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不宜妄自菲薄 中國機床將登上廣闊舞臺

關鍵詞 機床 , 磨削|2019-05-27 10:57:15|來源 中國工業報
摘要 最近連續看了幾篇表達對中國機床行業看法的文章,結合科德數控在數控機床市場上的實踐以及親歷CIMT2019展會后,分享幾點對行業發展的看法。筆者認為,未來十年是機床行業有希望大發展的...

       最近連續看了幾篇表達對中國機床行業看法的文章,結合科德數控在數控機床市場上的實踐以及親歷CIMT2019展會后,分享幾點對行業發展的看法。

       筆者認為,未來十年是機床行業有希望大發展的十年,因為外部環境逼迫機床行業高端要自立自強,內部條件中包括數控系統和滾動功能部件在內的主要的瓶頸已經突破。在中國改革發展的巨大需求背景下,為機床行業發展提供最廣闊的舞臺和需求動力。

       行業發展有基礎 不宜妄自菲薄

       “中國機床行業有基礎,發展有動力,這幾年進步很快,不能妄自菲薄,前途大有希望。”

       機床行業在新中國工業的發展歷程中始終被放在重要的戰略高度,得到國家歷屆領導人的重視。從 “六五”開始,每個五年計劃中都有落實國家戰略,對數控機床行業研發的大力支持。新中國70年來培養了一代代優秀的工程技術人員和產業工人,在高等教育體系內仍然有一批優秀的學科建設團隊,一直延伸到當前的職業技術教育體系。從根本上講,機床行業的發展和進步是中國工業化和現代化需求拉動的,不論是計劃經濟時代還是市場經濟時代,這種巨大的需求牽引是最大的發展動力。

       近40年來,得益于技術進步,數控機床產業的行業門檻在降低。引起變革的主要要素是數控化。數控化初期,隨著計算機技術的進步,數控系統的穩定性和易用性的提升、成本下降,逐步使數控機床得以普及。數控化的普及簡化了機床的傳動系統,大大降低了傳統齒輪傳動副、花鍵、蝸輪蝸桿的用量,簡化機床設計和制造。另一方面,滾動功能部件(直線滾動導軌、滾珠絲杠、軸承)成功應用及產業化,也進一步簡化了機床設計和制造。而機床行業自身是一個自我裝備、逐代提升、能自循環的體系,同時母機的水平也在提升。這些技術條件促成了機床行業常規制造技術的簡化,傳統靜壓導軌、靜壓軸承等專有制造技術僅留存在重型機床領域和超精密加工領域 (這些留存的傳統技術像熊貓一樣珍貴,應該被國家重視,因為這些技術是某些 “重器”核心關鍵技術);在巨大的通用加工中心和數控車床的市場需求拉動下,在市場經濟的環境催生下,誕生的大批民營機床生產企業。這種情況下,傳統大型機床企業的優勢在消減。如果不能客觀分析自身立足這個行業的根本優勢,會使傳統機床企業手足無措,甚至敗下陣來。任何時代都會有不能適應時代環境變化而消亡的事物,這樣的輪回在恐龍時代之前就是這樣。

       從宏觀上看,在中國工業制造業高速發展的大背景下,中國市場上機床的消費總量在逐年遞增,中國制造的機床總量也在逐年遞增,誰能說機床行業是夕陽產業呢?因此,不能因為某些機床企業的暫時困難唱衰機床行業。從世界與中國的對比看,在數控系統方面,中國應該很樂觀。在重大專項的支持下研發了高端數控系統,實踐了自主研發的數控系統在多種五軸數控機床上的配套產品。以科德數控為例,先后研發近10個系列,近20個規格,超過300臺的五軸機床,得到了用戶的肯定。在滾動功能部件上,國內幾個專業廠的導軌絲杠在重大專項的支持下,批量化生產的樣本經南京理工大學的實驗室檢測,和日本產品差距非常小,在實際的機床上應用也是如此。特別是最近自動化物流設備對滾動部件的需求拉動,應該使這些企業又壯大了一波。電主軸方面,中國也應持樂觀態度,許多企業完成了電主軸的研發設計與制造,在這個部分專業的進口軸承廠家給予有力的設計支持。伴隨著3C機加工的迅速發展,也成長起像廣州昊志等幾家優秀的專業化研發生產主軸的企業。可以說,數控機床上高附加值的部件正在被中國掌握,技術逐步走向成熟,經濟成本在下降。

