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       随着万物互联和智能数据处理技术的普及，我们正进入万物互联的时代，人类将生活在一个万物互联的社会之中。了解万物互联技术的基础和原理，进而感知正在到来的万物互联的智能社会，并对于万物互联和智能技术给人类社会的生产生活带来的改变和前景产生深刻的认识与思考。同时，结合我国的实际情况和磨料磨具的现状，前瞻性地看一下在数字智能万物互联时代下磨料磨具的发展应用，我认为是很有必要的。为此，我想从以下三个方面来谈谈我对数字智能万物互联时代下磨料磨具的发展与应用的认知。

       新技术新材料对磨料磨具的影响
       不可否认，我国磨料磨具行业已经有几十年的发展，在原先国有企业和科研院所构建的框架下，通过模仿和一定认知的创新以及后来从业者不懈的努力和积累，建立起相对独立、完整的磨料磨具研发、制造、检测、应用的循环体系，取得巨大的进步。虽然与国外先进水平还有一些差距，但对于解决以前我们国家的工业生产，基本不成问题。但随着万物互联和智能数据处理技术的普及应用，以前磨料磨具的性能在新的智能环境下，是否与现在一样一成不变，还是要有变化以及如何变化？这恐怕不但是国内磨料磨具从业者应该考虑的问题，也是国外从业者也要面对的问题吧？

