数字化、网络化、智能化、绿色化、精益化高质量发展的能力将越来越强,通过“五化”的融合发展,来彻底改变石材行业小、散和价值与实际经济效益相脱节的问题,使石材行业资源效益型、环境友好型等高质量发展模式成为可能。

  三、新一代技术装备的定义与内涵:

  石材产业新一代技术装备,是指集成机械工程技术、新一代电子信息技术、自动化技术、人工智能技术等石材生产过程相关的多种技术为一体,保障技术装备可靠性、高效能、智能化、系统配套发展,实现石材数字化、网络化、智能化、绿色化、精益化生产的技术装备。

  制定石材新一代的技术装备创新研发方案并推进实施,要注重系统性、逻辑性,实现重点、关键性技术装备产品的性能提升、功能用途的拓展,来推动我国现代石材产业升级,助推行业资源效益、能源效能和生产效率提升。

  据此要求,本次技术装备创新研发方案重点围绕发展高可靠性、智能化、系统化的矿山开采装备、高效板材锯解系统、智能化桥式切割系统、智能连续研磨系统、高效智能人造石方料生产系统、智能立体补胶系统、污水综合处理系统。通过产学研合作,进行协同创新研发,在装备可靠性、智能化及其高效工艺等关键共性技术领域实现突破,最大限度提高矿产资源的一次利用率、全部资源化处理利用,提高石材生产过程的安全性、智能化水平,提高生产制品质量和附加值,通过创新技术装备引领、助推行业健康发展。力争到2025年使石材行业主要生产技术与装备达到国际先进水平,石材开采、锯解、切割加工、锯泥资源化处理等技术与装备处于国际领先水平。市场应用装备中国制造技术到达到80%以上,自主创新技术要达到60%以上。

    四、矿山开采技术装备

  石材矿山开采装备主要有矿山开采用金刚石圆盘锯机、金刚石串珠绳锯机,链臂式锯机、凿岩机等,主要用于石材荒料的开采和修整。

  新一代矿山开采装备,着重发展高效率、高资源利用率、高安全性与可靠性、节能环保、智能化及系统化配套的开采技术与装备,为矿山自动化、智能化开采奠定基础。同步发展与装备匹配的开采专用金刚石圆锯片、串珠绳工具。同时,注重研发适应不同矿山、工况条件和生产规模的开采工艺技术,满足各类使用要求。

(一)高效智能矿山开采金刚石圆盘锯

  高效智能金刚石圆盘锯包含高效切割工具、主运动动力系统、水平进给行走系统、液压驱动系统,智能化管控及远程监控系统,可用于大理石、花岗石等成块型较好的矿山荒料开采。

1. 国内外技术对比

  近年来,随着矿山金刚石圆盘锯在国内外的广泛应用,花岗岩矿山荒料的开采已基本实现机械化作业。目前主流的开采方式为矿山金刚石圆盘锯机锯切深度方向,人工横向凿孔后劈底的方式开采荒料。随着金刚石串珠绳切割性能的提高,矿山金刚石串珠绳锯机应用于拉底水平面的切割,使成材率更高,人工成本更低。因此,应用矿山金刚石圆盘锯机锯切深度方向,金刚石串珠锯机拉底切割的开采方式在花岗岩开采中逐渐普及。

  我国是矿山金刚石圆盘锯机及其开采技术的首创者,并且实现了普及应用和大量出口,同时制订了行业标准。国内已研发成功5.0m直径的超大金刚石圆锯片应用于矿山开采,开采能力范围进一步提升,已实现最大切深2.25m、最大切宽3.2m的大型荒料开采,双金刚石圆锯片的最大开采效率2×1.50m×400m/d。此类开采方式,国内技术已走在国际前列,但在高性能开采专用金刚石圆锯片制备技术,智能化高效锯机研制等方面还有较大的提升空间。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①超大直径金刚石圆锯片基体、适应重载荷的高效锯齿设计及制备技术。

  ②矿山金刚石圆盘锯高效率动力系统。

  ③矿山金刚石圆盘锯高效开采工艺技术及其数据库构建。

  ④矿山金刚石圆盘锯智能化管控及其远程监控、运维系统。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强矿山用超大直径金刚石圆锯片基体设计、研究,优化设计金刚石锯齿组方与系列产品,建立锯齿及其组方设计、测试平台,研发验证锯齿适应性技术与系列产品,为石材矿山开采提供个性化高效技术。

  ②研究锯机高效动力系统,优化锯机结构,提高锯机开采能力与安全、可靠性。

  ③深入调研总结矿山金刚石圆盘锯机露天作业工况,产学研合作,研发矿山金刚石圆盘锯高效开采工艺技术并构建其工艺数据库。

  ④基于高效开采工艺技术,研发锯机作业智能化管控系统。

  ⑤引入互联网技术,建立矿山金刚石圆盘锯机智能化检测、控制、运维管理网络平台,实现作业装备工作、矿山开采过程的有效管控,为数字矿山、智慧矿山建设奠定基础。

3. 目标

  以大规格矿山金刚石圆盘锯机为引领的机械化高效开采技术全面普及推广,实现天然石材高度资源化利用,节能减排,为全面实现花岗石矿山的机械化、自动化开采提供保障。研发高效开采技术与智能化矿山金刚石圆盘锯机,满足数字矿山、智慧矿山建设对开采装备的需求,综合技术水平达到国际领先水平,全面引领石材行业发展。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①高性能超大直径金刚石圆锯片基体、适应重载荷的高效锯齿设计制备技术。

  ②矿山金刚石圆盘锯高效开采工艺技术及其数据库构建。

  ③矿山金刚石圆盘锯智能化管控及其远程监控、运维系统。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②以《中国制造2025》深化与企业的“产学研”合作,相关单位协同,系统解决矿山金刚石圆盘锯高效、智能开采相关理论,技术问题,实现关键技术的自主创新。

  ③日照海恩锯业有限公司、山东省制锯工程技术研究中心、山东大学负责高性能超大直径金刚石圆锯片基体研制。

  ④华大超硬材料科技有限公司等负责研发适应重载荷的高效锯齿设计制备技术。

  ⑤华大超硬材料科技有限公司、泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司、山东省石材工程技术研究中心负责矿山金刚石圆盘锯高效开采工艺技术及其数据库构建。

  ⑥华大超硬材料科技有限公司、泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司协同相关单位负责矿山金刚石圆盘锯智能化管控及其远程监控、运维系统研发。

  ⑦泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司等负责完善矿山金刚石圆盘锯高效率动力系统及高性能石材开采锯机研发生产。

  ⑧泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司等负责新技术、新装备的实验应用及其示范工程建设。

  ⑨中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5. 研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  矿山圆盘锯高效率动力系统:2020-2022

  矿山金刚石圆盘锯智能化管控及其远程监控、运维系统:2020-2022

  矿山金刚石圆盘锯高效开采工艺技术及其数据库构建:2020-2022

  超大直径金刚石圆锯片基体、适应重载荷的高效锯齿设计制备技术:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈

  高性能超大直径金刚石圆锯片基体、适应重载荷的高效锯齿设计及制备技术:2020-2024

  矿山金刚石圆盘锯高效开采工艺技术及其数据库构建:2020-2024

  矿山金刚石圆盘锯智能化管控及其远程监控、运维系统:2020-2024
(二)矿山开采金刚石串珠锯

  矿山开采金刚石串珠锯主要包括主机系统、行走控制系统、翻转控制系统、平移控制系统、物联网数据采集系统。

1. 国内外技术对比

  随着金刚石串珠绳性能的提升,我国矿山开采金刚石串珠锯获得国内外广泛应用,在全球矿山开采用金刚石串珠锯机市场占据绝对优势。功率≥75kW,显著特点是大扭矩、高效率。