       在CIMT2019展會上,僅中國多家民營機床制造企業的W4館就有20余臺五軸數控機床展出,也可以從側面說明中國機床行業的技術進步。而從展會上看國外產品,雖然DMG、PUMA、FIDIA等廠商把最新的甚至概念機都拿出來,其設計理念還沒有讓業內人士無法理解或者帶來眼前一亮的驚喜。并不是唱衰歐洲和日本,中國面對的是人力成本上漲,他們面臨的是勒緊褲腰帶過緊日子,在整體人力資源上中國還有優勢。目前,歐洲還有很多瀕危機床企業,可以供中國廠商選擇收并購。可以預見,未來十年不在中國設廠的歐洲和日本機床廠估計日子會比較難過。有觀點認為,中國機床行業人員流失嚴重。其實,在市場化中,機床行業人才資源等社會資源向發展快的企業流動是正常的,絕大多數是行業內流動,不是流失,其后面也有技術的推廣、傳播、輻射等有利效應。

       專注深耕特定領域 做用戶的工藝師

       “機床產品定義應從用戶工藝出發,為用戶實現高效能的加工工藝是成功產品惟一目標。”

       “競爭對手是心中的 ‘心魔’,念念不忘會對自身思考有干擾,喪失從根本上大幅超越對手的機會。”

       原機械工業部副部長沈烈初多次強調過機床廠要做用戶的工藝師,這個觀點如今我國的機床從業者體會越來越深刻。

       前蘇聯援助中國工業體系時,把成熟的機床技術體系帶給中國,中國依據這個技術體系分類建設了個體技術專長鮮明的十八羅漢廠。此后近40年,機床行業都固化在產品類型定義中,直到最近幾次行業遇到危機和標準貨架產品下滑。

       中國機床行業目前凸顯的短板就是從用戶工藝出發的產品定義能力,找不到北的情況下開始盲目仿制,模仿國外產品以及模仿同行業其他廠的產品,產品同質化,陷入紅海。近些年,行業中開始意識到這個問題,已經有很多先覺悟的企業開始貼近用戶工藝。在3C加工領域,已經有許多機床企業介入3C產品研發過程,工藝研發與裝備研發同步進行,例如北京精雕、深圳創世紀。格力初涉機床行業,從產品上看有工藝思路,切入準確,起手式正確。目前,市場表現良好的企業都是在專注深耕特定領域工藝有自己的建樹,包括:秦川專注齒輪磨削,寧江專注提供高精

       度臥加成組連線,東風裝備專注于汽車缸體缸蓋零部件制造成線,廣州敏佳機床專注于磨削專用設備成線,上海拓璞專注于航空航天專用加工裝配設備,江蘇速力達專注于汽車鋁輪轂加工線。科德數控專注于五軸加工,特別是航空航天領域五軸加工,在過去的一年中為用戶完成100余種五軸零件的完整加工工藝至加工樣品,在這個過程中與用戶建立起工藝技術與機床技術協同創新的合作局面。

