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国产机床自主创新取得新进展 中高端多点开花

2021-02-01

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山东威达重工的厂房内,技术人员在调试机床设备。

 

  “2020年,机床行业运行情况好于预期,呈现恢复性增长态势。”日前, 中国机床工具工业协会常务副理事长毛予锋表示,经历了近10年的低迷期,机床行业正迎来发展新机遇。

 

  机床,生产机器的机器,被称为“工业母机”,是装备制造业的核心生产基础。在极不平凡的2020年,机床业精耕细作,在高档数控机床领域取得了诸多新突破:超大型五轴机床取得重大突破,世界首台铸锻铣一体化3D打印数控机床研发成功……

 

  “十四五”时期,机床行业如何补短板、锻长板?记者进行了采访。

 

中高端多点开花,机床行业呈现触底回暖迹象

 

  2020年春天,机床业喜报频传。

 

  由通用技术集团沈阳机床研制的国内首台超长行程高铁专用高速五轴加工中心成功下线。这台机床用于高铁大型结构件的复杂曲面加工,标志着国产高端数控装备首次用于高铁行业核心零部件的生产。

 

  在这一个月之前,由我国主持修订的“S试件”五轴机床检测方法正式成为国际标准,机床人坦言,“这可是啃下了硬骨头”。

 

  “S试件”被视为机床加工领域“皇冠上的明珠”。一台机床只要能够加工出合格的“S试件”,那么再复杂的薄壁零件,都能胜任。“S试件”的加工,需要机床变换多种角度加工,且保证极高的加工精度。

 

  “我们机床的核心部件经受住了‘S试件’的考验。”国内某机床龙头企业负责人说,闯关“S试件”,吃的苦头可不少,“试验过程中,机床加工的各个检测点指标都是合格的,可组合起来的‘S试件’却总是达不到标准。”

 

  究其原因,还是加工精度有差距。每个检测点不仅要达标,还要几乎零误差,才能保证“S试件”外形轮廓尺寸的误差不超过0.05毫米。该企业的研发攻关团队不断向零误差逼近,经过1200多次试验,终于啃下了这块“硬骨头”,实现“S试件”加工100%合格。

 

  毛予锋称,如今我国高端机床的国产化程度不断提高。截至目前,国产五轴联动加工中心、高档数控系统等代表性产品的国内市场占有率已提升至30%左右。

 

  更可喜的是,不仅大型机床龙头企业持续攻克关键技术,细分领域的“隐形冠军”也在破局。2020年11月,机床行业有近20家企业入选工信部第二批专精特新“小巨人”企业公示名单。

 

  2021年1月4日,深圳市创世纪机械有限公司再传捷报,产品T—V856S机床单日出货218台,创近年来新高,赢得“开门红”。凭借可靠的加工质量,公司短短10多年就跃居细分领域的前列。

 

  “近10年是我国机床市场需求急剧变化的10年,从完全依赖投资向投资兼顾消费方向转变。”毛予锋说,过去,机床企业的客户主要集中在能源、钢铁、装备制造业等重工业,如今,客户已向电子产品、新能源汽车、医疗器械、半导体等领域拓展,“一些不适合市场需求的企业被淘汰,而一批反应快速、聚焦细分领域的企业迅速成长。”

 

  高端有突破、中端有进展,机床行业正逐步摆脱多年的下行态势,呈现触底回暖的迹象。中国机床工具工业协会数据显示,2020年金属加工机床全年订单总量增长了16%。

 

加强协同创新,实现从1到100、由点及面的扩张

 

  作为“工业母机”,机床的应用场景遍地皆是,小到手机、电视、洗衣机,大到汽车、高铁、飞机、火箭,精细如医学植入物和医疗器械等等,都离不开机床。中国经济迈向高质量发展,对产品质量的要求越来越高,对机床的要求也越来越高。“可以说,国产高端机床的供给能力与需求不匹配,不仅整机与进口机床有差距,关键基础配套件也有差距。”毛予锋说。

 

  差距在哪里?在于以应用为基础的可持续创新。

 

  广州数控设备有限公司副总工程师朱孔锋表示,以数控机床的核心技术——数控系统为例,我国已有能力生产高端机床数控系统,实现了从0到1的突破。但与进口高端数控系统相比,在技术成熟度和品牌影响力上还存在差距。“正是这些差距,让国产数控系统迟迟难以实现从1到100、由点及面的扩张。与此同时,缺乏了高端应用场景的锤炼,国产高端数控系统与国外产品的差距就难以弥补,甚至会越来越大。”

 

  “好产品是用出来的,无人使用就无从知道差距,没有应用场景,如何升级迭代?”大连光洋科技集团董事长助理江世琳感慨,高端机床市场规模小、单价高,价格因素影响较小,“仅依靠企业自身、依靠市场力量,国产高端数控机床的开拓困难很大。”