  当前矿山开采多采用交流异步电机,其低频扭矩小、能效低的问题越来越突出。永磁电机的低频大扭矩、高功率因数的特点,有助于切割稳定、降低噪声,适合矿山石材开采重载型场合。目前,大功率、高效率永磁电机驱动的金刚石串珠绳锯机逐渐成为行业研发重点。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①大功率永磁电机及其控制系统,优化锯切控制程序,使主机张力与行走速度配比更精细、切割过程更稳定。

  ②研发适合大扭矩、重载荷的高性能金刚石串珠绳。优化调整金刚石串珠配方、工艺;改进橡胶垫生产工艺,提升粘合力,适应永磁电机大扭力的需求。

  ③开发变频控制一体机,使大小变频器一体化,一个电源输入,多路输出,分别控制主机、行走及翻转平移电机,提高控制系统的集成一体化和可靠性。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强矿山开采金刚石串珠锯的设计、研究,优化设计金刚石串珠组方与系列产品,建立锯齿及其组方设计、测试平台,研发验证金刚石串珠绳适应性技术与系列产品,为石材矿山开采提供个性化高效技术。

  ②研究锯机大功率永磁电机高效动力及其控制系统,优化锯机结构,提高锯机开采能力与安全、可靠性。

  ③与国内厂商合作开发变频控制一体机,使大小变频器一体化,一个电源输入,多路输出,分别控制主机、行走及翻转平移电机,提高控制系统的集成一体化和可靠性。

  ④深入调研总结矿山金刚石串珠锯机露天作业工况,产学研合作,研发矿山金刚石串珠锯高效开采工艺技术并构建其工艺数据库。

  ⑤引入互联网技术,建立矿山开采金刚石串珠锯机智能化检测、控制、运维管理网络平台,实现作业装备工作、矿山开采过程的有效管控,为数字矿山、智慧矿山建设奠定基础。

3. 目标

  锯机技术整体达到国际领先水平,促进矿山开采行智能化、数字化发展,让天下没有难开的矿山。目标是国内市场占有率达到50%,国外市场占有率30%。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①智能化控制系统(恒张力控制、智能化开刃)。

  ②适于大功率永磁绳锯机的高效金刚石串珠绳。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化“产学研”合作,与企业合作研发适用矿山开采的变频器、电机等关键元器件。

  ③泉州华大超硬材料科技有限公司负责大功率永磁绳锯机电气控制系统的开发。

  ④深圳汇川技术科技有限公司负责物联网模块的研发生产及初期大数据平台的建设。

  ⑤泉州华大超硬材料科技有限公司负责适合大功率永磁设备的金刚石工具的研发生产。

  ⑥中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

  5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  大功率永磁控制系统:2020-2022

  研发适合大扭矩、高线速度的金刚石串珠锯:2020-2022

  开发变频控制一体机:2020-2022

  (2)关键技术瓶颈:

  智能化控制系统(恒张力控制、智能化开刃):2020-2024

  适用于大功率永磁绳锯机的金刚石工具的开发:2020-2025

  (三)链臂式锯机

  链臂式锯机是石材荒料开采的专用设备,适用于切割莫式硬度≤5的大理石或砂岩矿层。按机构类别分为轨道式链臂锯、轮式链臂锯、履带式链臂锯、硐室开采链臂锯。链臂式锯机主要由链臂切割系统、辅助行走系统、液压控制系统、智能电气控制系统、视觉监测系统组成。

1. 国内外技术对比

  链臂式锯机在国外特别是意大利很早就得到广泛应用。目前国外主流链臂锯厂家也多为意大利厂家,主要有:Fantini、Benitti、Dazzini等。

  我国以前基本上靠进口意大利产品,但因为价格高及售后服务不及时等原因限制了其推广,其优点无法发挥,得不到矿主的认可与重视。国产链臂锯经过多年引进及消化,逐步在矿山上得到认可和使用。已投放市场的链臂锯多为上海中筑实业有限公司生产。

  对于中等硬度的大理石,链臂锯切割速度可以达到2.0m/h。以切深3.0m计算,每小时切割面积为6.0m2。与国外同类型产品制造商相比在自动化、工作稳定性及生产效率等存在一定差距。切割工具方面,国内链条使用寿命约为800.0h,普遍比国外低。国内刀头的切割寿命约为360.0m2,也普遍比国外主流厂家的类似刀头寿命短。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①高性能、高寿命切削刀头及链条机构制备技术。

  ②高性能、高可靠性液压元件设计、制造技术。

  ③研发链臂锯自适应智能化控制系统及远程遥控系统。

  ④研发实现切割各种硬度的石材的高速链臂锯。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,与高校和重点实验室合作,加强硬质合金材料的基础研究,研发链臂锯专用高寿命刀头;深入研究链臂锯切削机理,优化参数设计。从而提高刀头和链条的稳定性和使用寿命。

  ②系统研究液压控制及仿真模拟,确定液压关键参数(压力降及散热分析)并与国内厂商合作开发主要液压零部件。实现链臂锯关键液压件的国产化。

  ③结合链臂锯工艺过程参数,研发链臂锯自适应智能化控制系统及远程遥控系统。

3. 目标

  实现链臂锯整体性能达到国际先进水平,使其成为智能化和高效化的生产设备,在中国大理石矿山大面积推广。整机国产化零部件率达到90%以上,并实现引进来、走出去的战略路线,国际市场占有率达到10%。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①高性能刀头材料及刀头设计和制造技术。

  ②自适应智能化控制系统(机、电、液一体化集成)。

  ③高性能、高可靠性国产液压元件。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化“产学研”合作,与相关单位和高校实验室协同系统攻关,系统解决刀头材料、锯切相关理论、制造工艺技术问题,实现自主创新。

  ③泉州华大超硬材料科技有限公司负责高性能切削碳化钨钢复合材料和聚晶金刚石复合片(PCD)研发生产。

  ④深圳液力士科技有限公司负责国产化各主要液压零部件研发生产。

  ⑤泉州华大超硬材料科技有限公司负责自适应智能化控制系统及远程遥控系统。

  ⑥中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  高性能高寿命刀头及链条:2020-2022

  自适应智能化控制系统:2020-2023

  远程遥控系统:2020-2023

  高速链臂锯切削机理研究及样机开发:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  高性能刀头材料及刀头设计及制造技术:2020-2024

  自适应智能化控制系统(机、电、液一体化集成):2020-2024

  高性能高可靠性国产液压元件:2020-2024

  五、高效板材锯解系统

  高效板材锯解系统主要面向花岗石等硬质石材锯解的组合式金刚石圆盘锯锯解系统、新一代框架式锯机及多绳金刚石串珠锯机等装备。主要用于将石材荒料锯解为一定厚度的板材。

  新一代高效板材锯解系统,着重围绕提高锯解效率、提高资源利用率、提高安全可靠性、减少振动/降低噪音、节能环保、智能化进行攻关,创新研发锯机工艺与自适应、智能化控制系统、智能化卸板系统及其匹配的高性能金刚石工具。