       要忘掉對手,心系用戶。競爭對手是心中的 “心魔”,念念不忘會對自身思考有干擾,喪失從根本上大幅超越對手的機會。惟一要考慮的是如何為用戶提供更高的加工效率,要回歸加工工藝,才能超越 “車、銑、鉆、鏜”機床的固有結構形式,根據用戶的實際需求、加工需求、物流需求設計出及創造出超越歷史的優秀的機床設備。在研究工藝的過程中,特別應關注新材料的應用以及新工具和新的工藝方法可能帶來裝備需求的顛覆。例如,在3C領域陶瓷和玻璃對鋁合金的替代,使傳統鉆攻機萎縮到加工不銹鋼中框,大量為曲面玻璃制造所需的石墨加工機開始新一波的市場需求;高速切削理論對傳統重型機床設計理念業帶來沖擊,更高的主軸轉速、更快地進給速度,輕量化的高速結構也在很多領域替代原有的重型結構;在磨削領域,砂輪材料和成型技術的進步支持更高的磨削線速度,配合砂輪冷卻,大幅提升磨削機床加工效率;在用于航空航天的難加工材料領域,電加工與切削加工的復合以及超聲震動與傳統加工方式的結合都是可能帶來新型設備需求的工藝熱點;在熱加工領域工藝技術的進步同樣可能影響金切機床裝備,例如3D打印技術與冷加工設備復合,攪拌摩擦焊與切削技術的復合,以及熱處理技術和表面處理技術的進步完全可能在變形量控制出現質的飛越,淘汰某些精加工設備。機床裝備是實現工藝技術的載體,為用戶實現高效能的加工工藝是機床研發的根本目標。

       提升可靠性 要有系統工程觀念

       “可靠性和品質的提升是持續過程,是依靠體系保證的。” “優秀的企業家和優秀的機床主設計師,一樣都要具有系統工程觀念。”

       國產機床被詬病最多的是可靠性問題。這個問題,筆者認為主要依靠市場去解決,質量干不好的企業只有靠市場規則教育、教訓和懲罰。可靠性和品質是任何產品做好的必備要素,如果企業不珍視可靠性和品質,是從根本上不珍視企業的商譽,這個問題是外部力量無法幫助的。另一方面,機床作為一種對于各制造行業很重要的工業品,制造技術中有嚴格的品質控制技術規范,這些技術更多地應該通過行業標準實現推廣、共享與監督執行。

       機床這一商品與許多工業品比較大的區別,就是制造過程中有大量技術工人手工參與裝配完成。雖然很多技藝是通過作業者實施的,但這些技藝應該被工藝文件、作業指導書、檢測標準規定并約束,這樣造出來的才是品質受控的工業品。機床行業不能片面推崇和神化 “工匠精神”。而沒有深刻理解求真嚴謹的 “工業精神”。

       大家很多時候過于關注某項單一技術和技術指標,而沒有認真分析這些技術指標所在的指標體系中,這些指標是不是產品的短板。筆者經常用廚師來對比設計人員,在當前功能部件專業化生產的今天,機床設計核心能力就是從用戶工藝出發的技術綜合能力,就如同不同水平的廚師,同樣的原材料,看誰組織搭配的更合乎用戶的口味。而有時候回避自身不足,總怨其他配件不行,反而看不到自身的不足,到頭來,用戶說中國機床不行。更有趣的是用戶能要求主機廠配置什么樣品牌的導軌、絲杠、軸承,數控系統。這不叫 “客制化”,這叫自身能力不足。數控機床的技術指標體系同樣應從切削能力出發,布局是結合物流 (工件和刀具)幾何精度敏感性 (包括五軸)的結果,行程是適應加工零件尺寸,綜合系列化和部件通用性,在成本約束下完成的技術指標體系。這樣的技術指標體系,要有數控機床完整技術鏈的支撐。作為機床企業就是要組建自己的技術鏈條和生產工藝鏈及供應鏈,鏈條上的要素不見得企業自身都能具備,但要能夠組織維系并發揮自身優勢,從中能夠在價值鏈上找到企業的定位。不甘于處在價值鏈低端的企業,會尋求往高價值環節擴張。務實的產學研合作 教授和工程師要歸位“在明晰和尊重知識產權的前提下,在目標產品的驅動下及市場化利益分配機制支持下,形成企業與高校的自動結合。”

