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报告发布方:中金企信国际咨询《专精特新-全球及中国振动试验设备市场占有率认证报告(2024)-中金企信发布》
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振动试验设备可广泛应用于产品研发设计、产品可靠性试验、建筑物结构试验等应用领域,主要下游市场涵盖轨道交通、土木工程建筑、电子信息、航空航天、汽车等行业。近年来随着经济发展和技术进步,各行业对产品可靠性的要求也不断提高,振动测试作为环境与可靠性试验的重要组成部分,下游市场的需求日趋强烈。
(1)轨道交通行业运行现状:我国的城轨交通制造业发展快速,其中先进轨道交通技术发展路径明确,产业覆盖范围广泛,是国家重要的高端出口装备产业代表之一。研制安全可靠、先进成熟、节能环保的先进轨道交通装备是保持我国高端装备制造领域自主创新、提高国际竞争力,推动“一带一路”战略实施的有力基础。振动试验,尤其是液压振动试验对我国轨道交通设备的研发至关重要,通过环境可靠性、人体适应性试验等试验,可以帮助研发人员高效发现产品设计缺陷并加以改进。
2023年,全国铁路固定资产投资和城轨交通建设投资金额分别达到7,645亿元和5,214亿元。其中,2009年到2023年,我国高铁营业里程已从0.27万公里显著提升至4.5万公里,根据国家铁路集团的规划,至2035年,全国铁路网将达到20万公里,高铁里程约7万公里。除此之外,交通运输是我国对外承包第一大工程项目,“一带一路”潜力巨大,2023年“一带一路”共建国家在对外承包工程业务完成额、新签合同额占比分别达到82.1%和85.9%。在此基础上,根据中国中车、中国工程院发布的《先进轨道交通装备技术路线图》,我国轨道交通装备领域将发展安全、高效、绿色、智能的新型轨道交通作为未来主导方向。
其中重点以新型车轮车体技术、电传动系统技术、高性能转向架技术、储能与节能技术、制动系统技术、列车网络控制技术、通信信号技术七大技术为主要研究方向,积极探索构建国际的先进轨道标准体系,加强轨道交通装备标准的研究和制订工作。因此在此背景下,对振动检测设备尤其是高端的电液式振动检测装备需求尤为重要,是其形成战略落地和形成标准参数的标尺工具。
先进轨道七大重点研发技术方向分析
同时,借助振动检测装置模拟我国部分多震源地区的特殊轨道交通环境,可以有效验证适用于该地区基础设施工程的设计,进而保障列车运营的安全。通过前期的推广采用振动模拟试验,结合对震区沿线长期振动检测数据,可大大提高我国在铁路轨道建设工程应对不同的地质环境,极大地推进了我国铁路轨道抗震设计研究的进步,具有很强的工程实用价值和广阔的应用前景。
(2)土木工程建筑:我国地震研究的重要构成部分之一是抗震试验,振动试验设备是抗震试验的核心设备。2021年5月12日,国务院常务会议通过《建设工程抗震管理条例(草案)》,明确新建、改扩建建设工程抗震设防达标要求及措施,规范已建成建设工程的抗震鉴定、加固和维护,加强农村建设工程抗震设防。压实责任,强化监管,加大处罚力度,确保工程质量,保障人民生命财产安全。《条例》还明确要求全国位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的特定项目应当采用隔震减震技术,其中高烈度设防地区范围由原5省47市的287个区县增加至23省126市的648个区县。《条例》的通过,再次明确抗震性试验在建筑工程中的强制性。
近年来,我国建筑行业向上稳步发展。2014年我国建筑业的建筑施工面积为1,249,826.35万平方米,到2023年增长至1,513,425.62万平方米,复合增长率达2.15%。2014至2023年期间,行业总产值保持稳步增长趋势,由176,713.42亿元扩张至315,911.85亿元,复合增长率6.67%。
与此同时,2021年10月28日,国务院办公厅印发《“十四五”文物保护和科技创新规划》,旨在加强“十四五”时期文物保护和科技创新工作。其中,在“文物科技创新”专栏中,明确通过文物建筑结构与减震等综合性实验平台建设国家文化遗产科技创新中心,同时通过实施抗震加固等手段健全文物安全长效机制。抗震性检验是保证土木工程建筑安全使用的前提,随着重大土木工程建筑及文物保护等领域项目启动与推进,建筑行业的迅猛发展,土木工程建筑抗震研究逐步深入,将助推土木工程领域对振动试验设备的需求不断增加。
(3)电子信息:随着电子信息产业技术不断发展,我国已成为世界电子产品制造业大国,主要电子信息产品产量保持快速增长,产业结构持续优化,制造工业不断升级。与此同时伴随着科学技术的进步和市场需求的发展,电子产品日益向多功能、小型化、高可靠性方向发展,功能的复杂化使设备应用的元器件、零部件越来越多,每个元器件的失效都可能使设备或系统发生故障,因此对可靠性要求也越来越高。在电子产品的设计、研发、生产过程中,振动试验扮演着越来越重要的角色。我国计算机、通信及其他电子设备制造业营业收入自2014年高速增长,到2022年复合增长率达到7.69%。