(一)组合式金刚石圆盘锯锯解系统

  金刚石圆盘锯锯解系统主要由金刚石圆盘锯机、高性能金刚石圆锯片、冷却抑尘降噪一体化系统、智能化卸板系统、控制系统等构成。

1. 国内外技术对比

  国内应用的组合式圆盘锯,大多是经济型的基于塔式组合金刚石圆锯片组的桥式/龙门式锯机,国外以四柱式组合金刚石圆盘锯机为主。源于锯机结构特点,国内桥式/龙门式金刚石圆盘锯机挂装的金刚石圆锯片的片数较少,一般在2~30片范围,主机功率75~110kW/6P,总功率在95~125kW,整机重量25吨,耗水量18m3/h。移动结构从齿条齿轮模式,转向丝杆、导轨滑块模式。主轴转整300rpn,切割速度8.5m/min,最大产能400m2/24小时。近几年,由于薄型/超薄型金刚石圆锯片基体制造水平的提升,厚度在3.5mm~5.0mm的薄型/超薄型金刚石圆锯片组合产品得以广泛应用,有效促进了国内花岗石产业的资源节约和技术、经济发展。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①高性能薄型/超薄型、低噪声金刚石圆锯片基体;含特殊成分的锯片基体合金钢材料、基体成品刚性结构、调质淬火等热处理工艺、合金材料锯齿。

  ②基于合理直径级配的多片超薄低噪圆锯片产品组及其高效锯解技术、节能技术,实现多片超薄低噪金刚石圆锯片组(最大直径可达到3000mm,厚<3.0mm~4.5mm,≥7~32片/组,成品板材有效切剥深高度达1325mm)及其高效锯解技术广泛应用。

  ③研究基于大重量长悬臂大刚度主轴的高性能锯机装备,提高锯机锯解稳定性和锯解质量。

  ④开发与组合式金刚石圆盘锯相匹配的自动化、智能化卸板系统。

  ⑤集成基以5G智能网络的实时控制、网络控制、双向馈能技术,构建基于多目标优化的锯解工艺技术库构建与数据融合的智能控制系统,开发支持具有现场总线通信功能,与工艺技术库互通的分布式智能控制系统。

  ⑥研发塔式多片组合金刚石圆锯片寿命调控技术、高性能锯齿制备技术等,改善锯解系统性能。

  ⑦开发高效冷却抑尘降噪及废弃回收处理一体化技术,改善工作环境,实现废弃料资源化处理利用。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强圆锯片基体及其组合产品的基础研究,以高性能超薄、低噪声金刚石圆锯片基体创新研发为突破口,为有效降低锯解噪声、节约资源、节能减排奠定基础。

  ②系统研究基于大重量长悬臂主轴变形协调控制技术、塔式圆锯片组合系列产品匹配技术,研发系列高性能桥式/龙门式金刚石圆盘锯装备。

  ③研发、构建基于多目标优化的锯解工艺技术库与数据融合的智能控制系统,实现相关技术的广泛应用。

3. 目标

  超薄低噪圆锯片产品及其组合产品、高性能锯机装备达到国际领先水平,圆锯片、高性能锯机等基础石材机械及工具国内市场占有率超过90%以上。智能型金刚石圆盘锯控制系统市场占有率达到40%。完善技术体系,形成创新升级版的社团及行业标准,推进引领行业发展。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①薄型化、低噪声圆锯片基体及其产品组。含锯片基体合金钢材料、基体成品刚性结构、调质淬火等热处理工艺。

  ②面向不同锯解对象、不同片组的多片超薄低噪圆锯片产品组,合理直径级配设计技术及其锯齿寿命调控技术。

  ③经济型冷却、抑尘、降噪、废弃回收资源化处理一体化技术。

  ④锯解过程的节能技术。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化与企业的“产学研”合作,依托山东大学建材与建设研究中心、山东省石材工程技术研究中心等研发单位,系统解决圆锯片、锯机相关理论、技术问题,实现自主创新。

  ③日照海恩锯业有限公司、山东省制锯工程技术研究中心、山东大学建材与建设研究中心、宜昌黑旋风锯业有限公司等负责高性能薄型/超薄型、低噪声金刚石圆锯片基体研发生产。

  ④泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司、福建省南安市巨轮机械有限公司等负责高性能锯机研发生产。

  ⑤泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司、山东大学负责开发与组合式金刚石圆盘锯相匹配的自动化、智能化卸板系统。

  ⑥山东大学建材与建设机械研究中心、山东省石材工程技术研究中心负责开发高效冷却抑尘降噪及废弃回收处理一体化技术,改善工作环境,实现废弃料资源化处理利用。

  ⑦泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司协同有关单位研发高效锯解技术、智能化控制系统。

  ⑧泉州市海恩德机电(水南机械)科技发展有限公司负责新技术、新装备的实验应用及其示范工程建设。

  ⑨中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  基于合理直径级配的多片超薄低噪圆锯片产品组及其锯解过程中变形控制技术:2020-2022

  研究基于大重量长悬臂主轴变形协调控制技术:2020-2022

  研发塔式组合金刚石圆锯片寿命控制技术:2020-2022

  研发大宗石材专用高性能圆锯片组:2020-2022

  开发高效冷却抑尘降噪及废弃回收处理一体化技术:2020-2022

  集成基于5G智能网络的实时控制、网络控制、双向馈能技术:

  2020-2025

  重点开发与常用板材规格相匹配的可调控板材智能化卸板系统及后续

  磨抛一体化生产线:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  薄型化低噪声圆锯片基体及其产品组:2020-2024

  面向不同锯解对象、不同片组的多片超薄低噪声圆锯片产品组合理直径级配设计技术及其锯齿寿命调控技术:2020-2024

  经济型冷却抑尘降噪及废弃回收资源化处理一体化技术:2020-2024

  锯解过程的节能技术:2020-2024

(二)新一代框架式锯机

  新一代框架式锯机包含锯解主运动系统、进给运动系统、锯条系统、冷却系统、机架系统、智能化卸板系统、控制系统等构成,主要用于大幅面石质板材的锯解。

1. 国内外技术对比

  通过近十几年的发展,国内应用于大理石、人造大理石等软质石材锯解的框架式锯机有了质的突破。金刚石框架锯锯解宽度、锯解长度、锯解高度、锯条冲程、锯条安装数量等主要技术指标,国内外差别不大。

  由于制作材料、工艺问题,国内锯机整体重量相对于国外锯机同型号锯机,多用材料10%以上。以科达公司20E型静压排锯为例,锯机重量为55~63t,而国外锯机仅有50t左右;国外锯机整体外观采用专业的工业设计,结构紧凑,外形较为美观,占地面积较小,锯机可靠性较高。

  适用于中低硬度花岗石板材锯解的新型框架式锯机国内外研发还在进一步实验完善中。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①锯解主运动大惯量机构往复运动柔性换向技术与节能技术。

  ②提升进给均衡微量运动调控技术,提高锯解过程的稳定性、可靠性,保障锯解性能与质量。

  ③大跨度薄型锯条系统锯解性能调控技术、自动恒张紧技术、高性能锯齿及其排布技术、锯条稳定性控制技术,满足板材生产效率、质量要求。

  ④构建绿色、高效锯解工艺数据库,开发面向锯解工况自适应控制的智能化管控系统,实现工艺参数最优化、设备远程监控、群控。

  ⑤重型大幅面脆性板材智能化卸板系统及荒料车调度等智能化物流系统。

  ⑥锯解过程冷却技术、废弃料处理与节能、减排技术。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强硬质石材低速锯解技术的基础研究,以中低硬度花岗石大幅面板材窄锯缝高性能锯解技术、工具与装备创新研发为突破口,研究金刚石刀头在低线速度下对中低硬度花岗石的锯解工艺,研究在现有框架锯的基础上高速锯解软质石材的降噪处理技术,为有效降低锯解噪声、节约资源、节能减排奠定基础。

