当前，机械制造业面临的主要挑战是什么？是产权、经济可承受性和技术。产权来自自主创新，经济可承受性是包括制造成本、维修成本在内的全寿命期成本，技术指产品长寿命、高可靠、再减重等技术。迎接挑战就必须改变落后的“成形”制造，实现抗疲劳制造。当前世界制造格局是发达国家发展高科技、高附加值产品，而中、低端产品，低附加值产品向发展中国家转移，两极分化不断扩大。中国作为一个制造大国，不能总是处于竞争弱势，总是要发展高端制造、高端产品。实现这种产业升级、产品转型也必须依靠抗疲劳制造。我国机械制造要走出困惑状况和“怪圈”，解决高技术产业“瓶颈”和国防安全“瓶颈”，只能依靠抗疲劳制造。所以，实现抗疲劳制造是一项战略举措，也是紧迫需求。
二、抗疲劳制造是从制造大国变为制造强国的必由之路
什么是抗疲劳制造？美国空军材料实验室（ AFML）定义是控制表面完整性，以疲劳性能为主要判据和提高疲劳强度的制造技术。所谓表面完整性是指控制加工工艺形成的无损伤或强化的表面状态。抗疲劳制造是制造技术功能化，它把构件带入长寿命、高可靠、减免维修的新时代，把产品带入到经济可承受性、环保和人性化的新时代！发展抗疲劳制造驱动力主要包括：制造工艺是实现设计的关键，没有制造就没有构件；飞机、发动机等构件要求更高强度的材料；国际竞争、降低成本、提高构件质量的需求；对产品服役行为认识的不断提高，以及灾难性失效中凸显表面、亚表面材料变化的危险。任何一种制造总要在构件表面造成一个变质层，这个变质层虽然厚度并不深，但却决定了构件的疲劳行为。这个变质层具有十分复杂的结构，包括应变层、冶金层、氧化层、吸附层等，具有特殊的表面形貌。这个变质层涉及物理、化学、力学、冶金等学科，所以，抗疲劳制造是多学科的集成技术，随着现代科学的进步而发展。抗疲劳制造不是一个简单的技术，而是现代科学的集成。
抗疲劳制造有什么功能和功效？前面已经说了，关键基础构件广泛采用高强度合金。随着构件轻量化、小型化发展，合金的强度还在不断提高，并向超高强度发展。选用高强度、超高强度合金的原因是它们的强度很高，疲劳强度也很高，可以实现构件体积小、重量轻、长寿命、高可靠。但是，由于“成形”制造不能抑制其疲劳强度应力集中敏感弱点，反而造成构件“三大问题”。抗疲劳制造的最突出功能之一就是能抑制高强度合金的疲劳强度应力集中敏感，采用抗疲劳制造可以恢复构件因应力集中丧失的疲劳强度，并达到材料固有的疲劳强度，使高强度合金得以充分发挥其优越性。抗疲劳制造还能提高材料疲劳强度，如300M超高强度钢，采用“成形”制造时疲劳强度为680兆帕，改用抗疲劳制造后升高到930兆帕，提高了36%；Ti6Al4磨削工艺不恰当，疲劳强度只有100兆帕，采用抗疲劳磨削可达440兆帕，提高330%。同样，7475-T6铝合金微振磨损疲劳寿命提高100倍，GH4169合金650℃疲劳强度提高40%等。不仅如此，抗疲劳制造还能提高构件的疲劳性能，如应力集中系数为5时， 300M钢的疲劳强度为250兆帕，采用抗疲劳制造后升高至440兆帕，提高了79%，4140钢表面渗氮后疲劳强度提高了100%；高强合金GH37应力集中系数为3时提高47%，应力集中系数为4时提高61%等。抗疲劳制造还适应先进设计，是先进设计的保障。美国于1948～1970年研究发展高强度合金表面完整性制造，AFML提出了《机械加工构件表面完整性制造指南》，它标志着美国基本实现了表面完整性制造。接着，1971年美国空军颁布了军用飞机安全寿命设计规范，1975年颁布损伤容限设计规范。这就是说，表面完整性制造是安全寿命、损伤容限设计的基础。而且，用以实现了第三代战斗机F-15、F-16长寿命，达到5000飞行小时的世界最高水平。