(4)航空航天:为了推动我国航空装备行业的发展,我国政府相继出台了《民用航空工业中长期发展规划(2013-2020)》、《“十四五”国家战略性新兴产业发展规划》等多项政策,为我国航空航天制造行业发展提供了良好基础条件。另外,随着《中国制造2025》的发布,国家已经将航空航天列入战略新兴产业重点方向,也为我国航空航天制造业的发展提供了广阔市场空间。与此同时,2023年底中央经济会议明确提出“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴行业”,“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”也被写入2024年两会政府工作报告。在此基础上,由工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局联合印发了《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,推动低空经济发展的系列举措进一步完善。
在国家利好政策的大力支持下,我国航空航天装备制造业已经步入了发展的快车道,并持续带动航空航天领域的研发投入和产品环境与可靠性试验设备及服务需求的增长。航空航天产业是一国综合国力和科技创新的集中体现,是国家高端装备制造业的重要组成部分。航空航天的飞行设备对可靠性要求极高,由于工作环境十分严酷,同时具有单件生产、风险高、规模大、结构复杂、成本高、技术高度密集、一旦出现故障几乎不可维修等特征。为检测其在实际使用中能否正常工作,航空设备在升空前需在地面进行充分的环境模拟及可靠性试验。根据回顾各国航空航天历史,大多数的火箭发射失利都是由于振动隐患引发的故障造成的,由此可见振动检测试验在航空航天领域的重要性。
(5)船舶:受政策驱动、下游行业拉动等因素影响,我国船舶行业发展迅速,稳居世界前三大造船大国,手持订单量、建造吨位量多次位居世界第一。根据中国船舶工业行业协会的数据,我国造船三大指标保持平稳增长,2023年我国造船完工量为4,232万载重吨,同比增长11.8%,占据世界造船完工量的比例为50.2%;新承接船舶订单为7,120万载重吨,同比增长56.4%,占据世界新承接船舶订单量的比例为66.6%;截至2023年12月底手持船舶订单为13,939万载重吨,同比增长32.0%,占据世界手持订单量的比例为55.0%。前述各项指标的国际市场份额均保持世界第一。
船舶在运行过程中,受螺旋桨、主机、辅机或作用于船体和附属体上的水动力等原因会产生振动,长期振动致使船舶的设备因振动应力而产生疲劳损坏,由于振动引起的共振现象,造成设备跳跃、零件脱落,设备无法正常使用。同时,长期振动引起的噪声,会恶化船员的操作环境和居住环境。在实际运行过程中,船速、航行方向以及航况的变化都会对船体的振动值产生很大的影响,因此,对船舶进行产品疲劳及耐久试验是极为必要的。通过对船舶设备及其机械零部件的振动环境进行模拟,确保设备在服役期间不会失效或发生故障,保障设备的正常运行。
(6)核电安全:2023年全国新开工核电机组5台,核电工程建设投资完成额949亿元,创近5年最高水平,截至2023年底,在建核电机组26台,总装机容量3,030万千瓦,位居全球第一。2023年我国核电发电量4,334亿千瓦时,位居全球第二,占全国累计发电量的4.86%,在“双碳”战略背景下,预计未来核电仍将保持规模化建设和发展。
考虑到核的安全使用至关重要,前苏联的切尔诺贝利核电站、美国三哩岛核电站和日本福岛核电站所发生的核事故,再三给全球各国诠释了核安全的重要性。在国家核安全局的监督下,各核电单位对所有核安全存在联系的设备均有要求,定期开展切换试验来确定核安全保障。借助振动频谱分析技术,可以对核电中冷却水系统、安全壳事故喷淋系统等进行对水泵、管道裂纹等隐患的排查,进而及时作出更替和补救措施。除此之外,振动检测设备还可以针对核电设备中的旋转机等机械设备进行工作状态有效评价,通过控制设备的工作频率,进而使故障问题得以提前发现,及时安排与维修以满足核电厂设备的抗震实验需求。
同时随着未来新能源的不断推广,核电能源的发展方向也将聚焦在如何安全稳定运行。如通过对我国的大亚湾核电站设备振动检测研究,研究人员运用振动故障诊断技术,通过密切跟进机组旋转机械的工作状态并进行长时间记录,进而发现诸如旋转机剧烈振动导致机械损坏、疏水回收系统振动超标、汽轮机真空系统减速箱齿轮啮合故障等设备设计缺陷,进而有针对性进行研究排查,解决隐患,以保证核电电机组稳定运行。
(7)国防产品:随着我国经济结构整体调整和产业升级,以及国防科技工业研发经费投入的不断增长,振动试验设备及环境可靠性试验服务市场将迎来快速发展的历史机遇。
我国为了突出对国防科技工业检测和校对实验室的特殊要求于2004年4月成立了中国国防科技工业实验室认可委员会,仅向符合其评审要求的实验室颁发“国防实验室认可证书”,对实验室的设备要求是获取认可的核心标准之一。国防产品对于产品可靠性要求高,对于设备电动式振动检测设备频率精度的控制要求高存在台面漏磁、推力不够等问题,电液式振动检测设备因对上述问题有良好的表现能力被广泛应用在国防产品领域。
(8)汽车:随着汽车行业的发展,振动试验设备在整车和汽车零部件的测试及试验中的应用越来越广泛。运动中的车辆处于振动状态,加速减速、碰撞磨损以及环境等因素使车辆在纵向、垂向和横向均有振动发生。安装在车辆上的部件在不可避免地受到振动影响的情况下,须承受振动而不致破损,并发挥其性能,达到预定寿命。振动试验可模拟实际运行时的振动环境,分析部件在不同振动状态下的振动模态,测试产品的极限强度。通过试验可以发现诸如固定件松脱、电子插件接触不良、密封失效、焊点有瑕疵、裂纹和断裂、非正常磨损及功能异常失效等由振动而引起的故障,从而帮助工程师在设计、制造、定型过程中进行失效分析与改善。随着可靠性要求的提高,振动试验也愈发重要。
除上述细分行业外,还可用于工程机械制造领域(如挖掘机械、铲土运输机械、起重机械等生产、研发企业)、包装材料领域(如各种包装材料生产、研发企业)、新能源领域(如风电设备的生产、研发企业)、钢铁冶金领域(如钢铁、铝制品生产设备的生产、研发企业)等。