  ②系统研究大跨度薄型锯条系统锯解稳定性调控技术、提升进给均衡微量运动调控技术、智能化卸板系统等物流机具,研发满足大理石、人造石、中低硬度花岗石锯解的系列高性能框架式锯解装备。

  ③研发、构建基于多目标优化的锯解工艺技术库构建与数据融合的智能控制系统,实现相关技术的广泛应用。

  ④研发手机APP,提升设备的智能化,管理人员可实时远程监控设备运行参数、能耗、故障报警、耗材、产量,并按需输出相应报表。

3. 目标

  实现框架式锯机关键技术、整机产品性能的提升,控制系统从自动化到智能化的转变,普通锯机及其智能化水平达到国际先进水平。

  率先研发成功锯解硬质石材的新型框架式锯机,率先提出多用途框架式锯机行业标准,实现中国高端装备的推进引领行业发展。使框架式锯机成为大幅面板材锯解的首选设备,国内外市场占有率分别达到90%、50%。材料利用率进一步提升,毛出材率达到70%以上,耗电量降低15%。

  新式框架锯主要技术参数:

  (1)最大有效切割尺寸(长×宽×高mm):3300×2000×2050

  (2)锯缝厚度(mm):1.5~4.5

  (3)切割毛板厚度(mm):10-30

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①锯解主运动大惯量机构往复运动柔性换向技术与节能技术。

  ②提升进给均衡微量运动调控技术。

  ③大跨度薄型锯条系统锯解性能稳定性调控技术。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化与企业的“产学研”合作,依托山东大学建材与建设研究中心、山东省石材工程技术研究中心等研发单位,系统解决锯条工具、锯解装备、锯解运动等相关理论、技术问题,实现关键技术的自主创新。

  ③日照海恩锯业有限公司、宜昌黑旋风锯业有限公司等负责高性能锯条基体研发生产。

  ④山东大学建材与建设研究中心、山东省石材工程技术研究中心负责构建绿色、高效锯解工艺数据库,开发面向锯解工况自适应控制的智能化管控系统,实现工艺参数最优化、设备远程监控、群控。

  ⑤山东大学建材与建设机械研究中心、日照海恩锯业有限公司、广东科达洁能股份有限公司负责高性能锯机研发生产。

  ⑥山东大学建材与建设机械研究中心、日照海恩锯业有限公司负责重型大幅面脆性板材智能化卸板系统及荒料车调度等智能化物流系统。

  ⑦环球石材集团有限公司、山东美华石业有限公司负责新技术、新装备的实验应用及其示范工程建设。

  ⑧中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  锯解主运动大惯量机构往复运动柔性换向技术与节能技术:2020-2022

  低速锯解主运动锯解路径规划技术:2020-2022

  运动系统运动节点润滑及其保障技术:2020-2022

  研发提升进给均衡微量运动调控技术:2020-2023

  研发大跨度薄型锯条系统锯解性能调控技术:2020-2023

  基于绿色高效锯解工艺数据库构建及其智能化控制系统:2020-20025

  荒料车智能调度与重型大幅面脆性板材智能化缷板系统:2020-2025

  锯解过程的节能、减排技术:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  锯解主运动大惯量机构往复运动柔性换向技术与节能技术:2020-2024

  满足中低硬度花岗石低速锯解的主运动锯解路径规划技术:2020-2024

  提升进给均衡微量运动调控技术:2020-2024

  大跨度薄型锯条系统锯解性能稳定性调控技术:2020-2024

  (三)多绳金刚石串珠锯

  多绳金刚石串珠锯机用于天然花岗石等硬质板材的锯解,使用的金刚石串珠绳的直径为7.3mm、6.3mm和5.3mm。多绳锯机使用的串珠绳数量为10至80条。

1. 国内外技术对比

  随着污染大、效率低的传统砂锯逐步退出花岗石板材锯解市场,应用多绳金刚石串珠锯机锯解大幅面花岗石板材的越来越多。在国际市场上目前还是以意大利品牌(Breton、Pedrini、Gaspari)居多。近年,随着研发与生产技术水平的提升,国产多绳金刚石串珠锯机品牌逐步在国内市场推开。较小直径的金刚石串珠绳(直径为7.3mm及以下)性能提升、成本的降低促进了多绳金刚石串珠锯机在锯解大幅面花岗石等硬质石材板材中的应用,并成为加工20mm~100mm厚大板的理想解决方案。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①高性能锯解主运动系统。

  ②金刚石串珠绳同步恒力张力技术。

  ③高性能驱动轮结构、轴承及其耐磨衬垫,提高机器的可靠性,降低维护成本。

  ④直径≦5.0mm的小直径高性能金刚石串珠及其串珠绳。

  ⑤研发高质量的直径3.5mm、3.2mm和2.85mm的钢丝绳。

  (2)技术路径

  ①实验选配使用新材料来生产飞轮耐磨衬垫,使其使用寿命不低于2000小时。

  ②与轴承制造商合作并研发使用寿命可以达到10000小时的轴承。

  ③与国内的钢丝绳制造商合作并研发高质量钢丝绳,替代进口。

  ④研究并开发可生产小直径金刚石串珠的自由烧结技术,其使用寿命需达到12~15m2/m。

3. 目标

  稳步提升锯机性能与可靠性,实现高硬度石材的高效、绿色锯解,替代传统砂锯。整体装备水平达到国际先进水平。国内市场占有率超过50%,实现出口,成材率提高40%。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①金刚石串珠绳同步恒力张力技术。

  ②高性能驱动轮结构、轴承及其耐磨衬垫。

  ③直径≦5.0mm的小直径高性能金刚石串珠。

  ④直径3.5mm、3.2mm和2.85mm的钢丝绳。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化与企业的“产学研”合作,依托山东省石材工程技术研究中心、泉州华大超硬材料科技有限公司等研发单位,系统解决金刚石串珠绳工具、锯机装备、锯解运动等相关理论、技术问题,实现关键技术的自主创新。

  ③泉州华大超硬材料科技有限公司等负责高性能金刚石串珠绳的研发生产。

  ④泉州华大超硬材料科技有限公司、环球石材集团有限公司、山东省石材工程技术研究中心负责构建绿色、高效锯解工艺数据库,实现工艺参数最优化。

  ⑤锯机生产企业主动牵手研发、用户单位,负责高性能锯机研发生产。

  ⑥环球石材集团有限公司、山东美华石业有限公司负责新技术、新装备的实验应用及其示范工程建设。

  ⑦中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  高性能锯解主运动系统:2020-2022

  金刚石串珠锯同步恒力张力技术:2020-2022

  高性能驱动轮结构、轴承及其耐磨衬垫,提高机器的可靠性,降低维护成本:2020-2023

  直径≦5.0mm的小直径高性能金刚石串珠及其串珠绳:2020-2023

  研发高质量的直径3.5mm、3.2mm和2.85mm的钢丝绳:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  金刚石串珠锯同步恒力张力技术:2020-2024