       我们一直以为，国内磨料磨具之所以与国外先进技术还存在相当的差距，主要原因还是不重视基础研究、研发投入不足等等。即使是研发替代进口产品，也是逆向模仿研究，产品性能达到国外的2/3，就觉得很不错、很满足了。但我认为这种看法并不全面。我认为行业闭关自封、不懂研发才是关键。这里我举个例子，兰州大学材料学院李建功教授团队研发的刚玉生产工艺，产品的性能可达到立方氮化硼性能的 80％甚至更高，这样的刚玉磨料若是得到应用，它的性价比该有多高？但这种新技术、新材料我们行业好像很少有人关注。从这一点就可以看到行业企业存在的闭关自封问题。造成这种现象的主要原因，一是从事磨料生产及粗加工型产品、附加值低的磨具公司，很少去考虑研发的重要性。大家的基本做法是，生产什么产品就卖什么，有人买就去生产。其次，由于我国的发展经历特殊，磨料磨具行业以中小公司居多，中小公司的管理者受规模、经济效益甚至是思维意识的限制，不敢对研发有所投入，甚至认为没有必要 ；三是制造业一直在进步，当磨料磨具行业快要达到国外自动水平时，国外的数控设备出现了，国外磨具行业一直都在跟进配合研发。当我们模仿时，又对数控设备技术一知半解，这样的模仿研发也只能是盲人摸象 ；当我们逆向模仿研究，产品性能达到国外的2/3 时，国外的数控设备性能又提高了，我们好像总是慢几步、在追赶。至于我国的数控设备也是在模仿，所选的磨具也是国外成熟配套的。即使国内开展了这方面的研究，也多是半路出家，很难从起点就配合跟进。所以只要国外稍微改变一下，就会有把我们甩到一边的感觉。这就是我们的国情。
       目前，制造业发展迅猛，新技术、新材料层出不穷，如激光、水、液压等应用设备的小型化切割，激光等离子抛光，微晶刚玉、硫化碳炔晶体的应用等等。这些新技术、新材料的介入，不但高效，而且降噪、环保。像激光等离子抛光，不但能切割、抛光、拉毛，还能形成设计的有暗纹的抛光、拉毛，这是磨料磨具行业想做却难以做到的，细思极恐！磨料磨具向来被誉为工业的“牙齿”，我们希望它能长牢、长硬。
       工业生产的发展是随着人们的需求不断进步的，从最初满足基本需求到丰富现有物质生活的转变，它促进了对于工件表面功能多样化及高质量的需求，由此也推动着磨料磨具向新的阶段发展。同时，随着机械结构复杂化以及更多的电子组件装配，产品体积不断减小，对于内部装配精度的要求越来越高。与其说是对于装配精度的要求，不如说是对每一个组件的品质要求越来越高，精度除了依赖于机加工水平之外，产品的寿命在最后的处理阶段也得到了明显的提升。如在加工金属材料时，材料受到一个正向的作用力，这个力不可避免地会在材料内部产生一定的残余应力，如果能将这个残余应力消除，材料的性能就可以获得进一步的提升。
       华云机电科技公司创始人赵显华博士经过近十年的钻研，推出豪克能工艺，完全超过了欧洲引以为傲的超声波喷丸技术。上世纪70年代，美国人发明了“表面完整性制造技术”，美国第三代战机F-15、F-16有着高达5000小时的飞行寿命，就离不开这种传统的抗疲劳制造技术。20世纪90年代末，法国人第一次向全球展示了“超声波喷丸工艺”，通过冷加工处理技术来提高零件寿命，并成功地在该国原子能工业和航空工业上应用，但这项技术只对指定的西方国家转让，对中国则是严加封锁的。
       不管是美国的表面完整性制造技术，还是法国人的超声波喷丸工艺，实际上都是一种金属抗疲劳的加工技术。所谓成型就是低端制造，工人们只用按图纸将零件加工出来，根本不考虑零件寿命和耐磨损问题。中国制造业规模庞大，涉及航天航空、军工、汽车、电子等众多领域，没有自己的核心加工工艺肯定不行。其实我国开始重视第三代抗疲劳制造技术也很早，这就是豪克能。根据可查到的资料，豪克能的横空出世源于1972年前苏联用于加强船舶和核潜艇的抗疲劳性能，其前身就是超声波冲击处理技术，欧美、中国也后续跟进这种超前加工工艺的研究。
       中国工程院院士赵振业认为，全球机械制造经历了三代发展，分别是成型、表面完整和抗疲劳，直至赵显华博士的豪克能工艺成熟前，中国制造业还在广泛采用早已被欧美淘汰的成型制造方法。利用豪克能设备加工的金属零件，光洁度、疲劳寿命、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性会大幅度提高。加工后零件的表面粗糙度可以达到0.05微米，疲劳寿命是原来的几十倍。而且显微硬度、耐磨性以及耐腐蚀性也会分别提高20%、50%以及40%以上。更重要的是，豪克能镜面加工设备的生产效率是传统工艺的三倍以上，性价比比传统高得多。其实豪克能的原理是利用载荷能（激活能或活化能）和冲击能的复合能量对金属零件进行加工。这些磨料磨具也能做到，且效率、效果不比赵博士的差。只不过磨料磨具行业目前也仅仅局限于从成型到金属表面完整性的加工，对于消除金属磨削残余应力，抗疲劳提寿命，行业却很少有人关注，更谈不上下功夫研究开发。而这却是磨料磨具行业能做到而没有做的。
       今后，随着万物互联和智能数据处理技术的普及，我们正进入万物互联的时代，人类将生活在一个万物互联的社会之中。届时，工业互联网联接必定普及，如中国自主研发的大量港口智能化技术在国内多个港口得到了全面运用，让它拥有了全系统、全流程和全自动三大特征，吞吐效率远高于传统港口，甚至一些西方专家也赞叹中国的成就，表示要学习中国的经验，可以说中国这次为美欧和世界设立了标准。为什么会这样，这是因为中国有华为、中兴等一批在国际通信领域领先、万物互联智能数据处理技术和研发能力强的企业以及我国工业发展对此有迫切需求的良好内外环境。这是一场不能输的革命，在这场革命中，任何参与者，都不可能有很成熟的模仿对象。对于有主场优势的我们，磨料磨具行业今后应该何去何从？
       万物互联在数字信息时代中的应用
       早在1999年就由美国麻省理工学院(MIT)的Kevin Ash-ton教授首次提出，当时万物互联定义为人、流程、数据和事物结合一起使得网络连接变得更加相关、更有价值。近年来，华为提出万物互联为多个设备自由组合，在系统计算层融合合成一个超级终端，每个设备都为相互的功能模块，实现能力互助。并推出世界首个旨在万物互联的鸿蒙系统，从而真正拉开了万物互联的序幕。