       有觀點說中國機床企業研發能力差,這在很多企業是客觀事實。另一方面應該看到,很多積極上進的企業都很重視研發,并在積極試圖從紅海中脫身,筆者在與深圳的同行交流時就深刻感受到這點。在深圳這個局部的機床行業,很多民營企業自發地、主動地與行業客戶一起研究新工藝、新的機床結構,千方百計介入客戶產品設計研發環節,盡早預測市場,適應市場變化,很多面向特定零件的適應性機床改進很淳樸但很有效。目前,在深圳區域有幾個民間自發的研究方向:五軸機床、超聲加工、多軸多工位加工、直線電機應用、復合材料加工,這些研究合作是根據市場需要自發形成的,沒有政府科技項目支持。

       筆者還在常州西夏墅見到各種刀具的企業研發,從高溫合金材料加工刀具到復合材料加工刀具,再到抗震刀桿研制,在這些研發活動中也有企業與高校自發的合作。企業最大的優勢是離市場近,工程化研發能力建設是企業研發主要優勢能力。高校的優勢是基礎性研究,包括切削理論、物理實驗建模、結構仿真與優化、控制理論、控制建模仿真與優化等。目前兩者結合的難點是量化需求分析和科學問題的抽象概括,這需要工程師與教授一同努力,這個環節完成了,企業與高校的合作就成功了一半。企業與高校先天具有優勢互補,企業干不了教授的工作,同樣教授干工程師和企業家的工作也很吃力。高校設計的機床成功實現產業化鳳毛麟角,重慶大學黃云教授研制的砂帶磨床就是少數成功的案例之一。

       筆者主張在明晰和尊重知識產權的前提下,在目標產品的驅動下及市場化利益分配機制支持下,形成企業與高校的自動結合,而不是在政府科技項目的驅動下。優秀成功的企業標志應該是能夠從自己收入的口袋中掏出研發經費,企業選題,請高校協同研發。同樣,優秀的高校應該有大批的企業追隨,委托完成企業選題的研發工作。對于行業基礎共性技術的國家項目課題,要把技術成功實現到多家企業的轉化和應用作為課題驗收的主要標準。培育基礎零部件制造能力 先進制造技術要補短板“齒”類基礎零部件制造能力退化會影響行業的發展。 “智能制造”的熱潮會褪去,開始新的輪回。

       由于數控系統的應用簡化傳動系統,機床行業目前絕大多數企業取消齒輪車間,絕大部分高精度齒盤、齒輪、花鍵、蝸輪蝸桿副等基礎零部件都要外購,這一點會影響功能部件特別是機械擺角頭類、車銑復合用動力伺服刀架等高端機械功能部件的研制。機床行業不同于汽車行業,機床行業的需求批量小、精度高、種類多。因此,一方面要培植具有高精度齒輪母機研制的機床企業,另一方面需要像絲杠導軌行業一樣培植專業化的廠家,滿足機床這一特殊行業的需求,也有可能兩者合一,類似美國的格里森,銷售機床,也對外承接齒輪加工。否則中國機床行業發展中會有這塊短板。

       現在 “人工智能”的基礎研究并沒有理論上大的突破,其應用遇到瓶頸。相應的 “智能制造”也面臨回歸制造本源的問題。在 “數字化” “網絡化” “智能化”三段論中, “數字化”欠缺的短板很快會暴露出來。 “數字化”不只是狹義的CAD/CAM/CAPP,很多圍繞機床切削加工過程的建模都很粗陋,缺乏系統組織。 “網絡化”本身又不屬于制造問題, “智能化”又遇到瓶頸,先進制造技術要回到補短板的過程。很多大干快上的 “智能制造”項目很快就會回到原型,補上自動化和數字化這一課,高昂的投資會變成學費,但愿到那一天行業能很好總結教訓,使這一輪不會變成又一個CIMS。

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