  高性能驱动轮结构、轴承及其耐磨衬垫:2020-2024

  直径≦5.0mm的小直径高性能金刚石串珠:2020-2024

  直径3.5mm、3.2mm和2.85mm的钢丝绳:2020-2024

  六、智能化桥式切割系统

  智能化桥式切割系统包括桥式切机、数字化图形采集、处理系统、冷却、抑尘、降噪技术与装置、智能化上下料系统等。

  新一代智能化桥式切割系统,着重发展高效率、高质量裁切工艺,与数字化图像系统互联的控制技术,提高板材利用率的优化排板技术,智能化上料、对刀和分类卸料技术,高效冷却、抑尘、降噪一体化技术等,为板材裁切生产数字化、智能化、绿色化提供技术装备。

1. 国内外技术对比

  桥式切机已经实现了数控化、多功能化,数控桥式切机控制轴数达到五轴,切割圆锯片可在水平面做360°旋转,在前后或左右方向做0°~90°翻转;机头的护罩装有真空吸盘,能够自动吸附并搬运板材;国内的科技机械生产的数控桥式切机还具备了贴码功能。国内与国外主流桥式切机相比,国内设备可靠性、稳定性等还存在差距,没有自主的或基于高效切割工艺技术的数控系统。与其他行业相比,石材行业还没有集成上板、裁切、自动对刀、工程板与边角料分类卸料、智能管控于一体的智能化裁切中心。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①实验研究裁切路径智能规划,实现切入、切出及空行程移位的智能化加减速裁切控制技术,保障板材的高效、高精度裁切。

  ②基于三维模型的裁切过程实景仿真系统。建立板材物理性质云端数据库,基于开放式网络、机器视觉、非接触测量技术等研发板材图形、图案及规格识别技术,研发面向生产全流程的数字化建模与仿真技术,实现板材的优化裁切及虚拟裁切。

  ③研发集成上下料、仓储、移送与质量管控功能的板材智能物流系统。

  ④研发智能化裁切中心。利用扫描、优化排版信息,研发集成上板、裁切、自动对刀、工程板与边角料分类卸料、智能管控于一体的智能化裁切中心,率先实现板材裁切的智能化生产。

  ⑤高性能圆锯片、锯齿研发。

  ⑥高效冷却、抑尘、降噪一体化技术与装置研发。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强模块化设计的基础研究,基于机器视觉、非接触测量技术等研发板材图像轮廓识别技术;多工艺化、高功能集成化桥式切割技术;大板材视觉检测与排版处理技术。

  ②系统研究五轴设备控制技术与智能化辅助装置,建立运动系统的多体动力学模型与虚拟样机仿真平台。

3. 目标

  桥式切机实现多功能化、高效化、智能化,适应行业智能化生产需要,实现基于高效工艺与智能切割功能的自主控制系统研发突破。综合技术水平达到国际先进水平。数控、多功能桥式切机国内市场占有率超过90%以上。智能化切割系统市场占有率达到40%。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①基于高效裁切的切割路径智能规划技术。

  ②高性能、低噪声圆锯片研发。

  ③高效冷却、抑尘、降噪一体化技术与装置研发。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②以《中国制造2025》高档数控机床技术为依托,山东大学建材与建设研究中心牵头,深化与企业的“产学研”合作,相关单位协同系统解决圆锯片工具、切割装备、数字化、智能化系统的相关理论、技术问题,实现关键技术的自主创新。

  ③云浮市科特机械有限公司、山东大唐石材机械有限公司等负责高性能锯机研发生产,云浮科特机械有限公司负责智能化控制系统研发和设备可靠性、精度提升。

  ④日照海恩锯业有限公司、宜昌黑旋风锯业有限公司等负责高性能圆锯片基体研发生产。

  ⑤环球石材集团有限公司、山东美华石业有限公司负责新技术、新装备的实验应用及其示范工程建设。

  ⑥中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  智能化裁切中心规划设计:2020-2022

  高性能、低噪声圆锯片研发:2020-2022

  裁切过程实景仿真系统:2020-2023

  高效冷却、抑尘、降噪一体化技术与装置研发:2020-2023

  集成上下料与质量管控功能的板材上下料技术与装置:2020-2023

  裁切路径智能规划,实现切入、切出及空行程移位的智能化加减速裁切控制技术:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  基于高效裁切的切割路径智能规划技术:2020-2024

  高性能、低噪声圆锯片研发:2020-2024

  高效冷却、抑尘、降噪一体化技术与装置研发:2020-2024

  七、智能连续研磨系统

  智能连续研磨系统主要包括定厚机、连续磨机、智能控制系统、视觉监测系统、远程运维系统。

  新一代智能连续研磨系统,着重围绕磨机定厚、研磨工具级配优化,高性能研磨工艺与自适应控制系统,磨机横梁运动组件结构优化,高性能磨头,磨机智能化管控系统等进行系统攻关。同步研发与研磨系统匹配的智能化上下料系统,以实现板材研磨加工的智能化。

1. 国内外技术对比

  我国石材研磨加工设备由单机多次研磨,逐步过渡到依靠采用多头连续磨抛机进行。国产设备通过引进转化,基本满足了大部分企业的生产需求。连续磨抛机是目前自动化程度最高磨抛设备,可完成长3.5m、宽2.2m、厚度小于50的大厚板和超薄板的连续研磨加工任务,特殊情况下可整线生产宽度2.5至3米。

  但与国外同类型产品制造商如意大利SIMEC和BRETON相比在自动化、可靠性、工作稳定性及生产效率等存在差距,具体体现在板轮廓检测、磨头升降控制、横梁摆幅自动调整、磨头自动避让、自动集中润滑系统及加工精度及效率等方面。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①基于模块化设计技术、不同数量与级配研磨头构成研磨机械的可重构技术。研究磨机、磨头的自动装组技术,以磨头级配原则为基础,建立智能重构系统,实现不同磨头的自动适配。结构紧凑、便于拆装、搬运、组合。

  ②新型动梁与动力单元结构优化技术的高性能磨头磨抛运动控制技术;基于动力单元结构优化技术,重点开发新型动梁,以金刚石颗粒磨抛石材的机理为基础,实现磨抛运动的自主控制,研究开发适配的高性能磨头。

  ③定厚、研磨、抛光磨具的结构与配方、运动参数优化与调控技术;根据板材特点选择合理的研磨参数,通过参数决定控制系统的控制参数、控制参数反馈给工艺参数数据库进行比对,实现全闭环控制。

  ④基于优化匹配横梁摆动自适应智能化控制系统。根据进给速度、研磨速度、研磨压力、冷却水量等输入参数设计控制系统,通过状态反馈实现自适应控制系统。

  ⑤匹配的上下料装置、检测、计数及定置码放、管控集成系统。根据研磨速度实现自动化上下料,自动计数存储、实现板材的生产过程全程监测及数据输出。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强模块化设计的基础研究,以模块化工具与装备创新研发为突破口,有效提高设备零部件的通用性、稳定性。

  ②系统研究横梁运动动力学模型,对横梁运动的加速度、急动度进行动力学模型优化,建立运动系统的多体动力学模型与虚拟样机仿真平台。

  ③深入研究研磨机理,将先进的硅片等硬脆材料加工有利的技术合理有效的引入到石材加工中。基于磨削原理以及流体动力学对磨头的结构进行合理优化,对磨头到达高效、高质量加工并实现相关技术的广泛应用。

3. 目标

  研磨系统及多磨头技术达到国际先进水平,实现智能化,高效化的生产系统,国产的连续磨机设备完全代替进口产品,将国产的先进连续磨机推向国际市场,实现引国际市场占有率50%。