然而，我国虽然1985年与国际接轨，颁布了安全寿命设计规范，但是至今尚未实现抗疲劳制造。也就是说，我们现在还处于设计—制造技术倒挂状态，实现构件设计的技术是空的。像空中楼阁一样，往前迈出一步就踩空摔下来，这就是构件“三大问题”的由来。抗疲劳制造的功效还在于它能实现构件长寿命。比如采用“成形”制造时，起落架的寿命只有200飞行小时，而且不稳定。采用抗疲劳制造后达3000飞行小时不失效。国外发动机采用抗疲劳制造，寿命达到3000小时，国内采用“成形”制造，寿命仅约300小时。抗疲劳制造可以实现构件高可靠。某飞机机翼主梁设计寿命2000飞行小时，但服役1400飞行小时后，50%构件出现裂纹；改用抗疲劳制造后，疲劳寿命达到23000飞行小时以上，服役中再也未出现裂纹。某直升机旋翼桨毂接头，10-6风险率下安全寿命为185小时，服役中出现裂纹；改用抗疲劳制造后，疲劳寿命达到1085小时，服役中再也未出现裂纹。抗疲劳制造还实现结构再减重。通常，树脂基复合材料（PMC）比重轻，用以代替铝合金减重是符合科学规律的，但据报道，空客公司用7055铝合金试验制造机翼蒙皮，重量与PMC制件重量相同；美国B-1飞机机翼作动筒用Ti6Al4V合金制造，用超高强度钢AF1410制造后减重10.6%。可见，抗疲劳制造使通常的概念发生了变化。其实，用轻质材料代替比重高的材料实现减重是以抗疲劳制造为前提的。抗疲劳制造是一场革命，它涉及制造观念转变，从解决“有无”转变为经济可承受性；技术转变，从“成形”制造转变为抗疲劳制造；管理转变，从指标检验转变为过程控制；素质转变，从低技能转变为高技能，从被动转变为主动。它关系全局性技术进步，把现代科学与制造技术、构件技术乃至产品联系在一起，成为从制造大国发展为制造强国的必由之路。其实，美国已有经验可供借鉴。由于美国于1970年率先实现了表面完整性制造，至今的几十年间表面完整性制造快速发展，20世纪80年代还发展了仿真、模拟、数字化制造和性能预测，构件疲劳寿命提高几倍到百倍，可靠性提高一个到几个数量级，90年代又提出经济可承受性概念，减免维修等，构件与产品性能一直居世界领先地位，成为制造强国。
三、抗疲劳制造前所未有的发展机遇
当前，我国抗疲劳制造遇到了前所未有的发展机遇。这些机遇体现在许多方面。中、低端产品的制造规模不小，已居世界首位或前列，亟待转型为高端产品，升级为高端制造，参与国际竞争；长期引进、仿制提高了技术水平，走到了转向自主创新的关口；制造大国亟待发展成为制造强国。实现这些转变的根本和基础是发展抗疲劳制造。但是，抗疲劳制造属于国家级机密，拿不来，买不来。关键基础构件是机械制造的核心，发达国家的产品梯度转移是设有门槛的。高端的、先进的构件同样是控制的，限制或禁运的，同样拿不来、买不来。抗疲劳制造和关键基础构件技术是国际竞争力的体现，不可能靠引进达到。这些年来，我国大批引进了各种航空、风电装置、高速列车、汽轮机、燃气轮机等新产品。使用若干年后可能出现的问题、潜在的危险、维修、国产化以及可持续发展，都必须充分估计、认真考虑，及早储备抗疲劳制造技术。航空发动机及其他机械动力装置历来是“瓶颈”，是严重的制约因素。改变落后状况的需求十分紧迫。虽然改革开放30年来，国民经济发展很快，有实力为发展抗疲劳制造和关键基础构件、高端产品制造提供足够的经费支持。但是，至今在有关机械制造的规划、专项、项目中尚无抗疲劳制造的内容。
我要强调，我国到了发展抗疲劳制造的时候了。到了抓住这个机遇，自主创新，快速发展和实现抗疲劳制造，提升核心竞争能力，建立关键基础构件技术，掌握机械制造的核心，推进产品升级、转型，又好又快地发展制造强国的时候了！