 

  毛予锋坦言,长期以来,机床行业重样机研究、轻应用验证,往往样机通过验收即意味着项目完成,很少有人关注产品的后续应用、市场拓展,对企业创新产品的推广缺乏政策支撑。这种创新模式往往只能满足解决“有没有”的问题,不能适应高质量发展的需求。

 

  面对这一困境,一些企业进行了有益探索。

 

  “我们把找客户的时间提前了。”江世琳说,以前是有了产品向客户推销,请他们试用。现在我们是先找上门,问客户有什么需求,双方一起研发,“我们理解客户青睐进口成熟机床的心理,毕竟生产线的每一次故障、停机都会造成巨大的损失。所以,我们只能把功课做到前头。”

 

  回忆起第一次和某研究机构合作的场景,江世琳不会忘记那写满问题的200多页A4纸,“第一次共同研发,客户用考察进口先进设备的标准要求我们。对我们而言,那厚达3厘米的问题纸不是苛责,是宝贝。”江世琳回忆,改进设备后,公司直接把工程师派到了客户的车间,随时解决问题,提高设备的可靠性、工艺的适应性和生产的稳定性,以免影响操作工人的绩效,提高他们操作国产设备的积极性。经历了一次共同研发,大连光洋终于赢得了客户的认可。客户一次性购置了22台高端五轴联动机床组建智能生产线,“在那之后,公司的产品在航空航天领域打开了局面。”

 

  “机床行业的供给方式正从批量化向定制化转变,特别是中高端产品,更需要机床行业加强与用户的协同创新实践,从被动跟随式解决用户需求问题,向联合预研新需求和新工艺转变。”毛予锋说。

 

产学研用一盘棋,积极拥抱新技术

 

  工欲善其事,必先利其器。对于制造业来说,这个“器”就是机床。“十四五”时期,机床行业要补短板、锻长板,任重道远。

 

  “从产品看,一台好的机床需要全产业链‘齐步走’,基础部件决定了功能部件,功能部件又决定了主机的性能,这是一个环环相扣的过程。”朱孔锋说。

 

  从行业看,机床与半导体、原材料、刀具等一系列基础工业是互为表里、互相依存的。例如,一台高端机床需要有高质量的轴承,而高品质的轴承除了取决于钢材的质量,更重要的是加工轴承所用机床的性能。

 

  “这意味着,机床行业要补短板,仅靠头部企业不可行,而是需要用户需求引领、产学研用一盘棋齐发力。”江世琳说。

 

  毛予锋强调,可以预见的是,“十四五”期间,对国产高端机床的需求有望进一步爆发。在重大需求拉动和共性技术研发方面,我们需要探索新型举国体制如何更好发挥作用。

 

  朱孔锋表示,正如“十四五”规划《建议》提出的实行“揭榜挂帅”等制度,希望有关部门指导下游企业公开发布需求,联合各基础工业、机床产业链上下游共同研发,形成相辅相成、协同攻关、互促互进的发展新格局,“政府部门可以采取购买服务的方式,由龙头企业承包相关课题,自行组织课题参与方,以实现关键核心技术的攻克。”

 

  “虽然机床行业占GDP比重不足1%,却是制造业向中高端升级的基础。行业实现高质量发展,需要更多资本的大力支持。” 毛予锋建议,国家级大基金更多地投向机床行业,同时也给予民营企业更多的机会,“机床行业经过近10年的发展,民营企业已成为不可忽视的重要力量。”

 

  不过,埋头赶路也要抬头看路。近些年,机床业的颠覆性创新陆续问世,不仅弥补了传统数控机床的短板,也影响着传统机床的研发思路。

 

  据介绍,传统数控机床在加工时“做减法”,通过车、铣、刨、磨等方式对机械零件进行加工,胜在可靠性高。3D打印技术则是“做加法”,先将液体材料固化为平面薄层,再将一层层薄层累积成所需要的三维物体,胜在可驾驭复杂造型。日前,在武汉,一种全新的机床——铸锻铣一体化3D打印数控机床,将二者优点相结合。

 

  “现代工业所需的不少精密零部件,结构复杂,对精度、气密性要求极高。用传统数控机床进行加工,控制精度难度极大,3D打印技术则在气密性等方面有短板。”项目牵头人、华中科技大学教授张海鸥说,铸锻铣一体化3D打印数控机床将二者优势“合二为一”,边铸型边锻打,仅一次就成功试制出飞机复合材料成型模具,不仅参数符合要求,还克服了复杂大型模具加工难度大、成品率低等瓶颈问题,制造周期缩短至少1/3。

 

  “为满足高效、柔性制造的需求,传统机床的变革势在必行,这要求机床行业在练好内功的同时,积极拥抱新技术,随时准备应对新挑战。”毛予锋说。

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信息来源:人民日报

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