       工业互联网体系架构中，网络是基础。2021年初，工信部发布的《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》将“网络体系强基行动”列为首要任务，再次体现了网络对工业互联网创新发展的重要性。2021年4月，中国信通院、华为等八家单位共同发布了《网络体系强基展望白皮书》，明确提出了“打造先进工业网络，加速工业互联网创新发展”。
       2021年7月，网信办、发改委、工信部印发《关于加快推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署和应用工作的通知》，明确了物联网IPv6连接数2023年达到2亿、2025年达到4亿的目标。2021年9月，工信部联合中央多个部委联合印发了《物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021-2023年）》，要求加速推进全面感知、泛在连接、安全可信的“物联网新型基础设施”，2023年物联网的连接数量突破20亿。
       其实，这些规划的推动大都来自于2021年上海车展。当年的4月17日，搭载华为自动驾驶方案的阿尔法S在上海市区无人驾驶视频曝光以及华为开源的鸿蒙和欧拉系统。
       数字时代万物互联中的现状 ：
       工业网络联接的IP化不是一蹴而就的，而是一个由外向内、自上而下的发展过程。传统网络的IP化，已经给其他行业带来了显著的进步。但曾经是架构落后、创新乏力、“七国八制”、互不兼容状况，已无法支撑万物互联数据智能化的持续发展。

       如上图所示 ：1）传统网络管理系统只能查看接入终端的IP和MAC，无法感知终端类型，无法对网络终端做更精细的可视化管理；2）不同类型的终端权限不同，管理员需要手动配置不同的业务配置和策略，操作复杂且繁琐；3）终端推陈出新速度快，传统的终端识别方案无法及时更新。在这个万物互联的时代，要完全实现机器与机器、机器与人的信息互联，传统的IP技术面临新的挑战，如：工业领域的自动化控制场景需要解决端到端的确定性传输问题，网络的运维管理要满足工业的部署场景要求。另外，传统的工业终端很多是“哑终端”，难以支持IP协议栈 ；随着物联终端的智能化程度不断提升，物联终端的安全风险也需要有效应对。鸿蒙系统的出现，使得终端智能化得以实现。
       如何判断工业网络联接的好坏：

       如上图所示 ：互联网传输速度和计算能力的交集越大，则智能化水平越高，其中信息传输是基础，计算能力是核心。
        将来工业互联网的形态：

       如上图所示 ：云计算、大数据等相关技术的发展，促进了生产系统（ERP、MES等）上云，不同业务系统之间的数据交互也越来越频繁。生产管理类系统，比如排产系统，需要结合销售预测数据、零部件供应计划、现场生产效率、物流风险等多种因素进行精准计算。
       工业互联网的设计原理 ：

       如上图所示 ：工业网络联接IP化，可以实现端到端的、跨空间、跨系统的互联互通，实现数据的充分流转，从而实现对工业生产过程全要素的建模、分析、优化和预测。其中，为实现端到端的、跨空间、跨系统的互联互通的信息融合计算，华为推出欧拉操作系统。

       磨料磨具在工业互联网的应用：
       以火车轨道打磨为例 ：其流程为行驶机车自带轨道扫描——把轨道表面的信息和北斗定时定位数字化云贮存——数字信号经系统运算，设置有保养、维护、维修报警提示——维修机车自动根据信息定点智能工作。
       在这过程中，磨具要完成智能工作，必须具备信息感知、传输知能力，这是核心 ；磨削方式是关键 ；磨具必须组装在机械臂上，根据磨削方式、工况、磨削要求确定几轴机械臂是前提。在万物互联智能磨削的应用中，不会考虑固结、涂附的概念。
       工业互联网发展的特点：

       如上图所示 ：服务化延伸是利用信息管理、智能终端和平台集成等技术，实现传统工业智能化改造，提升产业价值、优化服务资源和激发产业创新，实现定制化服务、增值服务、运维服务、升级服务、培训服务、咨询服务和实施服务等 ；或者将企业产品的解决方案、特点、特性通过互联网的方式呈现给上下游的合作伙伴、将工程实施方案的咨询建议、建设状态呈现给客户等，可以帮助企业保持客户联接度，这在疫情防控期间尤为重要。