  技术参数:

  (1)加工板材宽度(mm):300~2200;

  (2)加工板材厚度(mm):10~50;

  (3)进给速度(m/min):0.8~4;

  (4)横梁往复运动精度(mm):≤5。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①高性能磨头设计、制备技术。

  ②面向研磨石材性能、质量等的自适应智能化控制系统。

  ③高性能磨具。

  (2)解决措施、分工、支撑点责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系。

  ②深化与企业的“产学研”合作,依托山东大学建材与建设研究中心、山东省石材工程技术研究中心等研发单位,系统解决磨头结构设计、横梁运动动力学理论、技术问题,实现自主创新。

  ③广东科达洁能股份有限公司、云浮市科特机械有限公司负责高性磨机研发生产。

  ④泉州华大超硬材料科技有限公司负责高性能磨具研制。

  ⑤中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  基于模块化设计技术、不同数量与级配研磨头构成研磨装备的可重构技术:2020-2022

  匹配的上下料装置、检测、计数及定置码放、管控集成系统:

  2020-2022

  新型动梁与动力单元结构优化技术的高性能磨头磨抛运动控制技术:2020-2023

  定厚、研磨、抛光磨具的结构与配方、运动参数优化与调控技术:2020-2023

  基于优化匹配横梁摆动自适应智能化控制系统:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  高性能磨头设计、制备技术:2020-2023

  高性能磨具:2020-2023

  面向研磨石材性能、质量等的自适应智能化控制系统:2020-2023

  八、高效智能人造石材坯料生产系统

  高效智能人造石材坯料生产系统主要包括高效智能人造岗石坯料生产系统和高效智能人造石英石板坯料生产系统,各系统主要由自动配料计量、称重、混料、搅拌、输送、布料、真空压制等系统和设备构成。

  新一代高效智能人造石材坯料生产系统,围绕提升生产系统各工序过程的自动化、智能化管控技术进行系统攻关,着重研发超大容量卧式搅拌机、大规格坯料高性能、高效率压制技术,为人造石行业提供高效化、绿色化、智能化生产提供技术装备。

(一)高效智能人造岗石坯料生产系统

1. 国内外技术对比

  人造岗石坯料压制成型工艺已在近五年来获得跨越式发展,国内生产线从原来的压制荒料高度750mm发展到高度1200mm的大块时代。国内各设备制造商已从仿制国内外先进设备发展为自主研发阶段,新产品不断涌现。目前压制成型设备逐渐趋同,压制产能达到30块/天以上,压制产品包括单色、花色、仿天然纹理、木纹系列等。国内外技术对比如下表:

  表1 人造岗石坯料生产设备技术对比

最大荒料长度(mm)

3050

3250

3250

最大荒料宽度(mm)

1250

1850

1850

最大荒料厚度(mm)

850

1200

1200

激振力(t)

80

100

100

生产速度(pcs/天)

25

32

30

成型的板材密度(g/cm)

≥2.5g/cm3

≥2.45g/cm3

≥2.3g/cm3

压制成型的真空度(kPa)

-0.098

-0.098

-0.098

压机振动频率(r/min)

0-2200

0-2200

0-2200

技术性能指标

Breton

科达石材

国内其他

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①创新仿天然纹理制作技术。

  ②研发超大容量混料技术及其装备。

  ③研发真空布料及高效压制技术。

  ④研发高功率、高稳定性激振器。

  ⑤研发智能化管控系统。

  (2)技术路径

  ①建立成熟、稳定的板材纹理工艺数据库,研制人造花岗石仿天然纹理自动化、智能化作业系统。

  ②基于数字化设计和仿真技术,开发设计超大容量的卧式搅拌机,满足市场对大规格荒料的制作需求。

  ③深入研究多级压力自漂浮压制技术和高效立体真空排气技术,极大压缩真空时间、提升压制效率和效果。

  ④系统研究压头运动动力学模型,对压头运动的力度,动能释放建立详细力学模型,建立虚拟样机仿真平台。结合收集的长期数据,优化产品结构,提高压制效能。

  ⑤应用物联网大数据技术,采集生产系统各工序环节的数据,并建立工艺数据库,开发智能化控制系统,实现作业过程的智能化控制。

3. 目标

  通过合理的设备布置与生产工艺的配合,大幅度提升整个生产线的产能,达到30~40块/天。同时,不断完善无机工艺配方及工艺路径,大幅提升使得无机岗石性能,取代传统的有机岗石产品,更贴近市场的需求。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①超大容量混料技术。

  ②高功率、高稳定性激振器技术。

  ③智能化检测与控制技术。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②广东科达洁能股份有限公司全系统研发生产、实现关键技术的自主创新。

  ③广东科达洁能股份有限公司、环球石材集团有限公司全系统负责新技术、新装备的试验应用及其示范工程建设。

  ④中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  高功率、高稳定性激振器技术:2020-2022

  仿天然纹理制作技术:2020-2022

  超大容量混料技术:2020-2022

  真空布料技术:2020-2022

  高效压制技术:2020-2022

  智能化检测与控制技术:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  超大容量混料技术:2020-2024

  高功率、高稳定性激振器技术:2020-2024

  智能化检测与控制技术:2020-2024

(二)高效智能人造石英石板坯料生产系统

1. 国内外技术对比

  设备厂家随着核心设备逐渐成熟,生产线逐步向高端产品迈进,高端产品中以仿天然通透纹理人造石英板工艺技术较为成熟,工业化生产能力显著,提升设备自动化水平是目前设备厂家研发的前沿。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①研发全自动精确称量控制技术。

  ②研发分体式花色均化技术及大型混料匀化设备。

  ③研发仿天然通透纹理制作技术。

  ④研发真空布料及高效压制技术。

  ⑤研发高效恒温控制技术。

  ⑥研发智能化管控系统。

  (2)技术路径

  ①深入研究人配料工艺各类数据,合理布置工艺路线,极大提升配料效率,为提高板材性能和生产线能力提供基础依据。开展树脂、添加剂研究,解决板材污染问题,提高板材成品率。

  ②扩大花色工艺研究,开发对冲式花色成形技术、双轴混料花色成形技术、滚压式花色成形技术、喷浆花色技术、喷粉花色技术等,形成广域产品体系。

  ③建立制作工艺云端数据库,在开放式网络,机器视觉等技术帮助下,实现高效化、远程化、可干预的纹理缝隙制作、多能涂料喷涂、智能化天然纹理填充。

  ④构建基于复杂填料工艺技术的技术库,实现复杂纹理填料、多花纹填料的自动化、智能化作业,实现高端板材自动化布料。

  ⑤系统研究压头运动动力学模型,对压头运动的力度,动能释放建立详细力学模型,建立虚拟样机仿真平台。结合收集的长期数据,优化产品结构,提高压制效能。

  ⑥深入研究薄板真空原理,采用多级立体真空技术,基于流体力学和结构学应用,极大压缩抽真空时间,提高板材制作效能,提高板材成品率。

  ⑦深入研究人造石英板固化过程的物理化学原理,论证固化速度,变形量的各类影响因素。根据不同类型人造石英板材工艺需求,差异化恒定控制上下加热板温度,设计合理的热油路结构,提高板面温度分布均匀性及热量交换迅速,减小应力及变形。