四、长寿命飞机起落架的经历
下面我想回顾和介绍研究抗疲劳制造技术，实现战斗机长寿命起落架的经历。
20世纪60年代我国发展高性能飞机中，遇到了起落架技术落后的制约，寿命短、可靠性差，既制约飞机设计发展，又威胁服役安全。直到1990年的20多年间，起落架疲劳寿命从未达到过设计指标要求。
为解决起落架问题，1980年立项研究300M钢和长寿命起落架抗疲劳制造技术。我和我的同伴们经过10多年试验研究，在疲劳理论基础上，提出一种“无应力集中”抗疲劳概念。其基本概念是不同应力集中构件，具有无应力集中时材料固有疲劳强度。揭示了微观机理，建立了理论模型。自主创新了10多种先进制造技术，建立了抗疲劳制造技术体系，包括整体制坯与热工艺技术体系，抗疲劳机械加工技术体系，表层组织再造改性技术体系，表面完整复合防护技术体系和低应力集中细节设计技术体系等。用于研制的高纯300M钢制造战斗机起落架，疲劳寿命一举达到3000飞行小时不失效，首次达到设计指标要求，实现与机体同寿命，继续试验，达到5000飞行小时不失效，达到美国F-15、F-16飞机300M钢起落架5000飞行小时世界最高规定寿命；增加载荷30%后，继续试验至6000飞行小时仍未失效。三年半疲劳试验，起落架终未失效。自1991年交付空军服役使用至今，无一故障，具有很高的可靠性。如今，长寿命起落架制造技术已在多种飞机上广泛使用。这一经历说明，只要实现了抗疲劳制造，关键基础构件长寿命、高可靠性是可以达到的，国外达到的高水平，中国人同样可以达到。在这里介绍这一经历还想表达，我所论述和倡导的抗疲劳制造不只是理论的分析、设想，更不是空谈，而是基于成功的实践，多次成功的实践。******、刘延东国务委员在很短时间内做出批示，我也很感动。我很自信，抗疲劳制造一定会成功！
五、抗疲劳制造的内涵
与其他技术一样，抗疲劳制造的理论基础是疲劳理论。疲劳理论涉及一个广泛的领域。具体地说，抗疲劳制造的理论基础是“无应力集中”抗疲劳概念。在其指导下，将创新一系列的抗疲劳制造技术。
抗疲劳制造主要涉及三大制造领域，表层硬化、抗疲劳机械加工和表层组织再造改性。其中，表层硬化已从普通硬化，如HRC58 ～ 62 发展成了超硬化，达到 HRC 68 ～ 70。接触疲劳寿命因之提高几倍或几十倍；弯曲疲劳强度提高60％，寿命提高近百倍。抗疲劳机械加工不仅发展了模拟、仿真和性能预测，而且走向高速、高效、精密，成为提高疲劳寿命的手段之一。传统的表层组织再造改性可以显著提高疲劳强度，成为长寿命、高可靠构件的规定制造技术。如今，表层组织再造改性又在传统喷丸强化等表层组织再造改性基础上将疲劳寿命再提高几倍甚至几十倍。
如前所述，抗疲劳制造是以疲劳性能为主要判据和提高疲劳强度的制造技术。就是说，能带来疲劳强度、寿命提高的制造工艺就是好工艺。否则就不是抗疲劳制造工艺。当然，其评价方法也与传统的“成形”制造不同。除了诸如表面状况、形、位、高低倍组织和硬度外，还扩展到疲劳试验、应力腐蚀试验，残余应力数据，乃至各种统计性设计数据、蠕变性能及其他应力破坏数据。一句话，保证构件服役行为与设计一致的各种评价试验数据。
评价试验采用现代先进技术，比如无损检测方法包括X射线、涡流、超声、荧光乃至中子衍射；组织检测除了光学显微镜，还沿用了扫描、透射以及高分辨电子显微镜方法；表面粗糙度检测涉及机械和光学铁笔、扫描电镜以及原子力显微镜等，以精确判定构件的表面状况，尤其是应力集中状况。
抗疲劳制造是一个复杂的技术体系，除了自身技术体系外，还包括设计、材料技术体系，关键基础构件及其生产制造技术体系，疲劳评价与服役控制技术体系，产业化技术体系以及产品、装备产业化技术体系等。