       磨料磨具在万物互联中应用所需条件
       信息感知、传输知能力这个过程是如何实现信息数字转化是核心，这其中的途径是：
       1、磨料磨具在磨削过程中通过芯片设计实现数字信息转化或穿戴数据测量设备；
       2、磨料磨具在磨削过程中，通过第三方检测实现数字转化，如：接触检查、放射检测、超声波检测、光学检测、微波检测、激光检测等等。
       万物互联是工具、磨料磨具是工具，万物有灵才是将来。如何赋予磨料磨具灵性是智能的核心。
对磨料磨具性能的要求条件：
       传统磨料磨具的锋利性、耐久性主要与磨料、结合剂有关，在智能磨削中更是如此。这里介绍一些兰大李建功教授团队微晶陶瓷的工艺方法。
       当刚玉纳米颗粒尺寸小于15纳米时，每个颗粒因为表面能过高，在一起“抱团儿”。专业术语称之为烧结或硬团聚。得不到分散的颗粒，也就不能用来制造性能优异的氧化铝陶瓷。解决办法是第二相包覆降低表面，让刚玉纳米颗粒形成时被另一相包围着，这样刚玉纳米颗粒的自由表面就变成了与另一相的界面，选择合适的第二相，就可使这个界面能低于刚玉的表面能。将氧化铁粉和铝放到球磨机里球磨，发生氧化还原反应，就会形成铁包覆的刚玉纳米颗粒，铁和刚玉的界面能较低，有利于刚玉颗粒形成，又能把刚玉纳米颗粒隔开，使刚玉纳米颗粒不会团聚长大。再用酸把铁腐蚀掉，就得到分散、细小、均匀、等轴、平均颗粒尺寸小于10纳米的氧化铝纳米颗粒。
       李建功教授团队总结出三种高效制备方法 ：（以下都是李教授团队的数据）
       1.机械化学—选择腐蚀—分级聚沉法，是将铝和氧化铁粉体混合球磨，酸腐蚀后，得到纯度99.6%（质量百分数）、平均尺寸14.3（尺寸分布2-25）纳米的分散无团聚、等轴刚玉纳米颗粒。再经分级聚沉分离后，得到超细、尺寸分布窄、平均尺寸（尺寸分布）分别为5.2（2-9）纳米、6.5（3-11）纳米、7.9（4-14）纳米、9.6（5-15）纳米的刚玉纳米颗粒。7.9纳米的纳米颗粒比表面积170㎡/g。
       2. 用共沉淀—煅烧—选择腐蚀法，制得平均尺寸9纳米、尺寸分布2-27纳米、比表面积161㎡/g的分散、等轴刚玉纳米颗粒。
       3. 用球磨—腐蚀—聚沉分离法，将粗大刚玉粉体球磨、酸腐蚀，制得纯度99.96%、平均尺寸8纳米、尺寸分布2-210纳米的分散、等轴刚玉纳米颗粒。聚沉分离后，得到尺寸分布窄、平均尺寸（尺寸分布）分别为3.3（2-6）纳米、4.8（2-10）纳米、6.8（2-15）纳米的刚玉纳米颗粒。4.8纳米颗粒的比表面积为253㎡/g。
       按这种工艺生产的刚玉磨料，应用在磨具中，产品的热稳定性好、锋利、耐久，性能达到立方氮化硼性能的80％甚至更高。
       另一个影响磨料磨具的主要因素是结合剂。由于我们使用的结合剂与本行业的都不一样，对本行业通用的结合剂没有做过多少具体实验，因此没有直接数据来说明问题。这里只提供我们一类产品的数据供参考：CBN或金刚石磨具的线速度到300m/s不破裂，CBN或金刚石的利用率达到80％左右。若是要对磨具现有的结合剂提建议的话，可以考虑用石墨烯做成复合材料。在磨具的应用中，磨料和结合剂两者若是没有一个在本质上有所突破，想得到理想的磨具产品是很难的。

       总结

       随着技术的不断发展，数字智能化应用的不断深入，对磨料磨具的信息感知传输能力、功能性、专业性、高性能、异型化、定制化要求会越来越普遍。