  ⑧应用物联网大数据技术,采集生产系统各工序环节的数据,并建立工艺数据库,开发智能化控制系统,实现作业过程的智能化控制。

3. 目标

  智能有机仿天然人造石板生产系统达到国际领先水平,智能有机仿天然人造石板生产系统的人造石生产线针对仿天然通透纹理产品产能达到10PCS/小时。常规单色板生产能力达到18PCS/小时。新设备适合旧线升级、升级后仿天然通透纹理产品产能达到8块/小时。智能化仿天然通透纹理制作系统市场占率达到80%。

  技术参数:

  (1)压制板材宽度(mm):1650~2050

  (2)压制板材长度(MM):2750~3600

  (3)最大压制激振力(t):150

  (4)最大生产速度(pcs/h):18

  (5)板材成型的树脂含量:≤7%

  (6)综合压制时间(S):≤180

  (7)成型的板材密度(g/cm3):≥2.45

  (8)固化周期(min):40

  (9)板材变形量(mm):1.5~2

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①高强度无机板配方工艺技术。

  ②大型分体式花色均化技术。

  ③智能化检测与控制技术。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②佛山慧谷科技有限公司、广东科达洁能股份有限公司牵头负责研发生产相关装备,实现关键技术的自主创新。

  ③佛山慧谷科技有限公司、广东科达洁能股份有限公司、环球石材集团有限公司负责新技术、新装备的试验应用及其示范工程建设。

  ④中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  全自动精确称量控制技术:2020-2022

  分体式花色均化技术:2020-2022

  仿天然通透纹理制作技术:2020-2022

  高效真空压制技术:2020-2022

  高效恒温控制技术:2020-2022

智能化检测与控制技术:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  高强度无机板配方工艺技术:2020-2024

  大型分体式花色均化技术:2020-2024

  智能化检测与控制技术:2020-2024

  九、智能立体补胶系统

  新一代智能立体补胶系统重点发展自动刮胶系统、新一代立体补胶线循环烘箱,主要用于天然石材表面缺陷修补。其特点着重体现在实现板材表面进行涂胶、刮平的高精度控制,降低胶剂的损耗、节约资源、节能减排。

(一)自动刮胶系统

  自动刮胶系统由数控刮胶机、智能扫描系统、控制系统等构成。

1. 国内外技术对比

  国内应用的刮胶机,大多是横梁摇摆行走方式,对规格不规则的天然大理石刮胶,局部位置胶剂量填充不平整,胶剂浪费大。国外以横梁行走,刮胶辊旋转刮胶;对规格不规则的天然大理石采用红外线检测刮胶区域,有效促进了国内天然石产业的资源节约和技术、经济发展。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①图像识别技术,对石材的种类进行鉴别。

  ②图像处理技术,传输到控制系统输出刮胶轨迹,其高效、准确地对板材表面进行涂胶、刮平技术广泛应用。

  ③智能控制系统,开发支持具有现场总线通信功能,与工艺轨迹技术库互通的分布式智能控制系统。

  (2)技术路径

  拍照数据的捕捉技术协同,加上高精度齿轮齿条组合产品的基础研究,以高性能高效、低耗原材料创新研发为突破口,有效降低胶剂的损耗、节约资源、节能减排奠定基础。

3. 目标

  高效生产及低耗原材料产品、高性能刮胶装备达到国际领先水平。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①高效、低耗原材料数控刮胶技术。

  ②面向不同规格的石材对象进行捕捉设计技术及其齿轮精准调控技术。

  ③刮胶过程的节能技术。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化与企业的“产学研”合作,依托佛山慧谷科技有限公司、广东科达洁能股份有限公司协同研发单位,对相关理论、技术问题,实现自主创新。

  ③佛山慧谷科技有限公司、广东科达洁能股份有限公司、环球石材集团有限公司负责新技术、新装备的试验应用及其示范工程建设。

  ④中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  (1)创新研发技术:

图像识别技术:2020-2022

  图像处理技术:2020-2022

  智能控制系统:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  高效、低耗原材料数控刮胶技术:2020-2024

  面向不同规格的石材对象进行捕捉设计技术及其齿轮精准调控技术:2020-2024

  刮胶过程的节能技术:2020-2024

(二)新一代立体补胶线循环干燥箱

  新一代立体补胶线循环干燥箱包含箱体系统、升降进给运动系统、风道循环系统、加热系统、控制系统等构成,主要用于天然石材板材表面刮胶后进行烘干。

1. 国内外技术对比

  国内应用于天然大理石、天然花岗岩等软质石材表面缺陷修补有了质的突破。新一代立体补胶线循环干燥最主要的指标是最大节能、占地最小(干燥箱与升降装置一体化)、干燥靠温度梯度曲线控制等。目前国内外立体补胶线烘箱普遍占地厂房空间高,烘箱与升降机运动协调。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①液压升降系统。托架在箱体上下、左右循环移动技术与节能技术。

  ②托架上下、左右循环移动技术。适应天然石材在不同温度区域进行烘干要求。

  ③研发提升进给平稳运动调控技术,提高板材烘干过程的稳定性、可靠性,保障烘干性能与质量。

  ④升降运动系统运动节点润滑及其保障技术。

  ⑤构建高效烘干工艺参数,开发面向锯解工况自适应控制的智能化系统,实现设备远程监控。

  ⑥烘干过程的节能、减排技术。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,加强对天然石材表面烘干技术的基础研究,以节能、高效,占地少等高性能烘干技术、工具与装备创新研发为突破口,为有效降低能耗、节约资源、节能减排奠定基础。

  ②系统研究新一代立体补胶线循环烘箱稳定性调控技术、提升进给平稳运动调控技术、液压升降,托架在箱体上下、左右循环移动技术,研发满足大理石、花岗岩系列高性能表面烘干装备。

  ③研发、构建基于多目标优化的烘干工艺技术参数构建与数据融合的智能控制系统,实现相关技术的广泛应用。

3. 目标

  实现立体循环干燥箱关键技术、整机产品性能的提升,控制系统从自动化到智能化的转变,普通立体干燥箱及其智能化水平达到国际先进水平,新一代立体补胶线循环干燥箱引领行业发展。材料利用率进一步提升,板材烘干合格率达到98%以上,耗电量降低15%。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①干燥箱主运动升降机构往复运动柔性换向技术与节能技术。

  ②满足板材在不同区域的温度下路径规划技术。

  ③提升进给升降平稳运动调控技术。

  ④干燥系统烘干温度性能稳定性调控技术。

  (2)解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系:“中国石材产业新一代技术装备协同创新联盟”。石材产业链条相关单位携手,系统解决研发、生产、使用、评价等问题。

  ②深化与企业的“产学研”合作,佛山慧谷科技有限公司、广东科达洁能股份有限公司协同研发单位,对相关理论、技术问题,实现自主创新。

  ③慧谷科技有限公司对高效烘干工艺参数、烘干过程的节能、减排技术进行研发。

  ④佛山慧谷科技有限公司、广东科达洁能股份有限公司、环球石材集团有限公司负责新技术、新装备的试验应用及其示范工程建设。

  ⑤中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  液压升降系统:2020-2022

  托架上下、左右循环移动技术:2020-2022

  提升进给平稳运动调控技术:2020-2022

  构建高效烘干工艺参数:2020-2022

  烘干过程的节能、减排技术:2020-2022

  升降运动系统运动节点润滑及其保障技术:2020-2025

  (2)关键技术瓶颈:

  干燥箱主运动升降机构往复运动柔性换向技术与节能技术:2020-2024

  满足板材在不同区域的温度下路径规划技术:2020-2023

  提升进给升降平稳运动调控技术:2020-2023

  干燥系统烘干温度性能稳定性调控技术:2020-2023

  十、污水综合处理系统

  新一代污水综合处理系统,主要面向企业现有需要,实现塔-池组合式高效泥水分离,研发锯泥资源化分离技术与设备;研发与石材制品生产协同匹配的石材污水处理与智能化管控系统。基本解决花岗石生产锯泥资源化处理与应用的难题,综合技术水平实现国际领先水平,实现石材行业的绿色化发展。

1. 国内外技术对比

  目前,国内外石材污水处理方法主要包括:物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类,将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用或将其转化为无害物质,使水得到净化。石材污水的处理主要涉及三个过程:沉淀工艺、絮凝工艺、脱水工艺。石材污水处理系统技术研究除以上工艺,还包含水泥分离、锯泥综合利用等技术。国内、外石材污水处理设备整体水平相对持平,例如压滤机、絮凝处理设备、泥水分离设备等。

2. 创新研发技术及其路径

  (1)创新研发技术

  ①塔-池组合式高效泥水分离技术,适应现有企业技术改造需要。

  ②移动式锯泥固液分离技术与装备,解决中小企业锯泥清运难题。

  ③锯泥资源化分离技术与设备,实现石材生产过程中废弃粉料的资源化处理。

  ④石材污水智能化控制系统,对供水系统、泥沙分离装置等实现自动化、智能化控制,实现污水处理系统与石材制品生产协同匹配。

  (2)技术路径

  ①产学研协同,与高校和重点实验室相合作,加强“三离”技术研究,即塔-池组合式高效泥水分离、移动式锯泥固液分离技术、锯泥资源化分离技术;以相关“三离”技术设备为载体,解决石材污水、锯泥分离、运输难题。

  ②针对石材污泥开展综合利用研究,包括锯泥分类筛选、再利用工艺、设备的研究,以石材锯泥为原料开发二次产品,实现锯泥高效利用。

  ③结合互联网技术,研发将机械、控制技术集成于一体的智能化污水处理系统,系统包括供水系统、泥沙分离装置、搅拌装置、石泥储存运送装置等。

3. 目标

  研发智能化污水综合处理系统,提高石材加工行业污水处理效率及效果,降低污水处理成本。通过智能化控制,实现污水处理系统与企业生产产量的优化匹配。污水处理后悬浮颗粒含量降低2-3倍,污水压滤后污泥含水率从80%降到40%左右,解决污泥运输难题;压出的污泥具有经济价值具有多种用途,石材污水处理水平达到国际先进水平。

4. 关键技术瓶颈、解决措施、分工、支撑点、责任及专家组

  (1)关键技术瓶颈

  ①塔-池组合式高效泥水分离技术。

  ②锯泥资源化分离技术与设备。

  ③锯泥再利用技术与设备。

  (2)解决措施、分工、支撑点责任及专家组

  ①中国石材协会机械与工具专委会专家组牵头,产学研用结合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石材新技术创新体系。

  ②深化与企业的“产学研”合作,依托山东大学建材与建设研究中心、山东省石材工程技术研究中心等单位,研发污水、废弃料综合处理、利用技术。

  ③山东省石材工程技术研究中心协同设备企业负责“三离”(塔-池组合式高效泥水分离、移动式锯泥固液分离技术、锯泥资源化分离)设备创新研发生产。

  ④山东省石材工程技术研究中心会同五莲石材产业园区企业研发锯泥粉料再利用技术、设备。

  ⑤中国石材协会机械与工具专委会负责推广实施。

5、研发启动时间和完成时间:2020-2025

  6、节点时间:

  (1)创新研发技术:

  塔-池组合式高效泥水分离技术:2020-2022

  移动式锯泥固液分离技术与装备:2020-2022

  锯泥资源化分离技术与设备:2020-2022

  压滤废水处理技术:2020-2022

  锯泥再利用技术与设备:2020-2022

  基于优化匹配石材污水智能化控制系统:2020-2024

  (2)关键技术瓶颈:

  “三离”( 塔-池组合式高效泥水分离、移动式锯泥固液分离、锯泥资源化分离)技术:2020-2025

  锯泥再利用技术与设备:2020-2023

  智能化污水综合处理系统:2020-2023

  十一、组织与保障措施

(一)组织机构与方式

1. 组织规划

  (1)成立领导小组

  由中国石材协会牵头,组织全行业的力量,包括行业专家、科研设计单位、高校成立“石材行业新一代技术装备创新研发”领导小组,研究确定研发方案,负责重大事项的决策,协调有关各方的分工和合作的有关事项。

  (2)组建专家组

  以中国石材协会机械与工具专业委员会专家组为基础,增补部分行业专家,作为咨询机构,对领导小组负责,接受领导小组委托,参与“石材行业新一代技术装备创新研发”疑难问题的诊断和研究。

  (3)设立办公室

  办公室为领导小组下设的办事机构,负责协调“石材行业新一代技术装备创新研发”的日常工作和各个项目的推进情况,协调解决方案实施过程中出现的各种具体问题。

  (4)创新研发项目落实

  创新研发任务由领导小组根据创新研发方案和行业发展的实际需要提出,由一个或多个企业来承担,办公室具体协调落实。

2. 具体方案

  (1)成立石材行业新一代技术装备创新研发领导小组

  组长:齐子刚(中石协副会长兼秘书长、机械与工具专委会主任)

  副组长:邓惠青(中石协副秘书长)

  孙卫星(中石协副秘书长)

  成员:张进生(山东大学教授、机械与工具专委会专家组组长)

  刘建军(佛山科达石材机械公司总经理)、

  邱建平(佛山慧谷科技公司总经理)、

  付崇文(日照海恩锯业公司董事长)、

  张云才(宜昌黑旋风锯业公司总经理)、

  郭经伟(福建省石材行业协会副会长兼秘书长)、

  周克继(山东省石材行业协会会长)、

  陈鹏奇(泉州市海恩德机电科技发展有限公司总经理)、

  苏永定(福建盛达机械公司董事长)、

  林天华(福建省华隆石材机械公司董事长)、

  陈思扬(广东省云浮石材机械公司总经理)、

  吴建(泉州华大机械公司总经理)、

  萧自能(福建省威盛机械公司董事长)

  (2)组成专家组

  组长:张进生(教授)

  成员:廖原时(高工)、巢守美(高工)、张小梅(高工)、

  赵民(教授)、方明(高工)、崔洪章(高工)

  (3)下设办公室:

  办公室主任:孙卫星(兼)

  成员:由协会秘书处人员和周浩任、孙德鹏组成。

(二)保障措施

1.坚持“创新提升、超越引领”的指导思想,坚持自主创新、协同创新,以石材机械与工具专委会的成员单位为基础,依托山东大学建材与建设机械研究中心、山东省石材工程技术研究中心等单位的技术研发优势,集中行业优势资源进行攻关,发挥相关各方的积极性和创造性。

  2.争取政府相关部门对“石材行业新一代技术装备创新研发”的专项列项得到政策和资金支持。

  3.整合国际和国内各种资源,联合社会力量,建立以研发项目为纽带的技术创新联盟,做好知识产权保护,打造合作创新平台。

  4.在研发工作中,合作单位要制定合作协议,明确规定各方的权利和义务等约束条款。同时引入竞争机制,协同机制,利益分享机制,共同攻克关键技术难题。

责任编辑:单建庆
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